YAPI MALZEMELERİ

Uzm. Dr. Zekeriya DOĞAN

INS 214

EDU+

DERSİN İÇERİĞİ

• 9 SEANS TEORİK DERS ANLATIM

• 3 SEANS LABORATUVAR ÇALIŞMASI (ÇİMENTO, AGREGA ve BETON)

• LABORATUVAR GİRİŞLERİDE QUİZ (3 %5)

• 3 LABORATUVAR ÇALIŞMASININ SONUÇLARI İÇİN 1 RAPOR (%5)

• 1 ARA SINAV (%40) 1 YIL SONU SINAVI (%40)

• LABORATUVAR DERSLERİNE KATILIM ZORUNLULUĞU

• HARÇ KUM ÇİMENTO TOZ TOPRAK KİRLENME GARANTİSİ

• MÜMKÜN OLURSA 1 TEKNİK GEZİ

2

Google Classroom p5vw6kf

YAPI NEDİR?

Karada veya suda, *bayındırlık veya *iskan amacıyla

kurulan bina, köprü, yol, tünel, baraj gibi tesisler ile

bunların yer altı ve yer üstü inşaatları yapı olarak

adlandırılır.

3

*bayındırlık, bir bölgenin veya bir yerleşim yerinin gelişmesi, hayat standartlarının yükselmesi ve güzelleşmesi için yapılan faaliyetler.

*iskan, insanları bir yere yerleştirme, yurtlandırma.

YAPI MALZEMESİ NEDİR?

Bir yapının inşasında kullanılabilecek her türlü *malzeme genelidir.

4

*malzeme, işlev katılmış maddedir.

BETON

5

Temel yapı malzemesidir.

Taze beton donmadan önce bir kil hamuru kadar yumuşak ve

akışkandır. Buna karşın sertleştikten sonra doğadaki taşlar kadar

sert ve sağlamdır. Bu özelliklerinden ötürü ahşap ve çelik gibi

diğer yapı malzemelerinden daha kullanışlıdır.

Kullanım sıklığının sebebi ekonomik oluşudur. Beton üretiminde

sadece çimento için enerji harcanır ki bu betonun %10-15 i

kadardır. Agrega hemen her yerde bulunabilir ve maliyete çok az

etki eden bir bileşendir.

BETONNARME

6

Beton ve çeliğin birlikte kullanılması sonucu elde

edilen kompozit malzemedir.

Betonarme yapıların kalıcılığı bu iki bileşenin

birbirleri ile sergiledikleri uyumdan ötürüdür.

Sertleşmiş beton ve içerisine konulan çelik tek bir

malzeme gibi hareket ederler.

BETON ve ÇİMENTO

7

Özel bir bakım onarım gerektirmez, çelik gibi paslanmaz veya

ahşap gibi biyokimyasal olarak çürümez, boya istemez.

En büyük dezavantajı çekme-dayanımının çok düşük oluşudur

(basma dayanımının onda biri kadar). Bu sebeple yapılarda

çekme ve eğilmeye maruz kalan kısımlar için çelik çubuklar

(betonarme demirleri) kullanılır.

Betonun temel bileşeni çimentodur ve çimentonun temel

mantığı hidrolik bağlayıcı maddelerin su ile verdiği

reaksiyonlar üzerinedir.

BAĞLAYICI MADDELER

8

Kalsiyum esaslı inşaat malzemeleri…

Boncuğum..

BAĞLAYICI MADDELER - BİLİNESİ KAVRAMLAR

• Puzolan

• Tüf

• Kül

• Kalsine Kil

• Şist

• Opalin

• Silika

• Cüruf

• Silis Dumanı

• Priz

• Rötre

• Sönmüş kireç

• Sönmemiş kireç

• Kireç yağı

• Kalker

• Dolamit

• Kalsinasyon

• Kaolin

• Asit Baz

• CH

• C-S-H

9

• CaCO3 kalsiyum karbonat (kalker)

• CaO kalsiyum oksit (C)

• Ca2SiO3 kalsiyum silikat

• CaO·Al2O3 kalsiyum alüminat

• Ca(OH)2 kalsiyum hidroksit

• SiO2 silisyum oksit (S)

• Al2O3 alüminyum oksit (A)

• Fe2O3 demir(III) oksit (F)

• MgO magnezyum(II) oksit (M)

• Ca·Mg(CO3)2 dolamit

BAĞLAYICI MADDELER - CAEMENTUM

İnce toz halinde olan ve su eklenmesi ile hamur haline gelerek zamanla plastikliğini

kaybedip sertleşen malzemelere bağlayıcı maddeler denir.

Toz bağlayıcı maddeler: (Kireç, Alçı, Çimento vb.)

Sıvı bağlayıcı maddeler: Hidrokarbon temelli bağlayıcılar, (Zift, Katran vb.)

Hidrolik bağlayıcılar: Havada ve suda priz yapma özelliği olan ve suda erimeyen

bağlacılardır. (Çimento, Puzolanlar vb.)

Airobik bağlayıcılar: Yalnızca havada priz yapan bağlacılardır. (Yağlı kireç, Alçı)

10

İLK BAĞLAYICILAR

Toprak, kireç, alçı, pişmiş kil tozu, doğal puzolanlar, toprak + kireç taşı karışımları, ilk

bağlayıcı maddelerdendir.

Yapılan araştırmalara göre bağlayıcı maddelerin kullanımı mezolitik çağlara kadar

gitmektedir. Çeşitli tarihi bağlayıcı örneklerine İsrail, Mısır, Türkiye ve İtalyada rastlamak

mümkündür.

11

*mezolitik dönem (epipaleotik dönem) taş devri içinde paleolitik ve neolitik dönemler arasında yer alır.

TARİH ÖNCESİ ÇAĞLAR

Eski Taş Çağı (Kaba Taş veya Paleolitik dönem) M.Ö 60.0000-10.000

Orta Taş Çağı (Yontma Taş veya Mezolitik dönem) M.Ö 10.000-8.000

Yeni Taş Çağı (Cilalı Taş veya Neolitik dönem) M.Ö 8.000-5.500

Bakır Çağı (Kalkolitik dönem) M.Ö 5.500-3.000

Tunç Çağı M.Ö 3.000-1.800

Demir Çağı M.Ö 1.800-1.200

12

Maden Çağı

Taş Çağı

HORASAN HARCI

Selçuklu ve Osmanlı yapılarında duvar harcı olarak,

Horasan harcı adı verilen bir bağlayıcı kullanıldığı

görülmektedir. Bu harcın bileşiminde, pişmiş toprak

tozu, kuvarz kumu, bir sene bekletilmiş kireç, kül

hatta yumurta akının kullanıldığı söylenmektedir.

13

PRİZ

İnce toz halindeki bağlayıcı maddelerin su ile reaksiyonu sonucu şekil verilebilen plastik bir

hamur elde edilir. Belirli bir süre sonra, hamur katılaşmaya başlar.

Bu katılaşma olayına priz denir.

14

GÜNÜMÜZDE BAĞLAYICILAR

Günümüzde bir çok bağlayıcı, çimentoya dayanım katmak amaçlı kullanılmaktadır.

Dayanım arttırıcı bu bağlayıcıları sınıflarsak:

Doğal dayanım arttırıcılar: Puzolanlar (Traslar), Volkanik Tüfler, Killi Şist, Diatome Toprağı,

Ponza

Atık malzeme dayanım arttırıcılar: Uçucu Kül, Yüksek Fırın Cürufu, Silis Dumanı

Özel dayanım arttırıcılar: Metakaolin

Bu malzemeler çimento hidratasyonunun atığı olan CH (kalsiyum hidroksit) ile reaksiyon

verebilen malzemelerdir.15

ALÇIPişirilmiş alçı taşı

16

ÖNCELİKLE HİDRAT SUYU NEDİR…

Kristal yapıya bağlanmış su molekülleridir.

Kimi kristal yapılı kimyasalların çözgen halden katı hale geçerken yapılarına su molekülleri

girer. Kristal örgüye katılan bu su, molekül sayısı kadar bir katsayıyla gösterilir.

Na2SO4·10H2O (10 hidrat sulu sodyum sülfat)

CuSO4·5H2O (5 hidrat sulu bakır sülfat)

CaSO4·2H2O (2 hidrat sulu kalsiyum sülfat)

Al2O3·H2O (1 hidrat sulu alüminyun oksit)

17

ALÇI – PİŞİRİLMİŞ ALÇI TAŞI

Alçı taşı (jips) doğal olarak oluşan ve bileşiminde iki molekül su bulunduran bir kalsiyum

sülfat mineralidir. (CaSO4·2H2O)

Alçı taşının bünyesinde yarım molekül su kalacak şekilde ısıtılması ve öğütülmesi ile alçı

elde edilir. (CaSO4·1/2H2O)

𝐶𝑎SO4 · 2𝐻2𝑂125°𝐶

𝐶𝑎SO4 · ൗ12𝐻2𝑂 + ൗ

32𝐻2𝑂 ↑

18

𝑎𝑙ç𝚤 𝑡𝑎ş𝚤125°𝐶

𝑎𝑙ç𝚤 + 𝑠𝑢

ALÇININ SERTLEŞMESİ

Alçı suyla karıştırılınca tekrar katılaşarak bağlayıcılık özelliği taşıyan bir yapı malzemesine

dönüşür. Yapıda bulunması gereken hidrat suyu (kristal suyu da denir) eklenen sudan kristal

örgüye geçer. Yapı yeniden kristallenir ve kararlı hale geçer.

𝐶𝑎SO4 ·1/2𝐻2𝑂 +

3/2H2O 𝐶𝑎SO4 · 2𝐻2𝑂

19

alç𝚤 + su alç𝚤 taş𝚤 (yeniden kristallenme)

ALÇI KULLANIMI

• Alçı bilinen en eski bağlayıcı maddelerdendir

• Eski Mısırda piramitlerin inşasında bağlayıcı olarak

• Roma ve Yunan yapılarında sıva ve mermer taklidi olarak (Stükko)

• Osmanlı devrinde pencerelerde ve duvar süslemelerinde

• 17. yy da Fransada sıva olarak (Paris Alçısı)

• 18. yy da kalsiyum ve kükürt sağlayıcı gübre olarak

• Döşeme ve duvar panosu olarak kullanılmıştır

20

YAPI MALZEMESİ OLARAK AVANTAJLARI

• Düşük birim hacim ağırlık

• Düşük ısı iletkenlik katsayısı

• Ortam nemini düzenleyebilme

• Yangına dayanıklılık

• Rötre (büzülme) yapmaması

• Kür ihtiyacı olmaması

• Kısa sürede dayanım kazanma

• İsçilik kolaylığı, düzgün yüzey

• Üretiminde az enerji gereksinimi21

ALÇI ÜRETİMİ

CaSO4·2H2O Kalsiyum Sülfat Dihidrat (iki hidratlı alçı taşı Jips olarak adlandırılır)

CaSO4·1/2H2O Kalsiyum Sülfat Yarım Hidrat

CaSO4 Kalsiyum Sülfat Anhidrat (bu yapı alçı taşı olarak adlandırılır)

β-alçı Üretimi: Öğütme, 110-200°C kalsinasyon (en geç yarım saate kadar donar)

α-alçı Üretimi: Öğütme, ≈120°C yüksek buhar basıncı (birkaç haftaya kadar donar)

22

*kalsinasyon, oksit bileşenleri elde etmek için sıcaklığın etkisiyle karbonat ve hidratların parçalanmasıdır

α ve β alçı formları

α ve β alçının ikisinin de kimyasal içerik olarak aynıdır. Bu iki alçı

yapısının kristalografik farkları bulunur.

Beta cinsi alçıda kristal yapı iğne tipi ve amorf şekillidir.

Alfa alçıda bu yapı daha rafine ve geometrik şekillerdedir.

