Çimento, ana hammaddeleri kalkerle kil olan ve mineral parçalarını (kum, çakıl, tuğla, briket ..vs.) yapıştırmada kullanılan bir malzemedir. Çimentonun bu yapıştırma özelliğini yerine getirebilmesi için mutlaka suya ihtiyaç vardır. Çimento, su ile reaksiyona girerek sertleşen bir bağlayıcıdır. Kırılmış kalker, kil ve gerekiyorsa demir cevheri ve / veya kum katılarak öğütülüp toz haline getirilir. Bu malzeme 1400-1500°C'de döner fırınlarda pişirilir. Meydana gelen ürüne "klinker" denir. Daha sonra klinkere bir miktar alçı taşı eklenip (%4-5 oranında) çok ince toz halinde öğütülerek Portland Çimentosu elde edilir. Katkılı çimento üretiminde; klinker ve alçı taşı dışında, çimento tipine göre tek veya birkaçı bir arada olmak üzere tras, yüksek fırın cürufu, uçucu kül, silis dumanı vb. katılır. Çimento birçok beton karışımında hacimce en küçük yeri işgal eden bileşendir; ancak beton bileşenleri içinde en önemlisidir.
En çok kullanılan çimento tipleri Portland Kompoze Çimento, Katkılı Çimento, Cüruflu Çimento ve Sülfata Dayanıklı Çimento'dur, bunun dışında özel amaçlar için Beyaz Portland Çimentosu ve diğer bazı tip çimentolar kullanılmaktadır. Normal betonda agrega taneleri en sağlam unsur olduğundan, diğer iki unsur (çimento hamuru ve aderans) mukavemeti belirlemektedir. Çimento hamurunun mukavemeti önemli ölçüde su/çimento oranına da bağlıdır.
Betonda kullanılan çimento tipleri ve uygunluk değerlendirmesi TS EN 197 serilerinde standartlaştırılmıştır,
Çimento
Bölüm 1: Genel çimentolar, bileşim, özellikler ve uygunluk kriterleri;
Bölüm 2: Uygunluk değerlendirmesi.
TS EN 197-1 standardı çıktıktan sonra özel amaçlı üç çimento standardı dışındaki bütün eski standartlar yürürlükten kaldırılmıştır. Bu üç standart TS 21 Beyaz Portland Çimentosu, TS 22 Harç Çimentosu ve TS 10157 Sülfatlara Dayanıklı Çimento standartlarıdır. Yürürlükten kaldırılan genel amaçlı çimentoların eşdeğerleri yeni standartta kapsanmaktadır (Tablo 1).
Yeni TS EN 197-1 standardı, ülkemizde şu anda beton üretiminde kullanılan çimento tiplerinden daha fazla çimento tipinin kullanılabileceğini sağlamaktadır.
ÇİMENTO TİPLERİ
Çimentoların İşaretlendirilmesi
TS EN 197-1, çimentoları, CEM I’den (Portland Çimentosu) CEM V’e (kompoze çimento) kadar beş ana tipte işaretlendirmektedir. Işaretleme şunları içermektedir: ana çimento tipi; Portland çimento klinkeri oranı; ikinci ana bileşen; standart (örn. 28-günlük) dayanım sınıfı ve erken dayanım kazanma hızı.
Örneğin bir Portland Cüruflu Çimento tipi şu şekilde gösterilir:
CEM II/A-S 42,5 N
Alt-sınıf “N” normal erken dayanımı, “R” hızlı erken dayanımı göstermektedir.
Standart dayanım sınıfları
Alt-tip, ikinci ana bileşeni (bu örnekte yüksek fırın cürufunu) göstermektedir.
Portland çimentosu klinkerinin oranını (A) yüksek, (B) orta ve (C) düşük olarak göstermektedir.
Ana çimento tipi
Çimentonun Bileşen Malzemeleri
Tablo 1’de de gösterilen TS EN 197-1‘deki değişik çimento tiplerine göre çimentonun bileşen malzemeleri şu şekildedir:
• ana bileşen, örn. Portland çimentosu klinkeri;
• ikinci ana bileşen, örn. uçucu kül, yüksek fırın cürufu, kalker, silis dumanı;
• minör ilave bileşen, örn. uçucu kül, yüksek fırın cürufu, kalker, doğal puzzolan;
• priz ayarlayıcı, örn. kalsiyum sülfat;
• kimyasal katkılar, örn. pigmentler, hava sürükleyici katkılar.
İkinci ana bileşeni belirten harfler şu şekildedir:
S – yüksek fırın cürufu;
D – silis dumanı;
P – doğal puzzolan;
Q – doğal kalsine puzzolan;
V – silissi uçucu kül;
W – kalkersi uçucu kül;
T – pişmiş şist;
M- üsttekilerden ikisi veya daha fazlası.
