Kalsiyum Alüminatlı Çimento (CAC)

Kimyasal ve fiziksel özellikleri ile Portland çimentolarından farklı olan Kalsiyum alüminatlı çimentolar (CAC), termal dayanıklılık, aşınma ve asit direnci, erken dayanım alma konularında yüksek performans gösterirler. Bu çimentolar ile pratik, hızlı ve uzun ömürlü tamir betonları da elde etmek mümkündür ve dünyanın birçok yerinde, çeşitli kullanım amaçları ile karşımıza çıkmaktadır [17].

Kalsiyum alüminatlı çimentolar, boksit ile kalkerin bir döner fırında eritilinceye (1700°C) kadar pişirilmesi ile elde edilmektedir. Bu çimentolarda alümin miktarı %30’dan fazladır. Alüminli çimentonun esas karma bileşenleri kalsiyum alüminat ve dikalsiyum silikat (C2S)’dir. Bu çimento asit karakterli olduğundan asitlerden zarar görmemektedir.

Mekanik dayanımları hızlı bir şekilde gelişmekte ve aynı koşullarda 1 günlük dayanımı, Portland çimentosunun 8 aylık dayanımına eşdeğer olmaktadır. Bu çimentoların prizi ve sertleşmesi sırasında önemli derecede ısı açığa çıkar. Alüminli çimentolarla üretilen betonlarda Ca(OH)2 oluşmaz. Bu nedenle kimyasal etkilere ve yüksek sıcaklıklara karşı

dayanıklıdır [18].

Çimentoda yüksek performans; genellikle yüksek mukavemetle ilişkilendirilen bir kavram olmasına rağmen betonda dayanıklılık kavramı, yapı güvenliğinin

17

sürdürülebilirliği açısından gün geçtikçe daha fazla önemsenmeye başlanmıştır. Ayrıca çimento; kullanım alanı açısından da bilinenden daha geniş bir kullanım yelpazesine sahiptir. Metal ve plastik yerine kullanılarak veya çimentolu sistemler oluşturularak daha yüksek performans seviyelerine ulaşılabilir [17].

Kalsiyum aluminat çimentosu esaslı betonlar, kullanım amaçlarına ve çimento sebebi ile kazandıkları özelliklere göre farklı saha uygulamalarında tercih edilmektedir. Yüksek sıcaklıklara ve aşındırıcı maddelere karşı dayanıklı ve hızlı sertleşen bir malzemedir. Kalsiyum alüminat çimentoları, hem hidratasyon için suya ihtiyaç duymaları, hem de aynı zamanlarda belirlenen betonlar oluşturmaları ve ikisi de benzer karışım tasarımları ve yerleştirme tekniklerine ihtiyaç duymaları nedeniyle Portland çimentolarına benzemektedir. Bununla birlikte, iki çimento arasında önemli farklılıklar da vardır. İlk olarak, Portland çimentoları kalsiyum silikat üretmek üzere kalker ve kilin reaksiyona sokulmasıyla, kalsiyum alüminat çimentoların (yüksek alüminli çimentolar olarak da adlandırılır), kireç içeren bir malzemenin alüminli bir malzeme ile reaksiyona sokulmasıyla kalsiyum alüminatların üretilmesi ile yapılır. İkincisi, kalsiyum alüminatlı çimentolar, uygun agrega ile karıştırıldığında, genellikle avantajlarının eşsiz özelliklerinden alınabileceği özel uygulamalar için kullanılır. Kalsiyum alüminatlı çimentolar temel yapımı hariç, acil onarım ve dökme yerinde yapısal işler için nadiren kullanılırlar. Kalsiyum alüminat çimento betonlarının belirtilebileceği bazı amaçlar şunlardır [19];

➢ Soğuk hava çalışmaları ➢ Yüksek sıcaklıklara direnç ➢ Hafif asitler ve alkalilere direnç

➢ Sülfatlara, deniz suyuna ve saf suya karşı direnç ➢ Hızlı sertleşme

Kalsiyum alüminatlı çimento betonları bir su spreyi veya sis, gölet, ıslak burlap veya bir kür membranı kullanılarak en az 24 saat süreyle kürlenmelidir. İlk defa kalsiyum alüminat çimento beton ile çalışırken, Portland çimentosu betonuyla aynı şekilde ele alınması gerektiği unutulmamalıdır. Bununla birlikte tatmin edici sonuçlar için iki nokta üzerinde durulmalıdır. Önce, su-çimento oranını 0.40’in altında ve betonun yerleştirilmesi için mekanik titreşim kullanılmalıdır. İkincisi, bu betonlar, Portland çimento betonundan çok daha hızlı bir ısı geliştirir ve tatmin edici mukavemet kazanımı için yerleştirildikten sonra 24 saat boyunca iyi bir sertleştirme zorunludur [19].

18

1.2.1.1. Mukavemet

Normal Portland çimentosuna göre CAC, 6. saatte dayanım kazanımına başlar ve 24 saatte nihai dayanımına ulaşır [20]. CAC’nın dayanım kazanım grafiği Şekil 1.9’da verilmiştir.

Şekil 1.9. CAC dayanım kazanım grafiği [20].