Uygulamada ise bu fark, α alçının β alçıya göre çok daha az su ile

karıştırılınca belli bir akışkanlığa gelmesiyle kendini gösterir. Alçının belli

bir akışkanlığa gelmesi için gereken su miktarı üretim tekniğine bağlı

olarak (alçı/su) 1 den 5 e kadar değişebilir.

α alçısının mukavemet değeri daha yüksektir.23

TS 13279 YAPI ALÇILARI

Adi alçı 200 μm üzerinde ≤%35, piriz süresi ≥ 10 dak.

Katkılı adi alçı 1,25 mm üzerinde ≤%1, piriz süresi ≥ 20 dak.

Susuz alçı 1,25 mm üzerinde ≤%1, piriz süresi ≥ 20 dak.

Katkılı susuz alçı 1,25 mm üzerinde ≤%1, piriz süresi ≥ 20 dak.

Basınç dayanımı 7MPa 70,7 mm küp numune 40°C etüv

Alçı ve su karışımından oluşan hamurun hacmi sertleşme esnasında iki üç misli genleşme

göstermektedir.

24

TS EN 13279 güncel kullanılan yapı ve sıva alçıları isimli standarttır. TS 370 geçerli değildir

ALÇI ÇEŞİTLERİ

Adi Alçı: 120°C- 160°C arası ısıtma sonucu elde edilen yarım hidrat sulu CaSO4 yapısıdır. Dış

atmosfer etkilerine dayanıksızdır.

Katkılı Adi Alçı: priz süresini uzatabilmek adına içerisine şekerli su, sönmemiş kireç, sıcak

su, sodyun nitrat gibi katkılar eklenmiş adi alçıdır.

Susuz Alçı: pişirilme sıcaklığının 800°C- 1000°C arası tutularak tüm hidrat suyunun

uçurulduğu alçı taşıdır. Aşınma ve basınç dayanımı yüksektir. Dış koşullara dayanıklıdır. Piriz

süresi 6 ila 20 saat arasıdır.

Katkılı Susuz Alçı: susuz alçının çabuk pirizlenmesi için modifiye edilmiş halidir.

25

YAPAY ALÇI

Tartarik asit üretimi, Sitrik asit üretimi, Borik asit

üretimi, TiO2 Üretimi, Hidroflorik asit üretimi,

NaCl üretimi, Fosforik asit üretimi gibi

endüstrilerinde yan sanayi ürünü olarak suni

alçıtaşı üretimi vardır.

26

KİREÇHava kireci ve Su kireci

27

KİREÇ – Ca(OH)2

Kireç suyla karıştırıldığında tipine göre havada veya suda katılaşma özelliği gösteren beyaz

renkli bir bağlayıcıdır.

Bilinen en eski bağlayıcılardan birisi olan kireç, eski Babil, Mısır, Finikeliler, Hitit ve Persler

tarafından hava kireci olarak yapıda kullanılmıştır.

Romalılar devrinde ise su kireci bulunmuş ve

su içi inşaatlarında kullanılmıştır.

28

HAVA KİRECİ OLUŞUM REAKSİYONU

Kireçtaşı yeryüzü karalarının %10 u kadardır. Doğada kalker ve dolamit şeklinde bulunur.

Kalker (kireçtaşı): CaCO3

Dolamit: içinde %10 %35 kadar MgCO3 içeren kireçtaşıdır.

Kireç, kalker veya dolamitin ısıl işlemi sonucu elde edilir.

𝐶𝑎𝐶𝑂3850°C−1400°C

𝐶𝑎𝑂 (aktif kireç) + 𝐶𝑂2 ↑

𝐶𝑎𝑂 + 𝐻2𝑂 𝐶𝑎 𝑂𝐻 2 (sonmüş kireç) + 𝚤𝑠𝚤

29*gerek öğütme gerekse pişirme sırasında sorun yarattığı için kalkerin içinde silisin bulunması istenmez.

AKTİF KİREÇİN SÖNDÜRÜLMESİ

Kireç taşının pişirilmesi ile (kalsinasyon) sönmemiş kireç oluşur (CaO).

𝐶𝑎𝐶𝑂3Δ

𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂2 ↑

Sönmemiş kirecin su ile reaksiyon sonucu sönmüş kireç Ca(OH)2 elde edilir. Kireç dediğimiz yapı budur. Hava kireci veya Yağlı kireç de denmektedir.

𝐶𝑎𝑂 + 𝐻2𝑂 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 𝚤𝑠𝚤

𝑀𝑔𝑂 + 𝐻2𝑂 𝑀𝑔(𝑂𝐻)2 + 𝚤𝑠𝚤

Bu sönme reaksiyonun gerçekleşebilmesi için kirecin ağırlığının 1/3 ü kadar suya ihtiyaç vardır.

30*kireç fazla su ile söndürüldüğünde ürün yağlı kireç olarak adlandırılır.

SÖNMEMİŞ KİREÇ – CaO (YANMIŞ KİREÇ)

Söndürülmemiş kirecin bağlayıcı malzeme olarak kullanılabilmesi için suyla birleştirilerek

hidrate edilmesi gerekmektedir. Söndürme işlemi sırasında sönmemiş kireç suyla

ekzotermik reaksiyona girer. Yarım kilo sönmemi kireç, 0°C deki 1 litre suyun sıcaklığını

100°C ye çıkaracak büyüklükte bir reaksiyon ısısı vermektedir. Isı ile birlikte hacmi 2,5 kat

artar.

Eğer kireç tamamen söndürülmezse, bu olay yapıda tamamlanır ve kirecin kullanıldığı

yerlerde çatlak vb. kusurlar oluşur.

Bu nedenle Kireç taşları, şantiyelerde açılan kireç havuzlarında, en az 15 gün su içinde

bekletilmelidir.31

SÖNMÜŞ KİREÇ – Ca(OH)2

Sönmüş kireç ve su karışımının içerisine kum da ilave edilerek, kireç harcı elde edilmektedir.

Kireç harcı, taş veya tuğlalarla yapılan duvarlarda bağlayıcı malzeme olarak görev

yapmaktadır. Kireç harçlarının su altında sertleşebilme özeliği yoktur.

Kireç kullanarak elde edilen ürünler suya karşı pek dayanıklı değillerdir; suyun etkisiyle

zamanla bir miktar erime göstermektedirler.

Özgül ağırlığı 2,20 - 2,45 g/cm³ ; Birim ağırlığı 0,60-0,75 g/cm³ arasındadır.

32

KİRECİN SERTLEŞMESİ

Kirecinin sertleşmesi 3 aşamada gerçekleşir.

Kuruma

Ca(OH)2 formülünde kristalleşme

Karbonatlaşma*

Kuruma ve kristalleşme geçicidir. Suyla karışınca kireç tekrar yumuşar. Asıl sertleşme

karbonatlaşma sonucu oluşur. Hava kirecini su ile karıştırdıktan sonra elde edilen hamur

havada bırakıldığında, havanın CO2 sini alarak suda erimeyen kalsiyum karbonata dönüşür.

33*dekalsinasyon

KARBONATLAŞMA

Kireç su ile karıstırdıktan sonra elde edilen hamur havada bırakılınca, havadaki

karbondioksiti alarak aşağıda görülen reaksiyon sonucu, suda erimeyen kalsiyum karbonata

dönüşür.

𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 𝐶𝑂2 𝐶𝑎𝐶𝑂3

𝑘𝑖𝑟𝑒ç + karbondioksit 𝑘𝑖𝑟𝑒ç𝑡𝑎ş𝚤

34

HAVA KİREÇİNİN DEZAVANTAJLARI

Hava kireci ile yapılan çok kalın sıvalar, alt tabakaların CO2 ile reaksiyona girmesini engeller.

Su ile etkileşimi sonucu sertleşmiş (karbonatlaşmış) kireç çözünür. Su ile reaksiyonu şu

şekildedir;

𝐶𝑎𝐶𝑂3 +𝐻2𝑂 + 𝐶𝑂2 𝐶𝑎 𝐻𝐶𝑂3 2

35

𝑘𝑖𝑟𝑒ç𝑡𝑎ş𝚤 + su + karbondioksit kalsiyum bikarbonat

Hava Kireci Türleri

Kireçtaşı pişirilirken sıcaklık 1000°C yi geçmezse elde edilen kirece

‘çalı kireci‘ denir. Su ile işleminde kolay ve iyi söner çünkü gevşek ve

gözeneklidir.

Eğer kireç taşı uzun zaman 1400°C civarında pişirilirse ‘kömür kireci’

elde edilir. Kömür kireci geç söndüğü ve dağılmadığı için uzun ulaşım

yollu işlerde tercih edilir.

36

KİRECİN YAPIDA KULLANIMI

• Yol yapımında killi zeminlerin stabilizasyonunda

• Sıcak asfaltta çok yönlü fayda sağlayan asfalt katkısı olarak

• Gazbeton üretiminde

• Kalsiyum silikat tuğla üretiminde

• Beton blok ve elemanlar üretiminde

• Harç ve sıva yapımında bağlayıcı olarak

• Sıvaya işlenebilirlik vermek için

• Badana malzemesi olarak

37

KİRECİN BETONA ETKİSİ

Kireç, harçlara plastisite kazandırmak amacıyla eklenir.

Çoğunlukla Melez harç adı verilen bu harçlar;

1 kısım çimento

1-2 kısım kireç ve

5-6 kısım kumdan

oluşur.

38plastisite: işlenebilirlir, yoğrulabilirlik

DİKKAT EDİLECEK HUSUSLAR

1. Kireç ile fazla kalın harç sıvası yapılmamalıdır. Aksi takdirde CO2 harcın içine fazla oranda

giremeyeceğinden, orta kısımlar plastik durumunu korur.

2. Su ile temas eden yapılarda kullanılmamalıdır. Kireç su içinde erir.

3. Taşıyıcı elemanların yapımında bağlayıcı madde olarak kullanılmamalıdır. Kirecin her

türlü yapı malzemesine iyi yapışma yeteneği olmasına karşın, mekanik özellikleri zayıftır.

4. Kireçle elde edilen harçların plastik özellikleri fazladır. Şekil değişimi yapabilme

yeteneğinin fazlalığı nedeniyle duvar sıvaları için çok uygundur. Kireçle yapılan sıvalar

çimento harcı ile yapılan sıvalara kıyasla daha az çatlar.

39

SU KİREÇİ (HİDROLİK KİREÇ)

İçerisinde %10-25 miktarında kil bulunduran kalker taşından elde edilir. Pişirme sırasında

oluşan sönmemiş kireç silis ve alüminle birleşir. Yapıda dikalsiyumsilikat oluşur (2CaO·SiO2).

Yine de yapıda en az % 10 CaO bulunmalıdır.

Su içerisinde kullanılabilir ve yine su içerisinde piriz alabilir.

Yüzey dayanımı hava kirecine göre daha yüksektir. 20-250 Kg/cm2

(yapısında kalsiyum silikat, kalsiyum alüminat ve kalsiyum hidroksit ihtiva eden kireç)

40

PUZOLONLARSilikatlı ve Alüminatlı basit bağlıyıcılar…

41

PUZOLANLAR

Puzolan maddeler; kendi kendine bağlayıcılık özelliği çok az olan veya hiç olmayan ancak

uygun rutubet şartlarında ve normal ortam sıcaklığında bağlayıcı özelliği olan ürünler açığa

çıkaran maddelerdir.

Tek başlarına su ile karıştıklarında sertleşme özelliği göstermedikleri halde, ince

öğütüldüklerinde (normal sıcaklıklarda) kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek sertleşen

ve mukavemet oluşturan maddelerdir.

Puzolanlar silisli veya silis-alüminli amorf yapılardır.

42

SİLİS SiO2 ve ALÜMİN Al2O3

Kendi başlarına işlem görmeksizin bağlayıcılık özellikleri ya çok azdır ya da hiç yoktur.

Puzolanlar içinde fazla miktarda kolloidal eleman, özellikle aktif silis içeren maddelerdir.

Ancak başka bir bağlayıcı ile örneğin kireç veya çimento ile karıştırılınca bağlayıcılık özelliği

kazanırlar.

