Kalsiyum alüminat çimentosu, Portland çimentosundan daha farklı saha uygulamalarında tercih edilebilir. Çünkü kullanım amacına ve gösterdiği performansa bağlı olarak Portland çimentosundan ayrışan özelliklere sahiptir. Kalsiyum alüminat çimentosu ile Portland çimentosunu birbirinden ayıran başlıca özellik, hidratasyon sonucunda ortaya çıkan reaksiyon ürünlerinin birbirinden farklı olmasıdır. Bu fark, çimentonun priz alma ve dayanım kazanma davranışını oldukça etkiler. Kalsiyum alüminat çimentosu, Portland çimentosuna göre çok daha hızlı priz alma ve dayanım kazanma özelliğine sahiptir. Yüksek erken dayanımının yanında asit ve yüksek sıcaklık gibi etkilere karşı da oldukça dayanıklıdır. Bu sebeple, yüksek ısıya dayanıklı refrakter malzemeler olarak kullanılabilirler. Serimizin ilk yazısında refrakter nedir konusunu detaylıca ele almıştık, yazımıza Refrakter Nedir? Kalsiyum Alüminat Çimentosu Refrakter Olarak Nasıl Kullanılır? buradan ulaşabilirsiniz. Serimizin devamı niteliğindeki bu içeriğimizde ise kalsiyum alüminat çimentosunun refrakter olarak nasıl kullanıldığından bahsedeceğiz.
Kalsiyum Alüminat Çimentosunun Refrakter Olarak Kullanılması
Kalsiyum alüminat, 1876’da Vicat tarafından bulundu. Ancak çimento olarak 1913’te betonda sülfat etkisini azaltmak için üretilmeye başlandı. Sonraki yıllarda da alümina (Al2O3) miktarı % 40-80 olan alüminatlı çimento, refrakter uygulamalarda kullanılmaya başlanmıştır. Bunun en temeldeki sebebi alüminanın yüksek sıcaklıklara karşı dayanıklılığıdır diyebiliriz. Kalsiyum alüminat çimentosu; içeriğindeki alümina oranına bağlı olarak yüksek sıcaklıklara dayanımı ile refrakter uygulamasında uzun ömürlü ve zor şartlara dayanan ürünler elde edilmesine olanak tanır. Dolayısıyla, özel uygulamalarda ve Portland çimentolarının performansının yetmediği alanlarda kalsiyum alümina ile kesin çözümler elde edilir. Kalsiyum alüminat çimentosu hakkında daha detaylı bilgiye Kalsiyum Alüminat Çimentosu Hakkında Bilmeniz Gereken Her Şey adlı yazımızdan ulaşabilirsiniz.
Kalsiyum Alüminat Çimentosunun Tercih Edilme Nedenleri Nelerdir?
Betonun içinde çimento pastası, agrega ve su bulunur. Karışımdaki bu malzemeler, yüksek sıcaklıklar karşısında farklı davranışlar ortaya koyarlar. Çimento pastası sıcaklık artışıyla doğal bir genleşme gösterir. Bu arada da hidratların içerdikleri suyu kaybetmesiyle beraber yapıda büzülme meydana gelir. Bu genleşme ve büzülme aynı anda meydana geldiğinde ise yapıda gerilmeler oluşturur. Bu gerilmeler etkisiyle de çatlaklar ortaya çıkar. Literatürdeki araştırmalarda kalsiyum silikat hidratların 500 °C ve üzerindeki sıcaklıklarda kısmi olarak buharlaştığı görülmüştür. Başka bir çalışmada ise TS 6271 standardına göre alüminat miktarı % 40 olan Kalsiyum alüminat çimentosunun tamir harcı içindeki davranışı araştırılmıştır. Bu kapsamda; tamir harçlarında konvansiyonel Portland çimentoların farklı oranlarda kalsiyum aluminatlı çimentolarla karışımının etkileri incelenmiştir. Daha detaylı bilgi için Portland Çimento ve Priz Hızlanma Mekanizması adlı yazımıza göz atabilirsiniz.
Bu etkiler; priz süresi, yapışma ve basınç dayanımlarına olan etkilerdir. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda bazı bulgular elde edilmiştir: Kalsiyum alüminat ikamesi ile priz süreleri kısaltılabilir. Ayrıca dayanım kazanma hızı da arttırılır. Bu sayede, hızlı sertleşen ve yüksek performanslı ileri tamir harçları elde edilebilir. Betonun aşınma direnci de literatürde ölçülmüştür. Kalsiyum alüminat çimentosunun çok pahalı bir ürün olmasına rağmen asit etkisine karşı davranışı ve aşınmaya karşı performansı oldukça iyidir. Ayrıca, kimyasal ve biyolojik korozyona karşı termal sarsıntı direnci üzerine yapılan deneyler de kalsiyum alüminat çimentosunun aslında birçok uygulamada daha ekonomik olabileceğini gösterir.
