Çimento Nedir

Yapı malzemesi olarak kullandığımız çimentoya bu makalede değinmeye çalışacağım. Çimento su ile karıştırıldığında ortaya çıkan hidratasyon olayı sonucu sertleşen ve bir daha yumuşamayan bağlayıcıya çimento denir. Çimentonun kelime anlamı Latinceden gelmektedir. Latincede Caementum olarak geçen çimentonun anlamı yontulmuş taş kırıntısı anlamına gelmektedir. Çimento bileşenin içinde yaklaşık olarak %70 kalker, %30 kil ile birlikte 1500 derecede pişirilir. Erken piriz almasını önlemek içinde jips (alçı taşı) %2 ila %6 oranında ilave edilmektedir.

Çimentonun Tarihçesi

1824 yılında, İngilterede Joseph Aspdin tarafından Leeds kentinde hazırladığı ince taneli kil ve kalker karışımını pişirip öğütüp bir karışım elde etmiştir. Su, kum katıldığında zamanla sertleştikten rengi ve diğer özellikleri yüzünden İngiltere’nin güneyindeki Portland isimli küçük bir adadaki taşlara benzediğinden dolayı Portland Çimentosu adını almıştır.

Günümüzde kullanılan çimento ise 1845 yılında ingiliz Issac JOHNSON tarafından gerçekleştirilmiştir.

Örnek bir çimento üretim şeması

Kil ile kalker (Kireç taşı) karıştırılıp ortalama sıcaklığı 1300 ve 1500 derecede pişirilip Klinker malzemesi elde edilir. Buna gerekli katkılar ilave edildikten sonra değirmenden öğütüldükten sonra depolanıp kullanıma sunulmaktadır.

Örnek bir çimento fabrikası

Döner Fırın

Ön ısıtma ve alta döner fırın

Döner fırın ve içi

Fabrikanın yukardan görünümü

Çimentoların Özellikleri

Özgül Ağırlık:

Özgül ağırlık, ağırlığın hacme bölünmesi sonucu elde edilen boşluksuz m3 de ki ağırlığı temsil etmektedir. 1 m3 betonda kullanılacak çimentonun hacimce hesaplanması için gerekecektir. Çimento özgül ağırlığı 2,95 -3,15 gr/cm3 olara çimento tipine göre değişiklik göstermektedir. Çimento özgül ağırlığını bulmak için genellikle Le Chatelier balonu (şişesi) kullanılmaktadır. Deney numunesi olarak 64 gr çimento numunesi yeterlidir. Su ile temas ettiğinde reaksiyona girdiği için su yerine terebentin, gaz yağı, tiner veya neft kullanılabilir.

İlk başta 0 ile 1 ml arasına kadar doldurulan Le Chatelier şişesi daha büyük bir mezüzre konarak su banyosu ile terebentin 20 ±3 dereceye getirilir. Sabit sıcaklığa gelince terebentin hacmini kayda alınız (v1) Ardından 64 gr çimento cam huni yardımı ile Le Chatelier şişesine dikatlice boşaltınız. Cam kenarına yapışan cimento tanelerini bir plastik çubuk yardımı ile yavaşça vurmak sureti ile şişenin içine dökülmesi sağlayınız. Tüm çimento numunesi şişeye aktarıldıktan sonra kapağı kapatılıp kendi ekseni etrafında çimento taneciklerinin arasındaki hava boşluğu çıkarmak için dönderilir. Hava kabarcıkları bitene kadar bu işlemi uygulayınız. Hava kabarcıkları bitince şişe tekrar mezüre konarak terebentin sıcaklığını dengede tutunuz. Bir saat bekledikten sonra terebentin seviyesi tekrar kontrol edip not alınız (v2) Şişeye çimento numunesi koymadan almış olduğumuz seviye ile son okunan değerden çıkartıyoruz (V2-V1) bu şekilde 64 gr çimento numunesinin kapladığı hacmi bulmuş olacağız. Formülümüz şu şekilde

d= Çimentonun özgül ağırlığı (gr/cm3)
m= Deneyde kullanılan çimento hacmi (64 gr)
v2= Son okunan terebentin seviyesi
v1= İlk okunan terebentin seviyesi