Reaksiyonun oluşabilmesi için bağlayıcının kalsiyum hidroksit içermesi gerekir.

43*kalsiyum hidroksit: sönmüş kireç

PUZOLANLAR

Puzolanlar yapay puzolanlar ve doğal puzolanlar olarak ikiye ayrılır. Doğal puzolanlar

volkanik kökenli (piroklastik) tortul kayaçlardan oluşurlar. Değişik orjinli maddeler ve kırıntı

taşlar olarak sınıflandırılmaktadır.

Yapay Puzolanlar pişmiş kil, uçucu kül, silika-tozu, pirinç kabuğu külü, yüksek fırın

cüruflarıdır. Genelleştirirsek piroklastik kayalardır.

Puzolanların içindeki serbest kireç miktarının %4 den fazla olmaması istenir.

44Piroklastik (volkanoklastik) volkanik faaliyetler esnasında volkandan çıkan her çeşit parçalı-kırıntılı malzeme

45

İtalya da Pozzuoli kasabasından ismini alır.

Almanya nın Ren bölgesinde tras ismi verilen üstün nitelikli puzolan, İtalya da Napoli puzolanları, Yunanistan ın

Santorinadası puzolanları en önemli yataklardır. Ayrıca Libya nın Trablus kenti civarında bulunurlar. Yurdumuzda ise

Kayseri-Nevşehir yöresinde bulunmaktadır.

PUZOLAN REAKSİYONU

Eski çağlarda kireç taşları ile birlikte öğütülerek kullanıldığında yapılarda bağlayıcı özellik

gösterdiği keşfedilmiştir.

Kireçle suda erimeyen kalsiyum silikat tuzlarına dönüşürler.

𝑆𝑖𝑙𝑖𝑘𝑎 + 𝐾𝑎𝑙𝑠𝑖𝑦𝑢𝑚 𝐻𝑖𝑑𝑟𝑜𝑘𝑠𝑖𝑡𝑠𝑢

𝐾𝑎𝑙𝑠𝑖𝑦𝑢𝑚 𝑆𝑖𝑙𝑖𝑘𝑎𝑡

𝑆𝑖𝑂2 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 𝐶𝑎𝑂 · 𝑆𝑖𝑂2 · 𝐻2𝑂

46

ASİT BAZ REAKSİYONU OLARAK PUZOLANLAR

Silis ve Alümin asit karakterlidir. Kireç ise baziktir. Puzolanlar aktif hale geçmek için kireçle

asit–baz reaksiyonuna girerler.

Puzolanlar yapılarında yüksek miktarda silika ve alümina, düşük miktarda demir oksit,

kalsiyum oksit, magnezyum oksit ve alkaliler içerirler.

47

PUZOLAN ÇEŞİTLERİ

Kaynağına göre bir çok puzolan çeşitleri vardır;

• Uçucu küller

• Yüksek fırın cürufları

• Silika tozu

• Volkanik kül

• Volkanik tüf

• Volkanik cam

• Pişmiş kil

• Diatomitler48

UÇUCU KÜLLER

Termik santraller de elektrik enerjisi eldesinde kullanılan

kömürlerin yakılmasıyla baca filtreleriyle elde edilirler. Linyit

yakılmasıyla elde edilenlerde daha fazla CaO bulunur ve

bunlar kalkersi C tipi küllerdir. Taş kömürlerinin yakılmasıyla

elde edilen SiO2 bulunan silisli F tipi küllerdir.

Kullanıldığı yerler: hafif agregalı beton yapımı, çimento katkı

malzemesi olarak, tuğla ve yol yapımında

49

YÜKSEK FIRIN CÜRUFLARI

Demir üretiminde kullanılan yüksek fırında,

cevherden demir alındıktan sonra kalan kısımdır.

Buna cüruf (letiye) denilmektedir. İçinde alümin,

silis ve kireç bulunmaktadır.

50

SİLİKA TOZU (SİLİS DUMANI) SiO2

Elektrik ark fırınlarında hammadde olarak kullanılan kuvartz taneden elde edilen

üründür. Hava filtrelerindeki ince taneciklerdir. Amorf silis içermektedir.

51*amorf, kendine özgü bir şekli olmayan

Akışkanlaştırıcı katkı maddeleri ile

birlikte kullanıldığında betonun

mekanik özelliklerini olumlu derecede

yükseltmektedir.

VOLKANİK KÜL

Volkanik püskürme sırasında silisli ve alümünli

malzemelerden oluşan küldür.

İnce formda elde edilir.

52

VOLKANİK TÜF

Volkanik cüruf da denir. Küllerinin tabakalar halinde

birikmesi sonucunda oluşur.

Puzolan olarak kullanabilmek için uygun tane boyutuna

öğütülmelidir.

53

VOLKANİK CAM

Obsidyen, lavın hızlıca soğuması ve

kristalleşmeye yetecek kadar zaman

geçmeden donmasıyla oluşur.

Puzolan olarak kullanabilmek için uygun tane

boyutuna öğütülmelidir.

54

PİŞMİŞ KİL

Pişmiş kil de diğer puzolanlar gibi nem çekici özelliğe sahiptir.

Puzolan olarak kullanabilmek için uygun tane boyutuna öğütülmelidir.

55

DİATOMİTLER

Diatomitler, hücre duvarları silikadan oluşmuş,

opal ve hidrate silika içeren, mikroskopik su

bitkisi olan diatomların kalıntılarıdır. Bazı

topraklarda bulunan bu organik kalıntılar %94

oranında silis içerirler. Diatomitlerin sahip

olduğu puzolanik aktivite, içerdiği amorf silis

miktarına bağlıdır.

56

BİR YAPAY PUZOLAN OLARAK METAKAOLİN

Kaolin (𝐴𝑙2𝑂3·𝐻2𝑂·2𝑆𝑖𝑂2)·𝐻2𝑂 alüminyum oksit, silisyum dioksit ve sudan oluşur. Kaoline ısı

uygulanmasıyla (kalsinasyon) öncelikle 200°C yüzeysel suyunu kaybeder. Isıtma işlemi

devam ettikçe 700°C sonrasında kimyasal formüldeki bağıl suyunu bırakarak metakaoline

dönüşür.

𝐴𝑙2𝑂3 · 2𝑆𝑖𝑂2 · 2𝐻2𝑂700°𝐶

𝐴𝑙2𝑂3 · 2𝑆𝑖𝑂2+ 2𝐻2𝑂

Bu noktadan sonra kaolin esnek plastik özelliğini kaybederek puzzolonik bir yapıya bürünür.

Metakaolinin puzzolonik özelliği onu çok etkili bir beton katkısı yapmaktadır.

57

PUZOLAN AKTİVİTELERİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER

1. SiO2+ Al2O3+ Fe2O3 içeriği

Kaynakları ne olursa olsun puzolanların esasını, silis oluşturur. Puzolanik özelliklere sahip

olan puzolanlar %40 dan %90 a kadar SiO2 içerebilir.

2. Amorf yapılı olmalıdırlar.

3. Parçacık boyutu (puzolanik aktivite için malzemenin çok ince öğütülmesi gerekmektedir).

58

SiO2+ Al2O3+ Fe2O3 içeriği

ASTM C 618 & TS 25 2011 (doğal puzolanın sahip olması gereken özelliklerini kapsar)

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 doğal puzolanlar > %70

MgO en çok %5

SO3 en çok %3

rutubet en çok %10

Uçucu Küller – ASTM

C Sınıfı SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 >50%

F Sınıfı SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 >70%

Silika dumanı SiO2≈ 85-98%

Fırın Cürufları SiO2 ≈ 30-40% Al2O3 ≈ 7-19% CaO ≈ 30-50%59

AMORF YAPI

Kimyasal reaksiyonlarda puzolanlar amorf yapıdadırlar.

Volkanik kül, volkanik tüf, uçucu kül, silika dumanı doğal olarak amorf yapıdadır.

Killer yapılarında yüksek miktarda silika & alümina bulundururlar. Kristal yapıdadırlar.

60

*amorf yapı kendine özgü bir biçimi olmayan yapılardır. *kristal yapılar düzenli bir dizgiye sahiptir.

PUZOLANLARIN KİMYASAL YAPISI

61

Yapay Puzolanlar Doğal Puzolanlar

F uçucu kil C uçucu kil Fırın Curufu Slika Dumanı Volkanik Kül Volkanik Cürüf

SiO2 % 52 % 35 % 35 % 90 % 58 % 50

Al2O3 % 23 % 18 % 12 % 0,4 % 29 % 20

Fe2O3 % 11 % 6 % 1 % 0,4 % 4 % 8

CaO % 5 % 21 % 40 % 1,6 % 1 % 8

SO3 % 0,8 % 4,1 % 9 % 0,4 % 0,5 % 0,4

Na2O % 1,0 % 5,8 % 0,3 % 0,5 % 0,2 -

K2O % 2,0 % 0,7 % 0,4 % 2,2 % 2 -

Na eq alk % % 2,2 % 6,3 % 0,6 % 1,9 % 1,5 -

PUZOLANLARIN FİZİKİ YAPISI

62

Yapay Puzolanlar Doğal Puzolanlar

F uçucu kil C uçucu kil Fırın Curufu Slika Dumanı Volkanik Kül Volkanik Cürüf

Boyut m2/Kg 420 420 400 20.000 990 730

Yoğunluk g/cm3 2,38 2,65 2,94 2,40 2,50 2,63

BAĞLAYICILARIN BETON İÇİNDEKİ MİKTARI

C Sınıfı Uçucu kül 15% ile 40%

F Sınıfı Uçucu kül 15% ile20%

Fırın cürufu 30% ile 45%

Silika dumanı 5% ile10%

Volkanik kül 15% ile35%

Volkanik tüf 15% ile 35%

63

BOYUT ETKİSİ ve İNCELİK

Puzolan aktivitesi incelikle artar. Volkanik kül,

uçucu kül, silika dumanı ince taneler olarak

elde edilirler.

Volkanik tüf, fırın cürufları, pişmiş kil çimento

inceliğinde öğütülürler.

64

PUZOLANLARIN FAYDALARI

• Taze betonun işlenebilirliğinde artış

• Su kusmada (terleme) azalma

• Segregasyonda azalma (kohezyonda artış)

• Çimento miktarından tasarruf (Enerji tasarrufu, min CO2)

• Atık malzeme olarak Puzolan kullanımı halinde çevresel fayda

• Hidratasyon ısısında azalma

• Beton dayanımının yavaş ama uzun süreli artması

• Su ve klorür geçirgenliğinde azalma

• Kimyasal etkilere dayanıklılıkta artış

• Bağlayıcı matris-agrega bağının kuvvetlenmesi

• Kuruma büzülmesinde ve termal büzülmede azalış

65

PUZOLONİK AKTİVİTE

Bir puzolanın bağlayabileceği en fazla Ca(OH)2 (kireç) miktarı ve bağlanma işleminin hızıpuzolanik aktivite olarak ifade edilir.

Puzolanik aktivite ölçüm yöntemleri genel olarak ikiye ayrılır.

1. Kimyasal yöntem:

a) puzolanik reaksiyon sonucu alkaliler veya asitler içerisinde çözülebilen SiO2 + Al2O3 +Fe2O3 toplamı ölçülür.

b) puzolan doymuş kireç çözeltisine konulduğunda, belirli bir süre içinde ortamdakikalsiyum iyonları azalması tespit edilir.

2. Mekanik yöntem:

Puzolan karışımlarının, basınç dayanımlarının ölçülmesi esasına dayanır.

66

PUZOLANİK AKTİVİTENİN BELİRLENMESİ

Puzolanik aktivite dayanım aktivite indeksi (SAI) ile belirlenir. ASTM standartlarına göre 6

küp numune hazırlanır.

