Teknik Bilgiler

Çimento Nedir?

25-07-2009 21:59 tarihinde gönderildi.

Çimento Nedir?

Çimento Nedir?
Çimento ve harç ile beton gibi çimentolu ürünler, insanoğlunun geçmişte en fazla kullandığı ve gelecekte en fazla kullanacağı yapı malzemesi olmakla beraber aynı zamanda en fazla küçümsenen ve özellikleri en az bilinen malzemelerdir. Belki de bunun nedeni, ilk bakıştaki basit görünümleri ve kolay sanılan üretimleridir. Çimentonun gerek kimyasal yapısı gerekse su ile reaksiyonu son derece karmaşıktır. Çimento ve betonun iyi tanınmaması can ve mal kaybına neden olabilecek yanlış uygulamalara yol açabilmektedir.

Portland Çimentosu:
Portland çimentosunun 1824 yılında İngiltere’de bir duvarcı ustası olan Joseph Aspdin tarafından keşfedildiği kabul edilir. Aspdin, doğal killi kalkerler yerine 3 kısım kalker ve 1 kısım kili uygun bir bileşim elde etmek üzere karıştırıp yüksek sıcaklıkta pişirerek üstün dayanım ve dayanıklılığa sahip yeşilimsi gri renkte bir çimento elde etti. Rengi güney İngiltere’de Portland yarımadasındaki killi kalkerleri andırdığından çimentoyu Portland Çimentosu ismi ile tescil ettirildi. Ancak, benzer ve daha gelişmiş çimentolar 19.yüzyıl içerisinde diğer ülkelerde de üretilmeye başlandı. Günümüze kadar geçen süre içinde portland çimentosu özellik ve üretim prosesleri yönlerinden sürekli gelişti.

Portland Çimentosu Nedir?:
Portland çimentosu genellikle gri renkli toz halinde maddedir. Elde edilmesi için önce kalker, kil ve gerekiyorsa bir miktar alüminyum ve demir oksitler istenilen kimyasal bileşimi sağlamak üzere orantılı olarak harmanlanıp öğütülürler. Farin olarak adlandırılan hammadde karışımı döner fırında 1450°C civarında bir sıcaklığa kadar pişirilir. Fırın çıkış ucuna doğru farin taneleri önce ergiyerek ve sonra çeşitli reaksiyonlar sonucu granüle halde klinker adı verilen topakları meydana getirirler. Portland çimentosu elde etmek için klinkerin az bir miktar kalsiyum sülfat (örneğin alçıtaşı) ile birlikte öğütülmesi gerekir. Bu şekilde elde edilen portland çimentosuna klinker ile kalsiyum sülfatın öğütülmesi sırasında veya ayrıca öğütülmüş olarak bazı mineral katkılar katılarak değişik tipli çimentoların üretilmesi giderek yaygınlaşan bir uygulamadır.
Piyasada Çimentolar:
Fabrika ve öğütme tesislerimizde üretilen çimentolar çimento silolarında depolanır ve iki şekilde piyasaya arz edilir:
·                     Torbalı çimento: Çimento özel kağıt torbalara konulur. Bu torbalar ülkemizde 50 kg.’lıktır (Bu miktar, bir yetişkinin tek başına kaldırabileceği en ağır yük olarak kabul edilmiştir).
·                     Dökme çimento: Çimento, silodan doğrudan özel tankerlere (silobas) yüklenerek hazır beton tesislerindeki veya inşaat mahallindeki beton santrallerine sevk edilir.
Kullanım aşamasına kadar çimentonun havaya ve rutubete maruz kalmaması gerekir. Bu amaçla torbaların kapalı alanlarda, bir platform üzerinde, aralarında hava sirkülasyonu olacak şekilde istif edilmesi önerilir.
Çimento çeşitleri:
Avrupa’da Genel Çimentolar için hazırlanmış olan EN 197 standardı Ülkemizde de Türk Standardı TS EN 197 olarak aynen uygulanmaktadır. Bu standarda göre aşağıdaki ana gruplar içinde “CEM çimentosu” nun üretimi mümkündür:

CEM I Grubunda klinkerin sadece kalsiyum sülfat ve minör bileşen olarak ağırlıkca en fazla %0-5 arası mineral katkı ile öğütülmesi sonucu elde edilen Portland Çimentoları bulunur. CEM II, III, IV, V Gruplarında minör bileşene ilaveten daha fazla miktarlarda mineral katkılar kullanılır.