1.2.1.2. Yüksek Sıcaklıklık

CAC, yüksek alümina içeriği ile Portland çimentolarının hasar gördüğü kadar sıcaklıklara kolayca ulaşabilir. Portland çimentolarının içeriğindeki, 600°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda dağılan silikatlar, CAC içeriklilerde 1200°C’ye kadar ulaşabilir. Bu özelliği ile CAC ürünün yüksek sıcaklığa maruz kalan endüstriyel zemin kaplamalarında kullanım oranı yüksektir [20]. Çizelge 1.7’de CAC esaslı karolar ile Portland çimento esaslı karoların ısıl dayanımları karşılaştırılarak verilmiştir.

Çizelge 1.7. CAC ve Portland çimentolu karoların ısıl dayanım karşılaştırılması [20].

Karışım

CAC Agregalı Karışımlar (MPa) Portland Çimentosu ve Kalker Agregalı Karışım (MPa) Klinker İle Şamot İle Boksit İle 400°C 37.2 29.7 39.2 35.5 600°C 43.8 41.3 46.9 24.8 800°C 59.5 45.3 56.7 0 1100°C 32.4 25.1 30.2 0

19

1.2.1.3. Asit Direnci

Portland çimentolarının yapısında olan silikatlar pH 7’nin altında çözünmeye başlaması nedeniyle, asidik ortama dayanıksızdır. CAC ise sahip olunan alüminat fazları sebebiyle düşük pH’larda bile yüksek asit mukavemeti sağlamaktadır. Bu sebeple CAC yüksek asit dayanımına sahiptir. CAC asit direncine karşı kütle kaybı yüzdeleri Çizelge 1.8’de verilmiştir. Kütle kaybı CAC ile üretilen betonun 6 saat süreyle, pH değeri tabloda belirtilen şekilde düzenlenerek %98’lik H2SO4 çözeltisinde bekletilmesi sonrasında

hesaplanmıştır. Uygulamalar neticesinde beton tasarımı, uygulanma koşulları ve tercih edilen agrega tipine göre değişiklik gösterebilmektedir [20].

Çizelge 1.8. CAC asit direncine karşı kütle kaybı [20]. pH Değeri Kütle Kaybı (%)

1 1.5

2 1

3 0

1.2.1.4. Sülfat Direnci

CAC üstün özelliklerinden biri de yüksek sülfat direncidir. Sahip olduğu bu özelliği ile deniz suyu, sulama kanalları gibi sülfat etkisine maruz kalan alanlarda, Portland çimentolarına göre fazlasıyla sülfat dayanımına sahiptir. CAC ve Portland çimentosunun sülfat etkisine dayanımı Şekil 1.10’da verilmiştir [20].

20

1.2.1.5. Aşınma Direnci

CAC yüksek mukavemet değerine sahip olmasının yanı sıra, Portland çimentosuna göre çok yüksek aşınma direncine sahiptir. Aşınma direnci agrega sertlik derecesinin yüksek seçilmesiyle daha da yüksek seviyelere ulaşır. Burada önerilen agrega cinsi CAC klinkeridir [20]. CAC ve Portland çimentosunun aşınma miktar yüzdeleri Çizelge 1.9’da verilmiştir. Aşınma miktarı değeri; 5×5×5 cm’lik küplerin ile Los Angeles cihazında 500 devir çevrimi ile elde edilir.

Çizelge 1.9. Portland ve CAC çimentolarının aşınma miktarları [20]. (%) CAC Portland Çimentosu

Aşınma Miktarı %17 %31

1.2.1.6. Düşük Sıcaklık Uygulamaları

Karo üretim tonajı ve hızının düştüğü kış aylarında yüksek hidratasyon hızı özelliği ile CAC soğuk havada yapılan uygulamalarda üstün sonuçlar verir. Hidratasyonun başlamasından birkaç saat sonra ortaya çıkmaya başlayan yüksek ısı sebebiyle, 0°C’ nin altında yapılan üretimlerde bile çok iyi sonuçlar sunmaktadır [20].

Uygulamada;

➢ Araç- gereçlerin temiz olması ve kullanılan suyun içilebilir özellikte olması, ➢ Beton karışımında su/çimento oranının düşük tutulması (maksimum su/çimento

oranı 0.40),

➢ Kullanılacak agreganın granülometrisinin uygun olması,

➢ CAC esaslı uygulamalarda su miktarının minimum düzeyde tutulması,

➢ CAC’ın farklı katkılarla birlikte Portland çimentosundan farklı reaksiyonlar gösterebileceği öngörülerek, saha uygulamaları ve laboratuar denemelerinden sonra gerçekleştirilmesi,

➢ CAC ile yapılan karoları uygun kür koşularında kürlenerek, sıcak kürleme işleminden kesinlikle kaçınılması,

➢ Karo imalatında kullanılan diğer malzemelerin doğrudan güneş ışığından korunması ve sıcak havalarda beton dökümü esnasında meydana gelebilecek yüksek ısıyı engellemek için soğuk malzemeler kullanılması,

➢ 1000°C ve üzeri sıcaklıklarda yüksek ısıl dayanıklılık için CAC agregası veya şamot kullanılmasına dikkat edilmelidir [20].

21