alci tasinin rolu ve önemi.doc

ALÇITAŞININ ÇİMENTO ÜRETİMİNDEKİ ROLÜ VE ÖNEMİ

Çimento üretiminde ilk Portland Çimento üretiminin başlamasıyla birlikte

alçıtaşı da kullanılmaya başlanmıştır. Alçı esas olarak çimentoya donmayı düzenlemek

için ilave edilir. Alçı çimentoyu ani donmadan korur ve böylece betonu bir kaç saat

işlenilebilir yapar.

Alçı çimento üretiminde çok önemli bir bileşendir. Sadece çimentonun

donmasını düzenlemekle kalmaz, ayrıca üretim esnasında öğünebilirlik, stoklama

hassasiyeti, hacim stabilitesi ve mukavemet gibi diğer çimento özelliklerini de etkiler.

CaSO4.H2O Sistemi:

Tablo 1 'de görüldüğü gibi alçıtaşı 5 değişik türde bulunur.

Tanım Formülü Kristal Su Yoğunluk Stabilite Çözünebilme Oluşum

% gr/cm3 Sınır ºC % (20 ºC) Doğada Çimentoda

Dihidrat CaSO4.2H2O 20.92 2.32 <40 0.20 x x

Hemihidrat

(, )

CaSO4.1/2H2O 6.21 2.70 Yarı

Stabil

0.95 - x

Anhidrit III

(, )

CaSO4 0 2.50 Yarı

Stabil

0.95 - x

Anhidrit II CaSO4 0 2.98 40-1180 0.20 x x

Anhidrit I CaSO4 0 - >1180 - - (Belki

Klinkerde)

Tablo 1: Alçıtaşının değişik türleri

Alçıtaşının stabil olan dihidrat ve anhidrit II türleri doğada bulunur ve klinkere

öğütme esnasında ilave edilir.

Erdoğan YÜKSEL 1 1999

Alçının yarı stabil olan hemihidrat ve anhidrit III türleri doğada bulunmaz.

Ancak, çimento üretimi esnasında oluşan yüksek sıcaklıklarda ve çimentonun

stoklanmasında kolayca oluşabilirler. Anhidrit I klinker üretimi esnasında fırında

yüksek sıcaklıklarda oluşabilir. Görüldüğü gibi CaSO4 'ün bütün türleri çimentoda

mevcuttur.

Alçının oluşan bütün farklı türleri suda çözünebilirlik açısından da farklı

davranış gösterirler. Şekil 1 'de görüldüğü gibi hemihidrat ve anhidrit III 'ün

çözünebilirlikleri dihidrat ve anhidrit II 'den yüksektir. Hemihidrat ve anhidrit III 'ün

yüksek çözünebilirlikleri kurallardan aykırı bir donmaya neden olur. Dihidrat ve

anhidrit II 'nin ortam sıcaklıklarında çözünebilirlikleri aynıdır. Fakat bunların

çimentodaki etkileri farklı olabilir. Bunun nedeni Dihidrat 'ın çözünebilirlik hızının

anhidrit II 'den büyük olmasıdır.

Şekil 1: Farklı alçı türlerinin çözünebilirlikleri.


Alçıtaşının Çimento Öğünebilirliğine Etkisi:

Klinker alçıtaşı ilavesi ile sade klinkere göre daha kolay öğütülür. Yüksek

sıcaklık nedeniyle kristal suyunu kaybeden alçı, hemihidrat ve anhidrit III türündeki

alçı partiküllerin topaklaşmalarına neden olarak çimentonun akışkanlık ve öğütme

özelliklerini bozarlar.

Tablo 2 'de değişik alçı türlerinin Portland klinkerinin öğünebilirliğine etkisi

(eşit öğütme zamanlı) verilmiştir.

Katkı % Blaine Akışkanlık Davranışı

- - 3890 orta

Dihidrat 5.0 5750 iyi

Alçıtaşı (1) 5.0 5730 iyi

Alçıtaşı (2) 5.0 5440 iyi

Hemihidrat 5.0 3700 kötü

Anhidrit III 5.0 3570 kötü

Anhidrit II 5.0 4180 orta

Su 0.5 5700 iyi

Su 2.0 5120 orta

Tablo 2: Farklı türdeki alçıların portland klinkerinin öğünebilirliğine etkisi.

Alçının Çimentonun Akışkanlığına ve Topak Oluşumuna Etkisi:

Alçının kalitesi ve miktarı çimentodaki topak oluşumunu ve çimentonun

akışkanlık özelliğini önemli ölçüde etkiler.

Büyük silolarda ve yüksek sıcaklıklarda stoklama esnasında alçıdan ayrılan su,

klinker komponentlerinin yüzey hidratasyonuna sebep olur. Çimentonun yüzey alanı

artar, akışkanlık özelliği azalır. Bu reaksiyonların hızlı olması halinde de, silodaki

çimento sertleşir ve topaklar oluşur.