CEM II Grubunda mineral katkı miktarı %6-35 arasındadır. Katkı türüne bağlı olarak bu grupdaki çimentolar Portland Cüruflu, Portland Uçucu küllü, Portland Puzolanlı, Portland Kalkerli gibi isimler almakta, Portland Kompoze Çimentoda ise birden fazla katkı birlikte kullanılabilmektedir.

CEM III Grubunda Yüksek Fırın Cüruflu Çimentolar bulunur. Cüruf katkısı
%36 – 95 arası değişir.

CEM IV Grubunda Puzolanik Çimentolar yer alır. Bunlarda cüruf veya kalker kullanılmaz. Puzolan ve uçucu kül katkıları birlikte %11-55 arası değişir.

CEM V Grubunda Kompoze Çimentolar bulunur. Bunlara hem cüruf (%18-50) ve hem de puzolan ve uçucu kül (%18-50) sınırları arasında değiştirilerek birlikte katılır, miktarları klinker oranı %20- 64 arasında kalacak şekilde ayarlanır.

CEM I Grubu dışındaki CEM çimentoları katkı miktarlarına göre alt gruplara ayrılmıştır. Grup standardları içinde göreceli olarak az katkı içerenler A harfi, çok katkı içerenler ise B harfi ile belirlenmektedir. CEM III çimentosunun bir de en yüksek katkılı C alt grubu vardır. Böylece ortaya başlıca 27 tip CEM çimentosu çıkmaktadır.

CEM çimentolarının üretiminde ülkemizde mineral katkı olarak en çok kullanılan maddeler, standarddaki sembolleri ile birlikte, şunlardır: kalker L veya LL, doğal puzolan ( tras) P , uçucu kül V veya W ve yüksek fırın cürufu S. Uçucu kül, kömürle çalışan termik elektrik santrallarında ortaya çıkan baca tozudur. Yüksek fırın cürufu da demir-çelik endüstrisinde elde edilen bir yan üründür. Endüstriyel atık sayılabilecek her iki ürün çimento üretiminde kullanılarak değerlendirilmektedir.

Özellikle CEM I dışındaki CEM çimentoları yüksek mineral katkı içerikleri dolayısı ile daha ekonomik ve çevre dostudurlar. Çimento üretiminde kullanılan doğal hammaddelerden, yakıt ve elektrik enerjisinden tasarruf sağlarlar ve atık malzeme kullanımına imkan tanırlar. Ayrıca, uygun şekilde kullanıldıklarında mineral katkıların teknik yararları da vardır ve betonda zararlı çevresel etkilere karşı dayanıklılığı arttırırlar.

Genel CEM çimentolarının dışında bazı özel çimentolar da üretilmektedir.
Evvelce değinildiği gibi, portland çimentosundaki ham madde karışım oranlarını ayarlayarak kimyasal bileşimde bulunan dört ana bileşenin göreli miktarlarını ve dolayısı ile çimentonun bazı özelliklerini istenilen yönde değiştirmek mümkün olmaktadır. Örneğin, C3A içeriğinin en fazla %5 olacak şekilde azaltılması ve C3S içeriğinin C2S ‘inkine yakın değere indirilmesi ile “Sülfatlara Dayanıklı Çimento“ elde edilmiş olur.

Ham maddelerin özel olarak seçimi, beyaz kil ve bazı katkılar kullanılması ile çimentonun diğer özellikleri değiştirilmeden gri rengi beyazlaştırılmakta ve “Beyaz Portland Çimentosu” elde edilmektedir. “ Harç Çimentosu” yüksek kireç ve puzolan katkılı dayanımı düşük, işlenebilmesi yüksek bir çimentodur. Ülkemizde ayrıca, Kalsiyum Aluminat ve Sorel çimentoları gibi daha bir kaç özel çimento istek durumuna bağlı olarak az miktarlarda da olsa üretilmektedir.

