Portland Çimentosu ve Kalsiyum Alüminat€¦ · Kimyasal Analizler XRD XRF FTIR Optik Mikroskop Mekanik Analizler Priz Süresi BasınçDayanımı Su emme, ÇekmeYapıma Flow, Kayma

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

1.

39

Formülhane iletişim:

T: 0(324) 454 00 60

C: +90(533) 156 33 24

M: [email protected]