Borlu Çimento

Dr. Erk İNGER, Atılım Üniversitesi

Çimento üretiminde klinkere B2O3 katkısı ile çimento üretiminde enerji tüketimi azaltılmakta, karbon dioksit salınımı düşürülmekte yüksek mukavemetli ürün elde edilmekte ve çimentonun betonlaşması sürecinde oluşan hidrotasyon enerjisi minimize edilmektedir.

Genel olarak, belit çimentosu sınıfında değerlendirilen borlu çimento, Portlant Çimentosu’na (PÇ) göre erken dayanıma katkısı azdır, ancak ileri yaşlarda yüksek mukavemet sağlamaktadır. Bunun aksine, yüksek belit çimentolarında (YBÇ), belit fazının reaktivitesi yüksek seviyelerde olup betona erken dayanım özelliği kazandırmaktadır. Borlu Çimento Standardı TS 13353 Yapımına esas olacak özellikler tesbit edilerek onaylanmıştır. Ayrıca Bayındırlık Bakanlığı, borlu çimento birim fiyatları imalat ve ihzarat listeleri hazırlanmıştır.

Borlu çimento üretiminde bor madeninin %17 B2O3 düşük tenörlü kolemanit cevheri kullanılmıştır. Ayrıca ürünün sanayi ölçeklerinde Denizli Çimento Fabrikasında 3000ton ve Isparta Çimento Fabrikasında üretilen 4000ton Borlu çimento üretilmiştir. Özellikle borlu çimento beton karayolu çalışmaları çok faydalı sonuçlar vermiştir.

Borlu Çimento Üretiminde
• Enerji gereksinimi Sanayi uygulamasında klinker üretimi sırasında döner fırının 1450°C yerine 1325°C ’ta pişirmek suretiyle %10 enerji tasarrufu elde edilmiştir. Bir başka deyişle borlu klinker üretiminde ton başına 100 Kcal enerji tasarruf elde edilmiştir.
• Borlu betonun karbon dioksit (CO2) emisyonunu %25’e azaltıcı rol oynayarak, bugün ve özellikle gelecekte Kyoto disiplininde çimento üreticilerine çevresel ciddi avantaj sağlayacaktır. Bir ton klinker üretimi bir ton karbon dioksit emisyonuna sebep olmaktadır. 64 milyon tonu aşan yıllık klinker üretimimiz gerçeğinden hareket ederek, toplam yurtiçi karbon dioksit emisyonunda çimentonun payı incelenmeli ve buna karşılık borlu çimento getirileri birlikte değerlendirilmelidir. 1 ton Borlu Çimento klinkeri üretirken havanın 250 kg daha az karbon dioksit ile kirlenmesi çok önemli bir çevre avantajıdır..
• Basınca karşı dayanımı 7 ve 28 günlük basınç dayanımları sırasıyla 37 MPa ve 75 MPa gibi mükemmel dayanım gelişimi gösterdiği gözlenmiştir. Çimentonun beton yapımında prizlenmesi geç olmakla birlikte 28 gün sonra mukavemetinin %70 mertebelerinde artacağı sonucuna erişilmiştir. Bu da deprem bölgesi olan ülkemiz için ciddi bir emniyet faktörü sağlayacağı, ayrıca köprü, tünel, köprü, nükleer santral ve beton yol yapımında da rahatlıkla değişik faydalar sağlayacağı fikrini vermiştir. Erken dayanım (2 ve 7 günlük) Portland Çimento PÇ)’ye göre daha düşük değerlerde seyrettiği bu denemede de teyit edilmiştir.

Çimentonun prizlenme süresinin uzun oluşu inşaat sektöründe kullanılan kalıplama süresini artırmakta ve özel bir maliyet getirmektedir. Ayrıca klinker öğütülmesi %10 civarında zorlaştırılmaktadır. Silikatların hidratasyon reaksiyonları Hidratasyon ısısı beton teknolojisinde hem yararlı hem de zararlı olabilir. Soğuk havalarda kimyasal reaksiyonlara yardımcı olarak priz, katılaşma ve dayanım kazanmanın normal sürelerde yer almasına katkıda bulunur. Sıcak havalarda ise taze betonda kıvam kaybını hızlandırır. Kütle betonlarında havaya açık dış yüzeylere oranla iç bölgelerde ısının yükselmesi sıcaklık farklarından dolayı ısıl gerilme ve çatlamalara (thermal cracking) neden olabilir.

Hidratasyon sırasında silikatların ısı yayınımları yukarıda görüldüğü gibi alit ve belit için oldukça farklıdır. Alitçe zengin çimentolarla yapılan inşaatların sıcak havalarda gerçekleştirilmesi durumunda çok fazla ısı açığa çıkmakta ve betonda çatlamalara neden olabilmektedir.

