YAPI MALZEMES İ
Hafta 03
Öğr. Grv. Dr. Muhsin YALÇIN
2) Ham (ilkel) karışımın pişirilmesi (kalsinasyon):
•
Çimento üretiminde hammaddelerin döner fırına girmeden önceki öğütülmüş ince haline Fransızca’da un anlamına gelen farine (farin) denilmektedir.•
Gerek yaş, gerekse kuru yöntemle hazırlanan farin adı verilen bu karışımlar döner fırınlara gönderilerek pişirilir.•
Kuru yönteme göre hazırlanan karışımlar için 40-50 m uzunluğunda, yaş yöntemde ise 80-100m uzunlukta fırınlar kullanılır.•
%3-7 arasında eğime sahip bu fırınların iç çapları, 2-4 m arasında değişir ve içi ateş tuğlası kaplıdır.2
•
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.•
Fırına girecek hammadde karışımı, fırının üst ucundan konmaktadır.•
Fırındaki sıcaklık fırının alt ucundan püskürtülen yakıtla sağlanır.•
Yakıt olarak fuel-oil ve doğalgaz kullanılabilmekle beraber, son yıllarda ekonomik nedenlerle daha çok toz kömürden yararlanılmaktadır.3
•
Döner fırında ateşleme bölgesini geçerek daha alt bölgeye ulaşan malzeme biraz soğumakta ve fırının alt ucundan klinker olarak (oldukça yüksek sıcaklıkta) dışarı çıkmaktadır.•
Fırın çıkışında soğutulan klinker bir kırıcıdan/öğütücüden geçirilerek depolanır.•
Yüksek sıcaklık altında daha önce ilkel malzemenin ayrışması sonucu oluşan; kireç, silis, alümin, demir oksit aralarında birleşerek, çimentonun kimyasal bileşimleri olan silikatları ve alüminatları meydana getirir.4
Ham karışımı çimento klinkerine dönüştüren tipik pişirme işlemi:
5
Ham karışımı çimento klinkerine dönüştüren tipik döner kalsinasyon fırını:
6
Kalsinasyon işlemi sırasında meydana gelen kimyasal değişimler:
•
100-200oC : Nem kaybolur.•
200-500oC : Kilin kristal suyu bünyeden ayrılır. SiO2, Al2O3ve Fe2O3açığa çıkar.•
700-800oC : Kalker ısı ile ayrışır, CaO ve CO2açığa çıkar.•
900oC : SiO2.CaO, Al2O3.CaO ve Fe2O3.CaO meydana gelir.•
1200oC : 2CaO.SiO2(C2S) oluşur ve ilk erime başlar.•
1250oC : 3CaO.Al2O3(C3A) ve 4CaO.Al2O3.Fe2O3(C4AF) bileşikleri meydana gelir. Kristal sistem oluşur.•
1300oC : 3CaO.SiO2(C3S) meydana gelir.•
1450oC : Soğuma sonucu klinker oluşur.7
3) Klinkerin Öğütülmesi:
•
Soğutucudan çıkan klinker, boyutları 1-3 cm arasında değişen, pürüzlü, gözenekli bir yüzeye sahip, sert, yuvarlak, koyu gri tanelerden oluşur.•
Klinker taneli haliyle su ile herhangi bir reaksiyon yapmaz ve bu maddenin bağlayıcılık özelliği yoktur.•
Klinker ancak mikron boyutta öğütüldükten sonra bağlayıcı özelliği kazanır.•
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.8
•
Katkılı Portland çimentosu üretiminde ise; puzolan olarak kullanılan hammadde bu aşamada klinkere katılır.•
Klinker ve diğer katkılar çelik bilyalı öğütücülerde boyutları 6.5-90 mikron arasında değişen tanelere dönüştürülerek çimento elde edilir.•
Öğütülen çimento silolara gönderilerek gerekli süre bekletilip soğuması sağlanır.9
Portland çimentosunu oluşturan oksitler (ana bileşen) ve miktarları:
10
•
