Çimento tane boyutu dağılımı (PSD), dağılımın homojenliği ve özgül yüzey alanı çimentonun özellikle dayanımı üzerinde büyük etkiye sahiptir. Bu parametreler, çimentodaki ince ve kaba parçacıkların oranını tanımlar. Farklı boyuttaki taneler çimentonun hem kimyasal hem de mekanik özellikleri üzerinde etkilidir.
Çimento Tane Boyutu Aralığı Nedir? Neye Yarar?
Çimentonun tane boyutu, 6,5-90 μm aralığında değişim gösterir. Büyük çoğunluğu 20-30 μm arasındadır. Çimento tanelerinin aktifliği ve hidratasyon sonucu daha yüksek dayanımlar verebilmesi ince öğütülmelerine bağlıdır. İncelik, özellikle hidratasyonun erken aşamalarında, dayanım gelişimi için çok önemlidir.
Taneler ne kadar ince ise o kadar çok hidrate olurlar. İri bir tanede su içeriye nüfus etmez ve orta kısmı hidrate olmaz. Hidrate olan kısmın fazlalığı dayanımı artırır.
Çimento Tane Özelliklerinin İncelenmesi Nasıl Gerçekleşir?
Çimento öğütme kalite kontrolünde, tane boyutu dağılımının (PSD) ölçüm imkanına rağmen, genellikle Blaine yöntemiyle belirlenen özgül yüzey alanı (ÖYA), 90 μm ve 45 μm eleklerin üzerinde kalan malzeme miktarı kullanılır (TS EN 196-6).
Ancak sadece bu yöntemlerle, gerçekleştirilen boyut küçültme ve sınıflandırma işlemlerinin verimliliğini değerlendirmek pek mümkün değildir. Optimizasyonlarda çimento tane boyutu dağılımlarının da kullanılması uygundur. Tane boyutu dağılımı (PSD) otomatik cihazlarla gerçekleştirilerek dağılım eğrileri çıkarılır.
Tane boyutu dağılımında en önemli parametre homojenlik faktörü olup, ‘n’ ile ifade edilir. “n”, granülometrik boyut dağılımı çizgilerinin eğimi ile ilişkilidir. Homojenlik (uniformity) faktörü (n), ÖYA göz önünde alınarak değerlendirildiğinde, bize numunemizin homojen olup olmadığını anlamada yol göstericidir.
Çimentonun Tane Boyutu Dağılımı Neleri Etkiler?
Çimento dayanımı büyük ölçüde 3-30 μm aralığında tane boyutundan etkilenir. 60 μm’den daha büyük tanelerin sadece bir “doldurma etkisi” vardır. Dayanım gelişimine neredeyse hiç katkıda bulunmazlar.
Tsivilis, en iyi çimento tane boyutu dağılımı için, 3-32 μm aralığının % 65’in üzerinde, 3 μm altındaki tanelerin yaklaşık % 10 ve ÖYA’nın ise 2500-3000 cm2/g olması gerektiği, dayanım gelişimine en fazla katkıda bulunan tane aralığının 16-24 μm olduğu sonucuna varmıştır.
Troxell vd., çimentoda, 0-3 μm oranı arttırıldığında başlangıç dayanımının daha yüksek olduğunu, daha yüksek 28 günlük dayanım elde etmek için daha yüksek oranda 3-25 μm aralığında çimento gerektiğini belirlemişlerdir.
Homojenlik faktörü n değerinin büyük olması tane boyutu dağılımının daha dar bir aralıkta gerçekleştiğini, küçük olması daha geniş aralıkta bir tane boyutu dağılımına sahip olduğunu gösterir.
Eşit ÖYA sahip iki çimento karşılaştırıldığında, düşük ‘n’ değerleri, bir diğer deyişle daha geniş aralıkta tane boyutu dağılımı, su ihtiyacını azaltıp, doldurma yoğunluğunu arttırır. Daha dar aralıkta tane boyutu dağılımı ise çimentoda su ihtiyacını ve hidratasyon hızını arttırır.
Çimento harcının standart kıvama ulaştırılabilmesi için gerekli su miktarının artması çimento tanecikleri arasında daha çok boşluk bulunması anlamına gelir. Bu durum dar bir tane boyutu dağılımına sahip olunduğu anlamına gelir.
Aynı derecede hidrasyonun, yüksek incelik ama daha geniş dağılım gösteren bir örnek yerine daha dar bir boyut dağılımına ve daha düşük ÖYA’a sahip bir örnekle elde edilebildiği görülmüştür [Kuhlmann].