Bor kullanılarak elde edilen Aktif Belit Çimento’da alit olmadığı ve çok düşük hidratasyon ısısına sahip olduğu kanıtlanmıştır. Belit çimentosunun sıcak havalarda ve özellikle kütle betonlarda kullanılmasında borlu çimentonun beton kalitesi ve enerji tasarrufu açısından çok ciddi avantajlar getirmektedir. Kolemanit ilaveli çimento üretiminin amacı hidratasyon hızının yavaş ve küçük oluşu yüzünden betonu çatlamayan bir çimento oluşudur. Çok düşük hidratasyon ısısına sahip olması, kütle betonları için ideal bir çimento olmasını sağlamaktadır. Bu çimentonun kullanılması ile kütle betonlarında çok gerekli olan ön-soğutma ve art-soğutma işlemlerinde büyük tasarruf sağlayacaktır. Betonun çatlamaması amacıyla bir metre küp beton soğutmasında 30 kwst enerji harcanmaktadır. Türkiyemizin 65 milyon tonu aşan üretiminin %85’i iç piyasada tüketilmektedir. Soğutma enerjisine ihtiyacı olmaksızın hidratasyon ısısı düşük özelliği olan borlu çimentoyu, beton yapımında kullanmamız halinde yıllık 1000 GWst mertebelerinde enerji tasarruf edilebilecektir. Ayrıca, kütle betonlarında çok sık rastlanılan termal çatlak oluşumlarının önüne geçilmesi ile betonda hasar oluşma ihtimali ortadan kaldırılmış olacaktır.

• Sülfat ve deniz suyu, klor iyonlarına karşı geçirimsizlik, buz ve tuz:
Çimentocu otoritelere göre silikatların hidratasyon reaksiyonları incelendiğinde, Silikatların su ile reaksiyonu sonucunda C-S-H jelinin yanısıra serbest kalan oksitlerden hidroksitler (portlandit) oluştuğu ifade edilmektedir. C3S’tan oluşan portlandit miktari C2S’tan oluşan portlandit miktarının 3 katıdır. CaO ve MgO hidratasyonu ısı yayınması ve hacim genleşmesi ile sonuçlanır. Portlanditin suda çö zünürlüğü yüksektir. Betonun aşırı su emmesinde veya donma-çözünme döngüsü aşamasında çözünen portlandit betonda boşlukların oluşmasına ve çimento mikroyapısının bozulmasına, donma-çözünme sırasında betona işleyen su diğer boşluklara ilaveten portlanditin bıraktığı boşluklara da nüfuz ederek betonun daha fazla çatlamasına (hacim genleşmesine) neden olmaktadır. Donma-çözünme açısısından bakıldığında, Aktif Belit Çimento kullanılarak yapılacak beton yolun buzlanmaya karşı direnci Portlant Çimentosu kullanılarak yapılan beton yola nazaran çok daha farklı olacağı düşünülebilir. Buzlanma olması durumunda buz çözücü tuzun da matriks yapısı PÇ’ye göre daha yoğun gelişeceği ve yine donma-çözünme döngüsünden oluşacak boşlukların daha az olması nedeni ile beton içerisine nüfuz etme oranının düşeceği ifade edilmektedir. Belit çimentosu ile yapılan beton sülfatlara karşı da yine hidratasyon sonucunda daha az portlandit oluşumu nedeniyle daha dayanıklı olduğu söylenebilir. Bilindiği gibi sülfata dayanıklı çimentolar deniz suyuna, agresif yeraltı sularına maruz kalan yerlerde, kimyasal tesislerde, kanalizasyonlarda kullanılmaktadır. Sahil yolu ve köy yolları yapımında borlu çimento önemli bir rol oynayacaktır. Borlu Çimento kullanılan beton ile Portlant Çimentosu kullanılan betonların su geçirgenliklerinin karşılaştırılması sonucunda, 275 kg/m³ dozajlı Borlu Çimento kullanılan beton suya ve kimyasallara karşı geçirimsizlik sağladığı, PÇ kullanılan betonda bu özelliğin sağlanması için 400 kg/m³ dozajının kullanılması gerektiği belirlenmiştir. Bu özellikler, Borlu Çimento betonun dayanıklılık ve zararlı etkiye sahip ortamlarda kullanılma bakımlarından önemli derecede üstünlüğe sahip olduğunu göstermektedir. Betonlar klorür iyonları penetrasyonuna karşı gösterdikleri direnç yönünden de değerlendirmeye alınmışlardır. Borlu Çimento ile yapılan 250 ilâ 300 kg/m³ dozajlı betonların geçirgenlik sınıfı orta dereceli çıkarken, normal PÇ ile yapılan 350 ilâ 400 kg/m³ dozajlı betonun geçirgenlik sınıfı yüksek dereceli çıkmıştır. Bu durumda, Borlu Çimento kullanımı ile çok yüksek oranda çimento tasarrufu sağlanabilecek ve dayanıklılık bakımından çok zararlı ortam şartlarına dirençli beton yapıların inşaatı mümkün olacaktır. Özellikle su ve kimyasallara karşı geçirimsizliğin önemli olduğu her türlü beton yapıda (beton yollar, büyük sulama kanalları, ön yüzü beton kaplı barajlar, kemer barajlar, baraj dolu savakları, köprü ve viyadükler) Borlu Çimentonun kullanılması birçok avantajı da beraberinde getirecektir.

