çimento

BÖLÜM 1. GENEL BİLGİLER

1. 1. Çimentonun Tanımı ve Tarihçesi

Çimento, başlıca silisyum, kalsiyum, alüminyum ve demir oksitleri içeren hammaddelerin sinterleşme derecelerine kadar pişirilmesi ile elde edilen yarı mamul madde olan klinkerin, tek veya daha fazla katkı maddesi katılarak öğütülmesi ile üretilen hidrolik bağlayıcı maddelere denir.

Genel anlamda ise havada ve suda sertleşen bağlayıcı özellikte maddelerdir. Sertleştikten sonra suya karşı dayanıklı olup, esas kısmı silisyum, kalsiyum, alüminyum ve demir oksitlerin bileşiklerinden meydana gelerek dayanım ve hacim sabitliği bakımından belirtilmiş normlara uygun değerlerdedir.

Kelime olarak ise çimentonun Türkçe’ye İtalyanca’daki bağlamak veya bağ anlamına gelen “çimento” kelimesinden geldiği tahmin edilmektedir.

Çeşitli agregaları birbirine bağlayarak belirli bir süre sonunda masif bir kütle oluşturan malzemelere bağlayıcı malzeme denir. Bağlayıcıların biçimlendirilmesini sağlayan süre içinde kimyasal reaksiyon sonunda yeni bir bileşim meydana gelerek çözücü maddenin ortamdan ayrılması veya sıcaklık değişimi ile faz değiştirilmesi sonucunda bir kitle oluşur. Su ile karıştırıldıklarında havada veya su altında sertleşebilen ve sertleştikten sonra suda çözünmeyen bağlayıcı maddelere de hidrolik bağlayıcı denir. Çimento, kireç ve alçı birer hidrolik bağlayıcıdır. %65-85 CaCO3 (kalker) içeren killi kalkerlerin sinterleşme derecesinin altında pişirilerek söndürülüp ince öğütülmesi ile elde edilen hidrolik kireçler (su kireçleri) alçı ve kirece göre daha çok hidrolik bağlayıcı özelliktedir. Eskiden su ile temasta olmayan yerlerde harç, genellikle kum, su ve kireç karıştırılarak su teması olan yerlerde ise kireç harcı dayanıklı olmadığından kireç harcına doğal puzolanlar (puzolanik topraklar santorin toprağı, thera toprağı, tras vs.) gibi hidrolik aktiviteli maddeler katılarak veya kireç kullanılarak yapılırdı. Çimentolar üretim esnasında kullanılan hammaddelerin bileşim, nitelik ve uygulanan teknoloji ile pişme durumları ve katkı maddelerine göre kendilerine has özellikleri olan çeşitli gruplara ayrılırlar. Bunların büyük bir kısmı özel belirli amaçlar için üretilmektedirler ve Portland çimentosuna kıyasla üretimleri çok azdır.

Klinker kimyasal bakımdan; Trikalsiyum silikat (Alit) kısaca C3S, dikalsiyum silikat (Belit) kısaca C2S, trikalsiyum alüminat kısaca C3A ve tetra kalsiyum alüminoferrit kısaca C3AF’den ibarettir. Bu bileşenlerden her biri çimentoya özel nitelikler verdiği gibi klinker içerisinde miktarları da çimentonun cins ve tipini oluşturur.

1776 yılında, İngiltere’de, parlamento tarafından, Cornwall sahiline yakın olan Eddystone deniz fenerinin tekrar inşasıyla görevlendirilen bir İngiliz mühendisi olan John Smeaton bir çok fırtınaya dayanmaya gereken bir yapı için bir miktar kireç ve puzolanik malzeme ile deneysel çalışmalar yaptı. Her iki maddeyi tuzlu su içinde deneyen Smeaton’un en önemli buluşu, yumuşak, saf olmayan kalker ve killi materyallerden oluşan iyi kaliteli hidrolik çimento idi. Smeaton’dan 40 yıl sonra İngiltere’de Joseph Parker kaliteli hidrolik çimento elde etmede kullanılacak kalker modülleri veya “Septeria”yı keşfetti.

1802 yılı Fransa’da çimento sanayiinin başlangıcı olarak bilinir. Septeriayı oluşturan kalker modüllerinden çimento yapıldı. 1810 yılında İngiltere Sontwick’te Edgar Dobbs kalker ve kilden bir çimento imal etti. 1813 yılında Fransa’da Vicat adlı bir araştırmacı, buna paralel olarak 1882 yılında İngiltere’de James Frost kalker ve kil dışındaki materyallerden çimento imal ettiler. Bu arada Le Chatelier, G. A. Rankin ve F. E. Wright gibi araştırmacıların katkıları da büyük olmuştur.

Daha sonraki ilerlemeler doğal çimentoyu doğurdu. 1850 yılında David O. Saylor Pennsylvania’da Coplay yakınlarında yakıldığı zaman çimentonun materyalini oluşturan çimento kayacını keşfetti. Doğal çimentonun kompozisyonu taş ocağından çıkan kayaçların kompozisyona bağlıydı. Kayaçlar eski kireç ocaklarında yakıldığı gibi ocakta da ocakta da yakılır ve daha sonar da nihai ürün elde edilir. Bu doğal çimento ABD ve diğer bazı ülkelerde yapılmaktadır. Doğal çimento Portland çimentosunda zayıf fakat hidrolik kireçten daha dayanıklıdır.

Çimentonun tarih içerisindeki gelişim sürecinde en önemli nokta ise portland çimentosunun bulunması ve kullanılmaya başlanmasıdır. Bir İngiliz inşaatçısı olan Joseph Aspdin’e portland çimentosunun bulucusu olarak bakılmaktadır. J. Aspdin’in belirttiği çimento tipi o zamana kadar yapılan çimentoların hepsinden daha kaliteli olmakla birlikte, bugünkü portland çimentoları ile kıyaslanabilecek durumda değildi. Portland çimentosunun imalatı ile ilgili ilk çalışmalar İngiltere’de Swanscombe’da 1825 yılında başlamıştır. İlk portland çimentosu fabrikası ise İngiltere dışında 1865 yılında Belçika ve Almanya’da kurulmuştur. Portland çimentosunun ilk gerçek imalatı ise 1871 yılında ABD’de David O. Saylor tarafından yapılmıştır. Saylor en iyi ürünü yüksek bir sıcaklıkta kayacı klinker şekline dönüştürmekle elde etmiştir.

