YAPI MALZEMES İ
Hafta 04
Öğr. Grv. Dr. Muhsin YALÇIN
C-S-H jeli + Sönmüş kireç (portlandit) (Kalsiyum silikat hidrate)
b) Kalsiyum alüminatlar (C3A, C4AF)
•
Alüminin, kireçle kimyasal reaksiyonu ile oluşan karma oksitlerdir.1) C3A (%2-%15):
•
Prize ilk başlayan ve hızla priz yapıp yüksek hidratasyon ısısı açığa çıkarır.•
Başlangıç sertleşmesinin ve dayanım artışının oldukça hızlı olmasını sağlar.•
C3A sertleştikten sonra oldukça zayıf dayanımlı bir hidrat oluşur.2
•
C3A’nın hızlı prizi kontrol altına alınmazsa, çimento hamuru tümüyle katılaşır ve silikatların oluşmasına olanak kalmaz.•
Priz hızı üretim aşamasında klinkere katılan alçı taşı ile yavaşlatır.•
Uygun miktarda alçı taşı kullanıldığında, alüminatların yüzeyinde ince iğneler şeklinde etrenjit (candlot tuzu) kristalleri meydana gelir.•
Bu kristaller o kadar incedir ki hidratasyonun ilk zamanlarında bunlar rijit bir yapı meydana getirmediğinden dolayı priz olayı gerçekleşmez.•
C3A ile başlayan reaksiyonlar etrenjit oluşumu ile durur.•
Ancak silikatlar oluşmaya başlaması ile priz başlar, bu da çimentoya dayanım kazandıran karma oksitlerin oluşumu demektir.3
•
Etrenjit kristalleri içerdiği yüksek miktardaki (32 molekül) hidrat suyu nedeniyle büyük bir hacim (%227 hacim artışı) kaplar.•
Taze betonda ortam sıvı (plastik) halde olduğundan bu durum sakıncalı değildir.Çimento hamurunun elektron mikroskobu (SEM) görüntüsü 4
•
C3A'nın sülfatla oluşturduğu reaksiyon sertleşmiş çimento hamurunda /betonda meydana gelebilir.•
Bu durumda C3A’nın çevresel ortamdan gelen CaSO4ile reaksiyonu sonucu etrenjit (Candlot tuzu) yapısı oluşur.•
Bu reaksiyon sonucu oluşan genleşen tuz sertleşmiş betona hasar verir.•
Bu nedenle C3A içeriği yüksek çimentoların sülfatlı sularla temas halinde olan yerlerde kullanılması sakıncalıdır.•
Deniz suyu da içerdiği MgSO4nedeniyle zararlı bir su olmaktadır. MgSO4, CaSO4'den daha da zararlı etki göstermektedir.•
Bunun sonucunda esas dayanım kazandıran kimyasal yapıyı oluşturankalsiyum silikatlar da çözülürler. 5
•
C3A’nın çimentoya sağladığı olumlu bir etki klor (Cl) iyonlarını bağlama yeteneğine sahip olması nedeniyle betonarme yapılarda donatıyı klorit korozyonuna karşı korumasıdır.2) C4AF:
•
Hidratasyonu, su ile reaksiyon hızı daha düşük olmakla birlikte C3A’nın hidratasyonu gibidir.•
Reaksiyon ürünleri çok büyük miktarda genleşmeye yol açmazlar.•
Çimentoya gri rengi verir ve reaksiyon hızı düşük olduğu için sertleşmeyi yavaşlatır.6
Çimento Karma Oksitlerinin Bazı Özellikleri Çimento karma oksitlerinin zamanla dayanım artışı
ÇİMENTO ÖZELLİKLERİ VE ETKİLERİ
•
Çimento kullanıldığı yapı türü ve iklim/hava koşullarına göre farklı özelliklerde olması gerekir.•
Normal bir yapı için uygun olan çimento türü bir deniz yapısı için uygun olmayabilir.1. Çimentonun İnceliği
•
Klinker ve alçıtaşı karışımı ne kadar ince taneli olarak öğütülürse, elde edilen çimento tanelerinin yüzeylerinin toplamı o kadar artmaktadır.•
Böyle bir durumda, su ile temas eden tanelerin yüzeyi daha fazla olmakta, kimyasal reaksiyonlar daha hızlı ve daha iyi gelişebilmekte ve daha yüksekdayanımlar elde edilmektedir. 9
•
10 mikrondan küçük olan tanelerin varlığı çimento hamurunun plastik ve geçirimsiz olmasını da sağlar.•
Çimento taneleri ne kadar ince olursa o kadar çok su ihtiyacı olmaktadır.•
Ayrıca taneler inceldikçe daha büyük ısı açığa çıkmaktadır.•
Çimentolarda tane boyutları genel olarak 6.5 -90 mikron arasındadır.Çoğunluğu 30 mikron civarındadır.
