Pç. Klinkerinin Temel Yapısı

|

BÖLÜM 3. PÇ. KLİNKERİNİN TEMEL YAPISI

3.1. Portland Çimentosunun Bileşim Faktörleri.

Geniş hacimli bir malzeme kütlesini temsil eden normal Portland Çimentosu İngiliz Standart Şartnamesi B.S.12’de “normal ve çabuk sertleşen Portland Çimentosu olarak belirtilen çimento şöyle tanımlanmaktadır:

“Çimento ister normal ister çabuk donan türden olursa olsun, çoğunlukla kalsiyum silikatlardan oluşan ve esas olarak kireç (CaO) ve silis (SiO2) ile daha az miktarda alumin (Al2O3) ve demir oksit (Fe2O3) in homojen ve önceden saptanmış miktarlara göre karışımın kısmi ergimeye kadar pişirilmesiyle oluşan klinkerin öğütülmesi ile elde edilmektedir.[2]

Çimentoda aşağıda belirtilen hiçbir katkı maddesi ihtiva etmeyecektir.[2]

(a) Su veya alçı veya anhidrid, veya diğer CaSO4 türevleri, veya bunların kombinasyonları, katkı miktarı sülfirik anhidrid ve kızdırma kaybı limit değerlerini geçmeyecek şekilde olacaktır.”

Normal Portland Çimentosuna (NPÇ) ve çabuk dona Portland Çimentosuna (NDPÇ) ilaveten aşağıdaki iki özel çimento tipi de bu tanımlanmanın kapsamına girmektedir.

Beyaz Portland Çimentosu bileşim bakımından beyazlığı sağlamak üzere, gri çimentodan farklı olmakla beraber B.S. 12’ye uymaktadır.

Sülfata Mukavim Portland Çimentosu (SMPÇ) ise şimdi ayrı bir İngiliz standart şartnamesi çerçevesine girmektedir.

3.2. PÇ klinkerinin Temel Yapısı:

İsteğe uygun ham karışımın kısmi ergime derecesine kadar (%20-30 sıvı faz) pişirilmesiyle oluşan klinker başlıca 4 kristal yapıda kalsiyum bileşiği karışımından oluşur, bunların ikisi silis, biri alümin öteki de alümin ve ferrit oksitlerin birlikte bulunduğu kalsiyum bileşikleridir. Klinkerde bu başlıca 4 kireç (CaO), silis(SiO2) alümin (Al2O3) ve demir oksit (Fe2O3) ana yapı taşından başka, alkali metal oksitler (Na2O,K2O), magnezyum (MgO) ve kükürt (başlıca alkali metal ve kalsiyum sülfatları olarak) içeren ve klinkerin %2-6’sı oranında bir miktarını oluşturan bir çok ikincil bileşikler de bulunmaktadır.[2}

Bu aşamada, çimento endüstrisinde kullanılan formüller;

Kireç yada CaO ‘C ile

Silis yada SiO2 ‘S ile

Alümin yada Al2O3 ‘A ile

Ve Demir (3) oksit yada Fe2O3 ‘F ile gösterilmektedir.

Klinkerin 4 ana kompeneti şunlardır;

1. Trikalsiyum silikat 3CaO,SiO2, C3S olarak belirtilir. Buna genelde Alite denir, C3S saf olmayıp katı halde, özellikle MgO ve Al2O3 gibi bazı ikincil bileşiklerle modifiye olduğu ifade edilmektedir.[2]

2. Dikalsiyum Silikat 2CaO.SiO2 veya C2S’e Belit denir. C2S’in değişik kristal yapıları bulunup ençok mevcut olan β- C2S’dir, gayri safiyetler nedeniyle stabilize olmuş bir yapıdır. Bir başka şekilde γ- C2S olup hiçbir hidrolik özellik taşımadığından mevcudiyeti hiç istenmez.[2]