Çimentonun gelişmesini anlatırken ABD’deki ilk çimento fabrikalarından da bahsetmek gerekir. Eagle Cement Co. Diye bilinen bir şirket Michigan’da Kalamazoo yakınlarında 1872 yılında bir çimento fabrikası kurmuştur. Bu şirket 1882 yılında, çimentonun varilini 4 $’dan satmasına rağmen maliyetinin yüksek olması nedeniyle kapanmıştır. 1875 yılında Pennsylvania’da Wampum’da, kalker ve kilden çimento yapan küçük bir fabrikaya çalışmaya başlamış, 1877 yılında Indiana’da Thomas Miller marn ve kilden oluşan hammadde ile çimento imal eden bir fabrikayı faaliyete sokmuştur. ABD’de 1881 yılından önce 6 çimento fabrikası üretime geçmiş olup bunlardan yalnız ikisi başarılı olmuştur. 1890 yıllarında ise ABD’de 17 fabrika, 1953 yılında 156 fabrika üretim yapmıştır. 1980 yılında ise, 160 milyon ton/yıl üretim kapasitesine ulaşılmıştır. Çimentonun gelişmesi ve ekonomik öneminin artması portland çimentosunun ve betonun en önemli ve temel inşaat malzemesi olarak bilinmesinden sonra anlaşılarak hızlanmıştır. Betonun yerini alabilecek nitelikte kolay ve ucuz kullanımlı malzeme henüz bulunamamıştır. Görünen o ki daha uzun yıllar çimentonun önemi devam edecektir. [1]

1. 2. Sektörün Tanımı ve Sınıflandırılması

Su ile tepkimesinde sertleşerek etrafındaki maddeleri birbirine yapıştırma özelliğine sahip malzemelere "Hidrolik Bağlayıcı" adı verilmektedir. Çimento; hava ile suda sertleşen ve sertleştikten sonrada suda çözünmeyen hidrolik bağlayıcı bir maddedir. Çimento uluslararası standart sanayi tasnifinde (ISIC) 309 ana grup ve 3692 kod numarası ile sanayide kullanılan esas kimyasal maddeler grubunda yeralmaktadır Çimento sektörü; başlıca Silisyum (Si), Alüminyum (Al), Kalsiyum (Ca) ve Demiroksitler (Fe2O3) içeren hammaddelerin, teknolojik yöntemlerle sinterleşme derecesine kadar pişirilmesi ile elde edilen yarı mamul madde klinkerin tek veya daha fazla katkı maddesi ile ögütülmesi yoluyla üretilen hidrolik bağlayıcıları içeren bir sektördür.

Çimento sektörü kapsamına giren ürünlerin tanım ve sınıflamaları aşağıda verilmiştir. 1. 2. 1. Portland Çimentosu ve Katkılı Portland Çimentosu (TS 19)

Portland çimento klinkerinin alçıtaşı ile % 10'a kadar herhangi bir doğal yada yapay puzolanik madde ile birlikte öğütülmesi sonucu elde edilen bir hidrolik bağlayıcıdır. 1. 2. 2. Yüksek Fırın Cüruf Çimentoları (TS 20)

Ani soğutma ile granüle haline getirilmiş bazik yüksek fırın cürufuyla portland çimento klinkeri ve alçıtaşının belirli oranlarda karıştırılarak öğütülmesi sonucu elde edilen hidrolik bağlayıcıdır.

1. 2. 3. Tras Çimentosu (TS 26)

Ağırlıkça %20 – 40 kısım kurutulup öğütülmüş tras ve portland çimento klinkerinin bir miktar alçıtaşı ile birlikte öğütülmesinden oluşan hidrolik bağlayıcıdır.

1. 2. 4. Beyaz Portland Çimento (TS 21)

Kireçtaşı ile pişirildiğinde beyaz olan kaolen yada profillit ile bir miktar alçıtaşının birlikte öğütülmesi sonucu oluşan hidrolik bağlayıcıdır.

1. 2. 5. Harç Çimentosu (TS 22)

En az % 40 portland çimentosu klinkeri ile çözünmeyen kalıntı miktarı en çok % 50 olacak şekilde doğal puzzolanlar ve uçucu kül gibi çeşitli maddelerin bir miktar alçıtaşı ile birlikte öğütülmesi sonucu elde edilen hidrolik bağlayıcıdır.

1. 2. 6. Sülfatlı Cüruf Çimentosu (TS 809)

Alüminyum içeriği fazla olan yüksek fırın cürufunu % 80, portland çimentosu klinkerini % 5 ve alçıtaşını da % 15 oranlarında içerir.

Ayrıca uçucu küllü çimento (TS 640) ve erken dayanımı yüksek çimentolar da sektör kapsamına giren ürünlerdir.

BÖLÜM 2. ÇİMENTO SANAYİİNDE KULLANILAN HAMMADDELER 2. 1. Kalker

2. 1. 1. Tanımı

Kalker; kimyasal bileşiminde %90’a kadar kalsiyum karbonat bulunan kayaçlara denir. Türk Dil Kurumu kalker terimi yerine “kireç taşı” teriminin kullanılmasını kabul etmiş olup, kireç taşı terimi yalnız kireç yapmaya uygun kayaç anamı taşımasına rağmen kimyasal bileşiminde %90’a kadar kalsiyum karbonat, minerolojik bileşiminde de %90’a kadar kalsit içeren kayaçlar için de kireç taşı kelimesi kullanılmaktadır.