Çimento tipleri dayanım sınıflarına göre de alt gruplara ayrılırlar. Çimentonun dayanımı 32.5, 42.5 ve 52.5 sayılarından birisi ile belirtilir. Bu sayı, standard deneyde çimento numunesinin 28 gün içerisinde ulaşması gereken basınç dayanımının N / mm2 veya MPa olarak değeridir.

İkinci bir sınıflandırma erken dayanıma göredir. N harfi normal, R harfi ise yüksek erken dayanımı ifade eder. Yüksek erken dayanımlı çimentonun 2 gün içinde standardda belirtilen dayanıma ulaşması gerekmektedir. Bazı örnekler şöyledir:

CEM I 42.5 R : Dayanım sınıfı 42.5 olan yüksek erken dayanımlı portland
çimentosu.

CEM II / A - P 32.5 N : Kütlece %6-20 arasında tras içeren, dayanım sınıfı 32.5
olan normal erken dayanımlı portland puzolanlı çimento.

CEM III / B 32.5 N : Kütlece %66-80 arasında granüle yüksek fırın cürufu
içeren, 32.5 dayanım sınıfında normal erken dayanımlı yüksek
fırın cüruflu çimento.

Ayrıntılı ilave bilgiler TS EN 197-1 standardında bulunabilir. Ancak, kağıt üzerinde alt grupları ile birlikte çok fazla sayıda CEM çimentosu tanımlanabilmesine rağmen herhangibir çimento fabrikasında sadece 3 - 4 tip çimentonun üretildiği görülmektedir. Bu tiplerin belirlenmesinde yöredeki hammadde durumu ile çimento tiplerine olan talep rol oynamaktadır.

Çimento, Hamur, Harç, Beton:
Bir bağlayıcı maddenin su ile karışımına “hamur” veya “pasta” denir. Bu karışıma kum katıldığında “harç”, ilaveten çakıl da katıldığında “beton” elde edilir.
Hidratasyon ve Priz:
Çimento, su ile karıştığında “hidratasyon” başlar ve kimyasal reaksiyonlar devam ederken hamurda “priz” denilen katılaşma meydana gelir. Bir süre sonra da hamur tamamen sertleşir. Priz başlangıcına kadar hamur, harç veya beton “taze” haldedir, yani “plastik”tir, kolayca şekillendirilmeleri, kalıplandırılmaları mümkündür. Betonun karıştırılıp, taşınıp, kalıplara yerleştirilmesi ve sıkıştırılarak düzlenmesi de bu süre içinde tamamlanmalıdır. Dolayısıyla çimentolar, priz başlangıç süreleri en az 45-60 dakika olacak şekilde üretilirler.
Hidratasyon reaksiyonları sırasında ısı açığa çıkar, çimento hamur, harç ve betonlarında iç sıcaklık artar.
Hangi Tip Çimento Nerede Kullanılmalı?
Bu, çok sorulan bir sorudur. Yeni çimento standardı TS EN 197-1 isminden de anlaşıldığı gibi “Genel Çimentolar”ı kapsar. Bu standard'ta yer alan ve yukarıda belirtilen tüm çimentolar genel amaçlı olarak inşaatlarda kullanılabilirler. Yüksek dayanımlı çimentolar isteniyorsa 42.5, 52.5 tipleri, hızlı dayanım kazanımı isteniyorsa R tipleri tercih edilecektir. Bu tiplerin kullanımı ayrıca soğuk hava koşulları için de uygundur. Zararlı kimyasallar ve özellikle sülfat etkisi olan yerlerde özel amaçlı sülfatlara dayanıklı çimento (SDÇ) kulanımı gerekebilir.

Kaynak: Çimento “ Yeni bir çağın malzemesi”, TÇMB, AĞUSTOS 2007 (GÜNCELLEME)