İnşaat ve yapı malzemeleri sektörü, hayatımızın birçok alanında karşımıza çıkan ve her anlamda etkileşimde bulunan malzemelerle dolu. Ancak çimento, bu geniş yelpazede kendine özgü bir yere sahip. Çeşitli ürünleri ve sistemleri ortaya çıkaran çimentolu sistemler, yapı sektörünün vazgeçilmez öğelerinden biridir. Çimento ise, bu ürün çeşitliliğinin temelini oluşturan ana malzemedir. Peki, çimento nedir, nasıl oluşur ve hangi hammaddeler kullanılır? Bu soruların cevaplarına merak edenler için, Çimsa blog sayfamızda çimentonun esaslarını açıklamak istiyoruz.
Çimento Nedir?
Çimento, özellikle binaların ve mühendislik yapıların inşası sırasında taş, tuğla gibi malzemeler arasında yapışkanlığı sağlayan ve kütleyi sıkı bir bütün haline getiren yapıştırıcı bir malzeme olarak tanımlanabilir. Günümüzde kullanılan çimentolu sistemler temelini, ilk olarak Roma döneminden ilham alır ve kireç ile kumun karıştırılması ile oluşan harcın birleşimini içerir. Daha sonraki dönemlerde ise sönmemiş kireç ve puzolan karışımlarının kullanılması ve ardından ise kireç taşlarını kalsine etmek suretiyle hidrolik bir çimento elde edileceği keşfedildi. Ancak Portland çimentosunun temeli kireç taşı ve kil karışımın kalsine edilmesi ile oluştu.
Günümüzde bildiğimiz Portland çimento, uygun oranlarda homojen bir şekilde hazırlanan kalker ve kil bileşenlerinin bir döner fırında üretilmesiyle elde edilir ve erimiş bir matris içinde oluşan kalsiyum silikatların sentetik bir karışımıdır.
Döner fırının yanma bölgesindeki kalsinasyon süresi, reaksiyon sıcaklığı ve karışımın fırında kalış süresi, karışımdaki birleşmemiş kireci en aza indirmek ve uygun bir C3S (3CaOSi02) ve C2S (3CaOSi02) karışımı elde edecek şekilde kalsiyum silikatları en üst düzeye çıkararak çimento klinkeri oluşturulur. Ürün, uygun bir tane boyu dağılımına göre ve kontrol edilmiş priz miktarda ayar geciktirici kalsiyum sülfat ile öğütülerek çimento elde edilir. Portland çimentosu bir dizi hidrolik bileşenden oluşur ve her biri özel olarak su ile reaksiyon verir. Bu reaksiyonların toplamı çimentonun sertleşmesine ve dayanıklılık kazanmasına yol açar.
Şekil 1. Çimento karışımı
Çimento Hammaddesi Nelerdir?
Çimento, farklı tiplerine göre birçok hammadde içerir. Çimento ham maddeleri majör olarak kil ve kireç taşından oluşur.
Kireç taşı, çimento üretiminde kullanılan kalsiyum oksitin (CaO) birincil kaynağıdır. İçeriğinde kalsiyum karbonat (CaCO3) bulunur ve fırında pişme sırasında kimyasal bir dönüşümle karbondioksit açığa çıkararak kalsiyum oksit (CaO) haline gelir.
Kil ise çimento üretiminde gerekli olan silika (SiO2), alümina (Al2O3) ve demir oksit (Fe2O3) kaynağı olarak kullanılır. Portland çimento üretiminde aynı zamanda silika kumu, demir cevheri, alüminyum ve demir katkıları gibi minör hammaddelerde kullanılmaktadır. Silika kumu çimento üretiminde trikalsiyum silikat oluşumuna katkıda bulunur. Demir cevheri gerekli olan olan demir oksiti sağlar ve çimentonun rengine katkıda bulunur. Ancak beyaz çimento üretiminde demir oksit miktarının düşük olması beklenir. Çünkü demir oksit çimentonun gri rengi almasında önemli faktörlerden biridir.
Çimento üretiminde kullanılan hammaddeler ilgili oranlarda karıştırılarak döner fırında yaklaşık 1450 santigrat dereceye kadar ısıtılır ve klinker oluşur. Oluşan klinker ince bir toz halinde alçı ile öğütülerek çimento elde edilir. Hammaddelerin bileşenleri, kullanılan katkıların tipleri ve oranları çimento çeşitlerine göre değişiklik göstermektedir.
Çimento Hangi Standartlarda Üretilir?
İngiltere’nin ilk standart spesifikasyonu BS12 ve Amerika’nın ilk ASTM spesfikasyonu 1904 yıllarında yayınlanmasın rağmen yıllar içinde taleplerin sıkılaştırılması ile birçok revizyon gerçekleşti.
