Çimento

Çimento: Su ile ıslatıldığında hidratasyon olayı sonucu sertleşen ve bir daha yumuşamayan hidrolik bağlayıcılara çimento denir. “Çimento” kelimesi, yontulmuş taş kırıntısı anlamındaki Latince “caementum” kelimesinden türemiştir. Daha sonra bu kelime bağlayıcı anlamında kullanılmaya başlamıştır. 19. yüzyılın başlangıcında kil içeren, kireçtaşlarının yakılması deneyleri çimentonun keşfine yol açmıştır.

1800’lü yılların başında Fransız Louis Vicat su kireci (hidrolik kireç) kullanımıyla ilgili çok önemli çalışmalar yapmıştır. Ancak “Portland çimentosu” olarak adlandırılan ve diğer hidrolik bağlayıcılardan daha üstün özelliklere sahip olan bağlayıcı, 1824 yılında İngiltere’nin Leeds kentinde, Joseph Aspdin isimli bir duvarcı ustası tarafından ince taneli kil ve kalker karışımının pişirilmesi ve daha sonra öğütülmesi ile elde edilmiştir.

Bu ürüne su ve kum katıldığında ve zamanla sertleşme olduğunda, ortaya çıkan malzemenin İngiltere’nin Portland adasından elde edilen yapı taşlarına benzer. Bunu gören Joseph Aspdin, elde ettiği bu bağlayıcı için 21.10.1824 tarihinde “Portland Çimentosu” adı altında patent almıştır.

Yaklaşık %70 kalker, %30 kil karışımı 1400⁰C’de pişirilir ve erken priz yapmasını önlemek için % 2 ~ 6 oranında jips (alçı taşı) (CaSO4-2H2O) ilave edilerek çimento elde edilir.

Fırından çıkan ve hava ile ani soğutulan koyu gri renkli çimento klinkeri bu haliyle suya karşı hassas değildir, yani su ile birleşerek sertleşmez. Klinker ince öğütülmek suretiyle hidrolik özelliğini kazanır. Yalnız başına, öğütülen klinker su ile ıslatılınca hemen sertleşir.

Alçı taşı hızlı  sertleşmeyi (priz başlama süresini) bir miktar geciktirmek (1-2 saat) için katılır.

Çimentoların Özellikleri

Çimentonun kullanıldığı yapı türüne ve bölge iklimine göre farklı özelliklerde olması arzu edilir. Örneğin;  normal bir yapı için uygun olan çimento,  bir deniz yapısı için uygun olmayabilir.

Çimentonun veya bir bağlayıcı maddenin mukavemet kazanması:

• Hidratasyon,
• Katılaşma,
• Sertleşme, olayları sonucu gerçekleşir.

Özgül Ağırlık:

Özgül ağırlık, ağırlığın hacme bölünmesiyle bulunur. 1m3 betonun bünyesine girecek çimentonun kg olarak belirlenmesi için gereklidir. Bileşiminde mineral katkılar bulunan çimento özgül ağırlıkları 2.95~3.05 gr/cm3 civarındadır. Portland çimentolarında ise 3.05~3.15 gr/cm3 civarındadır.

Dozaj:

Yerine dökülmüş ve sıkıştırılmış bir metreküp betondaki çimentonun kilogram cinsinden miktarıdır.

Çimentoların İnceliği:

Çimento taneleri ne kadar küçükse incelik o kadar fazladır denir. Çimentolar çapı 90 mikron olan eleklerden elendiğinde elek üstünde kalan miktarın %14 den fazla olmaması istenir. Hidratasyon olayı sonunda, yüksek dayanımlar elde edilmesi çimento tanelerinin aktif olmalarına bağlıdır. Aktiflik çimentonun ince öğütülmesiyle gerçekleşir.

• Çimento ne kadar ince olursa o kadar çok su ihtiyacı olacaktır.
• taneler inceldikçe daha büyük ısı açığa çıkacaktır.
• İnceliğin artması üretim masraflarını artırır, özelliklerini olumsuz yönde etkiler. Fakat, betonun dayanımını artırır.
• Çimento inceliği arttıkça erken yaşta mukavemet artar.
• Su kusma olayı azalır fakat, rötrenin ve çatlamaların artmasına neden olur.
• Ortam neminden çok etkilenir ve kolay bozulur.
• Priz süresi kısalacağından bunu önlemek için alçıtaşı miktarı artırılması gerekir.

