Portland Çimento ve Priz Hızlanma Mekanizması: Kalsiyum Alüminat Çimento İlavesi

Kalsiyum Alüminat Çimentosu eklenmesi ile Portland Çimento’sunun priz hızlanma mekanizması değişir. Yalnızca Portland Çimentosu ile hazırlanan karışımlar; yüksek sıcaklık, erken mukavemet, hızlı priz ve çatlaksız yapı gibi farklı ihtiyaçlara farklı çözümler sunma konusunda yetersiz kalabilir. Bu sebeple; Portland Çimento Kalsiyum Alüminat Çimentosu ve Kalsiyum Sülfatın (alçı) farklı oranlarda birleşmesiyle üçlü sistemler olarak adlandırdığımız bağlayıcı sistemler oluşturulur. Üçlü sistemdeki karışım oranları revize edilerek; ayarlanabilir priz süresi, erken mukavemet, hızlı priz ve rötre engelleme gibi ihtiyaçlara uygun çözümler elde edilir.

Portland Çimento Hidratasyonu

Tipik Portland Çimento, aşağıda belirtilen miktar aralıklarındaki mineralojik fazlardan oluşur:

• Alit (C₃S, % 40-70)
• Belit (C₂S, % 10-40 )
• Alüminat (C₃A, % 1-15)
• Ferrit(C₄AF, % 1-15)
• Serbest Kireç (CaO, % 0,5-3)

Alüminat fazı çok reaktif bir fazdır. Bu nedenle, su ile temasa geçtiğinde ani donma dediğimiz “Flash Set” gerçekleşir. Çimento yarı mamülü klinker, alçı ile öğütülerek alüminat fazının hidratasyon reaksiyonları yavaşlatılarak kontrol altına alınır.

Kalsiyum Alüminat Çimentosu Hidratasyonu

Kalsiyum Alüminat Çimentosu, aşağıda belirtilen miktar aralıklarındaki mineralojik fazlardan oluşur:

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

Alüminat fazı çok reaktif bir faz olması nedeniyle su ile temasa geçtiğinde hızlı sürede priz alır. Kalsiyum Alüminat Çimentosu klinkeri öğütülürken herhangi bir katkı maddesi kullanılmaz.

Kalsiyum Alüminat Çimentosu Priz Süresine Etkisi

Alçı; C₃A fazının yüzeyini kaplayarak bu fazın ani reaksiyonunu engeller ve dengeli bir priz süresi sağlar. Hızlı priz alan uygulamalarda eklenmesi gereken Kalsiyum Alüminat Çimentosu miktarı; Portland Çimentosu içerisindeki alçı türü ile değişir. Bu miktar, gypsum ve hemihidrat bulunması durumunda yüksekken; anhidrit alçı bulunması durumunda düşüktür. Kalsiyum Alüminat Çimentosu eklenmesi ile alçı içerisinde bulunan sülfat (SO₄^2-) iyonları, Portland Çimentosunun içindeki C₃A fazının yüzeyi yerine; Kalsiyum Alüminat Çimentosu tarafından salınan alüminat iyonları ile birleşerek etrenjit oluşturur. Yeterli miktarda Kalsiyum Alüminat Çimentosu eklendiğinde, C₃A ile reaksiyona girer ve ortamda bu reaksiyonu sınırlayacak sülfat kalmaz. Bu durumda, C₃A fazı hidratasyonu nedeniyle hızlı priz özelliği elde edilir. Oluşan etrenjit ise erken dayanıma katkı sağlar.

Kalsiyum Alüminat Çimento Katkılı Sistem

Şekildeki grafikte görülen Iso-kalorimetre sonuçlarına göre;

• Kalsiyum Alüminat Çimentosunun baskın olduğu sistemlerde, CA fazının reaksiyonu sonucunda yüksek şiddetli tek bir pik gözlenmektedir.
• Portland Çimentosunun olduğu baskın sistemlerde, düşük şiddetli üç farklı pik gözlenmektedir. Bunun sebebi etrenjit yapısının oluşumundaki ertelenmedir.

Kalsiyum Alüminat Çimentosu Katkı Miktarı ve Alçı: Deneyler

Farklı tür alçı içeren Portland Çimentoların Kalsiyum Alüminat Çimentosu katkı miktarına etkisi;

Ürün A:
Anhidrit baskın alçı türüne sahip olduğu için az miktarda Kalsiyum Alüminat Çimentosu kullanılmaktadır.

Ürün C:
Hemihidrat baskın alçı türüne sahip oluğu için çok miktarda Kalsiyum Alüminat Çimentosu kullanılmaktadır.

Ürün B:
Hem anhidrit hem gypsum baskın alçı türlerine sahip olduğu için diğer iki ürün için kullanılan Kalsiyum Alüminat Çimentosu miktarı arasında olmaktadır.

Yukarıdaki grafikte de görüldüğü üzere 10 dakikalık hızlı priz için;

• Ürün A’da kullanılacak Kalsiyum Alüminat Çimentosu oranı % 14,
• Ürün B’da kullanılacak Kalsiyum Alüminat Çimentosu oranı % 27,
• Ürün C’de kullanılacak Kalsiyum Alüminat Çimentosu oranı % 37 olmaktadır.

Kalsiyum Alüminat Çimentosu Eklenmesi ile Portland Çimento’sunun Priz Hızlanma Mekanizması

Kalsiyum Alüminat Çimentosu eklenmesi ile Portland Çimento’sunun priz hızlanma mekanizması değişiklikler göstermektedir. Dolayısıyla üçlü sistemlerdeki reçete değişiklikleri ile yüksek sıcaklık, erken mukavemet, hızlı priz ve çatlaksız yapı gibi ihtiyaçlara yönelik gerekli çözümleri sunmak mümkündür diyebiliriz. Yapılan deneyler sonucunda;

• Kalsiyum Alüminat Çimentosunun çözünme hızı anhidritten hızlı; gypsum ve hemihidrattan yavaştır.
• Anhidrit içeren Portland Çimento kullanıldığında ya da sonradan kullanılan Kalsiyum Sülfat tipi anhidrit olduğunda; Kalsiyum Alüminat Çimentosu çözünürlüğü anhidritten hızlı olduğu için az miktarda konulması gerekmektedir.
• Kalsiyum Alüminat Çimentosunun çözünürlüğü daha fazla olduğu durumlarda iğne şeklinde etrenjit yapıları gözlemlenmektedir.
• Gypsum ya da hemihidrat içeren Portland Çimento kullanıldığında (Kalsiyum Sülfat tipi gypsum ya da hemihidrat olduğunda); Kalsiyum Alüminat Çimentosu çözünürlüğü bu iki tür alçıdan yavaş olduğu için çok miktarda kullanılması gerekmektedir.
• Her iki durumda da Kalsiyum Alüminat Çimentosu sülfat iyonlarını tüketmekte ve C₃A fazının reaksiyonunu engellemektedir.
• Alçı çözünürlüğü daha fazla olduğu durumlarda kısa kalın etrenjit yapıları gözlenmektedir. Oluşan etrenjit ise erken dayanıma katkı sağlamaktadır.

Kullanılan Kaynaklar:

• Kalsiyum Alüminat Çimento: Dikkat Edilmesi Gerekenler
• Hidratasyon Nedir?