Örnek bir işlem yapacak olursak

V1 = 0,82 cm3 (Terebentini sabit sıcaklığa getirdiğimizde okuduğumuz hacim değeri)
m = 64 gr (Kullanılan çimento deney numunesi)
V2 = 21,87 (Çimento numunesi konduktan sonra okunan terebentin hacim değeri)

Hacimimiz bulalım 21.87-0-82=21,05 hacmimiz 21.05 cm3 (Not 20 derecedeki 1 ml terebentin 1 cm3 eşdeğerdir. Bunu 1000 ml bir mezur ile test edebilirsiniz.)

64/21,05=3,04 gr/cm3

Aynı deney tekrar edilip iki deney arasında %1 den büyük değilse iki deney sonucunun ortalaması alınır. Çimentomuzun özgül ağırlığını bu şekilde bulmuş olduk. Deney işlemleri bitince deney aletleri su ile iyice yıkanmalıdır.

İncelik

(Blaine)

Diğer bir adıyla özgül yüzey alanı olan blaine 1 gr çimento zerreciklerinin kapladığı yüzey alanı temsil etmektedir ve cm2/gr olarak gösterilir. Genelde Blaine değeri 3000 cm2/gr  civarında olması gerekir. Türkiyede üretiken çimento blaine değeri ortalama 2800 – ila 4000 cm2/gr arasındadır.

Blaine aleti.

Elek analizi

100 gr çimento numunesinin 200μ ve 90μ elekleri ile elenmesi sonucu elde edilen değerdir. Elek analizi sonuçları elek üstünde kalan değerler
200μ elek %1 den büyük olmamalı
90μ elek % 14 den büyük olmamalıdır.

Çimentonun inceliği ile ilgili bu deneyler sayesinde bilgi elde etmiş oluyoruz. Çimento da inceliğin önemi.

1. Çimento zerrecikleri ne kadar ince olursa o kadar fazla su ihtiyacı olacaktır.
2. Taneler daha ince olduğu için ortaya çıkacak olan hidratasyon ısısı daha fazla olacaktır.
3. İnceliğin fazla olması üretim masarafını arttırdığı gibi beton dayanımını da arttırmaktadır.
4. İncelik arttıkça erken yaşta mukavemet yüksek olur.
5. Su kusma azalır, fakat Büzülme ve çatlamaların artmasına neden olacaktır. Çatlamayı önlemek için prizi geciktirmek amaçlı alçı taşı kullanılmaktadır.

Priz Süresi

Çimentoda priz süresi çimentonun suyla temas edip reaksiyona girmesi sunucunda sertleşmesi arasında geçen süredir. Normal portland çimento için standartlara göre priz başlangıç süresinin 1 saatten az olmamalıdır. Priz sonuda 10 saati geçmemelidir. Priz süresini tayini için Vikat deneyi yapılmaktadır.

Vikat deneyi ile kıvam suyu ve priz başı ile piriz sonu sürelerini tayin edebiliriz. Normal kıvam suyu %25-%30 arasında olmalıdır.

Kıvam sondası TS EN 196-3 A1 göre cam levhaya 6 ± 2 mm  (TS EN 196-3 2017 yılı yayını elimde olmadığı için değişen bir durum var mı bilmiyorum) kalana kadar inmesi gereklidir. Priz başlangıç süresi için de vicat iğnesi  cam levhaya 6 ± 3 mm kadar inmesi gereklidir. Priz sonu için ise çimento pastasına 0.5 mm yada hiç batmamalıdır.

