Çimento ve Çimento Sektörü

Çimento günümüz dünyasında çok önemli bir yere sahiptir. Ömrümüzün neredeyse yarıdan fazlasını geçirdiğimiz betonarme yapıların en önemli bileşenidir.

Çimento bileşenleri incelendiğinde ana bileşen olarak Klinker(Kalker+Kil) ve Alçı Taşı söylenebilir. Bu bileşenlere ek olarak katılan malzemeler üretilen çimento tiplerine göre değişmektedir. TSE’ de çimento ürünlerinde 5 ana tipte işaretleme yapılmaktadır. İşaretleme şunları içermektedir. Ana Çimento, Portland Çimento klinkeri oranı, ikinci ana bileşen, standart dayanım sınıfı ve erken dayanım kazanma hızı özelliklerine göre sınıflandırma yapılmaktadır. Mesela Cem-I Çimentosu TSE’nin belirlemiş olduğu standartlara göre %95 minör bileşen olarak klinker olması gerektiğini söyler. Geriye kalan %5 lik kısım ise alçı taşı olduğunu söyleyebiliriz. Cem-I çimentosu katkısız çimento olarak bilinir. Biraz önce bahsettiğimiz adlandırma konusunu biraz açarsak; Cem-I 42,5R üreten bir fabrika üretmiş olduğu bu tür çimentonun 28 günlük basınç dayanımının minimum 42,5 kN geldiğini ifade eder. Bu mukavemet değeri fabrikaları incelediğimizde genellikle 50 kN üzerinde tutulur. Çimento adında yer alan R ise, çimentonun erken dayanım özelliği gösterdiğini vurgular. Zaten şuan yapılan inşaatlara baktığımızda bugün dökülen betonun ertesi gün neredeyse prizini tamamladığı görülür. Bu olayda tabi ki tek etken bu özellik değildir.

Çimentoda üretilen başka bir tür ise Cem-II 32,5 ve 42,5R çimentolarıdır. Cem-II katkılı çimento olarak da söylenebilir. Burada katkı olarak tras adı verilen toprak, marn, kil, uçucu kül, kimyasal pigmentler, hava sürükleyici katkılar ve mineral maddeler kullanılabiliyor. Örnek verecek olursak Cem-II de trası % 25,kalkeri % 5-6, alçıyı ise % 5 civarı ve geriye kalan kısmı klinker ile tamamlayarak kabaca Cem-II 32,5 R çimento elde edilebilir. Bu bahsettiğim reçete ile iyi bir çimento elde edilip edilemeyeceği bölgeden bölgeye farklılık gösterir. Şöyle ki, fabrikaya gelen hammaddenin yani klinkerin özellikleri, Trasın, Kalkerin, a-Alçı Taşının özellikleri de büyük önem arz eder. Analiz sonuçlarına göre bir reçete yapmak en doğru olanıdır. Örnek vermek gerekirse alçı çimentonun olmazsa olmazlarındandır. Çimento içinde hidratasyonu ve priz süresinin ayarlamasını yapmak için reçete üzerindeki alçı miktarının ayarlanmasıyla birazda olsa yapılabilmektedir.

Klinkerden biraz bahsetmek istiyorum. Başlıca 4 ana bileşenden oluşur. C₃S olarak bilinen Tri Kalsiyum Silikat(3CaO,SiO₂) tır. C₃S saf olmayıp içinde Magnezyum ve Aluminyum Oksitlerini de barındırmaktadır. Çimentoda mukavemeti sağlayan bileşendir. Çimento içindeki miktarının artması erken mukavemet değerinide artıracaktır.C₂S olarak bilinen Di Kalsiyum Silikat(2CaO,SiO₂)’tır. Klinkerin pişirilmesi sırasında oluşur. Bu bileşen çimentoda mukavemet alma süresini yavaşlattığı için pek de istenen bir bileşen değildir.C₃A Tri Kalsiyum Alüminat  (3CaO, Al₂O₃)’tır. Beton maddeleri içerisinde hidratasyon sırasında hidratasyon ısısı yükselir ve etrenjit adı verilen Sülfatlı Candlot Tuzu oluşturur. Şöyle ki; bu etkileşimler betonda istenmeyen genleşmelere ve çatlaklara neden olur.