Deney karışımı (A)

400 g çimento + 100 g puzolan + 1375 g kum + kıvamı sağlayacak su

Kontrol karışımı (B)

500 g çimento + 1375 g kum + 242 ml su

67

*SAI: Strength Activity Index*ASTM: American Society For Testing And Materials

PUZOLANİK AKTİVİTENİN BELİRLENMESİ

Basınç dayanımı deneyi (7 veya 28 günlük kür)

𝑆𝐴𝐼 =𝐴

𝐵× 100

A= Deney karışımı dayanımı

B= Kontrol karışımı dayanımı

ASTM C 618 standardına göre SAI ≥ 75% olmalıdır.

68

ÇİMENTOModern Hidrolik Bağlayıcılar

69

ÇİMENTO İÇİN BİLİNESİ KAVRAMLAR

• Portland

• Farin

• Klinker

• Kalsinasyon

• Sinterleşme

• Hidratasyon

• Tobermorit

• Silikat modülü

• Hidrolik modül

• Alümin modülü

• Ton modülü

• C3S Alite

• C2S Belite

• C3A Celite

• C4AF Ferite

• Aluminate

• Kireç Doygunluk Faktörü (LSF)

70

ÇİMENTO

Çimento teknik olarak keşfi antik çağlara uzanan bir

materyaldir. Genel olarak yapı inşasında kullanılan

malzemelerin genel ismidir.

Portland Çimentosu modern çağda 19. yüzyılda

keşfedilen bağlayıcı madde çeşididir.

71

ÇİMENTO

Çimento kelimesi, yontulmuş taş kırıntısı anlamındaki Latince caementum kelimesinden

türemiştir. Daha sonra bu kelime bağlayıcı anlamında kullanılmaya başlamıştır.

TS EN 206 ya göre Çimento Su ile karıştırıldığında, hidratasyon reaksiyonları ve işlemleriyle

priz alarak sertleşebilen hamur meydana getiren ve sertleştikten sonra dayanım ve

kararlılığını su içerisinde bile sürdürebilen öğütülmüş inorganik malzemedir.

Basit olarak ise Çimento kil içeren kireçtaşının pişirilmiş halidir.

72

TS EN 206:2013+A1: Bu Standard, yerinde döküm ve ön dökümlü (prefabrik) yapılar ile binaların ve inşaat mühendisliği alanına giren yapıların ön dökümlü yapısal elemanlarında kullanılan betonları kapsar.

PORTLAND ÇİMENTOSU

Portland çimentosu esas olarak kalkerli maddelerin (%76-

78) kil ile karıştırılması ve yaklaşık 1400-1500°C sıcaklıkta

sinterleşinceye kadar pişirilmesi sonucu katı parçacıklar

halinde elde edilen klinkerin uygun oranda alçı taşı ile

birlikte öğütülmesiyle elde edilir.

73Sinterleşme: malzemenin ergime sıcaklığına çıkmadan daha düşük sıcaklıklarda yoğunlaştırılması

YAŞ SİSTEM vs KURU SİSTEM ÇİMENTO

Başlangıçta çimento yaş sistemle üretilmekteydi. Hammadde

ancak çamur halinde öğütülerek homojenize edilebilmekteydi.

Bu sebeple hammadde karışımı fırına yaş olarak yaklaşık %35

oranında su bulunan çamur halinde girmekteydi. Karışımdaki

nemi uçurabilmek için fazladan enerji ihtiyacı doğmaktaydı.

Günümüzde kuru halde hammaddeler öğütülerek homojenize

edilebilmekte ve enerji tasarrufu sağlanmaktadır.

74

Çimento üretimi dünyadaki CO2 üretiminin %8 inin sorumlusudur.

75

ÜRETİMİ AŞAMALARI…

76

Hammadde Kırma Öğütme Karıştırma Pişirme Klinker

Pişirme işleminde sıcaklık 1500°C ye kadar çıkar. Bu yüksek sıcaklık altında ayrışma ürünleri

olan; kireç, silis, alumin, demir oksit aralarında birleşerek, çimentonun karmaşık bileşimleri

olan silikatları ve aluminatları meydana getirir. (bkz: karma oksitler)

YAKMA ÖNCESİ İŞLEMLER

77

YAKMA İŞLEMİ

78

1500°C de kireç, silis, alumin, demiroksit aralarında birleşerek, çimentonun karmaşık bileşimleri olan silikatları ve aluminatları meydana getirir.

ÇİMENTO ANA HAMMADDELERİ

KİREÇTAŞI ve KİL + ALÇI TAŞI

CaCO3 ve (Al2O3 + SiO2 + Fe2O3) + CaSO4·2H2O

79

HAMMADDE GRUPLARI

1. Grup karbonatlı hammaddeler: kalker (kireç taşı), marnlı kalker, marn, tebeşir, mermer.

2. Grup kili hammaddeler: kil, kil taşı, şeyl, cüruf, uçucu küller, killi şist, alüminyum cevheri

atıklırı, kaolin.

3. Grup silisli hammaddeler: kum, kalsiyum silikatlar, kuvarsit, diyatomit, pozolanik toprak.

4. Grup demirli hammaddeler: hematit, pirit külü, demir oksit.

80

ÇİMENTO ANA HAMMADDELERİ

Kalker: kireçtaşı da denir içerisinde % 90 a kadar kalsiyum karbonat vardır.

Marn: %50-70 kalker ve %30-50 oranında kil karışımından oluşmuş kayaçlardır. Çimento

üretiminde genellikle %70 kalker %30 kil içeren marnlı kalker kullanılır.

Kil: ikincil temel hammaddedir. Kil tanımı genel bir kavramdır ve mineral içeriği oran

anlamında değişkendir. Esas olarak denilen sulu alüminyum silikatlardan oluşur

(mAl2O3·nSiO2·pH2O). Kaolin ise kilin çok saf yapıdaki Al2O3·2SiO2·2H2O halidir.

Alçı Taşı: kalsiyum sülfat mineralidir. İki hidrat suyu içeren hali Jips olarak anılır. Çimento

üretiminde genellikle jips kullanılır. Klinker içerisine %3-5 oranında katılır.

81

FARİN – ÖN ISITMA ÜRÜNLERİ

İstenilen kimyasal bileşimde ve istenilen inceliğe öğütülmüş hammadde karışımları döner

fırında ön ısıtma işlemine tabi tutulur. Ön ısıl işlemin sebebi yapıdaki kaba suyun

uzaklaşması, mevcut organik materyallerin yanması ve kısmen kalsinasyonun

başlatılmasıdır. Hammaddelerin bu karışım hallerine farin denir.

Bu çimento üretiminin temel adımıdır. 600°C gibi kil içerisindeki bağlı su uzaklaşır.

Sonrasında CaCO3 ve MgCO3 büyük ölçüde kalsine olur ve CO2 ortamdan uzaklaşır. Fırın

girişindeki kuru ağırlığın 1/3 ü su buharı ve karbondioksit olarak uzaklaşır.

82

Kalsinasyon: yapının oksit bileşiğine dönüşmesi, genellikle CO2 nin yapıdan uzaklaştırılmasıdır.

KLİNKER – PİŞİRME

800°C de ön ısıl görmüş farin döner fırına girer (0,5 – 1,0 rpm). Fırın sıcaklığı 1450-1600°C

aralığındadır. Fırının iki ucu arasında sıcaklık farkı vardır ve hammadde fırında ilerledikçe daha da

ısınarak erir ve kilinker oluşum reaksiyonları gerçekleşir. İlkel maddelerin pişirilmesi sonucu elde

edilen ürüne kinker denir. Değişimleri ve reaksiyonları sıralarsak:

1. Serbest suyun buharlaşması

2. Kilin kristal suyunu kaybetmesi

3. CaCO3 ve MgCO3 ayrışması (kalsinasyon)

4. Kireç ile silis ve alüminyum oksidin birleşmesi

83

Ön ısıtma işlemi sırasında (sonuç farin)

Temel ısıtma işlemi sırasında (sonuç klinker)

ÇİMENTO TEMEL OKSİTLERİ

Kalker, Kil, Kaolin, Marn, Alçı Taşı gibi doğal kaynaklardan

portland çimentosunun temel oksitleri elde edilir.

Bunlar kalsinasyon ürünleridir.

Kireç taşından gelen CaO

Kilden gelen SiO2 ,Al2O3 ve Fe2O3

84

Fe2O3

𝐾𝑖𝑙600°𝐶

𝑆𝑖𝑂2 + 𝐴𝑙2𝑂3 + 𝐹𝑒2𝑂3 + 𝐻2𝑂

𝐶𝑎𝐶𝑂31000°𝐶

𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂2

ÇİMENTO KARMA OKSİTLERİ

Klinkerin pişmesi sonucu temel oksitler birleşir ve

çimentonun karma oksitlerini oluşturur. Klinkerin %

90 ı bu karma oksitlerdir.

Çimentonun tüm kimyasal karakterini veren

bileşikler bu karma oksitlerdir.

85

ÇİMENTO KARMA OKSİTLERİ

3CaO·SiO2 Alite C3S Hızlı Dayanım

2CaO·SiO2 Belite C2S Yavaş ve Sürekli Dayanım

3CaO·Al2O3 Celite C3A Kimyasal Etkilere (Sülfata) Dayanıksızlık

4CaO·Al2O3·Fe2O3 Ferrite C4AF Priz Sıcaklığını Düşürme

86

*Ders içeriğinde çimento karma oksitleri, kısaltmaları olarak kullanılacaktır.Yani C kalsiyum oksidi, S silisyum oksidi, F demir oksidi ve A alüminyum oksidi simgeleyecektir.Bu bölümde silikatlardan C3S kırmızı, C2S mavi ; alüminatlardan C3A yeşil , C4AF mor olarak gösterilecektir.

CA ve C2AS ve C3A ve C4AF

. Fırında gerçekleşen ilk reaksiyonlardır. 800°C altında karbonatların ayrışması ile

oluşan CaO (ki biz bu kalsiyum oksitten bundan sonda C diye bahsedeceğiz) alüminyum

oksit ile birleşerek (buna A diyeceğiz) CaO·Al2O3 oluşur (CA). 1000-1100°C aralığında

silisyum dioksit (buna da S diyeceğiz) ve alüminyum oksit (A) ile birleşerek dikalsiyum

alüminyum silikat (C2AS, gehlenit) oluşur. Kararsız bir yapıdır.

Benzer şekilde 1100-1200°C sıcaklıkta trikalsiyum alüminat (C3A) ve tetrakalsiyum

alüminyum ferrat (C4AF) oluşur.

Halen katı fazda çok miktarda serbest kireç mevcuttur.

87

CS ve C3AS2

CaO·SiO2 ve 3CaO·2SiO2 yapılarıdır. Fırında

oluşan yan ürünlerdir. Çimentonun pirizine

etkileri yoktur.

88

C2S ve C3S

Karbonatların ayrışması ile oluşan CaO (C) silisyum dioksit ile

birleşerek dikalsiyum silikat (C2S) oluşur (800°C).

Sıcaklık 1250°C ye varınca malzeme karışımının %20-30 kadarı

erir. Sıvı fazda CaO ile C2S birleşerek C3S i oluştururlar. Portlant

çimentosunun esas içeriği de işte bu C3S dir.

Bu iki reaksiyon sonucu serbest kirecin (C) konsantrasyonu

büyük ölçüde azalır.

89

Ergime sıcaklığının hemen altında gerçekleşen bu reaksiyonlara sinterleşme reaksiyonu denir.

SIRALARSAK …

800°C altında

CaO·Al2O3 (CA) ve 2CaO·SiO2 oluşumu başlar (C2S).

800°C - 900°C

C2AS oluşur tekrar ayrışır. C3A ve C4AF oluşumu başlar. Serbest kireç

miktarı maksimum değere ulaşır.

1100°C - 1200°C

C3A ve C4AF büyük ölçüde tamamlanır. C2S maksimum değere varır. Sıvı

faz oluşmaya başlar.

1260°C - 1450°C

C3S oluşumu ile serbest kireç azalır.

