Özel Çimentolar

Özel çimentolar; geleneksel çimentolardan üretim süreçleri, ham maddeler ve karakteristik özellikler açısından ayrılmaktadır. Geleneksel çimentoların yetersiz kaldıkları yerde gerekli ihtiyaçları karşılayabilmektedirler.

Bu çimentoları pazarda bulmak çok zor ya da bazı yerlerde imkansız olabilir. Örneğin borlu çimentoyu literatüre Türkiye sokmuştur, ancak şu an bu çimentoyu üreten tedarikçi yoktur.

SOREL ÇİMENTOSU (SOREL CEMENT)

Sorel çimentosu matrisi

• Sorel çimentosu, MgO ve MgCl çözeltisinin belli oranlarda karıştırılması ile elde edilen özel bir çimentodur. 60-70 MPa harç basınç dayanımı verebilmektedir.

• Fransız Mühendis Stanislas Sorel tarafından 1867 yılında keşfedilmiştir.

• Sorel çimentosu üretiminde kullanılan magnezya (MgO) genellikle manyezit (MgCO₃) mineralinden veya deniz sularından elde edilir.

• MgO, manyezit mineralinin 900-1000°C sıcaklıklar arasında kalsine edilmesi sonucu elde edilir. Kalsinasyon işlemi dik fırınlarda gerçekleştirilir. Kalsine edilmiş manyezit minerali çeşitli tipte kırıcılar ile istenen boyuta göre kırılır ve öğütülür. Manyezit minerali kalsinasyon prosesinden geçirildikten sonra, ancak sorel çimentosu üretiminde kullanılabilmektedir.

• Sorel çimentosu, düşük su direnci nedeniyle sadece suni taş, duvar panelleri gibi elemanlarda kullanılır.

• 2011 yılında sorel çimentosunun Mars koşullarına uyumu ile ilgili bir çalışma Kalifornia Üniversitesinde yapılmıştır.

BORLU AKTİF BELİT ÇİMENTOSU (BORON MODIFIED ACTIVE BELITE CEMENT)

• Borlu aktif belit çimentosu, normal Portland çimentosundan farklı olarak %3-4 arasında B₂O₃ içermektedir. Borlu çimentoda boroksit, C₂S (dikalsiyum silikat) fazını stabilize ettiğinden dolayı Portland çimentosunda ana faz olarak bulunan C₃S (Trikalsiyum silikat) bileşiğini içermemektedir.

• Borlu çimento, bor katkısının ve mineralojik bileşiminin bir sonucu olarak normal Portland çimentosundan farklı dayanım özellikleri göstermektedir. 2 günlük erken dayanımı düşük olmasına rağmen 28 gün ve sonraki dayanımlarda Portland çimentosuna göre %20 oranında daha yüksek dayanım kazanmaktadır.

• Borlu çimento, Portland çimentolarına göre daha düşük hidratasyon ısısına sahiptir. 2 ve 7 günde borlu çimentonun hidratasyon ısısı Portland çimentosuna oranla %50 daha düşüktür.

• Borlu çimento ile yapılan betonlar daha geçirimsiz ve dış etkilere karşı daha dayanıklı olurlar. Bu tür betonların su emmeleri ve klorür geçirgenliği de Portland çimentosundan yapılan betonlara göre %30 daha azdır.

GENLEŞEN ÇİMENTO (EXPANSIVE CEMENT)

• Genleşen çimento, ACI Committe 223 tarafından şu şekilde tarif edilmiştir; “suyla karıştırıldığında priz esnasında ve sonrasında ve de sertleşme sırasında hacimde belirgin bir artış yaratan çimento türüdür.”

• Büzülme nedeniyle hacim düşüşünü telafi etmek veya içsel gerilmeye neden olmak için kullanılır. K Tipi: Portland çimento bileşimi ile eş zamanlı olarak pişirilen susuz alüminosülfat içerir, veya ayrı şekilde pişirilmiş Portland çimento klinkeri, serbest kireç ve kalsiyum sülfatın birlikte öğütülmesi ile üretilir. M Tipi: Portland çimentosu, kalsiyum alüminat çimentosu ve kalsiyum sülfat karışımından oluşur. S Tipi: Yüksek oranda trikalsiyum alüminat (C₃A) içeren klinker ile yüksek miktarda kalsiyum sülfat karışımından oluşur.