Tablo 1: TS EN 197-1’e Göre Çimento Tipleri
İptal Edilen Türk Standardı
İptal Edilen Türk Standardına Göre İşaretleme
Çimento
TS EN 197-1
İşaretlemesi
Klinker İçeriği,
%
TS 19
PÇ
Portland Çimento
CEM I
% 95-100 Klinker
TS 12139
PCÇ
Portland-Cüruflu Çimento
CEM II/A-S
% 80-94 Klinker + % 6-20 Cüruf
CEM II/B-S
% 65-79 Klinker + % 21-35 Cüruf
TS 12141
PSFÇ
Portland-Silis Dumanlı Çimento
CEM II/A-D
% 90-94 Klinker + % 6-10 S.Dumanı
TS 10156
TS 26
KÇ
TÇ
Portland-Puzolanlı Çimento
CEM II/A-P
% 80-94 Klinker + % 6-20 D.Puzolan
CEM II/B-P
% 65-79 Klinker + % 21-35 D.Puzolan
CEM II/A-Q
% 80-94 Klinker + % 6-20 DK.Puzolan
CEM II/B-Q
% 65-79 Klinker + % 21-35 DK.Puzolan
TS 640
UKÇ
Portland-Uçucu Küllü Çimento
CEM II/A-V
% 80-94 Klinker + % 6-20 SU.Kül
CEM II/B-V
% 65-79 Klinker + % 21-35 SU.Kül
CEM II/A-W
% 80-94 Klinker + % 6-20 KU.Kül
CEM II/B-W
% 65-79 Klinker + % 21-35 KU.Kül
TS 10156
KÇ
Portland-Pişmiş Şistli Çimento
CEM II/A-T
% 80-94 Klinker + % 6-20 P.Şist
CEM II/B-T
% 65-79 Klinker + % 21-35 P.Şist
TS 12140
PLÇ
Portland-Kalkerli Çimento
CEM II/A-L
% 80-94 Klinker + % 6-20 L.Kalker
CEM II/B-L
% 65-79 Klinker + % 21-35 L.Kalker
CEM II/A-LL
% 80-94 Klinker + % 6-20 LL.Kalker
CEM II/B-LL
% 65-79 Klinker + % 21-35 LL.Kalker
TS 12143
PKÇ
Portland-Kompoze Çimento
CEM II/A-M
% 80-94 Klinker + % 6-20 Katkılar
CEM II/B-M
% 65-79 Klinker + % 21-35 Katkılar
-----------------------------------------------------------------------------------
Çimento Genel Teknik Şartnamesi
İnşaatta kullanılacak çimento Türk Standartlarına (TS. 19) uygun olacaktır.
İdare ya da müteahhidin sorumlu elemanlarının gerekli gördüklerinde alınacak örnek, yetkili laboratuarlarda analiz ettirilecek, çimentonun Türk Standartlarına uygunluğu tespit edilecektir.
Çimentonun şantiyeye giriş tarihi ile miktarı müteahhit ve idare ile birlikte düzenlenecek tutanakla tespit edilecektir.
İnşaat için gerekli çimento miktarı iş programına uygun olacak şekilde şantiyede depo edilecektir.
Çimentolar, net ağırlığı 50 kg. olmak üzere, üzerinde fabrika markası bulunan ağızları orijinal olarak kapalı, yırtıksız, deliksiz kâğıt torbalar içinde bulunacaktır. Muhtelif fabrikaların çimentoları ayrı inşaat ünitesinde karıştırılarak kullanılamaz. Çimento rutubetsiz ve üzeri örtülü yerlerde depolanacaktır. Depo ya da ambarlarda; çimento torbaları zeminle temas etmeyecek şekilde ahşap ızgara üzerine en çok sekiz sıra halinde istif edilecektir.
Halen piyasada mevcut muhtelif cins ve isimdeki çimentolar :
1.- Normal portland çimentosu TS = 19
2.- Yüksek fırın portland çimentosu TS = 20
3.- Traslı çimento TS = 26
4.- Siman fondü
5.- Beyaz çimento TS = 21
6.- Süper siman
Hususi fenni şartnamesinde belirtilmek şartıyla ve özel nakil vasıtası temin edilebildiği hallerde inşaatta dökme çimento kullanılacaktır.