90

BİR DE TABLO OLARAK

91

Sıcaklık Tane yapısı Klinker işlemleri

700°C ye kadar hammaddeler serbest hareket

eden toz haldedir.

Tanecikler katıdır, aralarında reaksiyon yoktur. Su tamamen buharlaşmıştır. Dehidrate kil

tanecikleri vardır.

900°C ye kadar hammaddeler hala serbest

hareket eden toz haldedir.

Tanecikler katıdır, aralarında reaksiyon yoktur. Kalsinasyon devam ettikçe serbest kireç miktarı

artar. Reaktif silis CaO ile reaksiyona girerek C2S

oluşturur. Kalsinasyonun devam etmesi sıcaklığı

850°C de tutar.

1150-1200°C tanecikler yapışkan hale gelmeye

başlar

Katı tanecikler arasında reaksiyon oluşmaya

başlar.

Kalsinasyon Serbest CaO sona erince sıcaklık

hızla artmaya başlar

1200-1350° Agglomerasyon olayı başladığında

malzemeler sıvı ile bir arada tutulur. Fırının

dönüşü Agglomeraların bütünleşmesini

tabakalanmasını başlatır.

Kapiler kuvvetler tanecikleri bir arada tutar 1250°C’nin Yuvarlak belit kristalleri üzerinde

sıvı faz oluşur. Sıvı C2S CaO reaksiyona girerek

C3S oluşturmalarına olanak sağlar

1350-1450°C parçalıkların tepeden birlikte

düşmeleri nedeniyle Agglomeralaşma ve

parçacıkların tabakalanması devam eder.

Sıvı faz yeterli ise topaklanma oluşur. Sıvı faz

yetersiz ise tozlu klinker oluşur.

C2S kristalleri miktar olarak azalır, boyut olarak

büyür. C3S kristalleri miktar ve boyut olarak

artar.

Soğuma Soğuma sırasında topaklar şekilleri aynen

korur.

Soğuma ile birlikte C3A ve C4AF sıvı fazda

kristalleşir. Soğuma sırasında topaklar şekilleri

aynen korur.

ÇİMENTO REAKSİYONLARI

92

650-1050°C

𝐴𝑙2𝑂3 · 2𝑆𝑖𝑂2 · 2𝐻2𝑂 + 5𝐶𝑎𝐶𝑂3CA ve C2S oluşumu

𝐶𝑎𝑂 · 𝐴𝑙2𝑂3 + 2𝐶𝑎𝑂 · 𝑆𝑖𝑂2+ 2𝐻2𝑂 ↑ + 5𝐶𝑂2 ↑

𝐹𝑒2𝑂3 + 2𝐶𝑎𝐶𝑂3C2F oluşumu

2𝐶𝑎𝑂 · 𝐹𝑒2𝑂3 + 2𝐶𝑂2 ↑

𝐶 + 𝑂2organik yanma

𝐶𝑂2 ↑

𝑆𝑖𝑂2 + 2𝐶𝑎𝐶𝑂3C2S oluşumu

2𝐶𝑎𝑂 · 𝑆𝑖𝑂2 + 2𝐶𝑂2 ↑

𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂2 ↑

1250-1450°C

2𝐶𝑎𝑂 · 𝐹𝑒2𝑂3 + 𝐶𝑎𝑂 · 𝐴𝑙2𝑂3+ 𝐶𝑎𝑂C4AF oluşumu

4𝐶𝑎𝑂 · 𝐴𝑙2𝑂3 · 𝐹𝑒2𝑂3

𝐶𝑎𝑂 · 𝐴𝑙2𝑂3 + 2𝐶𝑎𝑂C3A oluşumu

3𝐶𝑎𝑂 · 𝐴𝑙2𝑂3

2𝐶𝑎𝑂 · 𝑆𝑖𝑂2 + 𝐶𝑎𝑂C3S oluşumu

3𝐶𝑎𝑂 · 𝑆𝑖𝑂2

KLİNKERİN SOĞUTULMASI VE ÖĞÜTÜLMESİ

Klinker fırın içerisinde sinterleşme sıcaklığından sonra hızla soğutulmalıdır. Sıcaklık 1250°C nin altına

yavaş düştüğünde C3S tersinir bir reaksiyon göstererek C2S ve CaO ya ayrışır.

3𝐶𝑎𝑂 · 𝑆𝑖𝑂2yavaş soğuma

2𝐶𝑎𝑂 · 𝑆𝑖𝑂2 + 𝐶𝑎𝑂

Azalan C3S miktarı çimento için istenmeyen bir durumdur, mukavemet azaltıcı etkisi vardır. Ayriyeten

oluşan serbest kireç de betonda tehlikeli genleşmelere neden olur. Bu reaksiyon hızlı soğutma ile

önlenmeye çalışılır.

93

KLİNKERİN ÖĞÜTÜLMESİ

94

Klinker fırının ağzından gri kürecikler halinde çıkar.

Fırından 1000°C ye yakın bir sıcaklıkta çıkan klinkerin

genel olarak hızlı bir şekilde soğutulması gereklidir.

Soğutucudan çıkan klinker, boyutları 1-3 cm arasında

değişen, pürüzlü, gözenekli bir yüzeye sahip, sert,

yuvarlak, koyu gri tanelerdir.

KLİNKERDEN ÇİMENTOYA

Klinker su ile herhangi bir reaksiyon yapmaz ve bu maddenin bağlayıcılık özelliği yoktur.

Klinker ancak ince bir şekilde öğütüldükten sonra bağlayıcı özelliği kazanır.

95

değirmen öğütücü bilyaları

Soğumuş klinker içine ihtiyaca göre ≈%5 alçı taşı

katılarak bilyeli değirmenlerde kuru olarak öğütülür.

Oluşan ürün çimentodur.

ÇİMENTO

96

Klinkere çimentonun priz süresini düzenlemek için alçıtaşı eklenir.

Alçı taşışı olmaması halinde çimento çok hızlı sertleşir.

Katkılı Portland çimentosu üretiminde ise; puzolan olarak kullanılan

hammaddeler bu aşamada klinkere katılır.

Klinker + Alçıtaşı PÇ (portland çimentosu)

Klinker + Alçıtaşı + %19 Puzolan KÇ (portland puzolanlı çimento)

Klinker + Alçıtaşı + %40 Puzolan TÇ (portland puzolanlı çimento)

ÇİMENTO

97

Klinker ve diğer katkılar çelik bilyalı öğütücülerde boyutları 90 mikron ile 6,5 mikron arasında

değişen tanelere dönüştürülerek çimento elde edilir.

Öğütülen çimento silolara gönderilerek gerekli süre bekletilip soğuması ve kararlı bir durum alması

sağlanır. Kullanım öncesi sıcaklık en az 75°C ye düşmelidir.

Klinker + Alçıtaşı CEM I (portland çimentosu)

Klinker + Alçıtaşı + Puzolan CEM II (portlant kompoze çimento)

Klinker + Alçıtaşı + Puzolan CEM III (yüksek fırın cüruflu çimento)

Klinker + Alçıtaşı + Puzolan CEM IV (puzolanlı çimento)

Klinker + Alçıtaşı + Puzolan CEM V (kompoze çimento)

CEM dip not

98

CEM I genel amaçlı portland çimentosudur. Erken dayanımın yüksek olması durumunda R normal

betonda N kodu alır.

CEM II portland çimentosunun iki tipi vardır. A tipinde %6-20; B tipinde %21-35 oranında uçucu kül,

cüruf, tras gibi puzolanlar içerir.

CEM III portland çimentosunda A tipi %35-65 B tipi %66-80 C tipi %81-95 cüruf içerir. Hidratasyon

ısısı düşük ve kimyasal etkilere dayanıklıdır.

CEM IV puzolanik çimentolar hidratasyon ısısı düşük olduğundan kimyasal etkilerin olduğu deniz içi

yapılarda ve kütle beton dökümünde kullanılır.

CEM V hem fırın cürufu hem tras ve uçucu kül içeren puzolanik çimentolardır. Agrasif ortamlarda

kullanılırlar.

ÇİMENTO

99

• Çimentonun dört aydan fazla bekletilmemesi gerekir.

• Uygun depolama koşullarında bile çimentolar ortamdan

nem alıp dayanım kaybına uğrayabilirler.

• Kuru ambarlarda veya hava almayan, ağzı kapalı silolarda

saklanmalıdır.

ÇİMENTO KARMA OKSİTLERİ

100

Kalsiyum Silikatlar Kalsiyum Aluminatlar Sülfatlar

3CaO·SiO2 2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 4CaO·Al2O3·Fe2O3 CaSO4·2H2O

C3S C2S C3A C4AF CതS

Trikalsiyum Silikat Dikalsiyum Silikat Trikalsiyum AlüminatTetrakalsiyumAluminoferrit

Alçı Taşı

KARMA OKSİTLERDEN C3S ALİT

101

Alit çimento hacminin yaklaşık %40-70 ini oluşturur. Priz sürelerini, erken

ve nihai dayanımı etkiler. C3S yüzdesi arttıkça çimentonun ilk yaşlardaki

dayanımı daha yüksek olur. Su ile hidratasyonu yüksek ısı verir.

C3S in su ile yaptığı reaksiyon sonucunda C-S-H sembolü ile gösterilen

kalsiyum silikat hidrate ile serbest kireç 3Ca(OH)2 oluşmaktadır.

Çimentonun kalitesi alit miktarı ile ölçülür. Bu da soğutma hızına bağlıdır.

Rekasiyon hızı Hidratasyon ısısı Bağlayıcılık (erken) Bağlayıcılık (geç) Renk

orta 120 cal/g yüksek yüksek beyaz

KARMA OKSİTLERDEN C2S

102

Belit çimentonun hacmen %15-45 ini oluşturur. Reaksiyona girmesi

yavaştır ve genel olarak bir haftadan sonraki dayanımda etkilidir.

C2S in su ile yaptığı reaksiyon sonucunda C-S-H sembolü ile gösterilen

kalsiyum silikat hidrate ile serbest kireç Ca(OH)2 oluşmaktadır. C3S e göre

daha az reaktiftir.

Rekasiyon hızı Hidratasyon ısısı Bağlayıcılık (erken) Bağlayıcılık (geç) Renk

yavaş 62 cal/g düşük yüksek beyaz

KARMA OKSİTLERDEN C3A

103

Kinkerin %1-15 i arasında olabilir. Celit reaksiyonda ilk çözünen bileşendir. Büyük miktarda

ısı artışına neden olur. Klinkerin öğütülmesi sırasında katılan alçıtaşı (CതS · 2H) C3A nın

hidratasyon hızını yavaşlatır. Alçıtaşı ilave edilmemiş C3A lı bir çimento hızla katılaşır. Bu

nedenle çimento içerisinde fazla bulunması istenmez. Hacim değişimine ve çatlamalara

neden olur. Sülfata karşı dayanıksızdır.

Rekasiyon hızı Hidratasyon ısısı Bağlayıcılık (erken) Bağlayıcılık (geç) Renk

hızlı 207 cal/g düşük düşük beyaz-gri

KARMA OKSİTLERDEN C4AF

104

Ferrite klinkerleşme sıcaklığını düşürerek çimento üretimine etki eder. Çimentoya rengini

veren bileşendir.

Rekasiyon hızı Hidratasyon ısısı Bağlayıcılık (erken) Bağlayıcılık (geç) Renk

orta 100 cal/g düşük düşük siyah

ÇİMENTO KARMA OKSİTLERİ

105

C3S Erken dayanımı etkiler.

C2S Geç dayanımda etkilidir.

C3A Büyük miktarda ısı artışına neden olur. Sülfatla reaksiyona girer.

C4AF Çimentoya rengini veren bileşendir.

