Çimento Üretim Aşamaları: Kalsiyum Alüminat Çimento Fazları Nelerdir?

Kalsiyum alüminat çimentosu ısıya dayanıklı, yüksek performans ve dayanım gösteren özel çimentolardır. Yazımızda kalsiyum alüminat çimentoları nasıl üretilir, fazları ve etkileri nelerdir sorularına cevap vereceğiz.

Çimento Üretim Aşamaları Nelerdir?

Hammadde: Kalsiyum alüminat çimentosu üretimi için temel hammaddeler kireçtaşı ve boksittir. Alümina doğada yaygın olarak dağılmış olmasına rağmen genellikle silika ile (killerde olduğu gibi) oluşur, ancak boksit, çimento üretimi için yeterli bir ölçekte ticari olarak mevcut olan tek uygun mineraldir. Standart CAC kaliteleri (%38-40 Al₂O₃) demirli boksitlerden yapılır ve %20’ye kadar demir oksit içerir. Titanyum, magnezyum ve alkali oksitler gibi safsızlıklar da diğer fazların oluşumundan dolayı kaliteyi düşürür.  Silika içeriği oldukça düşük (<%6) olmalıdır, ancak yüzde birkaç titanyum dioksit kaliteyi etkilemez. Kireçtaşının ve özellikle boksitin farklı kaliteleri piyasada bulunur ve nihai ürünün fiyatını etkiler.

Kalsiyum alüminatlı çimentolar, boksit ile kalkerin bir döner fırında eritilinceye (1700°C) kadar pişirilmesi ile elde edilmektedir. Bu çimentolarda alümin miktarı %30’dan fazladır. Soğuduktan sonra, erimiş çimento klinkeri bazalt gibi koyu renkli, ince taneli bir kompakt kayaya benzer. Klinker bilyalı değirmende öğütülür. Bu klinker oldukça güçlüdür ve bu nedenle öğütmek için Portland çimentolarından daha fazla enerji gerektirir. Portland çimentolarının aksine öğütme sırasında herhangi bir mineral ilavesi yapılmaz.

Ortamın indirgenliği ve yükseltgenliği önemli noktalardan biridir. Ortam indirgen durumlarda istenmeyen kompleks fazlar oluşmaktadır. Bu kompleks fazların oluşumu, dayanım ve prizden sorumlu olan fazların azalmasına sebep olacaktır. Bu yüzden fırın içerisinin yükseltgen olması sağlanmalıdır.

Kalsiyum Alüminat Çimento Fazları Nelerdir?

Kalsiyum alüminat çimentolarının reaktivitesi farklı reaktif fazların miktarlarına bağlıdır. Kalsiyum alüminat çimentosu aşağıdaki fazlardan oluşur;

• Kalsiyum monoalüminat (CA, 50-55%)
• Mayenite (C₁₂A₇, 1-3%)
• Gehlenite (C₂AS, 1-15%)
• Ferrit (C₄AF, 15-25%)

CA – Kalsiyum monoalüminat: CAC’deki ana hidrolik mineral, kalsiyum mono-alüminattır (CA). CA’nın hidrasyonu, CAC’lerin ilk dayanıma katkıda bulunur. Alüminat fazı çok reaktif bir faz olması nedeniyle su ile temasa geçtiğinde hızlı sürede priz alır.

C₁₂A₇ – Mayenite: Priz süresinde ektin rol oynar.  Mayenite fazı ortamda nem olduğu sürece var olmaktadır. Çünkü OH- iyonu kristal yapı içerisine katılmaktadır.

C₂AS- Gehlenite: Hammaddeden gelen SiO₂ varlığında ortaya çıkan fazdır. Çimentonun erken hidratasyonunu olumsuz etkiler. Yüksek miktarda oluşması çimentonun reaktivitesini düşürür.

2CaO + Al₂O₃ + SiO₂ C₂AS

C₄AF- (Brownmillerite): Ferrite fazı fırın içi yükseltgen olduğu durumlarda oluşan fazdır. Çimentoya rengini verir.

4CaO + Al₂O₃+ Fe₂O₃ C₄AF

Kalsiyum Alüminat Çimento Fazları Neden Önemlidir?

Yazımızda çimento üretim aşamaları konusunu Kalsiyum Alüminat Çimentosu özelinde anlattık. Kimyasal ve fiziksel özellikleri ile Portland çimentolarından farklı olan Kalsiyum alüminatlı çimentolar (CAC), termal dayanıklılık, aşınma ve asit direnci, erken dayanım alma konularında yüksek performans gösterirler. Bu çimentolar ile pratik, hızlı ve uzun ömürlü tamir betonları da elde etmek mümkündür ve dünyanın birçok yerinde, çeşitli kullanım amaçları ile karşımıza çıkarlar.

Kullanılan Kaynaklar:

• Jason H. Ideker, Karen L. Scrivener, Herve Fryda and Bruno Touzo. 2019. Calcium Aluminate Cements. basım yeri bilinmiyor : Lea’s Chemistry of Cement and Concrete, 2019.
• Pöllmann, Herbert. 2012. Calcium Aluminate Cements –Raw Materials, Differences, Hydration and Properties. Germany : University of Halle-Wittenberg, 2012.
• Kalsiyum Alüminat Çimento Hakkında Her Şey!