Alçının dehidrate olması çimentonun silo içindeki sıcaklığına ve mevcut rutubet

değerlerine bağlıdır. Eğer reaktif çimento silolarda uzun süre bekletilirse, 70 C nin


altındaki sıcaklıklarda bile, alçının dehidrate, klinkerin de rehidrate (tekrar hidrate)

olduğu gözlenir.

Donma

Çimentonun donması, su ilave edildikten hemen sonraki reaksiyonlarla başlar.

Sülfat hemen çözünür ve alüminatlarla reaksiyona girerek ETRENGİT oluşturur.

Klasik teoriye göre etrengit kristalleri alümina partiküllerinin çevresinde

reaksiyona girerek bir faz oluşturur ve böylece mevcut devam edecek olan hidratasyon

reaksiyonlarını geciktirir. Daha sonra herhangi bir kimyasal reaksiyonun gözlenmediği

bir duraklama periyodu yaşanır. Oluşan bu etrengit fazın etkisi kristalizasyon basıncı

ile etrengit kabuğunun kırılmasıyla sona erer. Daha sonra sülfat tamamıyla kullanılana

kadar reaksiyonlar devam eder.

Son yıllardaki araştırmalara göre, duraklama periyodu, sadece alçı ilavesinin

etkisinden kaynaklanmamaktadır. Çünkü alçı ilavesi olmadığında da klinkerin bir

hidratasyon süreci vardır. Bundan ayrı olarak ta reolojikal özelliklerinde (sıvı haldeki

özellikler) önemli farklılıklar gözlenir. Alçı ilavesi olmadığında, klinker suyla

birleşmesinden hemen sonra donar. Alçı ilave edildiğinde de 1 saatten sonra donmaya

başlar. Alçı ilave edilmediğinde oluşan benzer alüminat hidratlar çimento partikülleri

arasında bir köprü oluşturarak ani donmaya neden olurlar. Alçı etrengit formunun

varlığı halinde çimento partiküllerinin hareketini bozmaz. Mikrokristalen etrengitin

rekristalizasyonu (yeniden kristallenmesi) neticesinde çimento partikülleri arasındaki

boşluklar dolar ve donma başlar.

Çimentonun donması C3A % 'si, tipi ve CaSO4 ilavesinden etkilenir. Çimento

üretimi esnasındaki sıcaklık, rutubet ve silo atmosferi donmada önemli rol oynar.

Çimentoda alçı % 'si arttıkça genelde donma süresi uzar. Şekil 2 'de C3A % 'si, alçı %

'si, sıcaklık değişimlerinin donma başlangıcına etkileri gösterilmektedir.


Alçı %

SO3 %

Şekil 2: Donma Başlangıcının Alçı % 'si ve Sıcaklığa Göre Değişimi

Normal donmayı sağlamak için çözünebilir sülfat ilavesi klinkerin yapısına göre

donmanın ilk dakikaları ve saatlerinden itibaren ayarlanmalıdır. (Tablo 3)

Klinker Çözeltideki Donmanın Hidratasyon Süresi

Reativitesi Sülfat Varlığı Tipi 10 Dakika 1 Saat 3 Saat

Düşük, Orta Düşük, Orta Düzenli İşlenebilir İşlenebilir Donar

Düşük Yüksek Sertleşme (Yalancı Donma)

Sertleşir Sertleşir Donar

Yüksek Düşük Ani Donar Donar Donar

Yüksek Yüksek Çabuk İşlenebilir Donar Donar

Tablo 3: Portland çimentosunun donması esnasında oluşan rijit yapı.

Flash (Ani) Donma:

Alüminatların hidrate olması ile oluşur. Yüksek orandaki reaktif C3A 'nın

varlığı ve/veya çözünebilen CaSO4 yetersizliğinde gözlenir.


False (Yalancı) Donma:

Üretim esnasında çimento değirmeninde oluşan yüksek sıcaklık neticesinde

alçının dehidrate olarak kolayca çözünebilen hemihidrat ve anhidrit III 'e

dönüşmesidir. Hemihidrat ve anhidrit III kristalize olur ve kristaller iç içe oluşur.

Bunlar katı bir iskelet yapısı oluşturarak, çimento harcının donmasını etkilerler. Alçı

kristallerinin bu iskelet yapısı C3A ile olan reaksiyonlarla kırılır.

Quick (Çabuk) Donma:

Yüksek oranda çözünebilir sülfat ve reaktif klinker minerali (C3A) olması

durumunda sülfo alüminat hidrat ve kalsiyum silikat hidrat oluşumu hızlanır. Sonuçta

çimento erken priz alır.