Hidratasyon Isısı

Cimento su ile reaksiyona girmeye başladığında ortaya ısı çıkmaktadır. Ortaya çıkan bu ısıya hidratasyon ısısı denir. Genelde baraj gibi yapılarda iş gereği hızlı bir şekilde dökülen kütle betonlarda beton iç ısını yükseltir. Çimento dozajının fazla olması beton sıcaklık derecesini daha da arttırmaktadır. Sıcaklığın fazla olması betonda büzülmelere ve çatlamalara neden olmaktadır. Buda betonun geçirimli olmasına neden olur. Çimentonun ince olası hidratasyon ısısında arttıran bir diğer faktördür. Fakat çimento bileşenleri de ısı üretiminde önemli yere sahiptir.

Beton hidratasyon ısısını azaltmak için

1. Betona girecek malzemelerin gölgede saklanması ve serin tutulması.
2. Serin vakitlerde yada akşam saatlerinde beton dökümünü yapmak.
3. Beton karma suyuna buz koymak.
4. Priz alıktan sonra kütle betonun sürekli sulanması ve serin tutulması

Çimento Hamuru

Çimento, bağlayıcı bir malzemedir. Bağlayıcı özelliğinin aktif olması için çimentonun su ile temas etmesi gerekmektedir. Çimento ve suyun oluşturduğu malzemeye çimento hamuru denmektedir. Çimento hamurunun görevi:

1. Agrega tanelerinin yüzeylerini kaplama.
2. Agrega aralarınaki boşluğu doldurma.
3. Agrega tanelerini birbirine bağlama.

Çimentoda Dayanım

Çimentolarda dayanım olarak 32.5 – 42,5- 52,5 sınıflara ayrılmaktadır. 28 günlük dayanımda elde etmesi gereken 32.5 – 42.5 – 52.5 mpa minimum değerlerdir. Çimentoların gerekli dayanımı verip vermediğini öğrenmek için TS EN 196 – 1 deki adımları gerçekleştirebiliriz. Deneyi yapabilmek için 1350± 5 gr CEN referans kumu. Yuvarlak tanecikli silisyum dioksit miktarının en az %98 olan doğal silis kumu olmalıdır. Piyasada hazır bulabilirsiniz.

CEN referans kum tane dağılımı standarta verilmiştir.

450 gr çimento, 225 gr su (W/C 0.50). Hazırlanan malzemeler çimento mixerine standarda göre koyulmalıdır. Otomatik çimento mixerleri ile çimento su ve CEN referans kumu haznesine yerleştirdiğinizde karışım sürelerini kendisi ayarlamaktadır.

Manuel mixerlerde ise duruma elle müdahale etmek gerekmektedir.

Manuel mixerler için karışım süreleri ve aşamaları. Su ve çimento karıştırıcıya konduktan sonra düşük devirde 30 saniye karıştırınız. Ardından 30 saniye boyunca CEN referans kumunu ilave ediniz. Eğer tane boyurları ayrı ise, tane boyu en büyük olandan küçüğe doğru kum haznesinden boşaltınız. Kum ilave etme süresi dolunca 30 saniye yüksek devirde karıştırınız, ardından durdurulup bıçak ağzındaki  ve kap çeperlerinde biriken harç toplanıp 15 saniye içinde geri karıştırmaya bırakılarak 1 dakika daha yüksek hızda karıştırınız. Karıştırma işlemi bitince 50 mm x 50 mm x 50 mm numune kaplarını hızlı bir şekilde doldurunuz.

Çimento dayanım sınıfına göre 2 gün ve 28 günlük minimum mukavemetleri almanız gerekmektedir.

Çimento Türleri

2002 yılında yürürlüğe giren TS EN197-1 nolu sıtandar ile Türkiye’de 27 tip çimento üretilmektedir. Genel olarak çimento tipleri

1. CEM I – Portland çimento
2. CEM II – Portland-kompoze çimento
3. CEM III – Yüksek fırın cüruflu çimento
4. CEM IV – Puzolanlı çimento
5. CEM V – Kompoze çimento

Olarak sıralayabiliriz. Çimento türlerine göre bileşenlere aşağıdaki tablodan bakabilirsiniz.