•
Hidratasyon olayının gelişebilmesi ve bağlayıcılık özelliğinin artması için çimentolarda boyutları 90 mikrondan büyük tanelerin oranının %14'ü geçmemesi istenir.10
Çimentoda incelik, zaman ve dayanım ilişkisi
11
Çimento inceliğinin etkileri:
•
Çimento tanelerinin aktifliği ve hidratasyon sonucu daha yüksek dayanımlar verebilmesi ince öğütülmelerine bağlıdır.•
Çimento ne kadar ince olursa özgül yüzey alanları toplamı artacağından çimentoyu ıslatmak için gerekli olan su ihtiyacı olacaktır.•
Taneler inceldikçe reaksiyon hızı arttığı için daha büyük hidratasyon ısısı açığa çıkar.•
İnceliğin artması üretim masraflarını artırır.•
İncelik artıkça erken (1-2 gün) ve nihai yaştaki (28. gün) çimento dayanımı artar.12
•
İncelik artıkça taze betonda su kusma (terleme) olayı azalır. Fakat rötrenin ve sertleşme sonrası çatlamaların artmasına neden olur.•
İncelik arttıkça reaksiyon hızının artması nedeniyle priz süresiazalacağından bunu önlemek için üretim aşamasında kullanılan alçı taşı miktarının artırılması gerekir.
Çimento inceliğinin belirlenmesi:
•
İncelik deneysel olarak iki yöntemle belirlenebilmektedir.a) Mekanik eleme yöntemi:
•
Bu yöntemde çimento inceliği, 45 ve 90mikron elek üstünde kalan malzeme oranlarına göre belirlenmektedir.13
b) Özgül yüzey alanı yöntemi:
•
Özgül yüzey alanı değeri, 1 gr toz çimentoda bulunan tanelerin toplam yüzey alanı ile belirlenir. Birimi cm2/gr’dır.•
İnceliği özgül yüzey alanına göre belirleyebilmek için en çok kullanılan yöntem, Blaine aleti denilen bir cihaz yardımıyla belirlenen Blain deney yöntemidir.•
Blain deneyi, standart koşullarda sıkıştırılmış belirli kalınlıktaki çimento tabakasından havanın geçme zamanını ölçme esasına dayanır.•
Portland çimentosunda Blaine özgül yüzey alanı (incelik) değerinin 2800 cm2/g'dan az olmaması istenmektedir.•
Türkiye'de üretilen çimentoların inceliği 2800-4000 cm2/g arasındadır.14
2) Çimentonun Hidratasyonu
•
Çimentonun hidratasyon olayının üç önemli özelliği vardır.a) Çimentonun klinker halinde, yani öğütülmemiş iken su ile reaksiyon yapmamasıdır.
•
Çimentoda hidratasyon olayının gerçekleşebilmesi için için gayet ince bir şekilde öğütülmesi (tane boyutunun ortalama 30 mikron olması) gereklidir.b) Hidratasyon olayı zamanın bir fonksiyonudur.
•
Çimentodaki karma oksitlerin su ile yaptıkları kimyasal reaksiyonlar kısa zamanda sona eren bir reaksiyon değildir.•
Zaman içinde gelişmekte olan bu olaya hidratasyon sinetiği denilmektedir.•
Hidratasyon sinetiğinin hızlanması dayanım artışının hızlanmasına yol açar.c) Hidratasyon ekzotermik bir olaydır.
•
Isı çıkışı hidratasyonun başında fazla olup zamanla, ısı artış hızı azalarak devam eder.Çimento hidratasyon sinetiğininşematik gösterimi:
A) Su ile karıştırdıktan hemen sonra
B) Hidratasyon başlangıcı C) Priz başlangıcı D) Sertleşme ve dayanım kazanma sonrası
Çimento tanesinin hidratasyonu:
Çimento tanesindeki hidratasyon sürecinin şematik gösterimi 17
Çimento hidratasyonu sonucu oluşan hidrate ürünler:
•
Çimentodaki karma oksitlerin su ile reaksiyonu sonucu çimento hamurunda daha yüksek oranda oluşan hidrate ürünler;a) Kalsiyum silikat hidrate (CSH jeli), b) Serbest kireç (Ca(OH)2),
c) Etrenjit kristalleri ve diğer (monosülfat) hidrate ürünleri a) CSH kristali/jeli
•
Çimento hamurunun %70’ini oluşturur.•
Çimento hamuruna dayanım kazandıran yapıdır.•
Agrega ile aderansı sonucu beton matrisini oluşturur.18
•
CSH kristali, iç yapı olarak genellikle lif ve ince levha veya yaprak halinde olmak üzere iki değişik şekle sahiptir.•
CSH kristallerinin dağılımında bir düzen yoktur.•
Bir dantel veya dokuma parçası gibi iç içe büyümüş tarzda oluşmaktadır.•
C-S-H kristallerinin yüzeylerinde adsorbe su yer almaktadır. Ayrıca jel yapısındaki iç tabakalar arasında çok küçük jel boşlukları bulunmaktadır.•
CSH jeli/kristali moleküler büyüklükte olup çimento taneciklerinden yaklaşık 1000 kat daha küçüktür.•
CSH kristalleri büyüyerek birbiri içine girerek ve birbirine kimyasal olarak bağlanarak çimento hamurunun zamanla dayanım kazanmasına nedenolmaktadır. 19
CSH kristali iç yapısı:
20
(C-S-H jel tabakaları)
CSH yapısının elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri
21
CSH jeli