------------------------------------------------------------------------------------
21. YÜZYILIN ÇIMENTOLARI
Jean Claude Rauman
Lakewood, Colorado , USA
Shandeep L. Sarkar
Houston ,Texas , USA
Abstract
As we step into the 21st cetury and portland cement crosses 175 yeras of age , the rising
global cement consumption touches the 1.500 million ton mark. Although there has been a
significant change in the strength characteristics of cement since Aspdin era , the cement
industry is faced with several new challenges in this millenium. One of theseis the impact of
Kyoto agreement to reduce atmospheric CO2 emission. Production of binary , ternary and
quaternary components blended cements appears to be viable solution to achieve this
environmental target. Since there is an imminent need to move away from prescriptive cement
specifications to performance based specifictions , accomodation of performance oriented
blended cements in the new cement specifications will address the key issue of lowering th
portlan cement clinker factor in cement.
Özet
21. yüzyılla birlikte portland çimentosu yıllık 1.5 milyar ton tüketimiyle 175. yılına giriyor.
Aspdin zamanından beri çimento dayanım özelliklerinde belirgin degisiklikler olmasına
ragmen , çimento endüstrisi yeni bin yılda devrim niteliginde bir kaç yeni degisiklikle
karsılastı. Bunlardan biri karbondioksit emisyonunun azaltılmasını amaçlayan Kyoto
anlasmasının yaptıgı etkidir. Iki , üç , dört katkılı çimentolar bu çevresel hedefin ulasımında
bir çözüm olarak görülmektedir. Sınırlamalar koyan tarifçi standardlar yerine performansa
dayalı sartnamelere ihtiyaç duyulmaktadır. Performansa dayalı standardlar çimentodaki
portland çimentosu klinkeri oranının azaltılmasında anahtar rol oynıyacaktır.
Tarihi
Medeniyetin baslangıcından bu yana insanoglu tasları ve tuglaları bir arada tutacak malzeme
bulmaya çalıstı. Eski çaglarda dahi bu tip bir malzemenin yapıda çesitlilik ve esneklik
getirecegi açıktı. Kullanılan en eski baglayıcılardan biri “çamur” dur. Bugun hala çamurla
saman veya diger bitki fiberleri karıstırılarak baglayıcı kapasiteleri artırılmıs yapı blokları ve
parçalar dünyanın çesitli bölgelerinde kullanılmaktadır.
Mısırlılar alçıtası harcını Cheops Piramidlerinin (~300 BC) yapımında kullandılar.Bunlar saf
olmayan alçı tasının yakılmasıyla yapılıyordu (1). Yunanlılar ve Romalılar kil içeren kireç
tasının kalsinasyonundan hidrolik kireci ürettiler. Dahası belli volkanik birikintilerin ince
olarak ögütülüp kum ve kireçle karıstırıldıgında yalnız normal kireç harcından daha dayanımlı
degil ayrıca suya dayanıklı oldugunun farkındaydılar. Fakat 18.yüzyıla kadar baglayıcı
maddelerin dogası anlasılamamıstır.
Birkaç öncü çabadan sonra¸ Joseph Aspdin adında bir Leeds müteahhiti portland
çimentosunun patentini 1824 yılında aldı(2). Bundan sonra hidrolik baglayıcıların kullanımı
tüm Avrupa ve Kuzey Amerika’da yayıldı. Portland çimentosunun üretiminde kullanılan
ekipmanlarda gelismeler oldu.
Döner fırındaki ilk gelismeler 1877yılında Ingiltere’de basladı ve Fredrick Ransome patentini
1885 ‘de aldıgı ilk döner fırınla birlikte anılır(2). Ransome’ın fırını o devirdeki çimento
dünyasında devrim niteliginde olsa da islevsel döner fırın uzun yıllar sonra üretime girdi.
Ransome’ın kesfinden sonra birkaç sene sonra bazı öncü Amerikan mühendislerinin döner
fırını çocukluk çagından çıkardı. Amerika’daki ilk ekonomik döner fırın Hurry ve Seaman
Atlas Çimento Fabrikası tarafından 1895 yılında üretime girdi.
Portlan çimentosunun üretiminin artmasıyla çimento ve hammaddelerinin özelliklerinin
belirleme ve deney çalısmalarına baslandı. Çok sayıda deneyden sonra temel çimento
deneylerine 1900 yılında standard getirildi ancak o devirden buyana bir kaç tanesi revize
edildi ve tüm dünyada çimento standardlarına yenileri eklendi.
Günümüzde çimento dünyasının karsı karsıya kaldıgı çevresel sorunlar artmaktadır. Örnegin ¸
bir çimento klinkerinin üretilmesi bir ton CO2 gazının açıga çıkmasına yol açar. 21. yüzyıla
girmemizle birlikte Kyoto anlasmasına göre ton basına düsen CO2 emisyonunu azaltmak ¸
daha düsük klinker oranlı çimento üretmek ¸ daha az dayanıklılık problemleri ¸ alkali silika
reaksiyonuna göre formule edilmis çimentolar¸ geciktirilmis etrenjit olusumu ve sulfat
etkilerine göz önüne alarak çimentolar üretmek zorundayız. Hidrolik çimentonun geleceginin
degeri artırılmıs çevreyle dost üründe oldugunu belirtmek yanlıs olmaz.