Kalkerin minerolojik incelenmesinde saf halde kalsit ve çok az da aragonit kristallerinden oluştuğu görülür. Kalsit ve aragonit, kalsiyum karbonatın iki değişik kristal şekli olup, kimyasal bileşimleri teorik olarak %56 CaO ve %44 CO2’dir. Fakat hiçbir zaman doğada teorik bileşiminde hesaplandığı gibi bulunmaz. Bugüne kadar kalsit olarak bulunan kalkerin (kalsiyum karbonat) saf hali İzlanda spatı olup, kimyasal bileşimi %55.28 CaO ve %43.73 CO2 olarak analizlerle saptanmıştır. Kalker asitle muamele edildiğinde köpürerek erir ve CO2 açığa çıkarır. Bu yol en kolay ve basit olarak diğer kayaçlardan ayırt edilmesi ve tanınmasına yarar. Kalker tamamı ile (çoğu kez) kalsit kristal ve kristalciklerinin ard arda ve yan yana dizilip sıralanmasından oluşmuştur. Bu açıdan kalsit kristallerinin fiziksel ve kimyasal özelliklerini aynen korumaktadır. Kalsit kristalleri hegzagonal sistemin romboedri sınıfında olup, daima bir zondaki yüzey üzerine dayanak yaparak büyümesi ile yüzey sayıları çoğalarak değişik geometrik şekil alırlar. Kalker, gevrek yapılı ve kırılgan, sertliği Mohr ölçeğine göre 3, özgül ağırlığı 2.5-2.7 gr/cm3 _{olup genellikle ve çok defa saf olduğu zaman beyaz} renktedir. İçerisindeki ikincil derecede değişik madde ve bileşiklerin bulunması ve kirlenmesi ile değişik renk veren pigmentlerin etkisinde çeşitli renklerde olabilir. Örneğin; demir bileşikleri ile sarı-kahverengi, siyah ve yeşil,bitüm ve siyah v.s. renkler alabilir. Kalker, kalsiyum karbonat kimyasal bileşiminde ikinci bir kristal şekline sahip olan aragonit kristallerinin yan yana ve üst üste dizilmesi suretiyle de meydana gelebilir. Bu durumda; romboedrik kristal şeklinde olup, kristaller dik eksen doğrultusunda uzayarak prizmatik şekil alırlar. Gevrek yapılı, sertliği 3.5-4 ve özgül ağırlığı da 2.85-2.95 gr/cm3 _{civarındadır. Aragonit halinde kalsite göre çok daha az bulunur. Değişik} renklerde (beyaz, kırmızı, sarı, mavi ve kahverengi) olabildiği gibi 4000 _{C’ye kaar} ısıtıldığı zaman aragonit kristal ve kristalcikleri kalsite dönüşür. Aragonit kristallerinden oluşan kalkerler, genellikle 40-600 _{C arasındaki sıcaklıklarda bulunan} kalsiyum bikarbonatlı suların yeryüzüne çıktığı yerlerde traverten ile çökerek birbirine paralel veya paralele yakın bandlar veya dolgu şeklindeki durumlarda görülür.

Kalker doğada kalsit ve aragonit kristallerinden oluşmuş bir kayaç olarak saf halde bulunduğu gibi çift karbonat Ca.Mg(CO3) (dolomit) olarak da bulunur. Çift karbonat olduğu zaman kristal şekli değişik olduğu için kayaç adı da değişerek dolomit denir. Kalkerler, denizel veya tatlı su kökenli olup, başlıca biyokimyasal olarak oluşur ve kimyasal, organik veya mekanik yollarla çökelirler. Deniz, göl veya tatlı su ortamında yaşayan organizmalar suda bulunan kalsiyum iyonunu veya bazıları kalsiyum

bikarbonatı vücutlarına alarak kalsiyum karbonat haline dönüştürüp, kavkı ve iskeletlerinde biriktirirler. Yeryüzünde gördüğümüz kalker mostralarının hemen hemen tamamı bu şekilde organizmaların oluşturduğu kalsiyum karbonat (kalker) birikintileridir. Bu birikintilerin çoğu kendine özgü ılık, genellikle sığ ve su ortamında oluşur. Karbonat üretiminin en verimli olduğu yerler tatlı su beslenmesinin az olduğu ve tektonik olarak duyarlı alanların oluşturduğu sığ şelf alanlarıdır. Kalkerler yerinde (otokton) olarak oluşurlar ve fasiyes gelişmeleri havza içi koşulları ile denetlenirler. Kalkerlerdeki farklı fasiyes şekillerinin gelişmesini sonuçlayan başlıca etmenler havzanın durumu ve suyun enerjisidir. Fasiyes örneklerinin gelişmesinde derinlik de önemli rol oynar ve suyun enerjisini denetleyen en önemli etkendir. Işığın etkin olduğu derinliklerde ise organik verim yükselir. Kalker oluşumunda en önemli etkenler; başlıca tektonik, hidroloji, iklim, öztatik deniz yüzü değişimleri ve temelin etkileri ile organik bileşim olmaktadır.

Canlı organizmaların yaptığı kalsiyum karbonat üretiminin bulunduğu su ortamında karbondioksit ve gerekse kalsiyum bikarbonat konsantrasyonu çok artar. Deniz suyunda bulunan diğer iyonlar, ısı, basınç, pH durumlarının da önemli rol oynamasıyla birlikte kalkerin her zaman deniz suyunun satüre veya sürsatüre olduğu yerlerde çökeldiği görülür. Bunun için kalker (kalsiyum karbonat) üreten canlılar sıcak iklim kuşaklarındaki sığ ve hareketli denizlerde en uygun yaşam koşullarını bulurlar. Canlılar tarafından üretilen kalker (kalsiyum karbonat) canlı artıklarının deniz dibinde yığılması ile birikme olduğu gibi bunların erimesi sonucu deniz suyunda kalsiyum karbonat ve karbondioksit doygunluğu oluşarak uygun koşullarda kimyasal çökelme de meydana gelir.

Kalker çeşitleri yapı, doku, oluşum v.s.lerine göre çok çeşitli olup, muhtelif sınıflamalar yapılmıştır. Ülkemizde genellikle kullanılan sınıflama aşağıda verilmiştir:

1. Kalkerin içerdikleri organizmalara göre çeşitleri:

a) Foraminiferaların meydana getirdiği kalkerler: Tebeşir ve kokkolitler. (1 mikron tane büyüklüğündedir)

b) Planktonik foraminiferalı kalkerler: • Globijerinalı kalkerler

• Kalsiyonellalı kalkerler c) Bentonik foraminiferalı kalkerler:

• Alveolinalı kalkerler • Nummulitesli kalkerler 2. Dokularına göre kalker çeşitleri: a) Tane tiplerine göre:

• Dentritik kalkerler

• Organizma artığı içeren kalkerler • Pelitik (oval taneli) kalkerler • Konkresyonlu kalkerler b) Mikritlerine göre:

c) Çimentolarına göre: • Çimentolu kalkerler • Silis çimentolu kalkerler • Kalker çimentolu kalkerler

d) Porozitelerine göre: Delikli (poröz) kalkerler. 3. Yapılarına göre kalker çeşitleri:

a) Kristalli kalkerler. (Tane büyüklüğü 0.1 mm’den fazladır) b) Mikrokristalli kallerler. (Tane boyutu 0-0.1 mm arası)

c) Kriptokristalli kalkerler. (400-600 defa mikroskopta büyütüldüğünde sınır göstermeyen çift kırma tanelidir)

d) Kesif kalkerler. (400-600 defa mikroskopta büyütüldüğünde çift kırma göstermez. Basınç arttıkça kesif kalker, kristalli kalkere doğru yeniden kristallenir)

4. Karışık kalkerler: a) Greli (kumlu) kalkerler. b) Killi kalkerler. (%5-35 kil) c) Silisli kalkerler. (%20-30 SiO2) d) Demirli kalkerler

e) Saprepelion kalkerler. (Mat siyah renkli organik artıklardır) f) Bitümlü kalkerler. (Petrol yataklarında bulunur)

g) Oolitik kalkerler.

