Çimento

Çimento, farklı özellikler ve isimlerle insanlık tarihinin çok eski dönemlerinden beri varolan ve günümüze kadar gelişimini devam ettiren bir yapı malzemesidir. Çimento, Latince “caementum” kelimesinden türemiştir ve yontulmuş taş kırıntısı anlamına gelmektedir. Ancak, zamanla “bağlayıcı-birleştirici” anlamında kullanılmıştır. Bu anlamda “ciment” kelimesi 1300’lü yıllarda önce Fransa’da kullanılmaya başlanmıştır. 1400’lü yıllarda ise “cement” kelimesi İngiltere’de kullanılmaya başlanmıştır.

Çimento sadece yapılar için harç görevi yapmamış, ayrıca tarihsel süreçte medeniyetlerin de harcı olmuştur. Mısır’daki devasa piramitler, 10000 km’yi bulan Çin Seddi, 43 metrelik kubbesi ile zamanının şartlarını zorlayan Pantheon Tapınağı(Roma) ve Mimar Sinan’ın baş döndürücü eserleri ait oldukları medeniyetlerin gelişmişliğini gösteren en önemli izlerdir. İşte tüm bu yapılarda bağlayıcı malzemelere rastlanmaktadır. Yapılarda kullanılan ilk bağlayıcı madde günümüzde de çimentonun ana hammaddesi olan “sönmüş kireç”tir. M.S. ilk yıllarda Roma İmparatorluğu’nda kullanılmaya başlanan “Roma Çimentosu” ve Anadolu topraklarında birçok eserin halen ayakta kalmasını sağlayan “Horasan Harcı” medeniyetlerinin ismi ile anılmıştır.

Günümüzde kullandığımız ve 1824 yılında İngiliz Joseph Aspdin tarafından patenti alınan çimentoya “Portland Çimentosu” denilmektedir.

Portland Çimentosu

Portland Çimentosu, ismini rengini andırdığı Büyük Britanya’ya bağlı olan Portland Yarımadası’ndan almıştır. Portland Çimentosu standardın tarifiyle; su ile karıştırıldığında hidratasyon reaksiyonları sonucunda priz alarak sertleşen bir hamur oluşturan ve sertleşme sonrası suyun altında bile dayanımını ve kararlılığını koruyan, inorganik ve ince öğütülmüş hidrolik bir bağlayıcıdır.

Hidratasyon çimento ile su arasında gerçekleşen karmaşık bir kimyasal reaksiyondur. Hidratasyon sonucu sertleşmiş rijit yapıda bir malzeme meydana gelir. Bir başka deyimle “insan yapımı taş” oluşur.

Çimentonun Üretimi

Çimentonun başlıca hammaddeleri kalker ve kildir. Çimento üretiminde uygun miktarda kireç (CaO), silis (SiO₂), alümin (Al₂O₃) ve demir oksit (Fe₂O₃) içeren hammaddeler belirli oranlarda karıştırılırlar. Farin denilen öğütülmüş hammadde karışımı, eğimli döner fırında yaklaşık 1400-1500 ^oC sıcaklığa kadar pişirilir. Fırının alt çıkış ucuna doğru hammadde tanelerinin yarı ergimiş halde biribirlerine yapışmaları sonucu “klinker” adı verilen granüle küresel tanecikler meydana gelir. Klinker soğutulduktan sonra az bir miktar alçı taşı ile öğütülür. Alçıtaşı eklenmesinin amacı çimentonun priz süresini ayarlamaktır. Klinker ve alçı taşının birlikte öğütülmesi sonucu “Portland Çimentosu” elde edilir. Öğütme sırasında klinker ve alçı taşına standardın uygun gördüğü miktarlarda mineral katkılar(tras, cüruf, uçucu kül, kalker tozu vb.) eklendiğinde farklı “katkılı çimentolar” elde edilir.

Çimentonun Ana Bileşenleri

Çimentonun ana bileşenleri çeşitli oksitlerden oluşmaktadır. Ana bileşenler silikatlar ve aluminatlar olarak ikiye ayrılmaktadır.

Çimento ana bileşenlerinin özellikleri

C₃S : Priz sürelerini, erken ve nihai dayanımı etkiler. C₃S yüzdesi arttıkça çimentonun ilk yaşlardaki dayanımı daha yüksek olur.

C₂S : Reaksiyona girmesi yavaştır ve genel olarak bir haftadan sonraki dayanımda etkilidir.