3. Trikalsiyum alüminat 3CaO. Al2O3 olup C3A olarak gösterilir. Bu bileşik, % 15’ nadiren aşan genellikle %9-12 miktarlarda bulunmaktaysa da çimento karakteristiği üstünde önemli rolü vardır.[2]

4. Kalsiyum alümino ferrit. Bu bileşik genel olarak tetra kalsiyum alümino ferrit 4CaO. Al2O3.Fe2O3 veya C4AF olarak ifade edilir ise se dikalsiyum ferrit C2F ve dikalsiyum alüminat C2A kombinasyonları ile tems,il edilen geniş bir aralığa yayılmış olup C4AF veya C2A.C2F bu kombinasyon aralığının sadece belli bir bileşimini oluşturmaktadır. ÇSPS’de bu kombinasyon C2A. 2C2F’ye daha yakındır.[2]

3.3. Çimentonun Kimyasal Bileşimi:

PÇ’nin kimyasal bileşimi, içeren bulunan komponentlerin miktarına göre değişir; Tablo 3.1’de tipik bir PÇ’nin analizini vermekte olup her komponentin rastlanabilecek varyasyonları da hizalarında gösterilmiştir.

Çimentonun kimyasal yapısı çimento özelliklerini belirleyen değişik faktörler cinsinden ifade edilmektedir; bu faktörler Tablo 3.1’deki analizlere göre tartışılacaktır.

Bu faktörler silikat modülü, alümin modülü, kireç doygunluk (KDF) faktörü ve kireç bağlama (KBF) faktörüdür.[4]

Standart şartnamelerde bulunması gereken miktarların kısıtlandığı bir dizi komponent daha bulunmaktadır.[4]

1. Çözünmez kalıntı (ÇK). Bu, asitle çözünmeyen maddeler olup genellikle ilave edilen alçıtaşından gelen topraklardan oluşmaktadır.şartnamede belirtilen metoda göre tayin edildiklerinde %1.5’ı geçmemeleri gerekir.

2. Magnezyum oksit. Çimentoda buluna magnezyum oksidin oranı %4.0’u geçmemelidir. Aslında büyük Britanya’daki pek az sayıda çimentolarda magnezyum oksit, bu miktarın yarısını gaeçmektedir.

3. Kükürt Trioksit(SO3). Çimentoda müsaade edilebilen miktarı SO3 cinsinden, C3A %7’den yüksekse %3.0’ı, C3A %7’den daha düşükse %2.5’u geçmemelidir.

4. Kızdırma kaybı (KK) vasat iklim koşullarında toplam kızdırma kaybı %3’ü tropikal iklimlerde ise %4’ü geçmemelidir.

3.4. Silikat Modülü

Bu, çimentodaki SiO2 miktarının, Al2O3 ve Fe2O3 toplamına oranı olup şöyle ifade edilir;[5]

[%SiO2 / (%Al2O3+%Fe2O3)] veya kısaca [ S / (A+F) ] veya S/R

Bu modülün anlamı silis oranı ne kadar yüksekse, diğer faktörler değişmediği taktirde çimentodaki kalsiyum silikat oranı da o kadar yüksek demektir.

3.5. Alümin – demir Oksit Oranı (Alümin Modülü)

Alümin – Demir oksit oranı çimentodaki alüminyum oksidin demir okside oranı olup şöyle ifade edilir.

%Al2O3 / %Fe2O3 veya kısaca A / F

Tablo 3.1.ADİ, BEYAZ VE SÜLFATA MUKAVİM Portland ÇimentosuNUN TİPİK ANALİZİ[2]

NPÇ

% BEYAZ PÇ

% SMPÇ

%

SiO2

IR(ÇK)

Al2O3

Fe2O3

Mn2O3

TiO2

P2O5

CaO

MgO

SO3

LOI

K2O

Na2O 20.70(18.0-24.0)

0.5(kadar – 1.5*)

5.75(4.0-8.0)

2.50(1.5-4.5)

0.50(0.03-0.50)

0.30(0.20-0.40)

