YAPI MALZEMESİ

ÇİMENTO

1

YAPI MALZEMESİTarihçe

Hidrolik özellikli, diğer bir deyişle su altında da sertleşebilme gösteren ve bozulmayan bağlayıcı madde elde etmek amacıyla başlayan yoğun çalışmalar 1755 yılına rastlar.

Bu çalışmaların önde gelenleri, İngiliz John Smeaton’un 1756 yılında Eddystone deniz fenerinin yapımı için kullandığı “Aberthawkireci+İtalyan puzolanı” karışımından elde ettiği bağlayıcı ve 1796 yılından itibaren İngiliz James Parker ve James Frost tarafından killi kalkerli malzemelerin pişirilmeleri sonucunda üretilen doğal çimentolar olmuşlardır.

2

YAPI MALZEMESİ

"Çimento" kelimesi, yontulmuş taş kırıntısı anlamındaki Latince "caementum" kelimesinden türemiştir.

Daha sonra bu kelime bağlayıcı anlamında kullanılmaya başlamıştır.

19. yüzyılın başlangıcında kil içeren, kireçtaşlarının yakılması deneyleri çimentonun keşfine yol açmıştır.

3

YAPI MALZEMESİ

1800’lü yılların başında Fransız Louis Vicatsu kireci (hidrolik kireç) kullanımıyla ilgili çok önemli çalışmalar yapmıştır.

Ancak “Portland çimentosu” olarak adlandırılan ve diğer hidrolik bağlayıcılardan daha üstün özelliklere sahip olan bağlayıcı, 1824 yılında İngiltere'nin Leeds kentinde, Joseph Aspdin isimli bir duvarcı ustası tarafından ince taneli kil ve kalker karışımının pişirilmesi ve daha sonra öğütülmesi ile elde edilmiştir.

4

YAPI MALZEMESİ

Bu ürüne su ve kumkatıldığında ve zamanla sertleşme olduğunda, ortaya çıkan malzemenin İngiltere'nin Portlandadasından elde edilen yapı taşlarına benzer.

Bunu gören Joseph Aspdin, elde ettiği bu bağlayıcı için 21.10.1824 tarihinde "PortlandÇimentosu" adı altında patent almıştır

5

YAPI MALZEMESİ

Portland adası, İngiltere’nin güneyinde, Dorsetkıyılarına yakın bir adadır.

Bu ada açık gri renkte olan sağlam ve dayanıklı kalker taşları ile meşhurdur.

6

YAPI MALZEMESİ

Londra’daki Saint Paul katedrali Portlandadasından çıkarılan taşlarla yapılmıştır

7

YAPI MALZEMESİ Bu bağlayıcı daha sonraki yıllarda büyük

gelişmeler gösterse de "Portland" ismi aynen korunmuştur.

Aslında Joseph Aspdin tarafından üretilen bağlayıcı, üretim sırasında yeterince yüksek sıcaklıklarda pişirilmediği için bugünkü Portlandçimentosunun özelliklerine tamamen sahip olamamıştır.

Yine de İngiltere Kirkgate İstasyonunun yanındaki halen ayakta olan "Wakefield Arms" binasının Joseph Aspdin'in yaptığı bağlayıcı ile yapıldığı belirlenmiştir.

8

YAPI MALZEMESİ

9

YAPI MALZEMESİ

10

YAPI MALZEMESİ

Hammaddelerin yüksek sıcaklıklara kadar pişirilip öğütülmesi olayı daha sonra 1845 yılında Isaac Johnson isimli bir İngiliz tarafından gerçekleştirilmiştir..

Yanda 1824 y ılında Joseph Aspdinve ortağı işadamı John Beverleytarafından Leeds kenti yakınlarındaki Wakefieldkasabasında kurulan ve Portlandçimentosu üretimi yapılan imalathane görülmektedir.

11

YAPI MALZEMESİ

Resimde Joseph Aspdin’inküçük oğlu William Aspdin’in bir sermayedar ile birlikte kurduğu “Aspdin, Ord. And Co.” isimli şirkete bağlı olan çimento fabrikası görülmektedir. 1852 yılında kurulan bu fabrikada haftada 512 ton çimento üretilmekteydi.

12

YAPI MALZEMESİ

Türkiye’de ise ilk çimento fabrikaları 1910 yılında Eskişehir’de kurulan Arslan ve 1911 yılında kurulmuş olan Eskihisar çimento fabrikalarıdır.