Organizma artıkları deniz dibinde kalker (kalsit) çamuru meydana getirirler. Çok derin denizlerde ise çoğu kez dibe inmeden eriyerek deniz suyundaki kalsiyum karbonat oranını arttırırlar. Deniz dibine inenler ise oradaki çökelmede oluşan yeşilimsi kil ve marnlar arasına karışırlar. Deniz dibinde meydana gelen bu kalker çamurları kalker çökelmesinin başlangıcı olmaktadır. Bazı araştırmacılar tarafından yapılan çalışmalarda karbonatlı kayaçların fasiyes şekilleri, oluşum ve çökelme durumlarına göre sınıflamalar ve adlandırmalar yapılmıştır. Folk, R. L. Kalker dokularının üç ana bileşenden oluştuğunu saptamıştır. Buna göre yapılan sınıflamalar ABD ve Avrupa ülkelerinde çok kullanılmaktadır.

1. Mikrokristalin kalsit çamuru, 1-4 mikron çaplı tanelerden oluşmuştur. %10’dan fazla Allokem bulunan allokemleşmiş kayaçlarda mikrokristalin kalsit çamuru spari kalsit çamurundan daha az olduğu zaman; intramikrit, oomikrit, biyomikrit, biyopelmikrit, pelmikrit kalkerler adını alır.

Tablo 2. 1. Kalkerlerin Tane Büyüklüğüne Göre Adlandırılması [1] Tane Boyutu

(mm)

Taşınmış Bileşenler Otojenik Bileşenler Tane Boyutu (mm) 64 Çok kaba taneli kalsirudit

16 Kaba taneli kalsirudit 4 Orta taneli kalsirudit

Fazlasıyla kaba kristalin 4 1 İnce taneli kalsirudit Çok kaba taneli kristalin 1 0.5 Kaba taneli kalkerenit

0.25 Orta taneli kalkerenit

Kaba taneli kristalin 0.25 0.125 İnce taneli kalkerenit

0.062 Çok ince taneli kalkerenit

Orta taneli kristalin 0.062 0.031 Kaba taneli kalsilutit

0.016 Orta taneli kalsilutit

İnce taneli kristalin 0.016 0.008 İnce taneli kalsilutit

0.004 Çok ince taneli kalsilutit

Çok ince taneli kristalin 0.004 0.002

0.001

2. Spari kalsit çamuru (genelde bir çimento gibi) 10 mikrondan daha büyük çaplı partiküllerden oluşmuştur. %10’dan fazla allokem bulunan allokemleşmiş kayaçlarda spari kalsit çamuru mikrokristalin kalsit çamurundan daha az olduğu zaman; intrasparit, oosparit, biyosparit, biyospelsparit ve pelsparit kalkerler adını alır.

3. Allokemler, irice kalker tanelerinin kalker (kalsit) çamurlu bir matriksle çimentolanarak (kimyasal çimento halinde) bütünleşmesi ile oluşan kalker taneleridir. Yani kalker taneciklerinin daha ince kalker çamuru hamuru ile bağlanmış kalkerlerdir. %10’dan daha az allokem mikrokristalin kayaçlarda %1’den fazla allokem mikrit, %1-10 arasında allokemli mikrokristalin kalkerlere; intraklastik mikrit, oolitik mikrit, fosilli mikrit ve peletli mikrit denir.

ABD ve birçok Avrupa ülkesinde kullanılan kalkerlerin dokularına göre tane boyutları ve bunların adlandırılması Tablo 2.1’de görülmektedir.

Karasal kalker oluşumunda; yer kabuğunun iç kısımlarına etki ederek inen sular değişik etkenler veya kapilarite ile yeryüzüne yükselirler. Bu suretle yeryüzünde daha önce oluşmuş kalkerlerden eritilmiş halde depo ettikleri kalsiyum bikarbonatı kalsiyum karbonat halinde uygun koşullarda çökelterek karasal kökenli kalker oluşumlarını meydana getirirler. Bu çökelme göl ortamında olabildiği gibi formasyon içi boşluklar (mağara) içinde de olabilir. Aynı şekilde yüzeydeki kalkerlerin kalsiyum karbonatı bol, yağışlı bölgelerde yer altı suyuna ve oradan da kaynak ve derelere geçerek uygun koşullarda traverten=kalker tüfü halinde kalsiyum karbonatı çökeltirler. [1]

2. 1. 2. Nitelikleri

Kalkerler hangi yolla oluşurlarsa oluşsunlar, doğada bulundukları durumları ile bileşimlerinde kalsiyumkarbonatın yanı sıra; mağnezyum karbonat, kil mineralleri, demir silikat-oksit ve sülfürleri, silikat asidi (SiO2) gibi bileşikler içerirler. Bu bileşiklerin bir kısmı kalker oluşumu esnasında ve oluşum ortamının koşullarına bağlı olarak gelebildiği gibi diyajenez esnasında ve etkenleri ile de gelebilir. Bu durumda kökene bağlı olarak içerdikleri primer safsızlıkları oluştururlar. Kalker oluşumunun tamamlanmasından sonra gelen safsızlıklar ise daha çok orojenik-epirojenik hareketler metamorfizma, tektonizma, metazomatik ve atmosferik olaylar ile oluşan sekonder safsızlıklar olmaktadır.

Bütün bu safsızlıklar ile gerek minerolojik gerekse kimyasal bileşim açısından görülen değişiklikler yanında yapı ve dokularına ilişkin kalkerlerin gösterdikleri ayrıcalıklar niteliklerini oluşturur. İçerdikleri maddelere göre oluşan kalkerlerin nitelikleri esas alınıp pek çok sınıflamalar yapılarak verilen adlandırmalarla çeşitlere ayrılmıştır. Kalkerlerin en çok içerdikleri ve teknolojik özelliklerini Çimento Sanayiinde yansıtan kil, kalsiyum ve mağnezyum karbonat % miktarlarına göre yapılan ayırım ve sınıflama olarak bir çok ülkede ve ülkemizde de kullanılan bir adlandırma olarak aşağıda verilmiştir.

