MAKALELER / ÇİMENTONUN ÖZELLİKLERİ - Yapı kimyasalları ansiklopedisi
ÇIMENTO HAMMADDELERI
Çimento üretiminde esas olarak kalker, kil veya marn kullanılmaktadır .Bunun yanında hammadde karışımının demir oksit miktarı yetersiz olduğunda,bunu telacı etmek gayesi Ile demir cevheri veya pirit külü de hammadde karışımının bir bileşeni olarak kullanılmaktadır. Aynı şekilde, silisyum dioksit miktarı yetersiz kaldığında bunu karşılamak amacı ile yüksek silisli kum hammadde karışımının bir bileşeni olarak kullanılmaktadır .
Kalker
Kalker çimentonun en önemli ve yüzde olarak en yüksek miktarda kullanılan hammaddesidir. Bilindiği gibi çimentoyu oluşturan ana bileşiklerin (klinker minerallerinin) hepsi CaO'li bileşiklerdir .
Kalkerler genellikle yüksek miktarda kalsit (CaCO3) ve çok az miktarda kuvars (SIO2) minerallerini ihtiva ederler. Kalkerlerin sertliği 1,8-3,0 Mohs sertlik derecesi aralığındadır. Yoğunlukları ise 2,6-2,8 gr/cm3 değerleri arasında değişir (Duada 1976).
Bazı kalkerler kalsit yerine CaCO3'ın değişik kristal yapısındaki şekli olan aragonit mineralini ihtiva eder .Kalsit minerali hekzagonal kristal yapısındadır ve yoğunluğu 2,7 gr/cm3 dür. Aragonit minerali ise rombik kristal yapısındadır ve yoğunluğu 2,95 gr/cm3 dür (Duada 1976).
Kil
Çimento üretiminde ikinci önemli hammadde kildir. Killeri oluşturan ana bileşen sulu alüminyum silikat bileşikleridir. Killer; kaolin, montmorillonit ve illit gibi kil minerallerinin yanında önemli ölçüde demir oksit, demir sülfür, kum ve kalsit gibi kil dışı mineraller ve az miktarda organik madde içermektedirler. Demir killeri renklendiren esas maddedir. Bunun yanında organik maddeler de killerin renklenmesine katkıda bulunurlar. Bu şekilde safsızlık içermeyen killerin rengi beyazdır .
Killer esas olarak kütlece en çok SIO2, A12O3 ve Fe2O3 içeren maddelerdir. Bunlar az miktarda MgO, CaO, K2O ve Na2O içerirler (Bucci 1980). Killerin özellikleri içerdikleri kil minerallerine göre farklılık göstermektedir (Duada 1976).
Killer genellikle bir veya birkaç kil mineralini birlikte içermektedirler. Kil minerallerinin yanında genellikle feldspat ve kuvars gibi mineraller de bulunmaktadır. Kil örneklerinin içerdiği kil mineralleri çok çeşitlidir ve aşağıdaki gibi gruplandırılmışlardır .
a) Kaolinit
b) Mika
c) Montmorillonit
d) Klorit
e) Karışık tabakalı
Marn
Içinde değişik oranlarda SiO2, kil mineralleri ve demir oksit gibi safsızlıklar bulunan kireç taşına ''marn'' denir. Hem kalker hem kil bileşenlerini yan yana içermesi nedeniyle marn da çimento hammaddesi olarak kullanılmaktadır .
Jeolojik olarak tortul kayalar grubuna giren marn, kalsiyum karbonat ve kilin aynı zamanda sedimantasyonu ile oluşur .Marn kalkere nazaran daha yumuşaktır. Marnlar kalker ve kil bileşenlerinin her ikisini de homojene olmuş bir şekilde ihtiva ettiğinden çimento için çok elverişli hammaddelerdir. Örneğin, kalkersi marnın kimyasal bileşimi portland çimentosunun hammadde karışımına çok yakındır .