Durum
Dayanıklı alt yapı için kalitenin birinci hedef oldugu yeni çag için çimento arastırmasında
maaliyet karsılastırması en az pahalı olanla yapılmamalıdır. Aspdin’in zamanından bu yana
çimentonun dayanımı sekiz kat arttı. Fakat mekanik özelliklerindeki gelisme betonun servis
ömrü boyunca dayanıklılıgında paralel bir gelisme göstermedi.
Su anki ve gelecekteki ihtiyaçlar arasındaki fark için ne teknolojik bir eksiklik ne de
mühendislik dehasına nede ekonomik gelisim için çevre sorumlulugumuzu bir tarafa
atmamıza gerek var. Bu da en pahalı otoyollar ¸ köprüler ¸ yapılar vb. yerine en iyisini
yapmaya dayanmalıdır. Daha dayanıklı yapılar yapmak için ilham kaynagımız hala iyi
durumda olan Neolitik¸ Roma ¸ Bizans ve Osmanlı zamanlarından kalan antik yapılar
olmalıdır. Yalnızca yapım teknikleri degil mükemmel mimarisi olan yapılarda kullanılan
malzemeleriyle de insanı hayrete düsürürler. Performans dizayn yapanın ¸ müteahhit ve beton
üreticisinin sorumlulugundayken neden betonu olusturan en önemli malzemelerden biri olan
çimento olmasın.
Üreticinin bakıs açısından bakıldıgında bir ikilem içinde oldugu görülür. Bir yandan çimento
ihtiyacı karsılayabileceginden çok daha fazla olacak (Bakınız Sekil 1)¸öte yandan yakında
etkin hale gelecek olan Kyoto anlasmasındakiCO2 emisyon limitleri bulunmaktadır. Yeni
kapasite artırımları için çevresel nedenlerden dolayı izinler zorlastıkça daha az klinkerle daha
çok çimento üretmek kesinlikle çekici bir çözümdür.
Çimento
kapasitesi milyon
ton
50
60
70
80
90
100
110
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
Çimento Ihtiyacı
Milyon ton
1973 1978 1983 1988 1993 1998 2003
Sekil 1.Amerika çimento üretimi ve ihtiyacı
1994 yılında Gebhart(3) Kuzey Amerika’da kullanılan portland çimentoları üzerine bir
arastırma yaptı. Arastırmanın ana hedefleri çimento özellikleriyle ilgili modern bilgi saglama
ve standard gelisimindeki ihtiyaçları belirlemektir. Arastırma gösterdiki modern betonların
sülfat miktarı ¸ incelik ve dayanımı özellikle Tip I ve Tip II için 50 yıl önce üretilenlerden
daha fazladır.
50 li yılların çimentolarıyla karsılastırıldıgında günümüzün çimentoları ortalamada daha fazla
kireç yogunlugu ¸C3S ve alkali miktarına ve daha homojen bir yapıya sahiptir. Çimento
özellikleri de buna paralel olarak degisti ¸ daha hızlı basınç dayanımı ve çimento
özelliklerinde daha az degisim görülmektedir. Fakat ¸ aynı yüksek dayanıklılıkta beton
ürettigimizi iddia edemeyiz. Klinker yapısı ve özellikleriyle beton durabilitesi arasındaki
iliskiyle ilgili bilgimizi gelistirmeliyiz.
Yas üretim yapan fırınlar yavas yavas yerlerini kuru üretim yapan ön ısıtıcılı ¸ ısı jenaratörlü
ve minimum hava akımlı fırınlara bırakıyorlar. Sonuç olarak büyük oranda yakıt sarfiyatı
önlenmis fakat yan etki olarak hammaddeleden veya yakıttan gelen florür ¸ klorür ve diger
alkaliler klinkerde yogunlasmasına neden olmustur. Çevresel nedenler bazı çimento
fabrikalarının fırınına toz olusumunu azaltmak için reinfluzasyon üniteleri kurulmustur. Bu
bir kısım kalsinize olusum malzeme alkali sülfat maddeleri bakımından zengindir.Alkali
sülfatlar minör bilesenler olarak nitelense de betonun dayanıklılıgı üzerine etkileri vardır.