C₄AF Tetra Kalsiyum Alümina Ferrit(4CaO,Al₂O₃,Fe₂O₃)’tir. Çimento içinde fazla bir etkinliği olmamasına rağmen etkileri C₃A gibidir. Klinker oluşum sıcaklığını düşürerek çimento üretimine fayda sağlar.

Klinker örneği

Çimento fabrikasında bulunan, kalite kontrol laboratuarlarında üretilen üründen sıkça numune alınır ve kontrol edilir. Laboratuarda rutin olarak yapılan analizler vardır. Bunlar; çözünmeyen kalıntı,SO₃ miktarı, kızdırma kaybı, serbest kireç miktarı gibi analizlerdir. Biraz öncede bahsettiğim C₃S,C₃A,C₂S,C₄AF ya da CaO,Al₂O₃,MgO,Na₂O,K₂O,SiO₂ gibi bileşenlerde rutin olarak hem fabrikaya gelen k-Klinkerde, Trasta, diğer katkı maddelerinde ve üretilen çimentoda XRF cihazı ile daha kolay ve daha hızlı sonuç almakta kullanılmaktadır. XRF cihazı radyoaktif ışınlar yayan bir cihazdır. Bu cihazın çalışması için gerekli sıcaklık ve nem koşulları vardır. Genellikle kendine has bir odası bulunur. OHSAS kanunlarına göre cihazla çalışmadan önce ortamdaki radyasyonu Dozimetre ile ölçmeniz gerekir.

Rutin yapılan analizlerden biraz bahsedecek olursak, kızdırma kaybı kalkerden gelir. Kızdırma kaybında standart üst limit Cem-I 42,5R için  %5 olsada, fabrikaların yıllık hedef planlarında bu oran 3-3,5 arasında yer almaktadır. Kızdırma kaybı oranı yüksekse veya düşükse, kalker ile bu oran ayarlanabilir. Kızdırma kaybı sadece kalker üzerinde oynanarak istenen sonuçlar elde edilemediyse, klinker kaynağı incelenmelidir. Cem-II Çimentosuna katılan Trastan ise çözünmeyen kalıntı gelir. Çözünmeyen kalıntı deneyi çimentonun HCl de çözülüp, vakum altında süzülmesi, çökeltinin yıkanması ve kül fırınında kızdırılmasıyla yapılır. Yapılan deneyler TSE EN-197 serisinden yapılabilmektedir. Çözünmeyen kalıntı miktarında % 5 ‘ e kadar üst limit var iken, fabrikalar % 1,5 altında ürün üretmeye çalışırlar.%SO₃ miktarı ise çimentoda Alçı taşından gelir. Burada kalsiyum sülfatın ısı etkileşimden dolayı CaO ve SO3 vererek bozunmasıdır.SO₃ miktarında müsade edilen miktar %4 oranındadır.

Çimentoda yapılan deneyler bu anlattıklarımla sınırlı değildir. Çimento fabrikalarında Kalite Kontrol Laboratuarı; Kimya, Fizik ve Beton laboratuarı olarak ayrılmıştır. Bu laboratuarların her birinde ayrı ayrı elemanlar çalıştırılabildiği gibi, bir veya iki kişinin bu üç laboratuara baktığı işletmelerde mevcuttur. İşin laboratuar kısmında Kimya Teknisyenleri, Kimyagerler, Kimya Öğretmenliği mezunları, Fizik Bölümü ve Kimya Mühendisleri istihdam edilmektedir. Tabi bazı şirketler çekirdekten yetişme elemanlarada şans tanımaktadır. Yukarıda anlattığım üç laboratuarda bir üst yetkili olan bir şefe bağlıdır. Bahsettiğim bu şeflik kısmında Kimyagerler ve Kimya Mühendisliği mezunları istihdam edilmektedir.

Kaynaklar

1. www.thbb.org/utılity.aspx
2. www.thbb.org/contest.aspx
3. http://enerjienstitusu.com/medya/nuh-cimento-evsel-yakit-sanayi.jpg
4. http://images-mediawiki-sites.thefullwiki.org/11/4/0/4/44183793165135706.jpg
5. http://www.123rf.com/photo_15918251_pile-of-dry-grey-portland-cement-isolated-on-white.html

Yazar : Ahmet YILMAZ

Üniversite : Ondokuz Mayıs Üniversitesi

Bölüm : Kimya Mühendisi

Dergi : Sayı 2– Sayfa 32