• Sülfat veya aluminat içeriği yüksektir.

KALSİYUM ALUMİNAT ÇİMENTOSU (CALCIUM ALUMINATE CEMENT)

• Bu çimentonun ana ham maddesi, alüminyum oksit içeriği yüksek boksit madenidir. Üretim için ayrı bir fırın gerekmektedir. Fırında normal klinkere oranla daha yüksek sıcaklıkta reaksiyonlar oluşmaktadır. Bu nedenle üretim maliyeti çok yüksektir.

• Portland çimentosu ile arasındaki temel fark; priz alma ve sertleşme sırasındaki aktif fazların farklı olmasıdır. Portland çimentoları kalsiyum ve silisyum oksitler ile C₂S ve C₃S fazlarını oluşturarak, su ile tepkimeye girdiğinde C-S-H ve C-H ürünleri oluşur. Diğer taraftan kalsiyum aluminat çimentosu, temel olarak kalsiyum oksit ve alüminyum oksitler ile monokalsiyum alüminat (CA) oluşturarak su ile birleştiğinde kalsiyum alüminat hidratları oluşturur.

• En önemli özelliği 6 saat gibi bir sürede 25-40 MPa dayanım değeri kazanmasıdır.

• Yapılarda (taşıyıcı sistemlerde) kullanılması sakıncalıdır. Stabil olmayan reaksiyon ürünlerinin sıcaklık ve nem gibi faktörlere bağlı olarak stabil hale geçmesi bunun ana nedenidir.

• Hızlı tamir harçları, özel yapı kimyasalları ve bazı yapı ürünlerinde kullanılmaktadır.

ASİDE DİRENÇLİ ÇİMENTO (ACID RESISTANT CEMENT)

• Asite dirençli çimentonun bağlayıcı malzemesi, sodyum silikat (Na₂O.nSiO₂) veya potasyum silikat (K₂O.nSiO₂) çözeltisidir. Burada «n» cam modülüdür (glass modulus).

• Cam modülü terimi, silis moleküllerinin sayısının alkali oksit moleküllerininkine oranını belirtmek için kullanılır ve 2.50 ila 3.50 arasında değişir.

• Asite dirençli çimento, genelde kimya endüstrisi tesisatlarında asite ve ısıya dayanıklı kaplamalar için kullanılır.

• Suya ve zayıf asitlere karşı dayanıklı değildir. Modifiye edilerek bu yönde dayanıklılık sağlanabilmektedir.

KALSİYUM SULFOALUMİNAT ÇİMENTOSU (CALCIUM SULFOALUMINATE CEMENT)

• 1970’li yıllarda Çin’de geliştirilen kalsiyum sulfoalüminat (CSA) çimentoları, hızlı dayanım alan çimento ailesinde bulunan özel çimentoların bir sınıfıdır.

• CSA; hızlı dayanım gelişiminin gerekli olduğu köprüler, havaalanı pistleri, yol yamaları, tüneller, kaldırımlar vb. birçok uygulamada kullanılır.

• Ayrıca, CSA çimentoları Portland çimentosu ile karıştırılarak rötreyi azaltmak için de kullanılmaktadır.

• Günümüzde; CSA çimento kendiliğinde yerleşen betonlarda, tesviye harçlarında, döküm harçlarında, yapıştırıcı harçlarda, kuru harçlarda kullanılmaktadır.

PETROL KUYUSU ÇİMENTOSU (OIL WELL CEMENT)

• Petrol kuyusu çimentosu, çok üstün özelliklere sahip bir çimentodur. Grout veya slurry olarak yer kabuğundaki çatlaklardan binlerce metre derinliğe kadar pompalanabilecek işlerde kullanılır.

• Yüksek oranda sülfata dayanıklı olan bu çimento daha çok petrol kuyusu sıkça açılan ülkelerde talep edilmektedir.