• Darbelere karşı dayanıklılık, elyaf takviyeli beton:
Darbelere karşı dayanıklılık kavramında çimentonun rolü fazla değildir. Burada betonun diğer komponentleri ve özellikleri ön plana çıkmaktadır. Betonun sıkı yapıda olması, çimentoya uygun agreganın kullanılması, sünekliği arttırıcı önlemler alınması (lifli beton) gibi özellikler önem kazanmaktadır. Ancak, gene portlandit çözünmesinin, oluşan boşlukların olumsuz etkisi olacaktır.

Borlu Çimento kullanımını destekleyen diğer özellikler aşağıda yer almaktadır.
– Düşük tenörlü Kolemanit’in çimento sektöründe kullanılmasıyla Kolemanit ürünü için yeni bir pazar payı oluşması ile çevre dostu bir yaklaşım sağlanacaktır.
– Sanayi uygulamasında klinkeri üretimi sırasında döner fırının 1450°C yerine 1325°C ’ta pişirmek suretiyle %10 enerji tasarrufu elde edilmiştir. Bir başka deyişle borlu klinker üretiminde ton başına 100 Kcal enerji tasarruf elde edilmiş olacaktır.
– Farin öğütülmesinde öğütme kolaylaşmakta, klinker öğütmesinde de zorlaşmaktadır.
– Yine sanayi uygulanmasında klinkere %0.5 kolemanit ilave edildiğinde tane büyüklüğünün uluslararası çimento tane büyüklüğü standartlarına ulaştığı tespit edilmiştir
– Kolemanit ilaveli çimento üretiminin amacı hidratasyon hızının yavaş ve küçük oluşu yüzünden betonu çatlamayan bir çimento oluşudur. Çok düşük hidratasyon ısısına sahip olması, kütle betonları için ideal bir çimento olmasını sağlamaktadır. Bu çimentonun kullanılması ile kütle betonlarında çok gerekli olan ön-soğutma ve art-soğutma işlemlerinde büyük tasarruf sağlayacaktır. Betonun çatlamaması amacıyla bir metre küp beton soğutmasında 30 KWst enerji harcanmaktadır. Türkiyemizin 65 milyon tonu aşan üretiminin çoğunluğu iç piyasada tüketilmektedir. Soğutma enerjisine ihtiyacı olmaksızın hidratasyon ısısı düşük özelliği olan borlu çimentoyu, beton yapımında kullanmamız halinde yıllık 1000 GWst üzerinde enerji tasarruf edilebilecektir. Ayrıca, kütle betonlarında çok sık rastlanılan termal çatlak oluşumlarının önüne geçilmesi ile betonda hasar oluşma ihtimali ortadan kaldırılmış olacaktır.

Hidratasyon ısısının düşük oluşu borlu çimentoya ticari bir avantaj da getirmektedir. Çimento fabrikaları kil ve kalker kaynaklarını en ucuz temin edecekleri bölgelerde yerleşmeleri doğaldır. Borlu çimento yapımında ise kolemanit temini ve taşıma için yapılacak harcamalar, kütle betonu yapımında alternatif olarak kullanılan uçucu küllere göre daha avantajlı görülmektedir. Kül fiyatı ucuz olmakla birlikte taşınacak kül miktarı en az üç buçuk misli daha fazladır. Ayrıca külün yükleme yoğunluğu da daha düşüktür.

– Borlu Çimento ile üretilen betonlar, Portlant Çimentosu ile üretilen betonlara göre daha az çökme kaybına uğradığından, daha düşük çökme değerine sahip beton üretilmesi sonucunda, betonda daha düşük su/çimento oranı kullanılmasına imkan sağlamaktadır. Bu sayede, betonda çimento dozajı düşürülebilmektedir.
– Özellikle su ve kimyasallara karşı geçirimsizliğin önemli olduğu her türlü beton yapıda (beton yollar, büyük sulama kanalları, ön yüzü beton kaplı barajlar, kemer barajlar, baraj dolusavakları, köprü, sahil yolu ve viyadükler) Borlu Çimentonun kullanılması birçok avantajı da beraberinde getirecektir.
– Nükleer santral yapılarında borlu beton nükleer kalkan gibi nötron tutucu görev yapmaktadır. Nükleer santral binalarının yapımında borlu çimento kullanılmalıdır.
– En önemlisi 28 günden sonra beton mukavemetinin çok ciddi olarak artırılacağıdır.

Kaynaklar
• BOREN
• TÇMB
• Eti Maden Genel Müdürlüğü
• DSİ TAKK Dairesi
• Göltaş Isparta Çimento Fasrikası
• Denizli Çimento Fasrikası
• Kara Yolları Genel Müdürlüğü
• Oyak Beton
• Prof. Dr. Muharrem Timuçin
• Dr. Mehmet Hilmi Güner
• Sn.Bahri Mancar
• Sn. Adnan İğnebekçili
• Sn. Hidayet Nalçacı
• Merhum Levent Zeybek

Yapı Dünyası Dergisi 2014 Sayı: 216-217-218 de yayımlanmıştır.