Priz Süresi:

Çimentonun prizi su ile reaksiyona girmesi sonucu başlayan katılaşma olayıdır. Standartlara göre priz başlangıcı, 1 saatten az ve 10 saatten çok olmamalıdır. Daha erken veya geç priz alması istenirse katkı maddeleri  kullanılabilir.

Çimento sıcaklığı artarsa priz hızlanır. Sıcaklık düşerse priz süresi uzar, fazla su kullanma priz süresinin uzamasına sebep olur.

Hidratasyon Isısı:

Bağlayıcı maddeler su ile reaksiyon esnasında ısı açığa çıkarırlar. Buna hidratasyon ısısı denir. Bu ısıyla betonun sıcaklık derecesi artar, bazı durumlarda da bu ısı çok yüksek boyutlara ulaşır. Bu durum, beton özelliklerine olumsuz etki yapacağından istenmez. Özellikle kütle betonlarında (örneğin baraj seti) beton dökümünün hızlı bir şekilde yapılması iç sıcaklığı yükseltir. Dozajın yüksek olması da betonun sıcaklık derecesini artırır. Sıcaklık betonun büzülerek çatlamasına ve geçirimli olmasına sebep olur.

Hidratasyon ısısını azaltmak için, beton karışımına girecek malzemeleri gölgede saklamak, beton karma suyuna buz ilave etmek, günün serin saatlerinde özellikle akşam üzeri ve gece beton dökmek hidratasyon ısısının azaltılması için alınabilecek tedbirler arasında sayılabilir.

Hacim Değişikliği ve Rötre:

Çimento su ile temas edince hidratasyonun oluşmasıyla çimento hamuru hacminde azalma olur. Bu olaya büzülme veya plastik rötre denir.

Su kaybını artıran faktörler rötreyi de artırırlar. Hacim büzülmesinin gerçekleşmesi önlenirse plastik rötre beton yüzeyinde ince çatlaklar oluşturur. Bu çatlakların oluşmasını önlemek için, buharlaşmayı veya su kaybını en alt düzeyde tutmak gerekir.

Aşağıdaki özellikler rötreye sebep olur:

• Çimento hamurunda kapiler (su emme) ve jel suyu miktarının değişmesi rötreye sebep olur.
• Çimento miktarı arttıkça rötre artmaktadır.
• Beton bünyesindeki su kaybı zamanla arttığından rötre olayı bu kayba paralel artmaktadır.

Rötre sonucu oluşan çatlaklar önlenmezse her türlü sular beton bünyesine girerek donatının korozyona uğramasına sebep olur.

Betonun bileşimine giren agrega iyi ayarlanırsa az boşluklu beton elde edilir ve gereğinden fazla çimento kullanılmaz.

Çimento Çeşitleri

Çimento Katkı Maddeleri: Çimentolara belli oranlarda katılan ve betonun özelliklerini değiştiren maddelere katkı maddeleri denir. Katkı maddeleri kullanılarak soğuk veya sıcak havada beton dökülebilir. Daha az su kullanarak beton dayanımı artırılabilir. Erken veya geç priz yapması sağlanabilir. Dış tesirlere dayanıklı beton vb. uygulamalar yapılabilir.

Portland Çimentosu

Portland çimentoları çimento klinkeri ve alçı taşı ile birlikte öğütülerek elde edilir veya çimento klinkeri alçı taşı ve ağırlıkça % 10 puzolanik madde ile birlikte öğütülerek elde edilen hidrolik bağlayıcılardır. Puzolanlar tras, cüruf gibi maddeler olup kendi başlarına bağlayıcılık özelliği olmayan ancak ince öğütüldüklerinde rutubetli ortamda ve normal sıcaklıkta puzolanik madde kalsiyumoksit ile birleşerek bağlayıcı özellik taşır. Puzolanların doğal ve yapay olanları vardır.

T.S. 19 çimentoları 4 sınıfa ayrılır.

• PÇ 325
• KPÇ325
• PÇ400
• PÇ500

Traslı Çimentolar

Tras (Puzolan): Puzolanların kendi başlarına bağlayıcılık özelliği yoktur. Fakat başka bağlayıcılarla (kireç veya çimento) karıştırılınca bağlayıcılık özelliği kazanır. İçinde fazla miktarda koloidal elemanlar (özellikle silis alümin) bulunur. Puzolanların doğal ve yapay olanları vardır. Doğal puzolana tras ismi verilmektedir.