Çimento hammadde karışımı
Fırına verilmek üzere hazırlanmış olan çimento hammadde karışımına ''Fahrin'' denilmektedir. Bilindiği gibi çimentoyu oluşturan ana bileşenler kütle yüzdelerine göre CaO, SiO2, Al2O3 ve Fe2O3 şeklinde sıralanır. Dolayısıyla, hammadde karışımı hazırlanırken karışımın kütlece bu bileşenleri ihtiva etmesine dikkat etmek gerekmektedir. Bu nedenle, çimento için hammadde hazırlanırken yaklaşık %75 kalker ve %25 kil karıştırılarak Fahrin oluşturulur. Bu oranlar kullanılacak olan kalker ve kilin kimyasal bileşimine göre değişmektedir. Bu nedenle, çimento üretimine uygun bir hammadde karışımını hazırlamak için, kullanılan kil ve kalkerin karışım oranları bir takım kimyasal modüllere bağlı olarak belirlenmektedir (Duda 1976, Fundal 1979).
Bunlar, kireç doygunluk faktörü, silikat modülü ve alüminyum modülüdür. Bu modüller aşağıdaki formüllerle tanımlanır (Christensen 1979, 1981).
CaO x 100 Kireç doygunluk faktörü =2,8xSiO2 + 1,18xAl2O3 + 0,65xFe2O3
SiO2 Silikat modülü =Al2O3 + Fe2O3
Al2O3 Alüminyum modülü =Fe2O3
Portland çimentosu için kireç doygunluk faktörü 90 -95, silikat modülü 2,2 -2,6 değerleri arasında, alüminyum modülü ise 1,63 değeri civarında olmalıdır (Duda 1976). Kireç doygunluk faktörü arttığında pişme için daha çok yakıt sarfiyatına gerek göstermektedir. Artan silikat modülü; pişme zorluğuna, yavaş priz almaya ve geç donmaya neden olmaktadır. Silikat modülünün yüksekliği ortamdaki sıvı fazın yetersiz olduğunu gösterir. Klinkerleşmede çok önemli rol oynayan sıvı fazın eksikliği ile pişme ve trikalsiyum silikat oluşumu güçleşir (Christensen 1978, 1979, 1980, Della ve Sarkar 1979, Fial 1980). Alüminyum modülü Ise klinkerde granül oluşumu üzerinde etkilidir, yukarıda belirtilen 1,63 değerinden uzaklaştıkça granülleşme zorlaşır (Goudu 1980, Hawkins 1979, Waldemar 1979, Werynski 1980). Bu modüllere ait değerlerin ayarlanması ile hammadde karışımının pişebilirliği etkilenmektedir. Hammadde karışımının pişebilirliği kullanılan kilin ihtiva ettiği kil mineralinin pişme özelliklerine göre de değişmektedir .
Çimentonun Üretimi
Ülkemizde çimento üretim sistemi genel olarak aşağıdaki şekilde özetlenebilir (Türkiye Çimento Sanayii T.A.Ş. yayını 1973, T.C. Başbakanlık Devlet Planlama Teşkilatı Müsteşarlığı yayını 1973);
a) Çimento hammaddesi olan kalker, kil (veya mam) hammadde ocağından alınarak kırıcıya gönderilir .
b ) Kırıcıdan geçen hammadde stoklanır .
c) Stoktan alınan hammadde değinmene gönderilerek öğütülür .Belli oranlarda kil ve kalker karışımından ibaret öğütülmüş hammadde karışımına ''Fahrin" adı verilir .
d) Fahrin silolarda depolanır .
e) Sonra ısı değiştiricilerden geçiridir .
f) Döner fırına verilen Farin 1400°C -1450°C sıcaklıkta pişirilir .Fahrinin pişmesi sonucunda elde edilen ürüne ''Klinker'' adı verilir .
g) Fırından çıkan klinker soğutuculardan geçirilir .
h) Soğutulan klinker depolanır .