0.15(0.05-0.30)

64.00(62.0-66.0)

1.00(0.7-4.0*)

2.75(1.5-3.0*)

1.50(kadar-3.0*)

0.60(0.1-1.5)

0.20(0.1-0.9) 22.50

0.10

4.50

0.30

0.03

0.33

0.17

67.50

8.35

2.50

1.50

0.10

0.12 20.50

0.20

3.75

5.50

0.05

0.30

0.15

64.50

0.75

2.20

1.50

0.40

0.20

100.00 100.00 100.00

Serbest Kireç

LSF(KDF)

KS(KBF)

S/A+F

A / F 2.0(0.5-3.0)

93.4(88-102)

90.4

2.51(1-4)

2.30(1-4) 2.5

95.9

92.2

4.69

15.00 1.0

96.2

94.6

2.22

0.68

Mineralojik Yapı

(Bogue)

C3S

C2S

C3A

C4AF

%

4.51

25.3

11.0

7.6

%

55.8

22.4

11.4

0.9

%

63.4

11.0

0.6

16.7

Serbest Kireç 2.0 2.5 1.0

* BS spesifikasyonu limiti

LOI Kızdırma kaybı

Bu oran çimentodaki C3A’nın C4AF’ye oranını tayin eder, bu oran ne kadar yüksekse C3A’nın oranı da o kadar yüksek demektir. Görüleceği gibi 0.647 gibi bir oran ferrit faz olarak C4AF ile C3A muhtevasının sıfır olduğu ifade edilmektedir.

3.6. Kireç Doygunluk Faktörü:

Genelde amaç mümkün olduğu kadar yüksek C3S içerikli bir klinker üretmektir, tabii ki bu, mevcut malzemenin toplam kompozisyonuna ve işletme koşullarına bağlı olan bir husustur. Bu potansiyeli BS 12’de verildiği gibi kireç doygunluk faktörü cinsinden ifade etmekteyiz.

LFS=[CaO-0.7(SO3) / (2.8(SiO2)+1.2(Al2O3)+0.65(Fe2O3))]

(x 100 yüzde ifade etmek için)

burada parantez içindeki her sembol (toplam çimento ağırlığı itibariyle oksit yüzdesine tekabül etmektedir ve çözünmez kalıntıda mevcut olanı dikkate almamaktadır. Bu ifadede SO3’ün tümünün CaO ile birleşmiş olduğu ve 0.7(SO3) de CaSo4’taki SO3’e eşdeğer CaO’yu temsil ettiği kabul edilmektedir.

Bu ifade, bu malzemelerin denge durumu kombinasyonlarının etütlerinden çıkartılmıştır. LSF=1 ( veya %100) olduğu zaman mevcut silisin maksimum bölümü C3S şeklinde olup SiO2, Al2O3, Fe2O3 ve CaO sisteminde pişme ısısında serbest kireç bulunmamaktadır. LSF’nin 1.0’dan daha düşük değerlerinde SiO2’nin C3S olarak oranı da giderek azalır ve C2S oranı yükselir.

3.7. Kireç Standardı:

Bu deyim C3S miktarı için kullanılmaktadır. Çünkü bütün normal çimentolarda bir miktar serbest kireç bulunmaktadır, yani, hiçbir komponente bağlanmamış olan kirecin C3S üretilmesine hiçbir katkısı yoktur. İşte bu nedenle kireç standardı (KS) diye bir faktör kullanılmaktadır. Bu faktör kireç doygunluk faktöründen sadece serbest kireci hesaba katması açısından ayrılmaktadır.

KS= [(CaO)-0.7(SO3)-( Serbest CaO)] / [2.8(SiO2)+1.2(Al2O3)+0.65(Fe2O3)]

Bu duruma göre KS= 1 ise mümkün olabilen en çok miktardaki silis C3S şeklinde bulunuyor demektir. Bütün bunlar silis, alüminyum, demir oksit ve kireç arasındaki kimyasal etkileşimin denge konumu araştırmaları ile ortaya konmuş bulunmaktadır.