Yüksek alkali içeren portland çimentoları alkali silis reaksiyonlarıyla iliskilendirilir. Yüksek
alkali çimentoları reaktif agregalarla birlikte kullanıldıklarında diger olumsuz sartların
biraraya gelmesiyle birlikte alkali silis reaksiyonuna girerler. Alkaliler alkali sülfat mineraller
olusturmak üzere sülfatlarla reaksiyona girerler. Bu alkali sülfatlar ¸K2SO4¸ Na2SO4¸ kalsiyum
sülfat ¸ sodyum ve potasyum tuzları ve kalsiyum potasyum sulfat ‘tır.Tüm sülfat tuzları
yüksek oranda çözünür oldugundan sülfat bilesenleri betonda iç sülfat etkisinde bulunan sülfat
iyonlarının kaynagı olabilir. Bu ¸ yükske sıcaklıklarda geciktirilmis etrenjit olusumu olarak da
bilinir.
Dünya Çimento Üretimi
1994 ve 1995 yılları için olan Cembureau raporlarına göre 10 yılda % 50 artısla 1994 yılında
dünya çimento üretimi 1,39 milyar tona ulastı. Yıllık büyüme oranı aynı dönemde ortalama
%4 ‘dü. 1997 yılına dek bu büyüme oranı daha yüksekti fakat 1998 yılında %2 küçülme
kaydedildi. Bu Asya krizinin oldugu seneydi. Sekil 2 de dünya çimento tüketim oranları
gösterilmistir. 2000 yılında tüketim miktarının 1.5 milyar tonun biraz üzerinde olması
beklenmektedir.
Geçen 25 yıl boyunca çimento endüstrisinde üretim ekipmanlarını modernize etmek için
yatırımlar yapıldı. Fakat A.B.D.’nin kapasitesi 1975’lerden 20. yy’ın sonuna kadar
degismeden kaldı. (Bakınız Sekil 1) Su anda çimento tüketimi kapasitenin 20 milyon ton
üzerindedir. Gelecek bes sene içerisinde her yıl eklenmesi beklenen kapasitelere ragmen
ABD’nin 15 milyon ton açıgı olacaktır.
Kararlı fakat makul tüketim Batı Avrupa’da oldu. (4). 1996 yılında toplam tüketim 215
milyon ton , 1997 yılında 220milyon ton ve 1998 yılında 225 milyon ton olarak bildirildi.
Yıllık %2.5 büyüme gerçeklestirildi. Türkiye yaklasık 37 milyon ton üretimiyle pazarın önde
gelenlerindendir.
1390
1400
1410
1420
1430
1440
1450
1460
1470
1480
1490
Çimento Üretimi milyon ton
1996 1997 1998 1999 2000 Yıllar
Sekil 2. Son bes yıldaki dünya çimento tüketimi
ABD’de bir çok firmadan meydana gelen çimento endüstrisi 4.2 milyar dolar yıllık ciro ve
17.000 kisilik is hacmine sahiptir. Beton endüstrisi ise 20 milyar dolar yıllık ciro ve 275.000
kisilik is hacmine sahiptir. Beton yapı endüstirisi (yerinde döküm ve prefabrik ) ise 100
milyardolar ciro ve 2 milyon is hacmine sahiptir.(tamir , yapım , yenileme, demir isçiligi ,
beton döküm, yerlestirme , bitirme ve ekipman sektörleri).
Performansa Dayalı Standardlara Duyulan Ihtiyaç
Yeni binyıla girisimizle birlikte tarifçi standardlar yerine performansa dayalı standard ihtiyaç
oldugu açıktır. Aksi halde çimentoda bulusların devam etmesi imkansızdır. Betonun en eski
çaglardan günümüze yapı malzemesi olarak tercih edilmesinin sebebi bulunabilirligi,
çesitliligi ,çevre dostu olması (diger yapı malzemeleriyle karsılastırıldıgında) , ekonomikliligi
ve dayanıklı yapılabilmesidir. Performans standardları uygulanmadıkça bu görünüm tersine
dönecektir.
Çabuk degisen dünyamızda bir senelik bir bilgisayar teknolojik olarak eski sayılabilirken
çimento endüstrisi 60 yıllık bir standardla yürümektedir. (Tablo 1). Her 10 ile 20 senede bir
gelisim gözlenebilmektedir. Örnegin ,1960’da ASTMC595 , 1992’de ASTMC115’in kabulu
1998 yılında onaylanan ASTM 1157’in revizyonudur. Sormamız gereken soru neden ASTM
C595’e göre üretilen çimentonun satısı ABD’de %1’in altındadır.