ÇİMENTO HİDRATASYONU

106

HİDRATASYON İÇİN BİLİNESİ KAVRAMLAR

• C3S Alite

• C2S Belite

• C3A Celite

• C4AF Ferite

• C-S-H tobermorit

• CH portlandit

• C-A-തS-H etrenjit

• Solvatasyon: yapıya solventin katılması

• Solvent: çözücü

• Hidratasyon: yapıya hidratın katılması

• Hidrat: H2O (H)

• Sülfat: SO3 (തS)

• Karbondioksit: CO2 (തC)

• Sodyum oksit: Na2O (N)

• Magnezyum oksit: MgO (M)

• Potasyum oksit: K2O (K)

107

ÇİMENTO HİDRATASYON

108

Çimentodaki karma bileşenler termal işlem sonrasında yüksek *entropili hale gelirler.

Yapılarına tekrar su katıldığında *egzotermik bir reaksiyon vererek bu enerjiyi tekrar

salarlar.

Çimentonun karma bileşenlerinin su ile ayrı ayrı kimyasal reaksiyona girdikleri varsayılır

ve hidratasyon sonunda her ana bileşen tarafından değişik hidratasyon ürünleri oluşur.

Ç𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝑆𝑢∆ (𝚤𝑠𝚤)

Ü𝑟ü𝑛

*entropi (S): sistemin düzensizliği*egzotermik: ısı veren reaksiyon

SİLİKATLARIN HİDROTASYONU C3S ve C2S

109

C3S ve C2S klinkerin yaklaşık %70 ila %80 ini oluşturur. Bu kalsiyum silikatların hidratasyonusonucu kristal yapıyı kuran tobermorit (C3S2H3) yapısı oluşur. Bu reaksiyonun tamamlanması 3aşamada gerçekleşir.

1. Hidratasyon: Bileşenlerin su ile yaptığı kimyasal reaksiyon.2. Katılaşma: Priz yapma3. Sertleşme: Dayanım kazanma

Silikatların Hidratasyon Reaksiyonları

2(3𝐶𝑎𝑂 ∙ 𝑆𝑖𝑂2) + 6𝐻2𝑂5−6 kat daha hızlı

3𝐶𝑎𝑂 ∙ 2𝑆𝑖𝑂2 · 3𝐻2𝑂 + 3𝐶𝑎(𝑂𝐻)2

2 2𝐶𝑎𝑂 ∙ 𝑆𝑖𝑂2 + 4𝐻2𝑂 3𝐶𝑎𝑂 ∙ 2𝑆𝑖𝑂2 · 3𝐻2𝑂 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2

C-S-H(tobermorit)

CHportlandit

ÇİMENTO KARMA OKSİTLERİ

110

ÇİMENTO HİDROTASYONU & SÖNMÜŞ KİREÇ

111

C3S (alite) 2 3𝐶𝑎𝑂 ∙ 𝑆𝑖𝑂2 + 𝑛𝐻2𝑂 3𝐶𝑎𝑂 ∙ 2𝑆𝑖𝑂2 (𝑛 − 3)𝐻2𝑂 + 3𝐶𝑎(𝑂𝐻)2

C2S (belit) 2(2𝐶𝑎𝑂 ∙ 𝑆𝑖𝑂2) + 𝑛𝐻2𝑂 3𝐶𝑎𝑂 ∙ 2𝑆𝑖𝑂2 (𝑛 − 1)𝐻2𝑂 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2

• Oluşan sönmüş kireç yapının su içinde bulunduğu süre zarfında sürekli bir şekilde çözünecektir.Çözünen Ca(OH)2 gittikçe boşluklu bir yapı oluşturacaktır ve dayanımının büyük ölçüdeazalmasına sebep olacaktır.

• Bu dezavantajın yanında Ca(OH)2 varlığı ortamın pH sını bazikleştireceği için çelik donatınınoksitlenmesini engelleyici etkisi olacaktır.

• C3S silikatının en önemli özelliği çimentonun prizini çabuklaştırması ve hızlı dayanımkazandırmasıdır.

• C2S silikatının en önemli özelliği yavaş ama sürekli dayanım kazandırmasıdır.

KİREÇ OLUŞUMU OLUMLU OLUMSUZ YÖNLERİ

112

Devamlı su içinde bulunma Ca(OH)2 nin sürekli

bir şekilde çözünmesi demektir. Beton boşluklu

bir hal alacaktır. Dayanımının büyük ölçüde

azalmasıyla yapının emniyeti tehlikeli bir duruma

girecektir.

Serbest kirecin varlığı nedeniyle oluşan bazik

ortam da çelik donatının paslanması

engellemektedir.

ÇİMENTO HİDROTASYONU C3A

113

3𝐶𝑎𝑂 ∙ 𝐴𝑙2𝑂3 + 6𝐻2𝑂 3𝐶𝑎𝑂 ∙ 𝐴𝑙2𝑂3 ∙ 6𝐻2𝑂 + ∆

3𝐶𝑎𝑂 ∙ 𝐴𝑙2𝑂3 ∙ 6𝐻2𝑂 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 6𝐻2𝑂 4𝐶𝑎𝑂 ∙ 𝐴𝑙2𝑂3 ∙ 13𝐻2𝑂

C3A hidrotasyon ürünü oldukça zayıf dayanımlıdır. Prize ilk başlayan öğe olan C3A hızla priz yapıp

yüksek hidratasyon ısısı açığa çıkarır. C3A nın hızlı prizi denetim altına alınmazsa, çimento tümüyle

katılaşır ve silikatların oluşmasına olanak kalmaz. C3A nın priz hızı klinkere katılan alçı taşı ile

yavaşlatılır.

Çimentoya alçı taşı katılmadığı zaman C3A hızlı bir şekilde hidratasyon yaparak, küçük plaklar

şeklinde priz yapar. Büyük bir ısının açığa çıkmasıyla oluşan bu olaya ani priz denilir.

SÜLFAT

114

SO3 çimento içine hammaddelerden, katkılardan veya kullanılan yakıttan gelmektedir.

Ayrıca klinkere eklenen alçı taşından kaynaklanan SO3 , sülfo-aluminat tuzlarının oluşmasına neden

olmaktadır.

Bu maddenin CEM I, CEM II, CEM IV ve CEM V için % 3,5 den CEM III için ise % 4 den fazla olmaması

istenir.

Sülfat iyonları, çimento içindeki C3A ile reaksiyona girer. Bu reaksiyonu önlemek için çimento

bileşimindeki trikalsiyum alüminatın düşük olması (C3A < %6) gerekmektedir. Sülfat reaksiyonları,

Na2SO4, K2SO4, CaSO4, MgSO4, (NH4)2SO4 gibi tuzlarla görülebilir,

3𝐶𝑎𝑂 ∙ 𝐴𝑙2𝑂3 ∙ 𝐶𝑎𝑆𝑂4 ∙ 18𝐻2𝑂 + 2𝐶𝑎 𝑂𝐻 2 + 2𝑆𝑂3 + 12𝐻2𝑂 3𝐶𝑎𝑂 ∙ 𝐴𝑙2𝑂3 ∙ 3𝐶𝑎𝑆𝑂4 ∙ 32𝐻2𝑂

SÜLFAT – SO3

115

Doğada bulunan sülfat iyonları betona nüfuz ederek hidratasyon ürünü kalsiyum hidroksit

(CH) ve kalsiyum aluminat hidratlarla (C-A-H) reaksiyona girer. Sırasıyla alçı ve etrenjit adı

verilen ürünler oluştururlar. Bu ürünlerin her ikisi de betonda genleşmelere ve dolayısıyla

çatlama ve bozulmalara yol açarlar.

Sülfat etkisinin azaltılması için iki önlem türü bulunur. Bunlardan birincisi, çimentodaki C3A

miktarının azaltılması, ikincisi ise çimento hidratasyonu sonucunda oluşan kalsiyum

hidroksitin çeşitli mineral katkılar içeren çimentolar kullanılarak azaltılmasıdır.

C3A + ALÇI TAŞI = ETRENJİT

116

Etrenjit (𝐶4𝐴 ҧ𝑆3𝐻31) betonda yer alan C3A karma oksitinin erken priz yapmasını engellemek

amacıyla, çimentoya konulan az miktarda alçı taşının yine C3A içinde bulunan aluminatların

üzerinde oluşturduğu iğne şeklindeki kristallere denir.

C3A ve Alçıtaşı birleşiminden oluşan etrenjit krislalleri (candlot tuzu) priz olayını engeller. İçerdiği

çok miktardaki hidrat suyu nedeniyle büyük bir hacim kaplar. (%227 hacim artışı) Taze betonda

ortamın yeterince su bulundurmasından ötürü bu hacim artışı problem oluşturmaz.

3𝐶𝑎𝑂 ∙ 𝐴𝑙2𝑂3 ∙ 6𝐻2𝑂 + 3 𝐶𝑎𝑆𝑂4 ∙ 2𝐻2𝑂 + 19𝐻2𝑂 3𝐶𝑎𝑂 ∙ 𝐴𝑙2𝑂3 ∙ 3𝐶𝑎𝑆𝑂4 ∙ 31𝐻2𝑂

C-A-തS-H(etrenjit)

C3A, ALÇITAŞI ve YALANCI PİRİZ

117

Klinkere katılan alçıtaşı eğer klinker sıcakken eklenirse alçıtaşının bir kısmı alçıya dönüşür.

Suyla karışan alçı aniden sertleşir. Ancak alçı miktarı az olduğundan tüm kütle

sertleşmez.

Bu duruma yalancı piriz denir.

Uzun süre betonun karıştırılmasıyla tekrar yumuşama sağlanabilir. Yalancı priz yapma

özelliğine sahip çimentolarla dökülen betonlar çok çabuk katılaşma eğilimi gösterip,

beton işçiliğinde zorluklar yaratır. Ayrıca pompa betonlarında borularda tıkanıklıklar

yaratır.

ÇİMENTO OKSİTLERİ C3A ve KLOR

118

C3A nın çimentoya sağladığı olumlu bir etki Cl- iyonlarını bağlama yeteneğine sahip

olmasıdır.

C3A Cl- iyonları ile reaksiyona girerek friedel tuzu oluşturur.

3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O

SERBEST KLOR

119

Beton içerisinde asidik etki göstererek

donatıların korozyonunu arttırıcı etkisi vardır.

Miktarının %1 den fazla olmaması gereklidir.

𝐶𝑙2 +𝐻2𝑂 𝐻𝑂𝐶𝑙 + 𝐻+ + 𝐶𝑙−

𝐻𝑂𝐶𝑙 𝐻+ + 𝑂𝐶𝑙−

ÇİMENTO OKSİTLERİ C4AF HİDRATASYONU

120

C4AF nin (4CaO·Al2O3·Fe2O3) hidratasyonu, hızı daha küçük olsa da C3A nın hidratasyonu

gibidir.

Hidratasyon reaksiyonu sonunda, alçı miktarının belirli bir değerin altında olmaması

halinde sülfo-ferritler elde edilir.

Bunlar sülfo-aluminatlarda alumin yerine Fe2O3 in konulmasıyla elde edilen yapılardır.

Ayrıca alçıtaşının az miktarda olması halinde, C4AF nin hidratasyonu sonunda

(3CaO·Fe2O3·H2O), (CaO·Fe2O3·H2O), (3CaO·Al2O3·H2O) gibi hidrate bileşimlerin meydana

gelme olasılığı vardır.

KARMA OKSİTLER

121

Bileşen Hidratasyon HızıBağlayıcılık

Değeri

Hidratasyon

Isısı

Kimyasal

Dayanıklılık

C3S İlk hafta hızlı, sonra yavaş Kuvvetli Orta Az

C2S İlk hafta yavaş sonra sürekli artım Kuvvetli Az İyi

C3A Ani (İlk dakika) Zayıf Çok Kötü

C4AF Ani (İlk dakika) Zayıf Orta İyi

KALSİYUM SİLİKATLAR

122

Kalsiyum monosilikat: CaO·SiO2 doğada wollastonit olarak bilinen bir mineraldir. İnce

öğütülse de priz yapmaz.

Trikalsiyum disilikat: 3CaO·2SiO2 monoklinik kristal yapılıdır. Bu yapının da bağlayıcı özelliği

yoktur.