Ülkemiz 48 çimento fabrikası ve 18 öğütme tesisi ile Avrupa’n ın en büyük, dünyanın ise yedinci büyük üreticisi konumundadır.

Cumhuriyetin kuruluşuna kadar yıllık toplam üretimi 35.000 tonu geçmeyen Türk çimento endüstrisinin 2005 yılında 35 milyon ton, 2009yılında da 103.533.903 Ton üretim yapılmıştır.

13

YAPI MALZEMESİ

ÇİMENTO ÜRETİMİ

14

YAPI MALZEMESİ

15

YAPI MALZEMESİ

Ana madde analizleri Karışım sağlanması Karışımın pişirilip klinker eldesi Klinkerlerin soğutulma ve depolanması Paketlenme, piyasaya surum

16

YAPI MALZEMESİ

17

YAPI MALZEMESİ

18

YAPI MALZEMESİAna maddelerin Analizi

Birbirine karıştırılacak kil ve kalker miktarları belirlenir. Kalkerli malzemeler ağırlıklarının büyük bir kısmını kaybederler. 1 ton PÇ elde edebilmek için yaklaşık 1.6 ton hammadde kullanılmalıdır. Belirlenen oranlarda kil ve kalker karıştırılarak homojen bir karışım elde edilir. Bunun yaklaşık %80’i kalker kökenlidir. Kalkerli maddeler fırında ağırlıklarının %44’ünü oluşturan CO2’i kaybeder.

19

YAPI MALZEMESİAna maddelerin Analizi

Kireç (CaO) genellikle kalkerli hammaddelerden,

silis (SiO2) ve alumin (Al2O3) ise killi hammaddelerden sağlanır.

Demir oksit ise (Fe2O3) killi veya kalkerli hammaddelerin yapısında bulunmaktadır.

Al2O3 ve Fe2O3 miktarları yeterli değilse boksit ve demir cevheri ilave edilir.

20

YAPI MALZEMESİ

21

YAPI MALZEMESİ

Karışımın sağlanması Kil ve kalkerin belirli oranlarda homojen bir

karışımını elde etmek amacıyla, yaş ve kuru olmak üzere iki yöntem kullanılır.

Yaş yöntemde önce kil büyük havuzlara gönderilerek burada malzemenin su içinde dağılması sağlanır. Sonra kırmataş halinde bulunan kalkerle birlikte ıslak olarak değirmende öğütülür ve buradan tekrar havuzlara gönderilir. Bu havuzlarda büyük kanatların döndürülmesi ile karışım homojen hale sokulur. Yapılan analizlerle istenilen bileşim bulununca, kar ışım fırına gönderilmek üzere sulu bir kıvamda depolanır.

22

YAPI MALZEMESİ

Karışımın sağlanması Kuru yöntemde ise kalker ve kil önce ayrı

ayrı kaba bir şekilde öğütülerek saptanan miktarlarda birbirine karıştırılır. Öğütme işlemi hammaddelerin uygun oranlarda karışımını daha hassas yapabilmek, hem de bunların fırında daha iyi ve üniformpişirilmelerini sağlamak için yapılır. Karıştırma işleminde basınçlı hava kullanılarak homojen bir karışım elde edilir. Ancak bu yöntemde de karışımın içinde %10-12 su bulunur.

23

YAPI MALZEMESİ

İlkel malzemelerin yumuşak olması halinde yaş yöntem, sert olması halinde kuru yöntem önerilir.

Yaş sistemde kar ışımın içinde önemli oranda (~%35) su içerdiğinden, f ırındaki pişirme işlemi için daha fazla enerji gerekir ve kuru yönteme kıyasla iki kat yakıt harcanır.

Yaş sistemin önemli bir avantaj ı toz kontrolünün daha kolay olması nedeni ile ekolojik yönden sağladığı faydadır.

Ancak yakıt maliyetleri işletme masraflarının %30-40’ını teşkil ettiğinden günümüzde daha çok kuru yöntem kullanılmaktadır.

24

YAPI MALZEMESİ

25

YAPI MALZEMESİ

26

YAPI MALZEMESİ

Karışımın pişirilmesi Çimento üretiminde hammaddelerin döner

fırına girmeden önceki öğütülmüş ince haline Fransızca’da un anlamına gelen farine (farin) denilmektedir.

