Çimento Klinkeri Mikroyapısı: C3S,C2S ve serbest MgO

Araş. Gör. (İnş. Yük. Müh.) Çağlar YALÇINKAYADokuz Eylül Üniversitesi – Ocak 2011

Alit; çimento endüstrisinde genelde C 3 S olarak isimlendirilen, safolmayan trikalsiyum-silikatın trigonal, monoklinik ve triklinikmodifikasyonlarının katı çözelti serileridir.Çimentonun ana mukavemet sağlayıcısıdır.Genellikle altıgen levha şeklindedir.Levha kalınlıkları soğutma hızı ile ilişkilidir.12 – 20 µm çaplı alit kristalleri öğütme kolaylığı ve mukavemetaçısından iyi boyutlardadır.Kireç doygunluk faktörü (KDG, KST, LSF vb.) düştükçe miktarıazalır.

Silikat modülü (SM= S/A+F) düştükçe eriyik faz artar.Sinterleşme kolaylaşır.KST ve SM sabitken Alümina modülü(AM=A/F) düşük ise Alit oluşumu artar.Yüksek hızlı soğutma ile Alitin Belite geri dönüşümüengellenebilir ve miktarı arttırılabilir.Alit kristalleri içinde Belit artıkları (düğmeleri) kalabilir.Isırılmış formda Alitler gözlenebilir. Yavaş soğutmada Alitçözülmesinden kaynaklı bir durumdur.

Uzun dönemde mukavemti alite yetişir.Yüksek KST’li klinkerlerde az bulunur.Dairesel kesitli, lamelli yapısı vardır.Genelde βC 2 S halindedir ancak hidrolik özelliğiolmayan ɤ fazına dönüşebilir. Bu da klinkerde hacimartışından dolayı ufalanmalar yaratabilir.Gözenek etrafında belit toplulukları oluşabilir.Bunun sebebi iri kuvars tanelerinden dolayıhomojenliğin bozulması, serbest kalkın yüksekkenalit miktarının düşük olmasıdır.

İri belit kristallerinin oluşum sebebi; yavaş ısıtmadankaynaklı alit oluşumunun kısıtlanması, yüzeyaktivitesi düşük belitlerin oluşmasıdır. Hızlı soğutmaçözüm yoludur.Homojenlik bozuk ise CaO belirli bölgelere toparlanırve diğer tarafta konsantrasyonu azalır. Bu sebeple birtarafta belit, diğer taraflarda serbest kalk oluşur.Difüzyon mesafesi uzamıştır.

MgO çimentoda en çok %5oranında olabilir ve bunun yaklaşık yarısı periklastır.Sertliği yüksektir, parlak yüzey örneklerin hazırlanması esnasındaaz aşınarak yüksek kotlarda kalır ve mikroskop altında rahat ayırtedilebilir.Genelde düzensiz şekilli veya dal şeklindedir.Kristal boyutları düşük, ince kristalli homojen periklaslar,topaklanmış iri kristallerden daha az hacimsel genleşir.Hacim sabitliği uzun süre sonra bozulur ve tehlike arz eder.Hızlı soğutmayla periklaslar ufak kristalli hale dönüştürülmelidir.

Seyreltilmiş salisilik asit renklendirmesi(0,2 g salisilik asit+25mL etil alkol+25 mL su)Örnek bu çözeltiye 20-30 saniye daldırılır, alkol fışkırtılarak temizlenir.Alit ve belit mavi-yeşil renkli belirir.Salisilik asit dağlaması0,5 g salisilik asit 50 ml metil alkolde çözülür. 45 saniye sonra alit vebelit belirginleşir. Takiben lamelli yapı belirir. Süre uzadıkça belitlamelleri kaybolmaya başlar. Alit, belitten daha şiddetli dağlanır.NitalSilikatlar için kullanılan en yaygın renklendirme ve dağlama yöntemidir.Nital 1,5 mL nitrik asit (HNO3)’in 100 mL etil, metil, izopropil veya amilalkolde çözülmesi ile elde edilir. Çözelti Alit ve belitle 6 – 10 saniyede tepkimeyegirer. %0,005 seyreltme ile reaksiyon süresi 20 – 40 saniyeye çıkar. Silikatlarıngöreceli reaktivitesine göre alit maviden yeşile, belit ise kahverengiden maviye döner.

Aseton – su çözeltisi(1:1 oranda) hafif renklendirme için kullanılabilir çünkü silikatlarla yavaşçareaksiyona girer. 120 saniye renklendirme süresi ile alit ve belit net biçimdegörülebilir. Ayrıca C3A’da görülebilmektedir. İzopropil alkol çözeltisi(10 mL izopropil alkol + 90 mL su) Bu çözelti 30 saniye ila 2 dakika arasında alitlegüçlü, belitle ise zayıf şekilde reaksiyona girer. C3A zayıf reaksiyon gösterir Diğer yöntemlerMaleik asit, amonyum klorid, amonyum nitrat çözeltisi, hidroflorik asit buharı, distilesu, dimetil amonyum sitrit çözeltisi, boraks çözeltisi, CDTA(Cyclohexanediaminetetraacetic) çözeltisi gibi yöntemler mevcuttur.