Tablo 1. ASTM Çimento Standardlarının degerlendirilmesi
ASTM C1157 Nedir
Günümüzde ASTM C150(6) ve AASHTO M85 kimyasal ve fiziksel özelliklerinde
sınırlamalarla birlikte 8 tip portlan çimentosunu kapsar. ASTM C595(7) ve AASHTO M 290
genel ve özel uygulamalr için bes çesit katkılı hidrolik baglayıcı tanımlar. Fakat standard
sartnamelerinde çimento ve olusturan malzemelerin bilesimleri ve fiziksel özellikleriyle ilgili
sınrılamalar bulunmaktadır. Sadece cürüf veya puzolan veya her ikisinin portlan çiemntosuyla
kullanımını içerir. Tersine C 1157(
farklı performans yükseltici mineral bilesenlerin (dogal
puzolan, çeltik külü , uçucu kül ve cüruf vb.nin )limitsiz olarak kullanımına izin vermektedir.
Basit olarak standard performansa dayalı ve düsük klinker oranlarına izin vermektedir. ASTM
Tip I, II, III, IV, V geleneksek çimento tiplerinin sınıflandırılmasının aksine performanslarıan
göre Tablo 2 ‘deki sekilde sınıflandırılmıstır.
Tablo2. Çimentolar için standard performans sarnameleri
Tip GU Özel tipler gerekmediginde genel yapılar için
çimentolar
Tip HE Yüksek erken dayanım
Tip MS Orta seviyede sülfata dayanıklı
Tip HS Yüksek seviyede sülfata dayanıklı
Tip MH Orta seviyede hidratasyon ısısı
Tip LH Düsük seviyede hidratasyon ısısı
R Seçenegi ASR dayanıklı çimento
ASTM Standardı Uygulama Yılı
C150(6) 1940
C595 1960
Düsük alkali çimentosu 1961
C1157(
1992
Portland çimentosu C1157 1998
ASTM C 1157 söz edilmesi gereken eksiklikleri olan çok mükemmel olmayan fakat gelecek
için 21.yy’da atılan büyük bir adımdır. ASTM C150 ve C595 ‘de degisiklikler yapıldıgı gibi
iyilestirme için ASTM C 1157’yede aynısı uygulanabilir.
Gelecegin Çimentoları
Alkali Silis Reaksiyonuna Dayanıklı Çimento
ASR’nin durdurma sorumlulugu endüstriye bırakılmıstır.Tablo 3 ‘de %5’den %25’e kadar
ASR’den etkilenen ABD’deki betonlar verilmistir.
Tablo 3. ASR den etkilenen tahmini yıllık beton üretimi
Yapı Tipi Çimento (milyon
ton)
ASR den etkilenmis
beton yüzdesi
Asr’den etkilenen
beton miktarı (m3)
Özel yapı 43.8 - 7.6
Konut 21.2 5 2,4
Ticari 19.3 10 4,4
Diger 3.1 10 0.8
Kamu 47 - 15
Yapı 10.2 5 1.15
Cadde 29.6 15 8.5
Su 8.4 25 4.8
Hizmet amaçlı 1.0 10 0.2
Diger 2.7 5 0.35
21. yy’da yüksek performanslı çimento için yaptıgımız arayıslarda ASR’yi önleyecek
çimentonun acil ihtiyacı içindeyiz. Çesitli çalısmalar gösterdiki lityum bilesenleri betondaki
ASR olusumunu olumsuz olarak etkiler veya geciktirir. (9). ASR’ye dayanıklı çimento
üretimi için lityum bilesenleriyle portland çimentosunun birlikte ögütülüp karıstırılması için
bir çalısma yapıldı. Optimum sülfat miktarının belirlenmesi için lityum karbonat ve lityum
hidroksit mono hidrat üretildi. Bir karısım kullanılarak deneme üretimi yapıldı . Kapalı devre
degirmen lityum hidroksitle birlikte daha uzun dönem yüksek dayanım saglarken çimento
daha az ASR jeli üretti.
Gecikmis Etyrenjit Olusumuna (GEO) Karsı Alınması Gereken Önlemler
Gecilmis etrenjit olusumuna diger adıyla ısı nedeniyle olusan gecikmis genlesmeye(10) son
zamanlarda büyük bir önem verilmistir. Hangi terim seçilirse seçilsin GEO iç sülfat etkisini
belirtir. Daha önceden bulunan etrenjiti yok edecek veya ilk olusumunu engelleyecek kadar
yüksek ısıda sonradan olusan etrenjit anlamına gelir. Hem yerinde dökme hem de prefabrik
betonlarda görülür. Laboratuvarlarda harç ve betonlar üzerinde yapılan çalısmalar
göstermistirki GEO çatlak ve genlesmeyle birlikte bazı kosulların olusmasıyla görülür.
Malzeme sıcaklıgı 60° C nin üzerinde olmalıdır.Çimentoların kütlece SO3/Al2O3 oranı en az
0.5 – 0.6 arasında olmalıdır. (11) Bir çok çimento çesidi¸ modern ASTM III çimentoları dahil
olmak üzere bu kosulu saglar. Isıl uygulamadan sonra bakım ya su içerinde yada neredeyse
suya doygun hava kosullarında yapılmalıdır.Bunlar gerekli ama yeterli olmayan kosullardır.