Tane boyutu dağılım grafiğinin başında ve sonunda gözlemlenen ince ve kaba malzemelerin yer aldığı uçlar dayanım üzerinde farklı etkilere sahiptir. Eğer iki uç için de değerler minimize edilirse dağılım çok daha homojen olacak ve daha yüksek dayanım değerleri elde edilecektir. Su ihtiyacı ve priz süreleri göz önünde bulundurularak bu iki uç için optimizasyon yapılması dayanım noktasında büyük kazançlar sağlayabilir.
Çimento tane özellikleri incelenirken sadece boyut değil aynı zamanda şekil parametresi de önemlidir. ‘S’ şeklinde gözlemlenen bir tane boyutu grafiği, numune içerisinde farklı boyutlarda tanelerin homojen bir şekilde dağıldığını gösterir.
Çimento tane boyutu dağılımının performans üzerindeki etkisi, içerisindeki mineral katkıların da tane büyüklüğünden etkilenir.
Çimento Tane Boyutu Dağılımının Beton Üzerindeki Etkisi Nedir?
Çimentonun tane boyutu dağılımından etkilenen temel beton özellikleri;
- Dayanım,
- Priz süresi,
- Geçirgenlik,
- Hidratasyon ısısı,
- Su ihtiyacı ve
- Mikro yapı olarak karşımıza çıkar.
Çimento tane boyutu dağılımı, tanelerinin doldurma yoğunluğunu ve hidratasyon oranını etkiler. Tane boyut dağılımı uygun olan çimento ile hazırlanan betonda yeterli hidratasyon ürünleri sağlanır. Gözenek büyüklüğü küçük, geçirimliliği düşük, kompakt yapıda, uniform, dayanıklılığı yüksek bir beton elde edilir.
Çimento inceliğinin beton dayanımına olan etkisi ilk yaşlarda (1-3 gün gibi) sonraki yaşlara (28. gün ve sonrası) göre daha belirgindir. Çok ince tanelerin hidratasyonu daha hızlı olur. Bundan kaynaklı betonda daha büyük hidratasyon ısısı açığa çıkar ve priz süresi kısalır.
3 μm altındaki çok ince tanelerin artması, beton karışımı için gerekli su miktarını arttırır. Bu durum, betonda terlemeyi azaltırken, istenmeyen büzülme ve çatlamaya eğilimi arttırır.
Çok ince taneli çimento özel bir çimento tipidir. Özel uygulama alanları için kullanılır. Çok ince taneli çimento, daha çok geçirgenliği azaltmak için tünellerde, petrol kuyularında ve zemin konsolidasyonunda kullanılır.
Kütle betonlarda çok yüksek hidratasyon ısısı açığa çıkacağı için çok ince taneli çimento kullanılması tavsiye edilmemektedir.
Çimento Tane Boyutu Dağılımı Neye Yarar?
Çimento tane boyutu dağılımında, ince tanelerin erken dayanım üzerinde daha büyük etkisi vardır. Geç dayanım, 30 μm büyüklüğe kadar kaba tanelerden daha fazla etkilenir. Dar ve geniş tane boyutu dağılımının çimento özellikleri üzerinde farklı etkileri olduğu bilinir. Daha hızlı bir hidrasyon oranı için de daha dar bir dağılım gerekir. Daha yüksek bir doldurma yoğunluğu için daha geniş bir tane boyutu dağılımına ihtiyaç vardır. Doldurma yoğunluğu ve hidratasyon ürünü miktarı göz önüne alınarak optimum tane boyutu dağılımı ile çimento hamurunun en yoğun yapısı oluşturulabilir.
Kullanılan Kaynaklar:
- The Effects of Particle Size Distribution
- Influence of Cement Particle Size Distribution
- Effects of Cemennt Particle Size Distribution on Performence Properties
- S. Tsivilis, S. Tsimas, A. Benetatou, E. Haniotakis, Study on the contribution of the fineness on cement strength, ZKG 1 (1990) 26–29.
- The Theoretic Analysis of the Influence of the Particle Size Distribution of Cement System on the Property of Cement
- Particle Size Distribution and Properties of Cement. Part I: Strength of Portland Cement
- The Constitution and Specifications of Portland Cements, C.Hewlett Peter, Lea’s Chemistry of Cement and Concrete, John Wiley & Sons, 1998, 131-188
