portland Çimentosu ve kalsiyum alüminat€¦ · kimyasal analizler xrd xrf ftir optik mikroskop...
TRANSCRIPT
1
2
Portland Çimentosu ve Kalsiyum Alüminat
Çimentosu Mineral Fazlarının Yapı Kimyasalı
Ürünlerinin Performansına Etkileri
Eylül,2017
İstanbul
3
4
Düşünmek bilmekten daha ilginçtir; ama incelemekten
daha ilginç değildir.
Wolfgang Van Goethe
Araştırmacılık, herkesin daha önce gördüklerini görüp
bunlardan kimsenin düşünmediklerini bulup çıkarmaktır.
Albert Szent Gyorgyi
Uygulamalar
Ar-Ge Merkezi Süreç Şeması5
Kimyasal Analizler XRD
XRF
FTIR
Optik Mikroskop
Mekanik Analizler Priz Süresi
Basınç Dayanımı
Su emme, Çekme Yapışma
Flow, Kayma
Boyutsal Kararlılık
Fiziksel Analizler PSD
Renk Analizi
Ar-Ge Merkezinde Yapılan Analizler6
Hammaddeden son ürüne kadar gelen süreçteki numunelerin görüntüleri sağlanabilir.
Özellikler, klinker aşamasındaki ürünlerde renklendirme yapıldıktan sonra software yardımıyla
faz analizi yapılabilmektedir.
Faz analizi yapılması; Rietveld, FT-IR gibi karakterizasyon yöntemleriyle karşılaştırma ve
doğrulama yapılma olanağı sağlamaktadır.
C3S C2S Sıvı faz
7
Optik Mikroskop İncelemeleri
Hammadden son ürüne kadar, her tür numuneyi (organik-anorganik) karakterize etmek için
kullanılacak bir cihazdır.
Farklı tür çimentolardaki fazların ve hidratasyon ürünlerinin tayini için kullanılabilir.
Kullanılan katkı malzemelerinin karakterizasyonu için de kullanılabilir.
8
FT-IR Analizi ile Nitel Ölçümlemeler
Fazların kristal yapı parametrelerine bağlı olarak, XRD desenini kullanarak nicel
analiz sonuçları elde edilebilen bir metottur.
Bu metodun uygulanabilmesi için XRD deseni, kristal yapısı bilgisi ve kimyasallar
arası reaksiyon sonucu çıkan ürün bilgisi gerekmektedir.
XRD desenleri (parmak izleri) sayesinde numuneler arasında farklılıklar ortaya
çıkarılabilir.
9
Rietveld Metodu ile Mineral Faz Nicel Ölçümlemeleri
ÇimentoAlbit Uygulama
Albit
Silikon oksit
CSH
CH
Etrenjit
C3S
C2S
C3A
Triklinik
Monoklinik
Rombohedral
Amorf
faz
Hammadde- Çimento- Uygulama
10
BOGUE FORMÜLLERİ
C3S = 4.0710[CaO]-7.6024[SiO2]-1.4297[Fe2O3]-6.7187[Al2O3]
C2S = 8.6024[SiO2]+1.1[Fe2O3]+5.0683[Al2O3]-3.0710[CaO]
C3A = 2.6504[Al2O3]-1.6920[Fe2O3]
C4AF = 3.0432[Fe2O3]
Oksitler Al2O3 CaO Fe2O3 K2O MgO SO3 SiO2
SO1 3.94 70.20 0.19 0.18 0.25 0.00 23.36
SO2 3.66 70.22 0.14 0.18 0.25 0.00 24.28
SO3 3.95 70.56 0.17 0.18 0.25 0.10 23.75
SO4 3.83 69.85 0.25 0.16 0.25 0.04 24.39
SO5 3.95 70.00 0.24 0.17 0.27 0.00 24.40
SO6 4.08 70.04 0.31 0.18 0.27 0.00 24.46
Faz SO1 SO2 SO3 SO4 SO5 SO6
C3S-alite 69.0 85.5 61.6 58.5 70.4 74.3
C2S-belite 17.8 2.8 22.7 27.6 19.4 16.3
C3A-aluminate-cubic 7.8 6.4 6.7 7.4 8.3 7.8
CaO 1.8 1.4 3.8 0.5 0.2 0.3
Ca(OH)2-portlandite 3.2 2.2 3.1 5.8 0.5 0.7
MgO-periclase 0.4 1.4 2.0 0.2 1.2 0.5
Bogue Formülleri & Rietveld Analizi
11
Kalsiyum Alüminat Çimentosu Rietveld Analizi12
Kalsiyum Alüminat Çimentosu
13
1.