Gerek yaş, gerekse kuru yöntemle haz ırlanan farin adı verilen bu karışımlar döner fırınlara gönderilerek pişirilir. Kuru yönteme göre hazırlanan karışımlar için 40-50 m uzunluğunda, yaş yöntemde ise 80-100 m uzunlukta fırınlar kullanılır.

27

YAPI MALZEMESİ

%3-7 arasında eğime sahip bu fırınların iç çapları, 2-4 m arasında değişir ve içi ateş tuğlası kaplıdır. Genellikle yaş sistemdeki döner fırınlarda boy/çap oranı yaklaşık 30 civarında iken, kuru sistemde ise bu oran yaklaşık 15’dir.

Homojen hale getirilmiş ilkel malzeme eğim dolayısıyla kendi ekseni etrafında dönen (60-180 devir/saat) fırında aşağı doğru hareket ederek gittikçe daha yüksek sıcaklığın etkisinde kalır.

28

YAPI MALZEMESİ

Fırındaki maksimum sıcaklık 1500°C’yekadar yükselmektedir.

Bu yüksek sıcaklık altında daha önce ilkel malzemenin ayrışması sonucu oluşan; kireç, silis, alumin, demiroksit aralarında birleşerek, çimentonun karmaş ık bileşimleri olan silikatları ve aluminatlarımeydana getirir.

29

YAPI MALZEMESİ

Fırına girecek hammadde karışımı, fırının üst ucundan konmaktadır. Fırındaki sıcaklık fırının alt ucundan püskürtülen yakıtlasağlanır. Yakıt olarak fuel-oil ve doğalgaz kullanılabilmekle beraber, son yıllarda ekonomik nedenlerle, daha çok toz kömürden yararlanılmaktadır.

30

YAPI MALZEMESİ

31

YAPI MALZEMESİ

32

YAPI MALZEMESİ

Karışımın pişirilmesi

33

YAPI MALZEMESİ

34

YAPI MALZEMESİ

Fırının altından gri kürecikler halinde “klinker” adı verilen pişmiş elemanlar çıkar.

Fırından 1000°C’ye yakın bir sıcaklıkta çıkan klinkerin genel olarak hızlı bir şekilde soğutulması gereklidir. Bu amaçla hava akımı sağlayan ve kendi ekseni etrafında dönen soğutucular kullanılır.

Soğutulan klinker bir kırıcıdan geçirilerek depolanır.

35

YAPI MALZEMESİ

36

YAPI MALZEMESİ

Fırındaki reaksiyonlar Önce, f ırının üst kısmında 100 oC civarında

hammaddelerde bulunan serbest su buharlaşır. 500-600oC sıcaklıkta killi maddeler oksitlere ayrışır. Hammaddelerin içerisinde bir miktarMgCO3 (magnezyum karbonat) bulunduğu taktirde 600-700oC’de bu madde ayrışarak MgO (magnezyum oksit) haline dönüşür 900oC civarında kalker tası (CaCO3) da içerisindeki CO2’den kurtularak kireç (CaO) haline dönüşür.

37

YAPI MALZEMESİ

900-1200oC arasında kireç, silis ve alümin arasında kimyasal reaksiyonlar başlar. 1250-1280oC arasında, oksitlerin eriyik haline dönüşmeye başlamasından sonra, 1280 oC ve daha yüksek sıcaklıklarda çimento bileşenleri meydana gelir. Yaklaş ık olarak 1350-1450 oC sıcaklıkta pişirildikten sonra çimentoyu oluşturan bileşenlerle, başl ı başına değişik bir ürün olan klinker elde edilir.

38

YAPI MALZEMESİ

KLİNKERİN ÖĞÜTÜLMESİ Soğutucudan çıkan klinker, boyutları 1-3 cm

arasında değişen, pürüzlü, gözenekli bir yüzeye sahip, sert, yuvarlak, koyu gri tanelerden oluşur.

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

Klinker ancak ince bir şekilde öğütüldükten sonra bağlayıcı özelliği kazanır.

40

YAPI MALZEMESİ

Klinkere çimentonun priz süresini düzenlemek için az oranda (%3-6) alçıtaşı eklenir.

Alçı taşı olmaması halinde çimento çok hızlı sertleşeceğinden betonu rahatça yerine yerleştirme olanağı kalmaz.