Çimentonun dayanım kazanabilmesi için reaktif kalsiyum oksit (CaO) ve reaktif silisyum oksit (SiO2) oranları toplamı kütlece en az %50 ve CaO / SiO2≥ 2.0 olmalıdır.•
Çimento içindeki magnezyum oksit (MgO) oranı %0.1-%4 arasında olması gerekir.•
Eğer magnezyum oksit (MgO) oranı %5' den fazla olursa taze veya sertleşmiş betonda aşırı genleşme meydana getirebilmektedir.•
Çimentolarda mevcut olabilen Na2O, K2O gibi alkali oksitlerinin agregada bulunabilecek aktif silis (opal vb.) gibi minerallerle birleşerek (alkali-agrega reaksiyonu) şişme ve genişleme eğiliminde olan bir silikat jeli oluşturarakbetonda hasar oluşumuna neden olabilmektedir. 11
•
Çimento alkalitesi, portland çimentosu içinde bulunan sodyum oksit ile potasyum oksidin eşdeğer toplamına (Na2O+O,658K2O) göre değişmektedir.•
Bu alkaliler, (Na2O + 0,658K2O) çimento içinde en fazla %0.6 olmalıdır.•
Eğer Na2O + 0,658K2O çimento içinde %0.6'dan az ise düşük alkalili çimento olarak tanımlanır.Portland çimentosu karma bileşenleri (karma oksitler)
•
Kilin ve kalkerin pişirilme işlemi sonucu ayrışmasıyla oluşan oksitler asit ve bazik durumlarına göre aralarındaki reaksiyonlar sonucu Portlandçimentosunun karma bileşenlerini oluştururlar.
12
•
Bunlar dışında birleşmemiş CaO, SiO2, MgO, Na2O, K2O gibi maddeler çok az miktarda saf olarak klinker içinde kalırlar.•
Portland çimentosu klinkerinin öğütüldükten sonra dayanım kazanabilmesi için C3S +C2S ≥ %66.7 olması istenir.13 14
Portland Çimentosu Karma Oksitlerin Özellikleri
•
Çimentoyu meydana getiren oksitlerin döner fırında yüksek sıcaklık altında birbiriyle kimyasal reaksiyonları sonucu çimento karma oksitleri oluşur.•
Çimentoya bağlayıcılık ve dayanım özelliği kazandıran bu karma oksitlerin en önemlileri iki grup altında toplanabilir.a) Kalsiyum silikatlar b) Kalsiyum alüminatlar a) Kalsiyum silikatlar (C3S, C2S)
•
Silisin kireçle kimyasal reaksiyonu ile oluşur.•
Çimentonun esas kimyasal yapısını oluştururlar ve dayanım sağlayan karmaoksitlerdir. 15
1) C3S (%25-%60-Alite):
•
En önemli özelliği hızlı reaksiyona girmesi, priz alması, dayanım kazandırması ve yüksek ısı açığa çıkarmasıdır.C-S-H jeli + Sönmüş kireç (portlandit) (Kalsiyum silikat hidrate)
•
Reaksiyon ısısının fazla oluşu da soğuma sırasında kütlenin büzülürken çatlamasına yol açar.•
Böyle bir beton, suyu geçireceğinden su yapılarında uygun değildir.•
Bu durum C3S miktarı yüksek çimentolarda meydana gelmektedir.16
•
C3S‘in reaksiyonu ile çıkan Ca(OH)2ürünü C2S‘e göre üç kat daha fazladır.•
Ca(OH)2su içinde çözündüğü için iç yapıda boşluk oluşturur.•
Bu durumda su ve zararlı kimyasallar, beton içine kolaylıkla girer ve hasara yol açar. Betonun dayanımı azalır.•
Bu nedenle C3S miktarı fazla çimentoları su yapılarında kullanmak uygun değildir.2) C2S (%15-%40-Belite):
•
En önemli özelliği yavaş reaksiyona girmesi, düşük hidratasyon ısısı açığa çıkarması ve sürekli dayanım kazandırmasıdır.•
Kimyasal etkilere dayanıklılığı artırır.17
C-S-H jeli + Sönmüş kireç (portlandit) Kalsiyum silikat hidrate)
18