Tablo 2. 2. Türkiye’de Kullanılan Kalkerlerin Adlandırılması [1] Toplam

%CaCO3 Adlandırma

MgCO3 Miktarı (%)

5-40 30’dan fazla

90-100 Kalker Dolomitik kalker Dolomit

85-90 Marnlı kalker Dolomitik marn Marnı dolomit 70-85 Kalkerli marn Dolomitik kalkerli marn Dolomitik marn

50-70 Marn Dolomitli marn Dolomitli marn

30-50 Killi marn Dolomitik killi marn Dolomitik killi marn 10-30 Marnlı kil Dolomitik marn Dolomitik marnlı kil

0-10 Kil Kil Kil

Kalkerlerin içerdikleri CaCO3 ve CaO % miktarları saflıklarını göstermektedir. Buna göre kalkerleri Tablo 2.3.’deki gibi sınıflamak mümkündür.

Tablo 2. 3. CaCO3 İçeriğine Göre Kalkerlerin Sınıflandırılması

%CaCO3 %CaO

Çok fazla saf kalkerler > 98.5 < 55.2

Çok saf kalkerler 97-98.5 54.3-55.2

Orta saf kalkerler 93.5-97.5 52.4-54.3

Az saf kalkerler 85-93.5 47.6-52.4

Saf olmayan kalkerler < 85 < 47.6

Görüldüğü gibi, kayacın tüm kimyasal bileşimindeki CaCO3 miktarı %90’dan fazla olduğundan kalker (=kireç taşı) olarak adlandırılır ve %98.5’den fazla CaCO3 olduğunda çok fazla saf kalker sınıfına girer. Çok fazla saf kalkerlerin genel olarak fiziksel özelliği aşağıda verilmiştir.

Basın dayanımı : 100-1900 kg/cm2 Kırılma dayanımı : 40-200 kg/cm2 Çekme dayanımı : 20-60 kg/cm2

Elastisite modülü : E = 2600-3000 kg/mm2 _{(Kristalli kalkerlerde)} : E = 1900-3000 kg/mm2

Young modülü : 2.5 x 105 _kg/cm2 Poisson katsayısı : 0.07-0.35

Genleşme katsayısı : 0.00001-0.000035 10 _{C (100-150}0 _{C, için)} Isı kapasitesi : 1 j/gr (500_C)

Özgül Isısı : 113.65-119.65 Kcal/kg 0_{C (40}0 _C) Reaksiyon ısısı : 422 Kcal/gr. Mol. (250 _C)

Elektrik iletkenliği : 10-5 _mho/cm

Çimento sanayii alanında hammadde veya düzenleyici (korrektör) olarak kullanılacak kalkerlerin kalitesine, içerdikleri yabancı unsurlardan oluşan safsızlıkların dırımı doğrudan etkili olmaktadır. Çimento içerisindeki safsızlıkların gerek klinker ve gerekse çimentoda bulunan miktarlarını sınırlayan norm ve standartlar mevcuttur. Bu normlara bağlı kalınarak üretilen çimento tipi ve kalitesi her ülkede ve genel olarak bilinmektedir. Hammadde içerisindeki safsızlıkların klinkere yansıma durumu genel olarak

hesaplamalarla değerlendirilebilir. Bu hesaplamalar daha sonraki bölümlere bırakılmıştır. Burada ise genel olarak değinilecektir. [3,4]

1. Alümina: Kimyasal bileşimi Al2O3 olan unsurları oluşturur. Bunlar kalkerlerde SiO2 (silis asidi) ile bileşik olarak kil mineralleri halinde bulunabileceği gibi feldspat, mika v.s. gibi kayaç ve minerallerin kimyasal bileşimindeki alüminyum silikat olarak bulunur. Kil minerallerinden ileri gelen alümina yüksek olduğu zaman (kil minerallerine göre) kayaç adı değişerek killi kalker, kalkerli kil ve marn adını alır. Kil minerallerinden gelen alüminanın çimentoda kullanılan kalkerler için belirli bir miktarda (%25’e kadar) yararı vardır. Fakat diğer bileşikler halinde bulunması zararlı olmaktadır.

2. Silis: Kimyasal bileşimi SiO2 olup kilden başka kum, çakmak taşı (sileks), boynuz taşı (çört), opal, kalsedon, kuvars parça ve kırıntıları halinde serbest, amorf olarak bulunabileceği gibi feldspat, mika, talk, serpantin ve volkanik kayaçların bileşimine bağlı olarak da bulunabilir. Kalker oluşumu esnasında karbonat üreten organizmaların bulunduğu ortamda silis yapan organizmaların bulunması sonucu silis miktarı yüksek kalkerler oluşur. Bunlarda serbest silis yüksek olduğundan çimento sanayiinde istenmeyen hammaddelerdir. Ayrıca kalkerlerin metazomatik olaylar sonucu siliko-kalker durumuna geçtikleri hallerde gerek eklem zonlarında gerekse stratifikasyon yüzeylerinde kuvars gibi istenmeyen silisli (SiO2) kayaçların yer aldığı görülür. Bazı durumlarda ise (bilhassa killi kalkerlerde) diyajenez esnasında gerek kendi içinden gerekse ortamlardan gelen jel halindeki silis band halinde tabakalanmaya paralel olarak veya tesbih dizilişi ve yumrular halinde çörtleri oluştururlar. Çörtler silisin amorf olduğu bir şekli olup, çimento sanayiinde kullanılan hammaddelerde kesinlikle istenmez. Kalkerlerde serbest silis asidinin bulunması gerek öğütme ve gerekse pişme esnasında sorun yaratmaktadır.

3. Demirli Bileşikler: Kalkerlerin; bünyelerine, oluşumuna (fasiyeslere göre) ve diyajenez esnasında veya sonradan atmosferik koşullar, metamorfizma, metazomatoz ve infilittrasyona bağlı olarak demirli bileşikler girebilir. Demir bileşikleri sülfür halinde; pirit ve markasit olarak, sülfat halinde; limonit, hematit spekülarit, manyetit olarak, karbonat halinde ise siderit olarak bulunabildiği gibi bilhassa lateritik oluşum koşullarında boksitli demir olarak alüminyum oksitle birlikte olmak üzere değişik mineraller halinde bulunabilir. Demiroksitlerin bulunması belirli sınıra kadar yararlı olup bu sınır karışım yapılacak kilin içindeki demir miktarına bağlıdır. Demir sülfür, sülfat bileşikleri halinde ise yine belirli bir sınıra kadar-bu sınır klinker standartları hesabında belirlenmiştir- istenmez.