• Tip G çimento, Portland çimento klinkerinin priz geciktirici olarak kalsiyum sülfatın bir veya birden fazla türü ile birlikte öğütülmesi ile elde edilen üründür. Esas olarak hidrolik kalsiyum silikatlardan oluşur. Tip G kuyu çimentosunun üretimi sırasında klinker ve kalsiyum sülfat dışında ayrıca katkı malzemesi kesinlikle kullanılmamaktadır. Bu tip çimentonun esas olarak kuyu çimentosu olarak kullanılması amaçlanmıştır. Kuyu çimentosunun orta seviyede sülfata dirençli (MSR) ve yüksek oranda sülfata dirençli (HSR) türleri mevcuttur.

• Petrol kuyusu çimentosu, kıyı ve açık deniz kuyularını yüksek basınç ve sıcaklık altında çimentolama için tasarlanmıştır. Ana bileşenleri klinker, puzolanik malzemeler ve priz geciktiricilerdir.

HİDROFOBİK ÇİMENTO (HYDROPHOBIC CEMENT)

• Bu tip çimentolar; rutubete karşı dayanıklı olması amacıyla, klinkere hidrofobik bir malzemenin (%0.1-0.4 oranında stearik asit, oleic asit) eklenip öğütülmesi ile elde edilir.

• Hidrofobik çimentolar suyla kolay ıslanmadıklarından bu tip çimentolar kullanılarak üretilen harç ve betonları daha uzun süre karıştırmak gerekir.

• Hidrofobik çimento suyun egemen olduğu yerlerde kullanıldığını gösterir. Bu tür çimento, asitol, naftalin sabunu, vazelin (oksitlenmiş) gibi bazı katkıları içerir.

• Bu katkılar, çimento taneleri üzerinde ince bir film tabakası oluştururlar. Hidrofobik çimentoya su eklenirse, emici filmler yüzeyden yırtılır ve herhangi bir şekilde çimentonun prizini engellemezler.

• Ancak, ilk aşamada hidrofobik çimentonun oluşumu yavaştır; çünkü çimento taneleri üzerinde ince bir film olarak çevrelenen katkı maddeleri suyla etkileşimi engeller.

• Hidrofobik çimento çoğunlukla barajlarda, su yapılarında, su altı yapılarında kullanılmaktadır.

ANTİ-BAKTERİYEL ÇİMENTO (ANTI-BACTERIAL CEMENT)

• Bu çimento mikrobiyolojik fermentasyonu önlemek için anti-bakteriyel maddeler kullanılarak üretilen bir Portland çimentosudur.

• Bakteriyel etkiye, gıda maddesi üreten tesislerin yer betonlarında rastlanılmaktadır. Bu gibi yerlerde, çimento üzerinde oluşan bakterilerle birlikte nemin varlığı fermentasyona yol açmaktadır.

• Ayrıca anti-bakteriyel çimento su depoları, yüzme havuzlarında ve bakteri, mantar bulunan benzer yerlerde de kullanılmaktadır.

MAKRO HATASIZ ÇİMENTO (MACRO DEFECT FREE CEMENT)

• Literatürde macro-defect-free (MDF) cement olarak belirtilen, çimento-polimer kompoziti veya MDF çimento olarak adlandırabileceğimiz malzeme çok yüksek eğilme dayanımlarına sahip olmasıyla bilinir.

• Bu kompozitler; çimentoya az miktarda polimer ve su eklenmesi ve geleneksel çimento hamuru üretiminden farklı olarak kauçuk üretiminde de kullanılan, iki çelik merdanenin (kalender) arasından farklı hızlarda defalarca geçirilmesi suretiyle üretilir.

• Üretimin en önemli aşaması olan bu bölümde malzeme yüksek kesme kuvvetlerine maruz kalmaktadır ve bu sayede malzemenin yapısındaki büyük boşluklar yok edilmektedir.

• Daha sonra kompozitin ortalama basınç ve sıcaklık altında kür edilmesi de yine bu boşlukların yok edilmesinde büyük rol oynamaktadır.

• Polimerlerin basınç altında boşlukları doldurduğu düşünülmektedir.

• Diğer taraftan, bu kompozitler su ile temas etmeleri halinde çok ciddi dayanıklılık problemleri göstermektedirler.

KENDİNİ TEMİZLEYEN ÇİMENTO (SELF-CLEANING CEMENT)

• İlk kez Heidelberg ve Italcementi tarafından üretilen kendini temizleyen çimento TiO₂içermektedir.