1) Klinkere alçı taşı eklenerek çimento değirmeninde öğütülür .Öğütülmüş klinker ve alçı taşı karışımına ''Çimento'' adı verilir.
j) Çimento pompalanarak silolara doldurulur .
k) Torbalanarak pazarlanır .
2.6. Başlıca Çimento Çeşitleri
Uygulama alanlarının çeşitliliği nedeniyle birçok çimento türü üretilmiştir. Bunların Türk Standartlarında yer alan başlıcalar şunlardır .
a) Portland Çimentosu PÇ 32,5
Bu çimentolar katkısız çimentolardır .Hammadde karışımının pişmesi sonucunda elde edilen klinker %3-5 oranında alçı taşı katılarak öğütülmesi sonucunda elde edilir .
b) Yüksek dayanımlı Portland Çimentoları PÇ 42,5, PÇ 52,5
Bunlar da Portland çimentosu sınıfından olup dayanımları daha yüksektir .Özgül yüzeyleri ve C3S miktarları daha yüksek katkısız çimentolardır .
c) Erken Dayanımı Yüksek Çimentolar EYÇ 52,5
Bunlar daha kısa sürede yüksek dayanım kazanan, katkısız çimentolardır .
d) Beyaz Portland Çimento BPÇ 70, BPÇ 85
Bunlar dekoratif amaçlı katkısız çimentolardır. Dekoratif açıdan önemli olmalarına rağmen dayanım bakımından Portland çimentoları ile eşdeğer olarak üretilmektedirler. Hammaddeleri kimyasal bileşim bakımından özenle seçilir. Beyazlık derecesine göre iki sınıfa ayrılmışlardır .
e) Katkılı Çimento KÇ 32,5
Portland çimentosu klinkerine %l9'a kadar puzolan ve az miktarda alçı taşı katılıp öğütülmesi sonucunda elde edilen çimentolardır. Dayanımları Portland Çimento 32,5 ile aynıdır.
t) Taslı Çimento TÇ 32,5
Klinkere %20-40 oranlarında tas ve az miktarda alçı taşı katılıp öğütülmesi ile elde edilir. Dayanımları Portland Çimento 32,5 ile aynıdır.
g) Cüruflu Çimento CÇ 32,5 ve CÇ 42,5
Klinkere %20-80 oranında yüksek fırın cürufu ve az miktarda alçı taşının katılarak öğütülmesi sonucunda elde edilir. 28 günlük basınç dayanımı değerine göre 32,5 ve 42,5 sınıfı bulunmaktadır .
h) Uçucu Küllü Çimento UKÇ 32,5
Klinkere %10-30 oranında uçucu kül ve az miktarda alçı taşı katılarak öğütülmesi sonucunda elde edilir .
ı) Sülfatlara Dayanıklı Çimento SDÇ 32,5
Bunlar Portland Çimentoları gibi katkısız çimentolardır. Sadece C3A miktarları en fazla %5 dir. Bu yüzden C3A miktarı düşük olan klinkerlerden üretilirler. Sülfatlı ortamlara dayanıklı çimentolardır .
j) Süper Sülfat Çimentosu SSÇ 32,5
Klinkere en az %65 oranında yüksek fırın cürufu ve diğer çimentolara nazaran daha yüksek oranda alçı taşı katılarak öğütülmesi ile elde edilen çimentolardır.
k) Harç Çimentosu HÇ 16
Bunlar en fazla % 60 oranında puzolanik madde veya cüruf içeren çimentolardır. Dayanımları diğer çimentolara nazaran daha düşüktür .
KLINKER OLUŞUMU VE ÇIMENTONUN ELDE EDILMESI
Hammadde karışımının fırında pişmesi sırasında, çimentonun %95'ini teşkil eden klinker'in oluşum tepkimeleri ve sıcaklık dereceleri özet olarak aşağıda verilmiştir (Taylor 1992, Lea 1970).