4. Alkaliler: Bunlar sodyum ve potasyum elementinin bileşikleri olup kalkerlerde genellikle sonradan kirlenme veya oluşum esnasında kile bağlı olarak az miktarda da olsa bulunabilir.

5. Karbonlu Maddeler: Kalker içerisinde genellikle bitüm, kömür ve diğer korbonlu bileşikler halindedir. Oluşum esnasında organizma kalıntıları olarak veya petrol oluşumunda ana kayaç niteliğindeki kalkerlerde petrol göçünden arta kalan artıklar olarak bulunabilir.

Kalkerlerin poroziteli yapısı petrol için çok iyi bir hazne kaya olduğundan bazen bitümlü ölü petrol kalıntısı olarak bulunabilir. Bu durumda çimento için zararlı sayılmaz ancak organik sülfür bileşiklerin bulunması zararlıdır.

6. Kükürt ve Fosfor: Kalkerlerde sülfat halinde kükürt ve fosfor (fosforit, apatit, v.s.) bulunabilir. Organizma bakiyesi olarak bulunan fosforlu bileşikler kalkerlerin oluşum fasiyeslerine bağlıdır. Daha çok stabil şelf koşullarında oluşmuş kalkerlerde fosfor bileşikleri beklenmelidir. Ayrıca oluşum esnasında gerek temel kayaçlar ve gerekse havza çevresinde bulunan kayaçlardan dentritik malzeme beslenmesi olduğu durumlarda da fosforlu kayaçlardan parçalar içerebilir. Litoral ortamlara da oluşan bazı kalkerlerde de fosforlu bileşiklerin varlığı bilinmektedir. Kükürt ve fosfor bileşikleri çimento hammaddesi olarak kullanılacak kalkerlerde istenmeyen unsurları oluşturmaktadır.

7. Tuzlar: Kalkerlerin oluşumuna ilişkin olarak (Litoral ortamda veya kalker oluşumunda evaporasyon) olduğunda mutlak surette tuz bulunur.) veya sonradan suların etkisi ve infilitrasyon ile bünyesine girmiş halde klorür, florür ve bromürler bulunabilir. Sodyum klorür tuz minerali, potasyum klorür, silvin ve kalsiyum florür ise flüorit minerali halindedir. Flüor daha çok kalker çevresindeki volkanizma faaliyetlerine bağlı olarak yeralır. Çimento sanayiinde klorür ve bromürler korozif etkileri sebebi iel istenmezler.

8. Magnezyum Bileşikleri: Kalkerin oluşumu ve oluşmadan sonraki başkalaşmanın etkisi ile dolomit (CaMgCO3) ve manyezit (MgCO3) in bulunmasından ileri gelir. Çimento yapısında istenmeyen bir unsuru teşkil eder.

2. 1. 3. Türkiye’de Kalker Oluşumlarının Bölgelere Göre Dağılımı

Türkiye’deki kalker oluşumlarının coğrafi bölgeler itibarı ile potansiyeli Tablo 2. 4. ’de verilmiştir.

Tablo 2. 4. Türkiye’deki Kalker Oluşumlarının Dağılımı[1]

BÖLGESİ REZERV (Milyon Ton)

Görünür Muhtemel + Mümkün Potansiyel Marmara 217 1.008 2.120 Ege 395 2.200 16.860 Akdeniz 323 1.335 7.810 İç Anadolu 606 2.112 5.135 Karadeniz 260 1.405 3.940 Doğu Anadolu 383 1.180 2.710

Güney Doğu Anadolu 147 530 910

2. 2. Kil

2. 2. 1. Tanımı

Kil teriminin endüstriyel alanda kesin sınırlarla saptanarak tariflenmemesine rağmen hammadde olarak çeşitli alanlarda çok geniş kullanımı vardır. Kil yerbilimleri tarafından killi kayaç ve killer olarak iki anlamda kullanılır. bu açıdan kil minerallerinden oluşmuş kayaçlar veya çökeller olarak tanımlanırsa da her küçük boyutlu parçanın kil olmadığı bilinmektedir. Kilin yerbilimleri açısından tarifi ise, “minerolojik bileşiminde %99’a kadar kil mineralleri bulunan kayaçlardır” şeklinde yapılabilir. Kil minerallerinin ana unsuru kimyasal bileşimlerinden alüminyum oksit bulunması ve sulu alüminyum silikatlardan meydana gelmesidir. Bunların başlıcaları kimyasal ve minerolojik yapılarına göre dört grup altında toplanmışlardır.

1. Kaolinit Grubu Kil Mineralleri (İki Tabaklı Kil Mineralleri): a) Kaolinit: Al2O3.2SiO2.2H2O veya Al2(OH)4(Sio2O5)

b) Dikit ve Nakrit: Al2SiO5(OH)4 veya Al2O3.SiO2.H2O c) Hollosit: Al2O3.2Si2.4H2O veya Al2Si2O5(OH)4.nH2O d) Metahollosit: Al2O3.2SiO2.2H2O

2. Montmorillonit Grubu Kil Mineralleri (Üç Tabakalı Kil Mineralleri): a) Montmorillonit: Al2O3.4SiO2.H2O+n.H2O

b) Beiderit: Al2O3.4SiO2.nH2O

c) Montronit: (Al, Fe)2O3.3SiO2.nH2O d) Saponit (Hektorit): 2MgO.3SiO2.nH2O e) Sautonit: 2ZnO.3SiO2.nH2O

f) Atapulgit, Sepiolit, v.s. : (Mg, Al)2(OH) (Si4O10).2H2O+2H2O 3. Kil Mineralleri Grubu:

a) Hidrofillit b) Vermikülit c) Hidromuskovit d) Hidrobiyotit e) İllit

4. Amorf Killer Grubu:

Allofonit: X.Al2O3.Y.SiO2.ZH2O

Kil minerallerinin genel olarak incelendiğinde minerolojik ve kimyasal özellikleri açısından sulu alüminyum, magnezyum ve demir silikatlardan oluştuğu görülmekler beraber kalsiyum, potasyum ve diğer iyonları da içerirler. Doğada kil mineralleri ender olarak saf halde bulunurlarsa da genellikle kil minerallerinden olmayan diğer mineraller kil kayacının içine girerek özelliğine etki etmektedirler. Yukarıda değinilen gruplar altında verilen kil mineralleri kristallografik özelliklerine göre ayırt edilmiştir. Kaolenit grubundan olan iki tabakalı kil minerallerinde kristal yapı levhamsı olup bir kat silika tetraedronları ve bir kat alümina oktaedronlarından oluşmuştur. Bu gruptakilerin bir kısmı hornblend tipi zincir yapısında olup, silika tetraedronları ve Al,Mg atomları kapsayan oksijen ve hidroksil oktaedral gruplarının zincirleme bağlanımlarından oluşmuştur. Üçüncü gruptaki kil mikaları ise, düzenli bir şekilde değişik levhamsı katların birbirleri üzerine yağışması ile oluşmuştur. Dördüncü gruptaki amorf killer

içinde bulunan değişik kompozisyonlardaki amorf maddeler ile yine değişik oranlarda silis, alüminyum ve su kapsamaktadır. Bu gruptaki killer genellikle hollosit ile birlikte bulunur, camsı bir görünümleri vardır. Saf oldukları zaman saydam ve renksizdirler. Çoğunlukla mavi, yeşil sarı ve kahverengi renklerde olurlar. Her ne kadar amorf kabul edilirlerse de X ışınları incelemesinde camdan daha düzenli bir kristal yapısının olduğu ortaya konmuştur.