C₃A : Erken yaşlardaki dayanım gelişimi üzerine etkisi çok azdır. Reaksiyonda ilk çözünen bileşendir. Büyük miktarda ısı artışına neden olur. Klinkerin öğütülmesi sırasında katılan alçıtaşı C₃A ‘nın hidratasyon hızını yavaşlatır. Alçıtaşı ilave edilmemiş C₃A ‘lı bir çimento hızla katılaşır. C₃A yüzdesi düşük çimentolar özellikle sülfat ihtiva eden su ve zemine karşı dayanıklıdırlar.

C₄AF : Klinkerleşme sıcaklığını düşürerek çimento üretimine etki eder. Çimentoya rengini veren bileşendir.

Hidratasyon ürünleri:

C₃S ve C₂S bileşenlerinin suyla reakiyonu sonucu 2 adet ürün oluşur.

1. Kalsiyum silikat hidrat (C-S-H)
2. Kalsiyum hidroksit (CH)

C-S-H jeli (kalsiyum silikat hidrat) çimentoya bağlayıcılık özeliğini kazandıran ve dayanım kazanmasını sağlayan üründür. Ürünün moleküler büyüklüğü yaklaşık çimento tanesinden 1000 kat daha küçüktür. Hidrate olan ürünlerin yaklaşık %60’ını oluşturur.

CH (kalsiyum hidroksit) dayanıma etkisi olmayan, ancak beton içindeki bazik yapıyı sağlayan üründür. Zayıf yapısı ve aderansı zayıflatıcı etkisi nedeniyle gerekenden fazlası istenmeyen bir üründür. Hidrate olan ürünlerin yaklaşık %20’sini oluşturur. Katkılı çimentolarla yapılan betonlarda CH oranı çok daha düşüktür. CH düzgün altıgen şeklinde tabakalı bir yapıdadır. C-S-H’e oranla oldukça büyük boyutta olan CH genelde boşluklarda ve aderans(arayüz) bölgelerinde birikir.

Diğer ürünler

C₃A’ın alçı ve suyla girdiği reaksiyon sonucu “etrenjit” adı verilen iri kristallerden oluşan bir yapı meydana gelir. Etrenjitin çimento hamurunun dayanımı üzerine etkisi yoktur, ancak çimentonun prizinde etkilidir.

Alçı miktarı düşükse ya da C₃A oranı yüksekse etrenjit kararsız bir hal alarak C₃A (trikalsiyum aluminat) ile tepkimeye girer ve monosülfat adı verilen benzer yapıda bir ürün oluşur. Monosülfat, sülfatlı ortama maruz kaldığında ters yönde bir tepkime ile etrenjit oluşumuna neden olur. Monosülfatın etrenjite dönüşmesi sonucu ürün hacmi yaklaşık 2,5 kat artarak betonun çatlamasına ve hasar görmesine neden olur. Bu nedenle, sülfatlı ortama maruz kalacak betonda çimentonun C₃A oranı sınırlandırılmıştır.

Çimento ile ilgili bilinmesi gereken bazı terimler

Blaine(özgül yüzey): 1 gram çimentonun içindeki taneciklerin cm² cinsinde yüzey alan toplamıdır.

Genleşme veya Hacim Sabitliği (Le Chatelier): Çimento içinde bağlanmamış olan serbest CaO ve MgO bileşenlerinin hidratasyonu sonucu meydana gelen hacimsel artıştır.

Kızdırma Kaybı: Çimento 975±25 ^oC’de kızdırılarak bünyesindeki CO₂(karbondioksit) ve H₂O (su) uzaklaştırılır. Ağırlık kaybı yüzdesi ile kızdırma kaybı hesaplanır. Beklemiş ve nemlenmiş çimentoda kızdırma kaybı değeri yüksek çıkar.

Kireç Standardı(KST veya LSF): CaO miktarının belirli katsayılara sahip SiO₂, Al₂O₃ ve Fe₂O₃ toplamına oranıdır. Bu değer serbest kireç miktarını belirlediği gibi, döner fırındaki pişme kalitesi hakkında da bilgi vermektedir.

Serbest Kireç: Çimento içinde diğer bir oksitle bağlanmamış olan CaO yüzdesidir.

Eşdeğer Alkali Miktarı: Çimento içinde bulunan alkali bileşenlerden Na₂O ve K₂O’nun Na₂O eşdeğerinde toplam alkali miktarıdır ( N₂O _eşdeğer = Na₂O + 0.658 K₂O). Bu değer % ile ifade edilir.

BetonveCimento.com için Patreon üzerinden destekte bulunmak ister misiniz?