Çimento

Eski çağlarda yapı ustaları, taş ya da tuğlaları birbirine yapıştırarak, üstlerine binen yükü dağıtacak bir bileşiğin arayaşı içindeydiler. Su, bağlayıcı ve kum gibi maddelerden oluşan bileşiğe HARÇ, bağlayıcı maddeye de çimento adı verilir. Günümüz yapılarında genellikle kullanılan çimento, su ile tepkimeye girdiğinde donup sertleşen hidrolik çimentodur.
Mısırlıların PİRAMİT YAPIMI'nda kullandıkları harcın içinde alçıtaşı (kalsiyum sülfat, CaS04.2H20) vardı. Romalılar ve Yunanlılar birçok yapıda sönmüş kireci [kalsiyum hidroksit, Ca (OH)2] harç olarak kullandılar. Sönmüş kireç, çoğunluğu kalsiyum karbonattan (CaCOs) oluşan kireçtaşının ısıtılıp, üstüne su eklenerek söndürülmesiyle elde edilir. Ancak, bundan oluşan harç, havanın etkisiyle çatlayıp kırılır. Bu yüzden Romalılar ve Yunanlılar pozzolana adını verdikleri hidrolik çimentoyu buldular.

Bu çimento, İtalya'daki Pozzuoli kasabasının çevresinde bulunan volkanik maddeler ile kum ve toz haline getirilmiş kireçten oluşmaktaydı.Hidrolik çimento su eklendiğinde sertleşir. XVIII. yüzyıla kadar Pantheon ve Colosseum dahil birçok yapıda kullanılan bu çimentonun niteliğinde, Romalılardan sonra bir bozulma oldu. John SMEATON, İngilterenin Cornwall kıyısında yapımına giriştiği Eddystone fenerinin temelinde hidrolik kireci denedi. Sualtı kullanımı için pozzolana çimentosundan daha üstün olan hidrolik kireç, kireçtaşı ve kilin ısıtılarak karbon dioksit ve sudan arıtılmasıyla elde ediliyordu.

Joseph Aspdin, 1824 yılında Portland çimentosu üretmek için İngiltere'den patent aldı. Çoğunlukla marka sanılan bu ad, donmuş çimento ile Portland'da çıkan taş arasındaki renk benzerliğinden ötürü verilmiştir. Bunun üretimi, öncekilerden daha yüksek bir kireçleme sıcaklığı ister ve daha dayanıklı bir çimento üretimi sağlar.

Üretim: Çimento ucuz bir gereçtir. Son ürünün piyasaya sürülmek için taşınması, hammaddenin taşınmasından daha ucuz olduğundan, üretimi çoğunlukla hammaddenin çıkartıldığı taş ocaklarının yanında gerçekleştirilir. Hammadde olarak kullanılan kireçtaşı ve tebeşir, bir kalsiyum karbonat kaynağı, kil ve taşlar da, alüminyum silikat kaynağıdır. Yakınında bir yerde varsa, demir filizi ve yüksek fırın cürufu da kullanılabilir. Farklı bileşiklerden yararlanıldığında ürünün özellikleri değişebildiği için, fırın girdisinin içindekiler dikkatle gözlemlenir. Kırılıp inceltilmiş hammadde karıştırılır ve silindir biçimli, döner bir fırının içine atılır. Hammaddelerdeki nem oranının yüksek olduğu durumlarda, 'yaş' yöntem kullanılır. Bunun için de, hammaddeler çamur halinde fırına gönderilir. Hafif bir eğimi olan fırın yavaş yavaş döner. Toz kömür, sıvı ve gaz yakıtlar tarafından sağlanan ısı, fırının altına verilir. Fırın uzunluğu 120 metre kadardır. Kalıp halinde çimento klinkeri elde etmek için, işlem sıcaklığı olan 1 500°C'ta karışım kısmen eritilir. Daha sonra klinker soğutulur ve istenirse açık havada bile depolanabilir. Buna karşılık, bitmiş çimento, dikkatle denetlenen hava koşulları altında, yalnızca kısa bir süre için saklanabilir. Toz çimento hazırlamak için, klinkere, yaklaşık % 2 oranında alçıtaşı katılır ve bu karışım çok ince bir toz halinde öğütülerek Portland çimentosu elde edilir. Çimento üretiminin her aşamasında, ürünün istenen özellikleri taşıması için, girdi oranları çok iyi denetlenmelidir.
İnce ve kuru bir toz halinde olan çimento, basınç altında sıvı gibi akabilir. Çimentonun bu özelliği, onun, üretici tarafından araçlara, araçlardan da müşterilerin silolarına pompalanarak dağıtılmasını olanaklı kılar. Bu dağıtım biçimi paketlemeden daha ucuzdur; bu yüzden, taşımanın büyük bir bölümü, birçok ülkede bu yolla yapılmaktadır. Çimento tozunun insanlar üstünde belirgin bir zararı olmamasına karşın, toz oranının özenle denetlenmesi gerekir. Bu amaçla hem taşıma dikkatle yapılır,, hem de elektro-statik çökelticilerde başka SÜZME aygıtları kullanılır. Elektrostatik çökelticiler, ince toz taneciklerine elektrik yükleyip, bunların, karşıt yüklü noktalarda toplanmasını sağlar.