Kil minerallerinin tamamı Al2O3 içerdiklerinden, jeolojik oluşumu genellikle alüminyum silikatların değişik pH ortamında erimesine bağlı olup jenetik bakımdan aynı parajeneze dahildir. Yerkabuğunda yaygın ve çok miktarda bulunan alkali feldspatların doğa koşullarındaki alterasyonu sonunda feldspatlar önce iyonlarına ayrışırlar. Oluşan bu kimyasal eriyiklerden, ortamın pH derecesine göre Al2O3/SiO2 oranı değişen alüminyum hidro silikatlar oluşmaktadır. Kaolitin meydana gelebilmesi için ortamın pH değeri 8-9, Al2O3/SiO2 oranı ise 1/3-1/4 olmalıdır. Eğer silis asidi peptizasyon dolayısıyla erir ve uzaklaşırsa, ortamda alüminyum hidroksit bakımından bir zenginleşme başlar ve sonuçta boksit mineralleri oluşur. Bu şekildeki iyonize eriyiklerden kimyasal olarak kristalleşen kaolinit grubu minerallerinin çökelmesi ile kil yatakları, montmorillonit grubu minerallerin taşınıp çökelmesi sonucu bentonit yatakları, alüminyum hidroksit bakımından zenginleşme, minerallerin yataklanması ile de boksit ve geniş alanlarda gördüğümüz kırmızı renkli lateritler oluşur. Killerin ateş karşısındaki davranışları oksitlerin özellikle humus asidi tarafından uzaklaştırılması sonucu olup, bunların ileri derecede diyajenezi ile şiferton, kil taşı, şeyl yatakları ortaya çıkar. Kil ve boksit minerallerinin metamorfizması halinde ise diaspor, korendon, sillimanit ve muhtelif alüminyum silikatlar ve zımpara yatakları meydana gelir. Bazı kil yatakları genellikle kristal yapı gösterirlerse de alüvyoner killi toprak oluşumlarında kolloit unsurların daha çok bulunduğu görülür.

Kil mineralleri kökenli hammaddeleri arasındaki jenetik ilişkiyi doğuran ana kayaç-yankayaç ilişkisi ile volkanik faaliyetler sırasındaki değişik pH’lı ortamlar ve kolloidal partiküllerin durumu olmaktadır. Kil yatakları kaolinlerin, kil taşı, killi şist, grovak ve feldspatlı tüm kayaçların bozuşması ve alterasyon örtüsündeki aşınma ve taşınma sonucu tatlısu ortamında oluşan killer daha çok karbonatça fakir ve ateşe dayanaklı killerdir. Denizel ortamlarda ise az çok karbonat içeren kil-marn nitelikli düzgün tabakalı killerdir. Kil oluşumu genellikle tektonik ve epirojenik hareketlerin yavaşladığı, iklimin yağışlı ve sıcak olduğu jeolojik devirlerde yaygındır. Aşınma ve taşınma süratli killeşmeyi hazırlayan kimyasal olayların sona ermesine imkan vermezse, oluşan kil yataklarında tane inceliği, plastisite, ateşe karşı dayanıklılığı ve homojenite düşük olur. Kil yatakları genellikle kuvaterner ve çoğu kez tersiyer yaşlı olup jeolojik yaş arttıkça diyajenez etkisinde kalarak kil taşı, şeyl, killi şist, boksit ve şifertona dönüşerek plastisite özelliklerini geniş ölçüde kaybederler. Fakat tektonik basınçlardan korunmuş bölgelerde eski jeolojik yaşta olanlarına rağmen plastiklik özelliğini korumuş kil yatakları da bulunmaktadır. Denizel oluşumlu kil yatakları genellikle diyajenez ile killi şistlere dönüşmüş olduklarından geniş havzalarda homojen olarak bulunurlar ve az çok kalker içerirler. Litoral kuşak dışında, derin denizlerde çöken killer ise genellikle serbest silis içerirler ve volkanik faaliyetler sonucu oluşmuşlardır. Ayrıca diyajenez esnasında gerek jel halinde silis asidinin (SiO2) ayrılması ve gerekse tabakalanmaya uygun veya eklem zonları arasında çöret, sileks ve kalsedon gibi amorf silisli kayaçları bulundururlar. Alümina (Al2O3) bakımından zengin kil yataklarının oluşumunda humus asitli suların büyük rol oynadıkları linyit-kil, kömür-kil parajenezinden anlaşılmaktadır.

Humus asitleri alüminyum silikat (feldspat v.s.) artıkların kil minerallerine dönüşmesini hızlandırarak metal oksitleri uzaklaştırırlar.

Kaolen, çimento sanayiinde beyaz çimento yapımında kullanıldığı için kil minerali olarak ayrı bir önem taşımaktadır. Alkali feldspatlarca zengin granit, riyolit ve riyolit tüfleri gibi kayaçların asit ortamda ayrışıp bozuşmasından oluşmuş alüminyum hidrosilikattır. Kaolen’in başlıca ana kayaç minerali ortoklaz olup %64.63 SiO2, %18.49 Al2O3 ve %16.88 K2O ihtiva eder. Yer altı ve yerüstü sularının veya asit nitelikli termal eriyiklerin etkisi ile feldspatlar içerdikleri K2O’nun tamamını ve SiO2’nin bir kısmını kaybedip bunların yerine bir miktar su alarak kaolinit mineraline dönüşürler ki buna da hammadde jeolojisinde önemli olan kaolinleşme denir. Bu olay aynı zamanda alüminyum hidro silikatların meydana gelmesidir. Kaolen’in kimyasal bileşimi; %39.56 Al2O3, %46.50 SiO2 ve %13.94 H2O’dur.