Hızlı tamir harçlarında,
Kendiliğinden yayılan şaplarda,
Derz dolgularında,
Seramik yapıştırıcılarda ve
Sızdırmazlık malzemelerinde kullanılmaktadır.
Kalsiyum Alüminat Çimentosu
14
1.
Kristal & Amorf Faz
Kristal Fazlar:
Uygulamanın mekanik özelliklerini belirleyen yapılardır. Tüm kimyasal reaksiyonlar fazlar
üzerinden gerçekleşir.
Amorf faz:
Kimyasal olarak kristal fazlarla aynı elementleri içermesine rağmen, çimento hidratasyonunda
davranışı tamamen farklıdır.
15
1.
Kalsiyum Alüminat Çimentosu Ana Fazlar
CA (Monocalciumaluminate)
C12A7 (Mayenite)
C2AS (Gehlenite)
C4AF (Brownmillerite)
16
1.
Kalsiyum Alüminat Çimentosu Minör Fazlar
C2S (Larnite)
CT ( Calcium Titanate)
C3FT ( Tricalcium Titanium Diiron (III) Oxide)
Hematite
Q Fazı (Pleochroite)
Spinel
17
1.
CA- Monokalsiyum Alüminat
CAC içerisindeki en önemli fazdır. Genel olarak klinkerin %50-
%55’lik kısmını bu faz oluştur.
CaO+Al2O3 CA
Çimentonun özelliklerinden sorumlu olan ana reaktif fazdır.
18
1.
CA- Monokalsiyum Alüminat- Uygulamalara Etkisi
Uygulamalarda basınç dayanımdan sorumlu fazdır.
Etrenjit hesabı yapılırken, CA fazı yüzdesi önemlidir.
Kontrollü genleşme, alkali ve sülfat direnci için alt sınır
değeri olmalıdır.
19
1.
C12A7 - Mayenite
Önemli fazlardan biridir. Priz süresinde ektin rol
oynamaktadır.
12CaO+7Al2O3 C12A7
Çimentonun en reaktif fazıdır.
20
1.
C12A7 – Mayenite- Uygulamaya Etkisi
Alçılı sistemlerde etrenjit oluşumundan ve işlenebilirlik süresinden
sorumludur.
Çok reaktif olduğu için alt ve üst sınır değerleri belirlenmelidir.
İlk hidrate olan malzeme olduğu için erken dönemde hidratasyon
ısısının yükselmesine ve yüzey çatlaklarının oluşmasına neden
olabilir.
21
1.
CA- C12A7 Fazları
22
1.
C2AS- Gehlenite
Hammaddeden gelen SiO2 varlığında ortaya çıkan
fazdır.
2CaO+Al2O3+SiO2 C2AS
Çimentonun erken hidratasyonuna negatif yönde etkisi
vardır.
23
1.
C2AS- Gehlenite- Uygulamaya Etkisi
Gehlenite fazı çok yavaş hidrate olur ve ya hiçbir zaman
hidrate olmayabilir.
3’lü sistemeler de re-aktivite performansını düşürmemek
adına çimento içerisindeki oranı sınırlandırılmalıdır.
Yüksek miktarda oluşması çimentonun re-aktivitesini de
düşüşe sebep olabilir.
24
1.
Ferrite fazıdır.
4CaO+Al2O3+Fe2O3 C4AF
Fırın içi yükseltgen olduğu durumlarda oluşan fazdır.
Fe3+ iyonu içerir.
C4AF- Brownmillerite
25
1.
C4AF- Brownmillerite- Uygulamaya Etkisi
3’lü bağlayıcı sistemlerde CA ile birlikte uzun dönem
dayanımda görev alır.