Kimyasal özellikler: Çimento, dört temel bileşenden oluşan karmaşık bir bileşimdir. Bu kuru karışıma su katıldığında, karışım tepkimeye girerek, dayanıklı ve sert bir kütle ortaya çıkarır.
Bileşenlerin bu kuruluğuna, bileşik su ya da billurlaşma suyu taşımadığı anlamına gelen susuz adı verilir. Dört temel bileşen trikalsiyum silikat (3CaO.Si02), trikalsiyum alüminat (3CaO . Alt03), dikalsi-yum silikat (2CaO . Si02) ve tetrakalsiyum alumi-noferriftir (4CaO.Al203.Fe203).
Bu susuz bileşiklere katıjan su, iki kimyasal tepkimenin ortaya çıkmasına yolaçar. Bunlardan birincisi, BİLLUR yapıya su eklenmesi ve çoğunlukla yapının değişimine neden olan su katma'dır (hidrasyon). İkincisi suyla ayrıştırma (hidroliz), bir TUZ ile tepkimeye giren suyun ASİT ya da baz oluşturmasıdır. Birçok durumda, bu tepkimeler ısı açığa çıkarırlar. Sonuç, maddeye o yüksek dayanıklılığı veren ve uzun iğne biçimli billurlardan oluşan karmaşık bir ağ yapısının ortaya çıkışıdır. Bu ağ yapısının kimyasal bileşimi, bütünüyle anlaşılmamıştır; ancak dayanıklılık büyük bir olasılıkla, silikon-oksijen bağları (—Si— O—Si—O—) nedeniyle ortaya çıkmaktadır.
Çimento tozuna az miktarda alçıtaşı (CaS04.2H20) katılmasıyla, çimentonun su ile karıştırıldığında hızla donması engellenir. Çimento, yıllarca süren bir dayanıklılıktadır; sertliği ve billursu özellikleri gün geçtikçe artar.
Çimentonun kireçtaşı (kalsiyum karbonat) ve kilden (alüminyum silikat) üretimi, kalsiyum karbonatın bozunumuyla elde edilen kalsiyum oksitin ve alüminyum silikatın kısmi birleşmesiyle gerçekleştirilir ve karmaşık silikatların bir karışımından oluşan çimento ortaya çıkar.

Bileşim: Portiand çimentosu, % 50 trikalsiyum silikat, % 25 dikalsiyum silikat ve yaklaşık olarak eşit miktarlarda trikalsiyum alüminat ile tetrakalsiyum alüminoferrit içerir. Asit ortamda bırakılırsa, çimentonun içindeki trikalsiyum alüminat indirgenir. 
Betonun kalın olması istendiğinde, donma ısısı düşük olan çimento kullanılmalıdır; bunun tersi durumda yapı, aşırı ısınma karşısında çatlayabilir. Hem trikalsiyum silikat, hem de alüminat, suyla tepkimeye girer ve ısı açığa çıkarır. Bu yüzden özellikle düşük ısılı çimento gerektiğinde, bu bileşenler sınırlandırılır.

Kullanımları: Çimento özellikle, kum, taş, çimento ve suyun bilimsel olarak saptanmış miktarlarda karışımından oluşan BETON yapımında kullanılır. Betonun en çok kullanıldığı alan, yapı endüstrisi olduğu halde çimento, toplam yapı giderlerinin ancak % 3'Ünü oluşturur.

Çimento Üretimi

Ç İ M E N TO  İ Ş L E M İ

Çimentonun ana bileşeni  klinkerdir. Klinker kireçtaşı ve kil gibi hammaddelerin öğütülüp  homojenize edilerek döner fırınlarda beslenmesi ile üretilmektedir. Klinker pişirme yeni bileşenlerin oluşması için gereken 

1450°C’lik malzeme sıcaklığında gerçekleşmektedir. Klinker, temel olarak kalsiyum, silisyum, alüminyum ve demir oksitlerden oluşmaktadır.Bir sonraki aşama, çimento öğütme değirmeninde gerçekleşmektedir. Alçı ve diğer malzemeler (yüksek fırın cürufu, uçucu kömür külü, doğal puzolan, kireç taşı vb.) klinkere eklenmektedir. Bütün bileşenler ince ve homojen bir toz, yani çimento oluşuna kadar öğütülmektedir.

Beton üretiminde, çimento, agrega ve diğer uygun malzemeler su ile karıştırılmaktadır. Çimentoya su eklendiğinde tepkimeye girerek betonun diğer ana bileşenlerini bir arada tutan bir bağlayıcı ortaya çıkmaktadır.

Avrupa çimento sanayinin kullandığı alternatif yakıtların %20’sinden fazlası, hayvan eti, kemik küspesi ve kanalizasyon çamuru gibi saf biyokütleden oluşmaktadır.  Biyokütle erişilebilir olarak kalırsa bu oran daha da artırılabilir. Buna ek olarak çimento sanayinde kullanılan alternatif yakıtlar, içeriğinde odun ya da kağıt parçaları bulunmasından ötürü yüksek miktarda biyokütle içermektedir.
Üretilen çimentonun CO2 emisyonları, ara ürün olan klinkerin üretiminden kaynaklanmaktadır. Klinker içeriğinin azaltılmasıyla üretilen çimentonun enerji ve karbon yoğunluğu da azalmaktadır.