CEM I – Portland Çimento

Klinkerin sadece kalsiyum sülfat ve minör bileşen olarak ağırlıkça en fazla % 0-5 arası mineral katkı ile öğütülmesi sonucunda Portland Çimentosu elde edilir.

Kullanım alanları

1. Yüksek Yapılar
2. Yol kaplamaları
3. Kaldırım Betonları
4. Yer Betonları
5. Barajlar
6. Kayar-kalıp sisteminin kullanıldığı yapılar
7. Genel olarak prefabrik betonarme elemanların üretimi
8. Köprüler
9. Demiryolu traversleri
10. Sanat yapıları (Viyadük, alt geçit, üst geçit)
11. Su Depoları
12. Beton ve Betonarme Borular
13. Beton briket üretimi Tünel kalıp uygulamaları
14. Öngermeli Betonlar

CEM II – Portland-Kompoze Çimento

Mineral katkı miktarı % 6-35 arasındadır. Katkı türüne bağlı olarak bu gruptaki çimentolar Portland Cüruflu, Portland Puzolanlı gibi isimler de almaktadır.

Kullanım alanları:

1. Yüksek yapılar
2. Yer betonları
3. Barajlar
4. Genel olarak çeşitli prefabrik betonarme elemanlar
5. Köprüler ve viyadükler
6. Su Depoları
7. Beton briket üretimi
8. Duvar ve sıva işleri
9. Beton ya da betonarme kanalizasyon boruları

CEM III – Yüksek Fırın Cüruflu Çimento

Bu tip çimentolarda Yüksek Fırın Cüruflu çimentolar bulunur. Kullanılan katkı oranı %36 ile %95 arasındadır.

Kullanım Alanları:

1. Yol kaplama betonları
2. Temeller ve istinat duvarları
3. Su kanaletleri
4. Barajlar
5. Sıva ve duvar harcı
6. Beton ya da betonarme borular
7. Orta derecede sülfat içeren endüstriyel zeminler
8. Arıtma tesisleri

CEM IV – Puzolanlı Çimento

Bu gurupta puzolanik çimentolar yer alır. Bu tip çimentolarda kalker veya cüruf katkı maddesi kullanılmaz. Katkı maddesi olarak puzolan ve uçucu kül ile birlikte %11 ile %55 arası kullanılmaktadır.

Kullanım Alanları:

1. Yol kaplama betonları
2. Temeller ve istinat duvarları
3. Su kanaletleri
4. Barajlar
5. Sıva ve duvar harcı
6. Beton ya da betonarme borular
7. Orta derecede sülfat içeren endüstriyel zeminler
8. Arıtma tesisleri

CEM V – Kompoze Çimento

Bu tip çimentolarda hem cüruf (%18-50)  hem de puzolan ve uçucu kül (%18- 50) miktarı belirlenen sınırlar içerisinde değiştirilerek birlikte katılır, miktarları klinker oranı %20- 64 arasında kalacak şekilde ayarlanır.

Kullanım Alanları:

1. Yol kaplama betonları
2. Temeller ve istinat duvarları
3. Su kanaletleri
4. Barajlar
5. Sıva ve duvar harcı
6. Beton ya da betonarme borular
7. Orta derecede sülfat içeren endüstriyel zeminler
8. Arıtma tesisleri

Çimento Kısaltmaları

Çimento üzerinde bulunan kısaltmaları şu şekilde özetleyebiliriz.

Beyaz Çimento Nedir

Özel nitelikli kil ile kireçtaşının birlikte pişirilmesiyle elde edilen beyaza yakın klinkerin bir miktar kalsiyum sülfat ile birlikte öğütülmesiyle elde edilir. Düşük alkalili çimento sınıfı içindedir. Alkali – agrega reaksiyonlarına karşı dirençlidir. Normal çimento gibi su ile reaksiyona giren beyaz çimentoyu diğer normal çimentolardan ayıran temel özellikleri.

1. Hammaddesinin çok saf olması.
2. İleri teknoloji ile üretilmesi
3. İnce öğütülmesi
4. Dayanım kazanımının yüksek olması
5. Estetik ve dekoratif özelliklere sahip olması
6. Yüzey düzgünlüğü ve görünüş güzelliğidir.