Sıcaklık Proses Termik değişim
100°C 'de Hammaddenin serbest suyunun
buharlaşması. Endotermik
500°C ve üstü Kil minerallerinin bağlı suyunun
buharlaşması. Endotermik
800° -900°C Kalsinasyon yani CaCO3'ın
bozunması başlar. Endotermik
CaCO3 › CaO + CO2
900°C ve üstü Kil minerallerine ait ürünlerin
kristalleşmesi. Ekzotermik
900° -1200°C Kalsiyum oksitle alüminasilikatlar
arasında oluşan tepkimeler .
Alüminyum oksitin hepsi aşağıda görüldüğü gibi CaO ile tepkimeye girerek mono kalsiyum alüminat oluşturur .
CaO + Al2O3 › CaO . Al2O3
Bu basamakta silisyum dioksit de bir miktar kalsiyum oksitle tepkimeye girerek mono kalsiyum silikat oluşturur .
CaO + SiO2 › CaO . SiO2
Oluşan bu mono kalsiyum silikat hemen daha fazla kalsiyum oksitle tepkimeye girerek, aşağıda görüldüğü gibi dikalsiyum silikat oluşturur. Fakat bu basamakta oluşan dikalsiyum silikat'ın derişimi düşüktür .
CaO .SiO2 + CaO › 2CaO . SiO2
1185° -1285°C Trikalsiyum alüminat (3CaO . Al2O3)
ve tetra kalsiyum alümina ferrit
(4CaO.Al2O3.Fe2O3) oluşumu.
Dikalsiyum silikat oluşumunun
tamamlanması.
Bu sıcaklık aralığında mono kalsiyum alüminat daha fazla kalsiyum oksitle tepkimeye girerek, trikalsiyum alüminat oluşturur .
CaO .Al2O3 + 2CaO › 3CaO .Al2O3
Aynı safhada bir miktar kalsiyum oksit, demir oksitle tepkimeye girerek dikalsiyum ferrit oluşturur.
2CaO + Fe2O3 › 2CaO .Fe2O3
Bunu muteakip daha kompleks bir tepkime ile tetrakalsiyum alümina ferrit oluşur.
CaO .Al2O3 + 3CaO + Fe2O3 › 4CaO . Al2O3 .Fe2O3
1250° -1280°C Sıvı faz oluşumu başlar. Endotermik
1280°C'nin üstü Daha fazla sıvı faz oluşur.
Bunu müteakip trikalsiyum
silikat'ın aşağıda görüldüğü
gibi oluşumu ile klinker veya
çimento bileşiklerinin oluşumu
tamamlanır .
2CaO .SiO2 + CaO › 3CaO . SiO2 Muhtemelen endotermik
Yukarıda belirtilen tepkimeler sonucunda oluşan klinkere yaklaşık %4-5 oranında alçı taşı katılıp öğütülerek çimento elde edilir .
Bu safhada puzolanik maddeler veya cüruf katılarak öğütülürse değişik katkılı çimentolar elde edilir .
ETİKETLER : ÇİMENTO NASIL ÜRETİLİR,PORLAND ÇİMENTO YAPIMI,PORLAND ÇİMENTO YAPILIŞI,PORLAND ÇİMENTO NASIL ÜRETİLİR,ÇİMENTO ÜRETİM PROSESİ,ÇİMENTO NEDEN ÜRETİLİR,ÇİMENTO FORMÜLLERİ,ÇİMENTO MADDELERİ,ÇİMENTO,ÇİMENTO ÇEŞİTLERİ,ÇİMENTO TÜRLERİ,ÇİMENTO ELDESİ,ÇİMENTO NEDEN YAPILIR, ÇİMENTO NERELERDE KULLANILIR.
HAMMADDELER ANSİKLOPEDİSİ