UYGUN ALTERNATİF MALZEMELERİN KULLANIMI EMİSYONLAR ÜZERİNDE OLUMSUZ BİR ETKİYE SEBEP OLMAZ

Çimento Kalitesi Üzerindeki Etkisi
Avrupa’da üretilen çimentonun tamamı, kullanılan malzemelerden bağımsız olarak uygulanmakta olan
Avrupa standardını karşılamalıdır. Bu yüzden, çimento sanayi tüm girdi malzemelerini dikkatlice seçmekte ve
izlemektedir.
Kullanılan alternatif hammaddeler ve yakıtların miktarına dayalı olarak nihai üründeki maddelerin her birinin konsantrasyonu, atık işlenmesinin sonucu olarak artabilir ya da azalabilir. Ancak, bu malzemeler aynı maddeleri içeren  fosil yakıtlar ve/veya hammaddelerin yerine geçtiğinden bu durum çok önemli taşımamaktadır.
Çimento, beton ya da harcın üretiminde çakıl ve kum gibi maddelerle karıştırıldığından, yapı malzemesinde (beton ya da harç) bu eser elementlerin davranışı, ürünün kalitesi üzerinde klinker yakma sürecinde atığın birlikte işlenmesinin çevreye ilişkin etkilerinin değerlendirilmesi açısından karar verici nitelik taşımaktadır. Beton ve harçtan salınan ağır metallerin miktarı, üründe büyük oranda tutulmalarından dolayı azdır. Beton ve harç üzerinde yapılan bağımsız testler, ağır metal konsantrasyonlarının sızdırma seviyesinin ulusal mevzuat tarafından öngörülenin oldukça altında bulunduğunu göstermiştir. Buna ek olarak, farklı ve kısmen ağır koşullar altında depolama, çevreyle ilgili salınımlara yol açmamıştır.

Çimento yaşamlarımızda kilit bir rol oynamaktadır. Konut, yol, okul, hastane, baraj ve limanlar dahil olmak üzere her tür yapının temel malzemesidir ve hatta masalar ve kitaplıklar gibi dekoratif parçalarda da kullanılabilmektedir.
Çimento, ince bir şekilde öğütülmüş, metalik olmayan, inorganik bir tozdur ve suyla karıştırıldığında yapışan ve sertleşen bir macun haline gelmektedir. En önemli kullanım alanı, betonun diğer kilit maddeleri olan kum ve çakılları birbirine yapıştıran bir bağlayıcı görevi görmesiyle beton üretiminde kullanımıdır. Çimento, genel
anlamda beton karışımının %12’sini oluşturmaktadır. Beton, dünya üzerinde sudan sonra en çok tüketilen ikinci maddedir ve inşa edilen çevrede yerine başka bir ürün geçemeyeceğinden hayati önem taşımaktadır. Bir yapı malzemesi olarak, yapıların enerji verimliliğine olumlu katkılarda bulunmaktadır ve yangın halinde kişilerin, mülkün ve çevrenin korunmasını sağlayarak mükemmel ve kanıtlanmış bir yangına dayanıklılık özelliği bulunmaktadır. İklim değişikliğine uyum sağlaması açısından beton, selden korunma ve kötü hava şartlarına dayanıklılık yönünden de çok fazla imkan sunmaktadır.

Çimento, topluma emniyetli ve konforlu binalar ile güvenilir modern altyapı ihtiyaçlarını sunan çok önemli bir
üründür.Çimento sanayinde birlikte işleme, atıklardan enerji ve malzeme geri kazanımında en elverişli yöntemdir. Bu yöntem, yenilenemeyen kaynakları, oldukça sıkı kontrol edilen şartlar altında sosyal atıklar ile ikame ederek topluma, çevreye ve çimento sektörüne güvenli ve sağlam çözümler sunmaktadır. Alternatif yakıtların birlikte işlenmesi fosil yakıtlara bağımlılığın azaltılmasının yanı sıra emisyonların azaltılmasına da katkıda bulunmaktadır. Alternatif hammadde kullanımının madencilik ihtiyacını azaltması ve bu tür faaliyetlerin çevresel ayak izinin iyileştirilmesi gibi çeşitli yararları bulunmaktadır. Çimentodaki klinkerin ikamesi Avrupa Çimento sanayinin kaynak yönetimine olumlu katkısına bir örnek oluşturmaktadır.Çimento sanayinde alternatif malzemelerin kullanılması küresel CO2 emisyonlarını azaltmaktadır ve ne üretim işlemi emisyonlarına, ne çevreye ne de nihai ürünün teknik kalitesine, olumsuz etkisi yoktur.Ayrıca çimento sanayinde birlikte işleme güvenli ve sağlam bir şekilde yapılmakta ve işçilerin ya da civarda yaşayanların sağlığını etkilememektedir.