Pişmiş kil, uçucu kül, yüksek fırın cürufu belli başlı yapay puzolanlardır. Puzolanlarda en fazla silisyumdioksit (SiO2)) bulunmaktadır. Kalsiyumoksit (CaO) ise yaklaşık % 4 oranında içinde bulunur.

Aktif volkanik tüfler gibi traslarla normal portland çimento klinkerinin belli oranlarda, bir miktar alçı taşı ile karıştırılarak ince öğütülmek suretiyle elde edilen hidrolik bir bağlayıcıdır.

Su altı betonlarında, tünellerin iç kaplamalarında, temel inşaatlarında ve baraj inşaatları gibi kütle beton gereken inşaatlarda kullanılabilir.

Türk standartlarına göre traslı çimentolarda %30-40 tras ve geriye kalan % 60-70 portlanda çimento maddesini içermektedir.

Uçuçu Küllü Çimentolar

Ağırlıkça karşılıklı %10-30 oranında uçucu kül %70-90 oranında TS 19’a uygun portland çimentosunun karıştırılmasından ve portland çimentosu klinkerine bir miktar alçı taşı ilave edilip karışımın birlikte öğütülmesiyle elde edilen hidrolik bir bağlayıcıdır.

Uçucu küller beton karışımda şu şekilde kullanılabilirler,

• Çimentonun belli oranda azaltılarak yerine uçucu kül kullanılması
• İnce agrega belirli oranlarda azaltılarak yerine uçucu kül kullanılması
• Hem ince agrega hem de çimentonun belirli oranlarda azaltılarak yerine uçucu kül kullanılması şeklindedir.

Türkiye’de termik santrallerden yılda atık madde olarak 8,5 milyon ton civarında uçucu kül elde edilmektedir. Uçucu külün bir bağlayıcı ile birlikte katkı maddesi olarak kullanılması neticesinde puzolonik özelliğinden dolayı mukavemeti arttırdığı ve maliyeti de önemli ölçüde azalttığı tespit edilmiştir.

Uçucu küllerin betonun teknik özelliklerine etkileri;

• Taze betonun su ihtiyacını Azaltır
• Taze betonda tane ayrışmasını Azaltır
• Taze betonun işlenebilirliğini Artırır
• Taze betonun priz süresini Uzatır
• Taze betonda kusma veya terlemeyi Azaltır
• Taze betonun hidratasyon ısısını Azaltır
• Sertleşmiş betonun ilk günkü dayanımını Azaltır
• Betonun 90 gün ve daha sonraki dayanımını Artırır
• Sertleşmiş betonun su geçirgenliğini Azaltır
• Sertleşmiş betonun donma-çözülme direncini Azaltır
• Alkali agrega reaksiyonunu  Azaltır
• Sülfat direncini  Artırır
• Sıcak havada beton dökümünü Kolaylaştırır

Cüruf Çimentoları

Ağırlıkça % 85 oranında granüle yüksek fırın cürufu ile Portland çimentosu klinkerinin bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülmesiyle elde edilir. Bunlar:

• Sülfatlı Cüruf çimentosu,
• Demirli Portland çimentosu,
• Sorel çimentosu,
• Beyaz Portland çimentosu,
• Alüminli çimentolar.

Beyaz Çimento  

Bu tip çimentoda demiroksit çok az miktarda bulunur. Bir portland çimento çeşididir.

Fe₂O₃’ün çok az miktarda olmasından dolayı rengi beyaz olan bu çimento özellikle mimarı ve estetik işlerde kullanılır.

Renkli Çimentolar

Beyaz çimentoya % 1-5 arasında daha ziyade metal oksitlerden ibaret pigment’lerin ilave edilmesi ile elde edilir. Sarı renk için demir oksit hidratesi, Kırmızı, için demir oksit, Yeşil için kromoksit, Mavi için lazurite (Na4Al3Si3O12S), Siyah için Magnetik demir oksit, Beyaz için titan oksit katılır.

Diğer Çimentolar

a) Harç çimentosu: % 40 oranında PÇ ile puzolonik maddelerin veya taş unu gibi dolgu maddelerinin bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülmesiyle elde edilir. Daha çok duvar ve sıva haçları gibi mukavemetin önemli olmadığı işlerde kullanılır.

b) Sorel çimentosu: Sorel çimento klinkeri ile MgCl çözeltisinin testere unu veya herhangi bir mineral agrega ile karıştırılmasıyla elde edilen bir hidrolik bağlayıcıdır. Bunlarda silis, alümin ve demir oksit miktarları çok düşüktür.

c) Yüksek alüminli çimentolar: Normal portland çimentosu gibi üretilir. Sadece kil yerine alümin bakımından zengin boksit kullanılır. Bileşimleri ve özellikleri bakımından Portland çimentosundan farklıdır. Bileşimi %40 CaO, %40 Al₂O₃ ve az miktarda Fe₂O₃ ve SiO₂ den oluşur. Sülfatlı suların etkisine karşı çok dayanıklıdır.