Dikalsiyum silikat: 2CaO·SiO2 trikalsiyum silikatan sonra klinker içinde en çok bulunan

bileşiktir. C2S nin hidratasyon hızı C3S in hızına göre çok yavaştır.

Trikalsiyum silikat: 3CaO·SiO2 en önemli klinker bileşenidir. Su ile reaksiyona girerek piriz

yapabilme kabiliyeti yüksektir.

KALSİYUM ALÜMİNATLAR

123

Trikalsiyum pentaalüminat: C3A5 1450°C de oluşur. Priz yapma yetisi vardır.

Monokalsiyum alüminat: CA su ile hızla katılaşır. Çimento içindeki en hızlı piriz yapan

bileşiktir.

Pentakalsiyum trialüminat: C5A3 priz yapma özelliği vardır.

Trikalsiyum alüminat: C3A klinkerde en çok bulunan alüminattır. Fazlası sülfat korozyonuna

neden olur. Çimentodaki işlevi kalsiyum sülfat ile reaksiyona girerek klinker tanecikleri

üzerinde bir kabuk oluşturur. Bu kabuk su içinde çözünme hızını kontrol eder.

Tetrakalsiyum alüminoferrit: C4AF hidrotasyonu C3A ile benzerdir fakat daha yavaştır.

SAF KLİNKER BİLEŞİKLERİNİNİ HİDRATLAŞMA YÜZDELERİ

124

Na2O ve K2O

125

Hammaddede bulunabilecek Na2O ve K2O gibi alkali safsızlıkların agrega içeriğindeki reaktif

silis ve karbonatlarla büyük su emme kapasitesi olan alkali silika jelleri oluşturma riskleri

vardır. Buna alkali-agrega reaksiyonu denir. Bu jel yapılar büyük hacim genleşmelerine

sebep olur.

Bu nedenle ASTM standartlarına göre 𝑁𝑎2𝑂 + 0,66 × 𝐾2𝑂 miktarının %0,6 dan fazla

olmaması istenir

SERBEST CaO

126

Hammaddede bulunan CaO nun tamamının çimentonun ana bileşenlerinde görev alması

beklenir. Serbest CaO çimento hamuru içerisindeki su ile birleşerek Ca(OH)2 oluşturmakta

ve havadaki CO2 ile birleşerek CaCO3 haline dönüşmektedir. Bu reaksiyonlar ısı ve genleşme

açığa çıkarmaktadır.

Miktarının %1 den az olması istenir.

MgO

127

Dolamitde bulunan magnezyum karbonatın kalsinasyonu sonucu oluşan magnezyum oksit

su ile reaksiyona girerek önce Mg(OH)2 daha sonra da havadaki CO2 ile tekrar MgCO3 haline

gelir. CaO benzeri bu reaksiyonlar sonucu ısısal ve genleşme problemleri doğar.

Çimento içerisinde %5 den fazla olmamalıdır.

KIZDIRMA KAYBI

128

Çimentonun yüksek sıcaklıkta (975±25°C) kızdırılması sonucu çimentoyu terk eden nem ve

karbondioksitten ileri gelir.

Çok az miktardaki su, çimento üretiminde kullanılan alçı taşının (CaSO4·2H2O) bünyesinden

ve havadan bir miktar nem alınmasından kaynaklanır. Karbondioksit ise, çimentonun

havadan karbondioksit alarak karbonatlaşma yapmasından kaynaklanır.

1±0,05 g çimentonun 1000°C de pişirilmesiyle ölçümlenir. Ağırlıkça kütle kaybının %4 den

büyük olmaması beklenir.

ÇÖZÜNMEYEN KALINTI

129

• Çimento bileşenlerinin oluşumunda görev almayan silis miktarını ifade eder.

• Normal olarak çimento bileşenleri hidroklorik asit (HCl) içerisinde çözünmesine rağmen,

sadece silis bu asit içerisinde çözünmez.

• Çözünmeyen kalıntı yüzdesi, çimento üretiminde kimyasal reaksiyonların tam olarak

gelişip gelişmediğini göstermesi bakımından önemlidir.

HİDRATASYONDA OLUŞAN BOŞLUKLAR

130

Plastik kıvamını kaybederek katılaşan çimentoda

hidratasyon sonucu iki çeşit boşluk oluşur. Jel boşluklar

(küçük) ve Kapiler boşluklar (büyük).

Kapiler boşluklar hidratasyon esnasında oluşan ürünler ile

doldurulamayan boşluklardır. Uygun su/çimento oranı

sonucunda kapiler boşluklar oluşmaz. Su/çimento oranı

arttıkça kapiler boşluklar daha geç dolar. Kılcal boşluk

hacmi toplamın %8 i kadardır.

JEL BOŞLUKLAR

131

Karma suyu olarak gereğinden fazla su kullanılmış ise bu suyun

buharlaşması sonucu jel boşluklar oluşur. boyutu 0,5 - 10 nm

arasındadır.

Su çimento oranı 0,40 civarında olacak şekilde tasarlanmış bir

çimento hamurunun tüm jel boşlukları toplanı çimento hamuru

hacminin %28 i kadardır.

KAPİLER BOŞLUKLAR

132

Çoğunlukla bünyeden su kaybı ile meydana gelir. Su kaybı

nedeniyle oluşan kapiler boşlukların boyutu 10 nm ile 10 μm

arasındadır.

Jel boşluklarının durabilite ve dayanım üzerine etkisi çok büyük

değilken kapiler boşlukların önemi büyüktür.

HİDRATASYONDA HARCANAN SU

133

Serbest su hidratasyon sonucu oluşan bileşiklerin boşlukları su ile

doludur. Buharlaşma yoluyla uzaklaşabilirler.

Adsorpsiyon suyu hidrate bileşiklerin yüzeyinde van der Waals

kuvvetleri ile tutunan sudur. (zeolitik su)

Kristal suyu yapıya girmiş olan sudur. Kristal formülünden sonra

nokta koyarak gösterilir.

Oluşum suyu klinker içindeki oksitlerle birleşerek hidroksit haline

dönüşmüş harcanmış sudur.

HİDRATASYONDA HARCANAN SU HESABI

134

Klinker bileşikleri hidrate olabilmek için kendi ağırlıklarına göre C3S için %24, C2S için %21, C3A için

%40, C4AF için %37 suya ihtiyaç duyarlar. Bu hesaplar kullanılarak toplam su ihtiyacı teorik olarak

hesaplanabilir ancak daha güvenilir sonuçlar deneysel verilerden gelmektedir.

Deneysel veriler çimentonun su ihtiyacının kendi ağırlığının %23 ü kadar olduğunu göstermektedir.

Hidrate çimentonun hacmi Vh, başlangıçtaki anhidrit çimento hacmi V0 ve kullanılan suyun hacmi Vs

Beklenilenden farklı olarak bunların arasında doğru bir orantı yoktur. 𝑉0+ 𝑉𝑠 ≠ 𝑉ℎ

yapılan deneyler hidrate çimento hacminin anhidrit çimento ve su toplamından %25,4 oranında az

olduğunu gösterir.

HİDRATASYONDA HARCANAN SU HESABI

135

𝑉ℎ = (𝑉0+ 𝑉𝑠) × 1 − 0,254

Kullanılan çimento yoğunluğu 3,15 g/cm3 alındığında hacmi kütleye çevirirsek.

𝑉ℎ = 𝑚/3,15 + 𝑉𝑠 × 1 − 0,254

su ihtiyacını deneysel olarak çimento miktarının %23 ü bulmuştuk

𝑉ℎ = 𝑚/3,15 + 𝑚 × 0,23 × 0,746

𝑉ℎ = 𝑚 × 0,317 + 0,171

𝑉ℎ = 0,489𝑚

Burada Vh hidrate çimento boşluksuz hacmi ; m ise çimento kütlesidir.

HİDRATASYONDA HARCANAN SU HESABI

136

Oysa hidrate çimento boşluksuz bir yapıda değildir. İçinde kapiler ve jel boşluklar vardır. Jel boşluk

hacmi toplam hacmin %28 i olduğuna göre (bkz: jel boşluklar)

𝑉𝐽/𝑉𝑇 = 0,28

Buradan jel boşluk hacmi

𝑉𝐽/(𝑉𝐽 + 𝑉ℎ) = 0,28

𝑉𝐽/(𝑉𝐽 + 0,489𝑚) = 0,28

𝑉𝐽 = 0,19𝑚

Jel boşlukların tamamının su dolu olduğunu düşünürsek hidratasyon için de %23 oranında su ihtiyacı

düşünülürse

𝑚𝑠𝑢 = 0,23𝑚 + 0,19𝑚 = 0,42𝑚

HİDRATASYONDA HARCANAN SU HESABI

137

Buradan şu sonuca varılır. Özel katkı maddesi kullanılmamış bir çimento hamurunda su/çimento

oranı 0,42 değerinden daha az olmamalıdır. Aksi taktirde su jel boşluklarda tutulacağından

hidratasyon için yeterli su sağlanamayacak anlamı çıkmaktadır.

𝑚𝑠𝑢𝑚ç𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜

= 0,42

Bu hesaplar kullanılan çimento yoğunluğu 3,15 g/cm3 alındığında geçerlidir.

TEMEL OKSİT MİKTARLARININ ÖNEMİ

138

CaO, SiO2, Al2O3 ve Fe2O3 gibi temel oksitlerin ne

miktarda çimento içerisinde yer aldıkları ana

bileşenlerin miktarını etkilemektedir. Bu miktarlar

çimentonun davranış karakterini etkiler.

PORTLANT ÇİMENTOSUNUN BİLEŞİMİ

139

Ana Oksitler Sınır değerler % Tipik bileşim %

Kireç (CaO) 60-67 63

Silis (SiO2) 17-25 20

Alumin (Al2O3) 3-8 6

Demir oksit (Fe2O3) 0,5-6 3

Magnezit (MgO) 0,5-3 2

Kükürt trioksit (SO3) 1-2 1

Diğer maddeler 0,5-2 1

KARMA OKSİT MİKTAR HESABI

140

Çimentonun basit oksit değerlerinin bilinmesi davranışı

hakkında yeterli bilgi vermez.

Çimentonun davranışını etkileyen karma bileşenler

Bogue formülleri kullanılarak hesaplanır.

Kesin sonuç vermeyen bu formül dışında, çimento karma

bileşenleri X ışını kırılma, optik yöntemler veya elektron

mikroskobu ile inceleme yoluyla da belirlenebilir.

BOUGE FORMÜLLERİ

141

Al2O3/Fe2O3 ≥ 0,64 olması durumunda

𝐶4𝐴𝐹(%) = 3,043 × 𝐹𝑒2𝑂3

𝐶3𝐴 % = 2,650 × 𝐴𝑙2𝑂3 − 1,692 × 𝐹𝑒2𝑂3

𝐶3𝑆 % = 4,071 × 𝐶𝑎𝑂 − 7,600 × 𝑆𝑖𝑂2 − 6,718 × 𝐴𝑙2𝑂3− 1,43 × 𝐹𝑒2𝑂3 − 2,852 × 𝑆𝑂3

𝐶2𝑆 % = 2,687 × 𝑆𝑖𝑂2− 0,7544 × 𝐶3𝑆

𝐴𝑙2𝑂3/𝐹𝑒2𝑂3 < 0,64 𝑖𝑠𝑒 𝐶3𝐴 𝑜𝑙𝑢ş𝑚𝑎𝑧.

Daha koyu renkteki Ferrari Çimentosu oluşur (sülfata dayanıklı çimento).

Ayrıca Bogue formüllerini puzolan katkılı çimentolar için kullanmak doğru değildir.