Dayanım ve Hacim Stabilitesi:

Alçı ilavesi çimentoda donma süresini düzenlemekten başka çimentoda

dayanım ve hacim stabilitesini etkilemektedir. Klinker kompozisyonuna bağlı olarak

belirli bir limite kadar ilave edilen alçıtaşı çimentonun dayanımını arttırır ve hacim

stabilitesi sağlar. Alçıtaşı ilavesi bu limiti aştığında çimentoda şişme ve genleşmelere

neden olur ve hacim stabilitesi engellenir. Bu nedenle çimento standartlarında SO3

%'sine sınırlar getirilmiştir. Şekil 3 'te SO3 % 'sine göre büzülme % 'si ilişkisi, Şekil 4

'te SO3 %'si basınç dayanımı ilişkisi verilmiştir.


Şekil 3: SO3 %'sinin büzülme ile ilişkisi (Klinkerde C3A=%8.1, NaO2=%1.0)

Şekil 4: SO3 %'sinin basınç dayanımı ile ilişkisi

Optimum Alçı:

Çimentonun alçı ihtiyacı klinkerdeki C3A miktarı, çimento inceliği ve alkali

miktarının artmasıyla doğru orantılıdır.

Portland çimentosunda optimum alçı %'si klinker bileşeni olan C3A %'si ve

stoklama sıcaklığına bağlıdır. Örneğin 3000 blaine, düşük alkali %'si ve 20 C

sıcaklıkta;

Optimum SO3 % (çimento) = 0.22 x C3A 'dır.


Optimum Alçı ~ alkali % , C3A % , sıcaklık °C

C3A=2.65 x Al2O3 - 1.69 x Fe2O3 olduğundan,

Al2O3 'te meydana gelen %1 'lik artış, C3A 'da %2.6 'lık artışı gerektirir.

Şekil 5 'te ince öğütülmüş, alkalice zengin bir çimentonun stoklama sıcaklığı,

C3A % 'si, alçı % 'si ilişkisi görülmektedir.

Şekil 5: C3A % 'si ve stoklama sıcaklığının optimum alçı % 'sine etkisi

Çimentonun Stoklanması:

Çimentonun stoklanması esnasında;

- Sıcaklık ve rutubet koşulları,

- Stoklama süresi,

- Klinker ce alçının kimyasal yapısı,

- Çimentonun inceliği,


Çeşitli hidratasyon ve dehidratasyon reaksiyonlarının oluşumuna sebep olur.

Çimentonun 80 °C 'den yukarı sıcaklıklarda stoklanmasıyla alçıtaşında kristal suyu

ayrılmaya devam eder. (Şekil 6)

Şekil 6 : Çimentodaki alçının farklı sıcaklıklarda bir hafta stokta bırakılmasından sonraki dehidratasyonu.

Alçı böylece çözünebilen anhidrit III veya hemihidrat 'a dönüşür, alüminatlar su

ile reaksiyona girerek alüminahidratlar veya sülfo alüminahidratlar oluşturur; serbest

kireç kalsiyum hidroksite dönüşür.

CaSO4 . 2H2O CaSO4 + 2 H2O

CaO + H2O Ca(OH)2

K2SO4 + CaSO4 + H2O K2SO4 . CaSO4 . H2O

3CaO.Al2O3 + 2H2O 3CaO.Al2O3 . 6H2O

2CaO.Al2O3 . nH2O + Ca(OH)2

3CaO.Al2O3 + 3CaSO4 + 32H2O 3CaO.Al2O3 . 3CaSO4 + 32H2O


Şekil 6 'te görüldüğü gibi 80-100 °C arasındaki stoklama sıcaklıklarında çok

belirgin bir dehidratasyon oluşmaktadır.

Siloda devam eden dehidratasyon neticesinde C3A ile birleşen su silolarda topaklanma ve donma meydana getirir, çimentonun silodan alınması zorlaşır. (Şekil 7).

Şekil 7 : Çimentoda bir hafta stoklamadan sonra oluşan topaklanma.

Silodaki çimentonun stabilitesini koruyabilmesi için stoklama sıcaklığının yeterince düşük olması ve siloda bekleme süresinin mümkün olduğunca kısa tutulması gerekir. Çimento stokta bir haftadan fazla bekletilirse mukavemet kayıpları başlar (Şekil 8).


Şekil 8: Çimentoda bir hafta stoklamadan sonra oluşan mukavemet kaybı.


ALÇITAŞININ ÇİMENTO ÜRETİMİNDEKİ ROLÜ VE ÖNEMİ

Hazırlayan

Erdoğan YÜKSELÜretim Mühendisi


alci tasinin rolu ve önemi.doc

Documents