Çimentonun Ana Bileşenleri

• Çimento hammaddeleri yüksek sıcaklıkta pişirilme esnasında kalkerin ayrışması sonucu kireç (CaO) kilin ayrışması sonucu kil mineraline bağlı olarak silis (SiO₂) Alümin (Al₂O₃) ve Demir Oksit (Fe₂O₃) ortaya çıkar. Bu ortaya çıkan ögeler asit ve bazik durumlarına göre birbirleriyle birleşerek portland çimentolarının ana bileşenlerini oluştururlar. Pişirilme esnasında oluşan 20 civarındaki eriyikden en önemlileri bu dördüdür ve çimentonun yaklaşık % 95’ini oluşturur.
• Normal Portland çimentosu (NPÇ) tamamen portland klinkeri kullanılarak yapılır. Katkılı çimento ise %81 portland klinkerine, %19 oranında tras, puzolan, demir cürufu gibi bağlayıcı özelliği olmayan ucuz malzemeler ilave edilir. TS.’ye göre portland klinkerine maksimum %19 tras ilave edildiğinde katkılı çimento, minimum %20 tras ilave edildiğinde ise, traslı çimento meydana gelmektedir. Yani katkılı çimento ile traslı çimento arasındaki fark %1 trastır.

Fiziksel Özellikler

• Piriz başlama ve sona erme süreleri portland çimentoları için piriz başlangıcı 1 saatten az, priz sona erme süresi 10 saatten fazla olmamalıdır.
• Hacimsel olarak  toplam genleşme 10mm’yi geçmemelidir. %3’den fazla magnezyum oksit ihtiva eden çimentolarda toplam genleşme 4 saatlik kaynatmadan sonra 2 saat daha kaynatıldığında artma göstermemelidir.
• Elek analizi sonucu 200mm göz açıklıklı elekte maksimum %1 kalıntı , 90mm göz açıklıklı elekte ise, maksimum %14 kalıntı bırakmalıdır.
• Özgül yüzey PÇ 325, PÇ 400, PÇ 500 çimentoları için 2200 cm²/gr olmalıdır. KPÇ 325 için en az 2400 cm²/gr olmalıdır.

İlk Mukavemeti Yüksek Çimentoların Kullanıldığı Yerler

• Su yapılarında,
• Su sızıntılarını kesmek amacıyla,
• Hava sıcaklığının düşük olduğu mevsimlerde ve bölgelerde
• Su içinde yapılan yapılarda ilk mukavemeti yüksek çimentolar kullanılır.
• Kütle betonlarında,
• Sıcak havalarda ilk mukavemeti yüksek çimentolar kullanılmaz.

Düşük Isılı Çimentonun Kullanıldığı Yerler

• Sıcak havalarda
• Kütle betonlarında düşük ısılı çimentolar kullanılır.

Puzolanlı Çimentoların NPÇ Göre Üstünlükleri

• Bu çimentoların kimyasal mukavemetleri yüksektir. Zararlı sulardan daha az etkilenirler.
• Puzolanlı çimentolarda hidrotasyon esnasında meydana gelen ısı miktarı çok daha azdır. Bu sebeple baraj gibi kütle beton inşaatlarında ve sıcak havalarda beton dökümü işlerinde tercih edilir.
• Bu çimentolarla geçirimliliği daha az olan beton ve harç elde edilir.
• Bu çimentolarla donmaya karşı daha dayanıklı beton elde edilir.
• Puzolanların çimentoya karıştırılması ile bağlayıcı maddelerin maliyeti azalır.

Puzolanlı Çimentoların Sakıncaları

• Puzolanların çimentoya karıştırılması ile mekanik mukavemetleri ilk günlerde azalır. Son mukavemetleri bakımından diğer çimentolardan farkı yoktur.
• Puzolanlı çimentolar soğuk havada kullanılmaya elverişli değildirler.
• Puzolanlı çimento kullanılarak üretilen betonlarda gerekli muhafaza şartlarının daha uzun müddet tatbik edilmesi gerekir.