Refrakter Malzemelerin Genel Aşınma Mekanizması ve Dikkat Edilmesi Gerekenler
Refrakter malzemenin genel aşınma mekanizması literatürde tanımlıdır. Bu mekanizmada; çimento hammadde, ürün ya da yan ürünleri; astar malzemesi olarak kullanılan refrakter malzemenin mikro gözeneklerinden içeri nüfuz eder. Bu madde veya ürünler gözeneklerde belli bir konsantrasyona ulaşırlar. Bu konsantrasyon ergime noktalarına geldiğinde en üst kesitte erime başlar. Eğer malzemede yüksek alümina bir katkı ya da benzeri bir bileşen mevcutsa kısa süreli oluşan bu sıvı faz bu bileşen veya katkı tarafından absorblanır. Böylece yüzey altında ergiyen fazın aşağıya süzülmesiyle camlaşma başlar. Kırılgan hale gelen kesit, koparak ana çalışma astarından ayrılır. Sıcaklık arttıkça ergiyen miktar ve dolayısı ile koparak aşınan miktarda artış gözlenir. Ayrıca, refrakter astarının gözenekliliğinin fazla olması da fiziksel olarak bu aşınmayı arttırıcı bir etkendir. Gözenekliliğin ölçüsü yüzde hacim olarak ifade edilir. Bu, görünür porozitedir. Porozitenin imkanlar dahilinde düşük olmasına çalışılmalıdır. Çünkü, yüksek sıcaklıklardaki reaksiyonlar gözenek yapısında su kaybını başlatır. Sıcaklık artışı hidratasyon ürünlerinin bozunmasına ve C-S-H yapısının parçalanmasına neden olur. Hidratasyon hakkında daha detaylı bilgiye Hidratasyon Nedir adlı içeriğimizden ulaşabilirsiniz.
Kalsiyum Alüminat Çimentosunun Refrakter Olarak Kullanılması Neden Önemlidir?
Kalsiyum alüminat çimentosu, sahip olduğu özelliklerinden ötürü birçok farklı kullanım alanına sahiptir. Çünkü farklı kullanım amaçlarına yönelik yüksek dayanım ve hız anlamında güçlü performans özellikleri sergiler. Ayrıca, yüksek sıcaklık ve aside karşı direnci de oldukça yüksek oldundan dolayı yüksek ısı ve asit direnci gerektiren alanlarda da sıklıkla tercih edilir. Literatürdeki çalışmalar da refrakter beton üretimi için farklı oranlarda kalsiyum alüminatlı çimento kullanarak numuneler üretilebileceğini gösterir. Normal Portland çimento pastası sıcaklık artışıyla doğal bir genleşme gösterir. Genleşme ve büzülmeden kaynaklı yapıda gerilmeler meydana gelir ve bu durum, çatlaklara sebebiyet verip betonun servis ömrünü kısaltır. Dolayısıyla, normal Portland çimentosunun performansının yetersiz kaldığı durumlarda sıklıkla kalsiyum alüminat çimentosu tercih edilebilir. Kalsiyum alüminat çimentosu; içeriğindeki alümina oranına bağlı olarak yüksek sıcaklıklara karşı dayanımı ile refrakter uygulamasında uzun ömürlü ve zor şartlara dayanan ürünler elde edilmesine olanak tanır. Bu yazımızda, kalsiyum alüminat çimentosu refrakter olarak nasıl kullanılır konusuna değindik. Serimizin bir sonraki içeriğinde ise kalsiyum alüminat çimentosunun refrakter olarak kullanılması ile ilgili yapılan deneysel çalışmalar ve sonuçları nelerdir kısmını ele alacağız.
Kullanılan Kaynaklar:
- Büyükçayır İ., ‘‘Çimento Sanayi Refrakterleri Aşınma Mekanizmaları ve Malzeme Seçimi ve İlgili Temel Kriterler’’ Cement and Concrete World, No.37 , pp. 42-48, 2002.
- TS 6271 – Alüminalı Çimentolar- Refrakter Olarak Kullanılan, Türk Standartları Enstitüsü ,1988
- Scrivener K.L., Cabrion J.L., Letourneux R., ‘‘High-performance concretes from calcium aluminate cements’’ Cement and Concrete Research, Vol.29,pp.1215-1223, 1999