Genlesme oranı veya maksimum genlesme miktarı birkaç faktöre dayanır. Bu faktörlerden bir
kısmı çimento yapısıdır. Yüksek alkali çimentolarda genlesme daha fazladır fakat yeteri
miktarda cüruf veya uçucu külle harmanlanmıs çimentolarda yok varsayılabilecek kadar veya
hiç genlesme olmaz. (12)
GEO ‘dan kurtulma tezlerinden biri olan düsük alkali ve düsük sülfat (<3>30mm) oranının ve
(<5m) ince çimento partikülleri oranının azaltılmasıyla iyilestirilir. Bu nedenle granülometrisi
kontrol edilmis daha bir dane dagılımı gösterirler. Granülometrisi kontrol edilmis çimentolar
yüzey alanı daha fazla olan çimentolardan daha hızlı dayanım kazanabilirler. Uçucu kül ve
cüruflarla yapılmıs katkılı çimentolarda kullanmaya çok uygundurlar. Granülometrisi kontrol
edilmis çimentonun hızlı dayanım kazanması uçucu kül ve cüruftan dolayı yavas dayanım
kazanımını telafi eder.
Uçucu kül ¸ cüruf veya silika içeren katkılı çimentoların gelisimine izin vermek için ilk önce
yeni performansa dayalı standardların (örnegin ASTM C1157) ve bu kategorideki çimentolar
için olan uygulama sartları ve hükümlerin uygulamaya konması gerekmektedir. Eger
gerekirse ulusal standardlar revize edilmeli veya bu tip çimentoları da içerecek sekilde
degistirilmelidir. Çimento endüstirisinin ortak deney standardlarına ihtiyacı oldugunu
söylemek yanlıs olmaz. Bu deneylerin uluslararası olarak standardlasması kalite kontrolün
uluslararası seviyede tanınmasını kolaylastıracaktır.
Son on yılda bir kaç ülke standardlarını farklı miktarlarda kireç tası ilavelerine ¸bazılarında
%35’e kadar¸ izin verilmistir. Modern ögütme sistemleri yüksek verimlilige sahip
ekipmanlarla donatılmıstır. Dik bir gradasyon kusma veya geciktirilmis prize neden olabilir.
Düsük miktarda kireç tası tozu gradasyonu kabalastırır daha düz hale getirir ve
dezavantajlardan arındırır.
Yapılar insaat mühendisligi ve yapı bilimindeki gelismelerle dizayn olarak karmasıklasıp ve
alan olarak genisledikçe yüksek performanslı çok amaçlı çimentolara ihtiyaç artacaktır.(15)
Geleneksel cüruf ¸ uçucu kül ¸ silis dumnaı veya dogal puzolan içeren iki bilesenli katkılı
çimentolar performans ve fonksiyon sartlarını artık saglayamamaktadırlar. Sonuç olarak çok
bilesenli katkılı çimentolar önem kazanmaya basladılar ve büyük olasıkla gelecek yüzyılda
arastırmaların odagı olacaktır. Üçlü veya dörtlü katkılı çimentoların arastırmalarla üretime
geçecek ve 21. yy’da kullanımları gelisip yaygınlasacaktır. Bilgi çagı merkezli yaratıcılıkla
yüzen havalimanları ¸ yüzen sehirler ¸ çok genis köprüler ¸ yeraltı yapıları veya ultra yüksek
yapılar gibi büyük yapı projelerinde maaliyeti düsük fakat ucuz olması gerekmeyen hızlı yapı
teknolojilerine ihitiyaç vardır. Rahat yasam alanı için sosyal sartları ¸ çevreyle uyumu ve
yapıların bakımının kolaylıgı için çimentoda reaksiyon kontrol fonksiyonu ¸ yapı kontrol
fonksiyonu ve akıllı fonksiyon konularında devrim niteliginde olan degisimler gerektigini
göstermektedir.(20)
Tipik bir örnek olarak çok genis köprülerin yapımında sualtı beton dökümü gerekmesidir. Bu
tip betonların yapımı zor sartlar getirir. Örnegin 50cm akma çapı , 8 saat veya daha fazla bu
akıskanlıgın korunması , 30 saat veya daha kısa sürede priz ,30 °C veya altında ısı olusumu ve
91 günde 280kgf/cm2 basınç dayanımı (21). Böyle bir performans elde etmek klinkerin
bilesenlerini degistirerek mümkünken , katkılı çimento kullanmak yeni bir klinker tipinin
üretiminin maaliyeti dikkate alındıgında daha avantajlıdır. Ayrıca uzun dönemde kaynakların
korunması ve enerji tasarrufu saglar. Genel olarak cüruf , uçucu kül veya silis dumanı ile
yapılan iki bilesenli çimentolar bu performans kriterlerini saglayamazlar. Bu özellik üç
bilesenli katkılı çimentolar kullanıldıgında saglanabilir.