PÇ da Aranan Özellikler

• Çimentonun su ile reaksiyon sonucu aşırı genleşme yapmaması arzu edilir.
• Çimento mukavemetinin yüksek olması arzu edilir.
• Priz süresinin normal olması arzu edilir.
• Ayrıca betonun erken yada geç mukavemet kazanması, hidrotasyon ısısının az veya çok olması ve kimyasal etkilere dayanıklı olması arzu edilebilir. Bu durumda çimentonun inceliği, kimyasal bileşimi ve katılan alçıtaşı miktarlarıyla istenilen özellikte üretim yapılabilir .

Çimento Çeşitleri Ve Kullanıldıkları Yerler

PORTLAND ÇİM. 325 (PÇ 325) Katkılı Portland Çim. 325 KPÇ 325	Normal yapı işleri
PORTLAND ÇİM. 400 (PÇ 400)	Yüksek Başlangıç Dayanımı, Kalıp alma süresini kısaltma ve soğuk havada beton dökme imkanı
PORTLAND ÇİM. 500 (PÇ.500)	Çok yüksek başlangıç dayanımı kalıp alma süresinin daha fazla kısaltılması, donma derecesine yakın soğukta beton dökme imkanı. Yüksek hidratasyon ısısı nedeniyle kütle beton dökümüne elverişli değildir. Fiyatı daha yüksek.
YÜKSEK FIRIN CÜRUF ÇİMENTO a)Demir Portland Çim. (DPÇ325) b)Cüruf Çim. 325 (CÇ 325)	Özellikle büyük kitleli yapı elemanları için elverişli. Cüruf çimentosu 325 betona az zarar veren zararlı sular (asit etkili zeminler) içindeki yapı elemanlarına uygun. Soğukta beton dökmeye elverişli değildir.
TRASLI ÇİMENTOLAR	Uzun zaman rutubetli olarak muhafaza edilebilecek yapı elemanları. Örneğin: Temeller, istinat duvarları, kazıklar, barajlar, kanallar bentler için elverişli, süratle kuruma eğilimli, soğukta beton dökmeye elverişli değildir.

ÇİMENTO DENEYLERİ

• Normal kıvam deneyi,
• Prize başlama ve sona erme sürelerinin tayini,
• Çimento yalancı prizinin tayini,
• Çimento hacim sabitliği deneyi,
• Kaynatma deneyi,
• Soğuk su deneyi,
• Çimento özgül ağırlığının tayini,
• Hacim genleşmesi tayini,
• Çimento inceliği tayini,
• Eğilme ve çekme mukavemet tayini,
• Basınç mukavemet tayini,
• Özgül alan tayini,
• Hidratasyon ısısı tayini,
• Kuru çimentonun çözülme ısısının tayini,
• Hidrate olmuş çimentonun asitte çözülme ısısının tayini,

ÇİMENTOLARIN DEPOLANMASI

Üretim merkezlerinde torbalanmış çimentoların depolanma şartları ve depolanma süreleri mukavemetini olumsuz yönde etkileyebileceği için depolanma önemlidir. Çimentolar depolanırken şu hususlara dikkat edilmelidir.

• Akarsu ve su birikintisi olan yerlerden uzak olmalıdır.
• Depo döşemelerinin yüksek olması ve duvarlarda nem bulunmaması ayrıca depo içinin havasız olmaması gerekir.
• Açıkta bulunacak çimentoların üzeri ve çevresi hava almayacak şekilde naylonla kapatılmalıdır.
• Depolarda istifler duvardan en az 10 cm. uzakta torbalar arasında boşluklar kalmayacak şekilde yapılmalı ve 12 sıradan fazla üst üste konulmamalıdır.
• Büyük depolarda istiflenecek çimentolar cinslerine göre ayrı ve ilk gelen önce kullanılacak şekilde istiflenmelidir.
• Beton döşeme üzerine çimentolar ahşap ranza kullanılarak istiflenmeli, üzerleri branda bezi ile örtülerek bir miktar kireç tozu serpiştirilmelidir.
• Çimentoların depolanmasında bekleme süreleri Portland çimentolarında;
• 3 ay olması  halinde   %10 – 20, 6 ay olması halinde    %20- 30 kadar mukavemetlerini   kaybedileceği dikkate alınmalıdır.
• Küçük şantiyelerde çimento ambarı yapılmayacak ise çimentolar ahşap ranza üzerine istiflenip üstleri ve altı yağmur geçirmeyen örtü ile örtülüp su ve rutubetten korunmalıdır.