Avrupa Birliği ile, Avrupa Standart Komitesi (CEN) çimentoları test etme yöntemlerini içeren EN 196 serisini yayınlamıştır. Türkiye’de ise 2000 yılında Avrupa standartlarına uyarlanarak TS EN 197-1 standardı kullanılmaktadır. Bu standart Avrupa da ve Türkiye’de genel çimento standartlarını ve özelliklerini belirleyen standarttır.
Çimento Çeşitleri Nelerdir?
Avrupa ve Amerika standartlarına göre birçok farklı çimento çeşidi bulunmaktadır. Ülkemizde ise standartlara uygun üretilen çimentolar arasında Portland çimento, Portland kompoze çimento çeşitleri tercih edilmektedir. Özellikle son dönemlerde karbon emisyonu ve sürdürülebilir ürünlere olan duyarlılığın artması ile katkılı çimento çeşitleri daha çok tercih edilmektedir.
TS EN 197-1 standardına göre çimentoların genel sınıflandırılması Tablo 1’de tanımlanmıştır.
| CEM I | Portland çimentosu |
| CEM II | Portland Kompoze Çimento |
| CEM III | Yüksek fırın cüruflu çimento |
| CEM IV | Puzolanik çimento |
| CEM V | Kompoze çimento |
Tablo 1. TS EN 197-1 standardına göre genel çimentolar
TS EN 197-1 standardında olmayan ancak Avrupa standartlar kapsamında olan diğer çimento çeşitleri Tablo 2’de tanımlanmıştır.
| TS EN 14216 | Çok düşük ısılı çimento |
| TS EN 15743 | Süper sülfat çimentoları |
| TS EN 14647 | Kalsiyum alüminat çimentosu |
| TS EN 413-1 | Harç çimentosu |
| TS 13353 | Borlu aktif belit çimentosu |
| TS 21 | Beyaz Portland çimentosu |
| TS 1769 – | Sorel Çimentosu |
Tablo 2. Avrupa standardına göre diğer çimentolar
Çimento tipleri tanımlanırken en çok merak edilen konulardan biri de tanımlama sınıflarının nasıl yapıldığıdır. Çimento tanımlarında bulunan rakamlar ve harflerin ifadelerini aşağıdaki örnek ile açıklayabiliriz.
CEM : Çimento (CEMent) / LL : İkinci ana bileşen cinsi
II : Çimento cinsi / 42.5 : Basınç dayanım sınıfı
A : Klinker oranı / N : Erken dayanım özelliği
Çimento Özellikleri Nelerdir?
Standartlara göre üretilen çimentolarda temel olarak test edilen parametreler bulunmaktadır. Fiziksel, kimyasal, mekanik ve ileri analizler ile çimento özellikler incelenmiştir. Bunlardan en önemlisi çimentonun basınç dayanımı, priz süresi ve inceliğidir. Basınç dayanımı, standart kum ile standartlara uygun olarak belirli bir su/çimento oranı ile hazırlanarak test edilir. Karışımlar standart kalıplarda ve kürleme koşullarında bekletilir. Erken dayanım için 2 ve 7 gün sonunda ve nihai dayanım içinde 28 gün sonunda basınç dayanım testine tabi tutulur. Sonuçların ilgili standartlarda belirtilen şartları karşılaması beklenir.
Şekil 2. Beton uygulaması
Priz başlama ve bitiş süresi; çimento hamurunun plastikleşmeye başlaması ve tamamen sertleşmesi sürecini kapsar. Priz başlama ve bitiş süresi vicat cihazı ile ölçülür. TS EN 197-1’de a priz bitişi ile ilgili bir şart bulunmamaktadır ancak priz başlama süresinin standart kapsamına uyması gerekmektedir. Priz başlama süresi özellikle taze betonun işlenebilirliğini belirlemede yön vericidir.
Çimento inceliği; TS EN 197-1’de incelik için sınır bir değer bulunamamaktadır. Ancak çimento inceliği erken dayanımda önemli bir etkendir. Çimento inceliğinin artması ile su ile olan reaksiyon yani hidratasyonu artacaktır. Bu durum erken dayanımın artmasına neden olur. Standartta sınır bir değer bulunmamasına rağmen literatür çalışmalarında çimento incelik ve tane boyu dağılımının etkilerine değinilmiştir ve belirli bir sınır değerde olmasını gösteren birçok çalışma bulunmaktadır.
Kaynaklar;
- www.cimsa.com.tr
- Lea’s Chemistry of Cement and Concrete, Elsevier Science & Technology Books, January 2004
- https://www.tse.org.tr/