Çimentoya dolayısıyla uygulamaya rengini veren fazdır.
26
1.
C2S (Larnite), hammaddede SiO2 varlığında oluşan fazdır.
CT ( Calcium Titanate) ve C3FT ( Tricalcium Titanium Diiron (III) Oxide) fazları, hammaddede
TiO2 varlığında oluşan fazlardır.
Q* fazı, majör fazların oluşumunu azaltmaktadır.
Hematite,Fe3+ iyonu içerir.
Minör Fazlar
27
1.3CA + 3CsHx + (38-3x)H C3A.3CsH32 + 2AH3
C12A7 + 12CsHx + (137-12x)H 4C3A.3CsH32 + 3AH3
Etrenjit Oluşumu
Gerekli olan kalsiyum sülfat miktarı x=0, x=0.5 ve x=2 .
28
1.
Etrenjit Etkisi
Etrenjit hesabı doğru yapılmazsa;
İlerleyen dönemlerde genleşme miktarı harcın büzülme
miktarından fazla olacağı için çatlaklara sebep olmaktadır.
29
1.
Portland Çimentosu
30
1.
C3S - Alite
C2S - Belite
C3A - Alüminat
C4AF -Brownmillerite
Portland Çimentosu Ana Fazları
31
1.
Klinker Tipi Alit-C3S Belit-C2S Aluminat-C3A Aluminoferrite-C4AF
Genel 65 15 8 9
Düşük Isılı 25 55 3 14
Sulfata
Dayanıklı73 9 2 13
Beyaz 73 14 11 0
Farklı Türdeki Klinker Fazlarının Oluşum Yüzdeleri
32
1.
Farklı polimorfları vardır,
Rombohedral>Monoklinik>Triklinik
Su ile tepkimesinden C-S-H ve Ca(OH)2 oluşmaktadır.
Harcın erken ve nihai dayanımı için gerekli olan fazdır.
Yüksek erken dayanımı kristal yapısına bağlıdır.
Polimorflarının re-aktivitesine göre dayanıma katkısı
değişkenlik gösterir.
Hidratasyon ısısı orta derecedir.
C3S- Alite
33
1.
Farklı polimorfları bulunmaktadır,
α-belite> α’high-belite> β-belite> α’low-belite> γ-belite
Su ile tepkimesinden C-S-H ve Ca(OH)2 oluşmaktadır.
Harcın nihai dayanımı için gerekli olan fazdır.
İlk günlerde dayanıma katkısı azdır, fakat uzun dönemde
alite ile aynı dayanım değerine ulaşır.
Hidratasyon ısısı düşük derecedir.
C2S- Belite
34
1.
Farklı polimorfları vardır,
Ortorombik> Kubik
6Ca2+ +2Al3+ + 12 OH- +3 SO42- + 26 H2O =
Ca6Al2(OH)12(SO4)3 26H2O (etrenjit)
Harcın nihai dayanıma etkisi azdır.
Hidratasyon ısısı yüksek derecedir.
Polimorflarına göre hacim kararlılığı değişmektedir.
C3A- Alüminat
35
1.Harcın nihai dayanıma katkısı azdır.
Çimentoya dolasıyla harca doğal rengini veren
fazdır.
Hidratasyon ısısı düşük derecedir.
C4AF- Ferrite
36
1.
C3S: alite oranını artarsa → erken ve geç dayanımlar artar
C2S: belit oranı artarsa → geç dayanım artar
C3A: C3A oranı artarsa → erken dayanım artar, alkaliler C3A’nın aktivitesini artırır. (Hidratasyon
ısısı artışına ve erken donmaya dikkat edilmeli)
C4AF: geç dayanıma çok az etkisi var, düşük re-aktiviteli fazdır.
Portland Çimentosunun Fazlarının Uygulamaya Etkisi
37
1.
Yapı kimyasalı uygulamalarında kullanılan çimentoların mineral faz miktarı ve
polimorfları direk olarak uygulama performansına da etki eder.
Özellikle 3’lü sistem dizaynları yapılırken, etrenjit yapısına katılan faz yüzdesi bulunarak
kullanılacak olan kalsiyum sülfat yüzdesi ve türü belirlenmektedir.
38