3.8. Çimentonun Fiziksel Özellikleri:

Çimento dayanım sınıfları 32.5,32.5R, 42.5, 42.5R, 52.5 ve 52.5R üzere altıya ayrılmıştır. Bu sınıflandırmada 28 günlük minimum basınç dayanımı değerinin yanında belirtilmiş olan R harfi erken dayanım koşulu getirmektedir. Tablo 3.8.1’de standarttaki dayanım sınıflarını ve basınç dayanımı sınırları verilmiştir.[4]

Tablo 3.8.1

ıııı Basınç Dayanım Sınıfları(n/mm²)

2G 7GGGG 28G

32,5 – >=6 >=322,5 >=52,5

32,5R >=10 – >=322,5 >=52,5

42,5 >=10 – >=42,5 <=52,5

42,5R >=20 – >=42,5 <=52,5

52,5 >=20 – >=52,5

52,5R >=30 – >=52,5

Tablo 3.8.2’de ise 1997 öncesi yürürlüğe girmiş olan Türk Çimento Standartlarındaki Fiziksel özelliklerle ilgili sınırlar belirtilmiştir.

Tablo 3.8.2[4]

TS 19 TS 20 TS 21 TS 26 TS 640 TS 809 TS 3646 TS 10156 TS 10157

PÇ 32.5 PÇ 42.5 PÇ 52.5 CÇ 32.5 CÇ 42.5 BPÇ 32.5 BPÇ 42.5 TÇ 32.5 UKÇ 32.5 SSÇ 32.5 EYÇ 52.5 KÇ 32.5 SDÇ 32.5

Basınç Dayanımı (n/mm²) 2G 7G 28G

>10

>21

>32.5

>20

>31.5

>42.5

>25

>35.5

>52.5

>10

>16

>32.5

>10

>21

>42.5

>10

>21

>32.5

>20

>31.5

>42.5

>10

>21

>32.5

>10

>21

>32.5

>10

>21

>32.5

>30

>40

>52.5

>10

>21

>32.5

>10

>21

>32.5

İncelik (Blaine) >2800 >2800 >2800 >2800 >2800 >2800 >2800 >2800 >2800 >4000 >3500 >2800 >2800

İlk Priz (dk) >60 >60 >60 >60 >60 >45 >60 >60 >60 >45 >45 >60 >60

Son Priz (saat) <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <6 <10 <10

Hacim G (mm) <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <5 <10 <10 <10

Tablo 3.8.3.’te 1997’de yürürlüğe giren Türk çimento standartlarındaki fiziksel sınırlamalar gösterilmiştir.

Tablo 3.8.3. 1997’de yürürlüğe Giren Türk Çimento Standartlarındaki fiziksel sınırlar[4]

İş ıııı Basınç Dayanımı (N/mm²) İ

2G 7G 28G

PCÇ/A

PCÇ/B

(TS12139) 32.5

32.5R

42.5

42.5R

52.5

52.5R –

>=10

>=10

>=20

>=20

>=30 16

– 32.5-52.5

32.5-52.5

42.5-62.5

42.5-62.5

>=52.5

>=52.5 >=60

>=60

>=60

>=60

>=45

>=45 <=10

<=10

<=10

<=10

<=10

<=10 3.5

3.5

3.5

4

4

4 0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

PLÇ/A

PLÇ/B

(TS 12140) “ “ “ “ “ “ “ “

PSFÇ

(TS 12141 “ “ “ “ “ “ “

KZÇ/A

KZÇ/B

(TS 12142) “ “ “ “ “ “ “ “

PKÇ/A

PKÇ/B

( TS 12143) “ “ “ “ “ “ “ “

PZÇ/A

PZÇ/B

(TS 12144) “ “ “ “ “ “ “ “

Previous

Büyü Akademisi

Ahmet Şahin

Next

Yorum yapın