Çimsa tarafından üretilen Beyaz çimento ve Gri çimento karşılaştırması.

Kullanım Alanları:

1. Mimari ve dekoratif beton imalatları (Ticaret ve iş merkezleri, siteler, konut inşaatları, köprüler, estetik ve dekoratif yapılar, stadyumlar vs.),
2. Hazır sıva ve harç imalatları,
3. Yapıştırma ve derz dolgu malzeme imalatları (Fayans döşemeleri, seramik karo döşemeleri, ve mermer granit döşemeleri için yapıştırıcılar, yapı derzleri, vs.),
4. Park ve bahçe mobilyaları tasarımları (Bordürler, çiçeklikler, balkon motifleri, beton sütunlar, banklar, sınır taşları, betonarme ızgaralar, park-bahçe düzenlemeleri vs.),
5. Sanat ürünleri tasarımları (Küçük heykeller, anıtlar, skarfito uygulamaları, restorasyon, rölyefler, duvar resimleri, reprodüksiyonlar vs.),
6. Yer döşemesi imalatları (Farklı renk ve desenlerde yer karoları, ince karo, wash beton, parke, kilitli taş, kaldırım döşeme plakaları vs.),
7. Prekast eleman üretimleri,
8. Tarihi eserlerin restorasyonu çalışmaları gibi.

Aslında beyaz çimento, yüzyılı aşkın bir süreden bu yana üretilen ve uygulama alanlarında, daha çok, dekoratif ve estetik amaçlar için kullanılan özel bir çimento cinsidir.

 Sülfata Dayanıklı Çimento

Dış etkenlerden (deniz yada yeraltı sularından kaynaklı) ötürü betona nüfus eden sülft ile beton hidrtasyon sonucu ortaya çıkan C3A ile tepkimeye girip betonda genleşmeye neden olmaktadır. Bu yüzden sülfata dayanıklı betonlarda C3A oranı az tutularak (%5 den az) betondaki genleşme önlenmeye çalışılmaktadır.

Deniz suyu, kanalizasyon gibi yüksek sülfata maruz kalan ortamlarda kullanılması tavsiye edilir.

Normal Portland Çimento

Sülfata Dayanıklı Çimento

Cüruflu Çimento Özellikleri

Cüruf aniden soğutulup, amorf ve camsı yapıya gelince, Portland klinkeri ile karıştırılıp, alçı taşı eklenmesinden sonra birlikte öğütülerek veya ayrı ayrı öğütüldükten sonra karıştırılması ile çimento haline getirilir.

Cüruflu çimentoların hidratasyonu daha yavaş geliştiğinden, daha uzun süre kür gerektirir. Bu nedenle kurak iklimli bölgelerde kullanılması doğru değildir.

Sülfatlı sular, deniz suları, klorlu sular, karbonatlı sular, termal sular, buz çözücü maddeler vb. ile yapılan uzun süreli deneyler sonucunda curuflu çimentoların zararlı kimyasal etkiler altında performanslarının yüksek olduğu belirlenmiştir

Cüruflu Çimento Özellikleri

1. Mekanik dayanımları ilk günlerde, aynı miktarda çimento ve S/Ç oranı için Normal Portland çimentolarına kıyasla düşüktür.
2. Curuflu çimentolar soğuk havada kullanılmaya elverişli değildir. c) Kimyasal etkilere karşı dayanıklılığı fazladır. Deniz suyu ve sülfatlı ortamlara Portland çimentosundan daha dayanıklıdır.
3. Düşük hidratasyon ısıları vardır. Bu nedenle bu çimentolar baraj inşaatı gibi büyük kütleli yapılar için uygundur.
4. Üretim enerjisi ve hammadde kullanımı bakımından maliyetleri daha düşüktür.
5. Daha geçirimsiz beton yapımına uygun olup, don olayına daha dayanıklıdır.

Puzolan Çimento