• Özellikle beyaz çimento ile yapılan betonların yüzeyinin kirlenmesini(grileşmesini) engellediği için avantaj sağlamaktadır.

• Önemli bir pazarı olmamasına rağmen üretici firmaların imajına katkıda bulunmuştur. Çevreci özelliği ile öne çıkan bu çimento ile ilgili Türkiye’de akademik çalışmalar mevcuttur.

• TiO₂ton fiyatı 2500 $ seviyesindedir. Üretilecek çimentonun ton fiyatına yaklaşık 50$ ekstra maliyet gelmektedir. (bu bilgi sürekli güncellenmelidir.)

KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTO (SELF-HEALING CEMENT)

• Kendini iyileştiren çimento bir diğer tabir ile kendini tamir eden çimento bu özelliğini içindeki bakteriler sayesinde kazanmaktadır.

• Çimlenip çoğalan bakteriler, içeriğinde kalsiyum ve karbonat bulunan lifli ve yapışkan bir madde üretmektedir.

• Bu özel madde betondaki çatlakların kapatılmasını sağlamaktadır.

• Tıpkı bir duvar ustası gibi çalışan bakteriler, ürettikleri lifli yapışkanla çatlakları doldurmaktadır.

GEOPOLİMER ÇİMENTO (GEOPOLYMER CEMENT)

• Geopolimer ismi 1978 yılında Fransız malzeme bilimcisi Joseph Davidovits tarafından inorganik moleküllerin oluşturduğu yapılara verildi.

• Geopolimer çimento genellikle uçucu kül, yüksek fırın cürufu gibi atık malzemelerden oluşur. Uçucu küller, termik santrallerden yüksek fırın cürufu ise demir çelik tesislerinden elde edilmektedir.

• Uçucu küller ve cüruf uygun teknoloji ile proses edilerek beton için uygun bir forma getirilir. Böylece fabrikaların ve termik santrallerin atık stokları düzenlenmiş olurken, Portland çimentosu elde etmek için yüksek miktarda CO₂ salınımına da gerek kalmaz.

• Geopolimer kaynakların içinde genellikle ısıyla aktive edilmiş ve oluşturulmuş doğal malzemeler olan silikon ve aluminyum bulunur. Bu malzemeler alkalin kullanılarak aktive edilerek moleküller arası bağları güçlendirir ve polimerleştirir.

• Bu yolla elde edilen çimentolara genellikle alkali aktivasyonlu veya inorganik polimer çimento adı verilmektedir.

ULTRA İNCE ÇİMENTO (ULTRA FINE CEMENT)

• Ultra ince çimento adından da anlaşılacağı üzere normal çimentolardan çok daha ince olan bir çimento cinsidir.

• Özellikle zemin enjeksiyonu, grout harcı ve zemindeki çok ince çatlakları doldurmak amacıyla kullanılmaktadır.

• Türkiye’de üretimi yoktur.

• Bu çimentonun özellikleri:

ACI 552 nolu komiteye göre: dmax < 15µm

EN 12715’e göre: Blaine > 8000 cm²/gr

Norveç standardına göre: d95 < 15µm

İngiltere’deki şartnameye göre: dmax ≤ 6µm

HAVA SÜRÜKLEYEN ÇİMENTO (AIR-ENTRAINING CEMENT)

• Hava sürükleyen çimento, donma-çözülme riskine karşı geliştirilmiş bir çimento cinsidir.

• Bu çimento, klinkere bir miktar hava sürükleyici kimyasal katkı ilave edilmesiyle üretilmektedir.

• Hava sürükleyen çimento ile üretilen betonlarda kontrollü şekilde dağılmış, belirli büyüklükte hava tanecikleri bulunmaktadır.

• Bu hava tanecikleri betonun don riski ile karşılaştığı durumda içeriğindeki suyun genleşmesine olanak sağlamakta ve hacimsel genleşmeye neden olacak içsel gerilmeleri azaltmaktadır.

• Hava sürükleyen çimento ayrıca betonun su kaybını azaltmakta ve daha akışkan bir özellik sağlamaktadır.