Bu üç bilesenli çimentoların daha iyi yayıldıgı , daha az bosluk olustugu , daha homojen ve
baglayıcı partiküllerin etrafında daha ince bir su tabakası olustugu bilinmektedir. Sertlesmis
üç bilesenli bir çimentoda C-S-H yapısı baglaycı bilesenlerin yapısına baglıdır. Priz alma ,
dayanım gelisimi üç bilesenin karısım oranları , özellikleri ve inceligine baglıdır. Erken
yaslarda dayanım harmana giren ek bilesenlerin artmasıyla azalmasına karsın 28 günlük
dayanımları normal portland çimentosuna esit veya daha fazla olmaktadır.
Genel olarak uçucu kül dolgu malzemesi olarak rol alsa da betonda ısı olusumu cüruflu
çimentodan daha düsüktür ve uçucu kül miktarının artmasıyla açıga çıkan ısı düser. (22). Iyi
kürlenmis üç bilesenli çimentoların geçirgenligi az olmasına ragmen karbonatlasması daha
fazladır. (23). Uchkiwa(24) tarafından yapılan bir çalısma göstermistir ki alkali iyonların
difuzyonu ve hareketleri sertlesmis pastadaki bosluk yapısına baglıdır. Küçük kılcal bosluklar
jel bosluklardan daha fazla difüzyonu engellemede katkıda bulunurlar. Alkali iyonların
difüzyon katsayısı portland çimentosunun sertlesmis pastasında cüruflu çimento veya uçucu
küllü çimentoya göre daha fazladır. Klorürün difuzyon katsayısı üçlü bilesenlilerde ikili
bilesenlilere göre daha düsüktür.(25)
Sonuçlar
Bugün çimento endüstrisinin önünde büyüyen çevresel zorluklar bulunmakdır NOx ve SOx
emiyonlarında sınırlamalar endüstri tarafından takip edilmektedir. Ek olarak Kyoto
anlasmasına göre çimento fabrikaları CO2 emisyonlarındaki artan sınırlamalar ve limitlere
cevap vermek zorundadırlar. Buna bir çözüm ise düsük klinker oranlı çimentolar üretmektir.
Bu özellikle CO2 emisyonuna yol açmayan bilesenler kullanan katkılı çimemntoların üretimi
anlamına gelmektedir. Bu ayrıca bu yüzyılda artan çimento ihtiyacını karsılayacak bir kaynak
saglayacaktır. Çimento üreticisinin bakıs açısından katkılı çimentoların üretimi fazla yatırım
yapmadan tesis kapasitesini artıracaktır. Bugunkü egilim tek katkılı çimentolar yerine iki , üç
dört farklı katkılı çimentoların üretimidir. Bu çimentolar iki katkılı çimentolardan daha
verimli olmaktadır. Bir kısım portland çimentosunun kireç tası tozuyla yer degistirmesinin
avantajları anklasılmıs ve bir kaç ülkede kullanılmaya baslanmıstır. Arastırmalar
göstermistirki kontrol edilmis granülometri katkılı çimentoların özelliklerini iyilestirmektedir.
Çimento fabrikalarının hazır beton tesislerine göre daha iyi ekipmanlara sahip oldugu ve
hammadde ve son ürünün takibinin daha iyi oldugunu söylemek yanlıs olmaz.
Tarifçi standardlar yerine performansa dayalı standardlara acil olarak ihtiyaç duyuldugu
açıktır. Örnegin yeni ASTMC1157 standardı hem özel hemde genel uygulamalar için hidrolik
baglayıcıları dikkate almaktadır. Bu yeni standarda göre çimentolar ASR’nin kontrolü ,
sülfata dayanıklılık için mevcut TipII ve Tip V çimentolarının yerine kullanılabilir. Veya
sıcak havada beton dökümü için ısı açıga çıkmasını engelleyebilir. Çimentonun yapısı veya
bilesenleri üzerine herhangi bir sınır konmaması çok önemlidir ve yalnız yeni standardlar bu
tip performans sartlarını içermelidir.
Iyi kalitede ve reaktif olmayan agregaların azaltılmasıyla ASR riski olan agregaların kullanma
zorunlulugu olusmustur. Bu arastırmaları ASR problemiyle basedebilecek yeni bir çimento
gelistirmeye yöneltmektedir. Lityumlu çimentonun üretimi ASR problemini çözmekte bir
alternatif olabilecektir.