Katkılı Portland çimentosu üretiminde ise; puzolan olarak kullanılan hammadde bu aşamada klinkere katılır.

41

YAPI MALZEMESİ

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.

Çimentonun özellikle sıcak ve kuru havalarda iş yerine sıcak gönderilmesi halinde, betondaki su daha çabuk buharlaşmakta ve daha hızlı priz yapmaktadır.

Bu nedenle kullanım yerine giden çimento sıcaklığının en fazla 75°C olması istenir.

42

YAPI MALZEMESİ

ÇİMENTONUN SAKLANMASI Çimentoların dört aydan fazla bekletilmemeleri

gerekir. Uygun depolama koşullarında bile çimentolar

ortamdan nem alıp dayanım kaybına uğrayabilirler. Çimentolar kuru ambarlarda veya hava almayan,

ağzı kapalı silolarda saklanmalıdır. Torbalar halinde saklanmas ı durumunda en çok 8

torba üst üste dizilmelidir. Ayrıca torba dizileri arasından hava akımı

geçebilmelidir.

43

YAPI MALZEMESİ

44

YAPI MALZEMESİ

Zeminden rutubet almaması için depo zeminine plastik örtü serilip, yere ahşap ızgara yapılması uygun olacaktır.

Ayrıca bu amaçla şantiyede özel depo yaptırılıyorsa, binanın tavanının içten eğimli yapılmasında yarar vardır.

Böylece nemin yoğuşarak çimento torbaları üzerine damlaması önlenir.

45

YAPI MALZEMESİÇimentoyu oluşturan Oksitler

46

YAPI MALZEMESİÇimentonun ana bileşenleri

Kilin ve kalkerin ayr ısmasıyla olusan oksitler asit ve bazik durumlarına göre birbiriyle birleşerek Portland çimentosunun ana bileşenlerini oluştururlar.

47

YAPI MALZEMESİ

ÇİMENTO KİMYASINDA KISALTMALAR

48

YAPI MALZEMESİ

ÇİMENTONUNHİDRATASYONU

49

YAPI MALZEMESİ

Termodinamik yönden çimentodaki karma bileşenler fırında aldıkları yüksek ısı nedeniyle yüksek entropiye sahiptirler.

Suyla karşılaşınca bu gizli enerjiyi açığa çıkarırlar ve hidratlaşmaları ekzotermik türdendir.

Çimentonun karma bileşenlerinin su ile ayrı ayrı kimyasal reaksiyona girdikleri varsayılır ve hidratasyon sonunda her ana bileşen tarafından değişik hidratasyon ürünleri oluşur.

50

YAPI MALZEMESİ

Çimentonun veya bir bağlayıcı maddenin dayanımkazanması şu üç olayın birbirini izlemesi sonundameydana gelmektedir.

1. Hidratasyon olayı: Çimentoyu oluşturan maddelerin su ile yaptığı kimyasal reaksiyondur.

2. Katılaşma olayı: Priz yapma3. Sertleşme olay ı: Dayanım kazanma şeklinde

mekanik bir olaydır.

51

YAPI MALZEMESİ

52

YAPI MALZEMESİ

ÇİMENTO KARMA OKSİTLERİ

C3S ( 3CaO.SiO2) - HIZLI DAYANIM C2S ( 2CaO.SiO2) -YAVAŞ VE SÜREKLİ DAYANIM C4AF ( 4CaO.Al2O3.Fe2O3) - PRİZ SICAKLIĞINI

DÜŞÜRME C3A ( 3CaO.Al2O3) - KİMYASAL ETKİLERE

(SÜLFATA) DAYANIKSIZLIK

53

YAPI MALZEMESİ

KARMA OKSİTLERİN HİDRATASYON REAKSİYONLARI

54

YAPI MALZEMESİ

Çimentoya bağlayıcılık özelliğini kazandıran C-S-H moleküler büyüklükte olup, çimento taneciklerinden yaklaşık 1000 defa daha küçüktür.

55

YAPI MALZEMESİ

C-S-H jeline “tobermorit” adı verilir. Tobermorit ismi, bu hidratasyon ürününün

doğada aynı isimle anılan bir minerale kimyasal bileşim açısından benzemesinden dolayı verilmiştir.

Jel sözcüğü ise, kolloidal katı malzeme topluluğunu ifade etmektedir.

Ca(OH)2 ise portlandit olarak adlandırılır.

56

YAPI MALZEMESİ

57