BOUGE FORMÜLÜ

142

𝐶4𝐴𝐹 = 3,043𝐹

𝐶3𝐴 = 2,650𝐴 − 1,692𝐹

𝐶3𝑆 = 4,071𝐶 − 7,600𝑆 − 6,718𝐴 − 1,43𝐹 − 2,852 ҧ𝑆

𝐶2𝑆 = 2,687𝑆 − 0,7544𝐶3𝑆

F:Fe2O3 A: Al2O3 C:CaO S: SiO2 തS: SiO3

143

Verilen kimyasal bileşimi ve incelikleri kullanarak A ve B çimentolarının

a) Karma oksit değerlerini BOGUE formülleri ile hesaplayınız.

b) Her iki tip çimentonun zamanla dayanım kazanma kabiliyetlerini

tartışınız.

c) Söz konusu çimentolardan hangisinin diğerine kıyasla sülfata karşı

daha dayanıklı olduğunu nedeni ile açıklayınız.

d) Hangi tip çimentonun hidratasyon ısısının daha yüksek olması

beklenir?, neden?

% A % B

CaO 61 65

SiO2 23 21

Al2O3 6 9

Fe2O3 4 3

MgO 0,5 0,5

SO3 1 1

Diğer 4,5 0,5

incelik 2880 3160

144

% A % B

CaO 61 65

SiO2 23 21

Al2O3 6 9

Fe2O3 4 3

MgO 0,5 0,5

SO3 1 1

Diğer 4,5 0,5

incelik 2880 3160

𝐴 𝑖ç𝑖𝑛𝐴𝑙2𝑂3𝐹𝑒2𝑂3

=6

4= 1,5 ≥ 0,64 𝐵 𝑖ç𝑖𝑛

𝐴𝑙2𝑂3𝐹𝑒2𝑂3

=9

3= 3 ≥ 0,64

A

%𝐶4𝐴𝐹 = 3,043 × 𝐹𝑒2𝑂3 = 3,043 × 4 = 12,17

%𝐶3𝐴 = 2,650 × 𝐴𝑙2𝑂3− 1,692 × 𝐹𝑒2𝑂3 = 2,650 × 6 − 1,692 × 4 = 9,13

%𝐶3𝑆 = 4,071 × 𝐶𝑎𝑂 − 7,600 × 𝑆𝑖𝑂2− 6,718 × 𝐴𝑙2𝑂3− 1,43 × 𝐹𝑒2𝑂3− 2,852 × 𝑆𝑂3

%𝐶3𝑆 = 4,071 × 61 − 7,6 × 23 − 6,718 × 6 − 1,43 × 4 − 2,852 × 1 = 24,651

%𝐶2𝑆 = 2,687 × 𝑆𝑖𝑂2− 0,7544 × 𝐶3𝑆 = 2,687 × 23 − 0,7544 × 24,65 = 43,20

B

%𝐶4𝐴𝐹 = 3,043 × 𝐹𝑒2𝑂3 = 3,043 × 3 = 9,13

%𝐶3𝐴 = 2,650 × 𝐴𝑙2𝑂3− 1,692 × 𝐹𝑒2𝑂3 = 2,650 × 9 − 1,692 × 3 = 18,77

%𝐶3𝑆 = 4,071 × 𝐶𝑎𝑂 − 7,600 × 𝑆𝑖𝑂2− 6,718 × 𝐴𝑙2𝑂3− 1,43 × 𝐹𝑒2𝑂3− 2,852 × 𝑆𝑂3

%𝐶3𝑆 = 4,071 × 65 − 7,6 × 21 − 6,718 × 9 − 1,43 × 3 − 2,852 × 1 = 37,41

%𝐶2𝑆 = 2,687 × 𝑆𝑖𝑂2− 0,7544 × 𝐶3𝑆 = 2,687 × 21 − 0,7544 × 37,41 = 28,21

145

% A % B

C3A 9,1 18,8

C3S 24,7 37,4

C2S 43,2 28,2

C4AF 12,2 9,1

İncelik (cm2/g) 2880 3160

b) Her iki tip çimentonun zamanla dayanım kazanma kabiliyetlerini tartışınız.

B çimentosunda C3S ve incelik fazla olduğundan erken dayanımı yüksektir

c) Söz konusu çimentolardan hangisinin diğerine kıyasla sülfata karşı daha dayanıklı olduğunu nedeni ile

açıklayınız.

A çimentosu daha dayanıklıdır çünkü C3A miktarı daha düşüktür (C2S te daha düşük Ca(OH)2 çıkışı var; kimyasal

dayanıklılık artar)

d) Hangi tip çimentonun hidratasyon ısısının daha yüksek olması beklenir, neden?

B Çimentosunda C3A, C3S ve incelik fazla olduğu için hidratasyon ısısı yüksektir.

146

a) Soğuk hava koşullarında beton üretimi

b) Sıcak hava koşullarında beton üretimi

c) Sülfat ortamında kullanılacak beton üretimi

d) Kanalizasyon sularına maruz kalacak beton boru

Oksit % A % B % C

CaO 64,5 63 66

SiO2 21 22 20

Al2O3 6 7,7 5,5

Fe2O3 2,5 3,3 4,5

Diğer 663 4 4

3 adet farklı klinkere ait oksit kompozisyonları verilmiştir. Bu klimkerlere ait ana

bileşenleri hesaplayarak aşağıdaki durumla için en uygun çimentonun hangi klinker ile

üretilebileceğini belirtiniz. Çimentolar aynı incelikte üretilecektir.

147

a)

%𝐶4𝐴𝐹 = 3,043 × 2,5 = 7,6

%𝐶3𝐴 = 2,650 × 6 − 1,692 × 2,5 =11,67

%𝐶3𝑆 = 4,071 × 64,5 − 7,600 × 21 − 6,718 × 6 − 1,43 × 2,5 − 2,852 × 0 = 59,09

%𝐶2𝑆 = 2,687 × 21 − 0,7544 × 59 = 11,91

b)

%𝐶4𝐴𝐹 = 3,043 × 𝐹𝑒2𝑂3 = 10,04

%𝐶3𝐴 = 2,650 × 𝐴𝑙2𝑂3− 1,692 × 𝐹𝑒2𝑂3 = 14,82

%𝐶3𝑆 = 4,071 × 𝐶𝑎𝑂 − 7,600 × 𝑆𝑖𝑂2− 6,718 × 𝐴𝑙2𝑂3− 1,43 × 𝐹𝑒2𝑂3− 2,852 × 𝑆𝑂3 = 32,82

%𝐶2𝑆 = 2,687 × 𝑆𝑖𝑂2− 0,7544 × 𝐶3𝑆 = 34,35

b)

%𝐶4𝐴𝐹 = 3,043 × 𝐹𝑒2𝑂3 = 3,043 × 3 = 13,69

%𝐶3𝐴 = 2,650 × 𝐴𝑙2𝑂3− 1,692 × 𝐹𝑒2𝑂3 = 6,96

%𝐶3𝑆 = 4,071 × 𝐶𝑎𝑂 − 7,600 × 𝑆𝑖𝑂2− 6,718 × 𝐴𝑙2𝑂3− 1,43 × 𝐹𝑒2𝑂3− 2,852 × 𝑆𝑂3 = 73,30

%𝐶2𝑆 = 2,687 × 𝑆𝑖𝑂2− 0,7544 × 𝐶3𝑆 = 1,56

148

a) Soğuk hava koşullarından beton dökümü için üretilecek bir

çimento için klinker A en uygundur. Çünkü yüksek C3S içeriğinden

dolayı yüksek hidratasyon ısısı açığa çıkarması beklenir.

b) Sıcak hava koşullarında beton dökümü için en uygun klinker B dir.

B nin düşük C3S ve yüksek C2S içeriği sıcak hava koşulları için

gereken düşük hidratasyon ısısı ve yavaş dayanım gelişimi

şartlarını sağlar.

c) Klinker C nin C3A

ÇİMENTO MODÜLLERİ

149

Kimyasal raporlarda kireç standardı, silis modülü, hidrolik modül, alumin modülü gibi bazı modüller

verilir.

𝐾𝑖𝑟𝑒ç 𝑆𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑑𝚤 =𝐶𝑎𝑂 − (𝑆𝑒𝑟𝑏𝑒𝑠𝑡 𝐶𝑎𝑂 + 0,7 × 𝑆𝑂3)

2,8 × 𝑆𝑖𝑂2 + 1,1 × 𝐴𝑙2𝑂3 + 0,7 × 𝐹𝑒2𝑂3× 100 İ𝑆𝑇𝐸𝑁İ𝐿𝐸𝑁 %90 − 95

𝑆𝑖𝑙𝑖𝑠 𝑚𝑜𝑑ü𝑙ü =𝑆𝑖𝑂2

𝐴𝑙2𝑂3+ 𝐹𝑒2𝑂3İ𝑆𝑇𝐸𝑁İ𝐿𝐸𝑁 2,2 − 2,6

𝐴𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑜𝑑ü𝑙ü =𝐴𝑙2𝑂3𝐹𝑒2𝑂3

İ𝑆𝑇𝐸𝑁İ𝐿𝐸𝑁 1,5 − 2,0

MODÜLLER

150

Silikat modülü: silis yüzdesinin alüminyum oksit ve demir oksit miktarına oranıdır. Yüksek

modül değeri klinker için pişirme güçlüğü anlamı taşır.

Alümin modülü (Ton modülü): alüminyum oksidin demir okside oranıdır. Düşük alümin

modülü klinker bileşiklerinin daha düşük sıcaklıklarda oluşumunu sağlar. Bu daha az fırın

yakıtı anlamına gelir. Yüksek modül oranı sert ve yoğun bir klinker oluşumunu destekler.

Kireç Doygunluk Faktörü (LSF): portland çimentosu içinde ne miktarda CaO bulunması

gerektiği teorik hesabıdır.

HİDROLİK İNDEKS

151

Asit nitelikteki bileşenlerin (SiO2 Al2O3 Fe2O3) Bazik nitelikli bileşenlere (CaO MgO)

oranına Hidrolik indeks denir.

ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑙𝑖𝑘 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑘 =2,8 × 𝑆𝑖𝑂2 + 1,1 × 𝐴𝑙2𝑂3 + 0,7 × 𝐹𝑒2𝑂3

𝐶𝑎𝑂 + 1,4 × 𝑀𝑔𝑂

İdeal bir Portland çimentosu hidrolik indeksin 1 veya biraz daha büyük olmalıdır. Çimento

yapımında kalkerin yakılması ile oluşan CaO, silis ve alüminyumla tam olarak birleşmesi

ve ortamda kireç kalmaması istenir.

ÇİMENTODA İZİN VERİLEN DEĞERLER

152

TS EN 197-1 e göre

Klorür muhtevası % 0,1 den

SO3 miktarı % 3,5 veya %4 den

Çözünmeyen kalıntı miktarı % 5 den

Kızdırma kaybı % 5 den (içeriğindeki organik bileşikler, karbondioksit ve su)

MgO muhtevası kütlece %5 den

fazla olmamalıdır.

TS EN 197-1 Standardı genel çimento sınıflarının bileşimini, özelliklerini ve uygunluk kriterlerini içeren tanımlayıcı bir standarttır. 2012 yılının Şubat ayında revize edilmiştir

KAYNAKLAR

153

• Beton; Turhan Y. Erdoğan; ODTÜ Yayınları

• Çimento ve Beton; Prof. Dr. Hayri Yalçın, Prof. Dr. Metin Gürü; Palme Yayıncılık

• Yapı Malzemesi; Doç. Dr. Osman Şimşek; Seçkin Yayınları

• Kimyasal Proses Endüstrileri; R. Norris Shreve, Joseph A. Brink; İnkılap Yayınevi

• Yapı Malzemeleri Ders Notları; Doç. Dr. Halit Yazıcı; Dokuz Eylül Üniversitesi

• Yapı Malzemeleri Ders Notları; Doç. Dr. Kamile Tosun Felekoğlu

• Malzeme Bilgisi; Prof. Dr. Bülent Baradan; Dokuz Eylül Üniversitesi

• Malzeme Bilgisi; Prof. Dr. İlker Bekir Topçu; Eskişehir Osmangazi Üniversitesi