Öz şekilliden- yarı öz şekilliyebölgelenmiş şekilde sarımsı olanlaralit; koyu, dairesel şekilli, çok yönlülamelleri olanlar ise belittir. Kesitteferrit ve aluminat fazları iyi ayırtedilebilmektedir. Fotoğrafın altkısmında epoksi dolu boşlukvardır.Kömür yakıtlı fırın, ıslak proses ileüretilen klinkerden alınanfotoğraftır.Parlak kesitNital dağlaması0,21x0,21 mm alan

Öz şekilli mavi ve kızıl kahverengiolanlar alit, çok yönlü lamelleresahip kahverengi olanlar belitkristalleridir. Açık şekildefarkedilebilen, oldukça küçükmikrokristalli aluminat ve ferritfazları ara fazlardır. Yüksekmaksimum sıcaklık, uzun pişmesüresi, orta halli ısıtma hızı, hızlısoğutma uygulanmıştır. Islakproses, kömür yakıtlı fırınklinkeridir. İstiridye kabuğu, kil vedemir cevheri beslemelidir.Parlak kesitNital dağlaması0,21x0,21 mm alan

Küçük, yeşil-mavi, köşeli olanalitler; çok renkli, yuvarlak kesitliolan belitler açık renkli ferritçezengin matriste geniş bir yelazedekristal boyutlarına sahiptir. Kömüryakıtlı, ıslak prosesli fırın ürünü,47-48 MPa’dır.Parlak kesitNital dağlaması0,21x0,21 mm alan

Silika kaynağı olarak quartz yerinemarn kullanılarak ham karışımınlaboratuvarda pişirilmesiyle eldeedilen klinker. Belit klinkerde iyidağılmış ve az bir orandayuvalanmış şekilde rastlanmakta.30 dakika 1000 o C’de ve 10 dakika1425 o C’de pişirilmiş. Çok hızlısıcaklık değişimi. Ortalama alitboyutu 20 µm.Parlak kesitNital dağlaması0,53x0,53 mm alan

Yenmiş belit kristalleri veikizlenmiş alit üzerindebelittavbakası görülmekte. Sayıca çokolan benekler alit üzerindekiimpüriteleri göstermekte. İrikristalleşmiş gri faz aluminatken,biraz daha parlak olanlar ferrittir.Yavaş soğutulmuş klinkerden..Parlak kesitNital ve KOH dağlaması0,21x0,21 mm alan

Öz şekilliden yarı öz şekilliyebölgelenmiş alitler ve yenmiş,yuvarlak, içsel düzensizlikli belitlermatriste kolayca ayırt edilmekte.Orta üst kısımda alkali sülfat çevrilibir dairesel boşluk gözükmekte.Kömür-kok ile pişirilmiş, kuruişlemli fırın, orta üstü pişirmesüresi, yavaş ısıtma hızı, düşük –orta düşük seviyede soğutma hızı.Parlak kesitNital dağlaması0,21x0,21 mm alan

Boşluk etrafında (siyah) net biçimdeyuvalanmış türleri içeren belitkristalleri. İri kuvars tanelerikullanılması muhtemel. Kuruprosesli fırında, kömür-kok yakıtıile pişirilmiş.İnce kesit0,53x0,53mm alan

İri kristalleşmiş bir klinkerin parlakkesiti. Belit kristalleri hem lamelsiz,hem paralel lameller içeren şekildegeniş bir alana yayılmış. Tip 1 türübelit klinkerde hakim. KOH özü vesilikat konsantrasyonunu takibenyapılan XRD analizleri %7 ve %10oranında alfa formda belitolduğunu göstermekte. Parlakreflekteli ferritler görülmekte.Yüksek maksimum sıcaklık, uzunpişirme süresi, yavaş ısıtma hızı,orta derecede hızlı soğutma.Parlak kesitNital dağlaması0,21x0,21 mm alan

Aşırı büyümş belit için dentritikperiklas şeklinde alt tabaka (solorta) Alit kristalleri, çok ince mikrokristaller içeren aluminat ve ferritmatrisin içine doğru yüzeyselolarak büyümekte. Yükseksıcaklıktan - yavaş soğutma ile.Parlak kesitSu dağlaması0,14x0,14 mm alan

Topoğrafik işaretleme destekliüretilmiş parlak kesit, 10 saniyenital dağlamayı takiben 0,05 µmalumina ile 10 saniyeTextmet TM uygulaması.Farkedilebilen dentrik periklaslar(pembemsi-gri matrisli) ve silikatkonuşlanması. Yüksek maksimumsıcaklık, hızlı ısıtma, yavaştan –orta yavaşa soğutma, kömür-kokyakıtlı, kuru prosesli fırın.0,95x0,95 mm alan

Ulta ince kesit düzensiz belitkristalleri arasında dentritikperiklasları göstermekte. Kesitkalınlığı yaklaşık 10 µm. Kömür –yakıtlı, ıslak prosesli fırın. Yüksekmaksimum sıcaklık, uzun pişirmesüresi, orta-yavaş ısıtma, orta-hızlısoğutma.Geçirilmiş- düzlem polorize ışık(transmitted, plane polarized light)0,21x 0,21 mm alan

Referanslar:Prof. Dr. İ. Akın Altun & Yard. Doç. Dr. Kamile TOSUN (2010) –Çimento ve Beton Mikroyapısı Ders Notları, DEÜ, İzmir.Dr. H. Donald H. Campbell (1999) – Microscopical Examination andInterpretation of Portland Cement and Clinker (Second Edition),Portland Cement Association, USA, IL.