Çimento sanayiinde hammadde olarak gerek kil ve gerekse Al2O3 ve Fe2O3 % miktarını arttırmak veya düzenlemek için kullanılan killi topraklar çeşitli kil mineralleri ile alterasyon ürünü metal oksitlerin taşınıp yığışmasından veya yerinde alterasyon örtüsü halinde, neojen ve plio-kuvaterner yaşlı alüvyonlarda, neojen havzalarının üst seviyelerindeki karasal koşullarda oluşmuştur. Alterasyon örtüleri ya yerinde teşekkül etmiştir veya çok az yer değiştirmiş olabilir. Bunların kalınlıkları birkaç metreden 20 m.’ye kadar görülerek tabanda değişmemiş orijinal anakayaç, üzerinde bir geçiş zonu ve en üstte kısa mesafeden gelmiş veya yerinde oluşmuş killi toprak bulunur. Her üç zonun gerek kimyasal ve gerekse minerolojik bakımdan kendilerine mahsus özellikleri vardır. Bazı oksitler ve mineraller geçiş zonunda, bazıları ise alterasyon örtüsünde zenginleşmektedir. Fakat ana kayaç ile olan ilişkisi büyük ölçüde korunmuştur. Ana kayaçın karbonatlı olduğu durumda alterasyon örtüsü terra rossa halindedir. Ana kayaç, grovak, kuvarsit, kumtaşı ise alterasyon örtüsünde oluşan toprak killi, ana kayaç killi şist, metamorfik kayaç ise toprak az kumlu ve bol mikalı ve killidir. Ana kayaç bazik ve ultrabazik ise topraklar demir ve mağnezyum bileşikelri ile montmorillonit grubu kil mineralleri bakımından zengin olup çimento sanayii kolunda hiç tercih edilmezler. Ülkemizde başlıca toprak oluşumuna uygun koşulların bulunduğu neojen havzalarında ve genellikle akarsu vadileri boylarında uzanan Plio-kuvaterner alüvyoner ovalarında, çevre kayaçlardan gelen malzemeler, çok uzak mesafelerden taşınan ince taneli dentritik malzemeler halinde sedimantasyon mevcut olmaktadır. Çevre kayaçlardan gelen kum, çakıl gibi iri taneli malzemeler genellikle periyodik olarak sel sularıyla taşınmıştır. Bunların üzerine ince malzemeler de gelerek bir bant halinde havza kenarı istikametinde birbirleriyle birleşerek çökelmişlerdir. Bu durumda uzak mesafelerden gelen killi-kumlu oluşumların kalitesi de bozulmuş, oluşumda yakın çevre kayaçların etkinliğinde iri taneli klastik malzeme taşınması görülür. Böyle bir sedimantasyon ortamında gerek minerolojik ve gereksi kimyasal bileşim açısından homojenlik beklenemez. Fakat kalın killi toprak oluşumunun meydana geldiği havzalarda tektonik etkenlik ile paleomorfoloji incelenmesinde, masife göre havza kenarlarındaki çökme alanlarında çökelme durumu saptanabilir. Çökelmenin meydana geldiği havzanın akıntı mekaniğinin incelenmesi fasiyes dağılımının anlaşılması için lüzumlu olabilir. Havza taban morfolojisi gerek kil ve gerekse killi toprak oluşumlarının etüdünde çok önemli bir konudur. Kıyının çok uzaklarında bulunduğu bazı neojen havzalarında klastik malzemenin kalınlığı 400-500 m. olabilmektedir.

Çöküntü havzasında taban morfolojisinin değişmesi ve akıntı mekaniğinin etkisi ile killerin yatak değiştirmeleri görülmektedir. Bu durumda daha homojen ve çimento sanayiinde kullanılması açısından çok kaliteli büyük ve devamlı rezerv verecek geniş alanlarda oluşumlar meydana gelebilir. [1]

2. 2. 2. Nitelikleri

Çimento hammaddesi olarak kullanılarak killerde çeşitli minerolojik ve kimyasal özellikler aranmasına rağmen homojenite çok önemlidir. Kil çeşidi ve kalitesinin saptanması ancak X-ışınları difraksiyonu ve diferansiyel termik analizi ile yapılabilir. Killerin kimyasal analizinde; Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, SO3 ve kızdırma kaybı % miktarının tespit edilmesi gerekir. Minerolojik analizlerde ise kil minerallerinin dışında bulunan safsızlıkları oluşturan unsurlar ve bunların % miktarları saptanır. Çimento yapımında kullanılacak kilin kimyasal bileşiminde Al2O3/Fe2O3 oranı 2/1 civarında olmalıdır. SiO2 miktarı yüksek olan killerde mutlak surette kuvars veya kalsedon halinde serbest silis vardır. Bu da üretim esnasında güçlükler çıkarır. Toprak alkali oksitlerin miktarı %1’in altında olması istenir. Bu miktardan fazlası kil içerisinde; anorit, montmorillonit,a mika, feldspat, alkali tuzu olduğunu gösterir. Kil minerallerinin çeşitleri saptandıktan ve kimyasal-minerolojik bileşimi bilindikten sonra kil içerisindeki safsızlıklar rasyonel analizleri ile kesinlikle bulunabilir.

Killer genelikle minerolojik bakımdan plastik olan ve olmayan unsurları içerirler. Plastik olanlar kaolinit ve montmorillonit grubu kil mineralleridir. Plastik olmayanları ise kalsit, kuvars, feldspat v.s. gibi muhtelif kayaçlar ve minerallerdir. Bunlar silt niteliğinde kolloidal partiküller haline kadar boyutlarda bulunabilirler. Bu açıdan killerin kaliteleri için minerolojik analizler ile kimyasal analizlerin tamamlanması gerekir. Killerin plastisite özellikleri mineraller içerisindeki ayırt edici en önemli özelliklerinden birisi olup su ile şekillendirilmelerini meydana getirir.

Bu özellik kil minerallerinin yapısında bulunan kolloit unsurların (allofan) yüzdesine, killerin tane inceliğinde doğrudan bağlıdır. Bu durum işletme esnasında çok önemli olup, kurutulmuş kilin üzerine parmakla basıldığı zaman parmak izini açıkça gösteren, fakat ele yapışmayan durumuna gelinceye kadar aldığı su miktarına kilin plastisite sayısı denir. Killerde plastisite suyu genellikle %15-40 arasındadır. Kaolinitik killer az plastik, bağlayıcı killer ile bentonit ve montmorillonit killer çok plastiktir. Çimento sanayiinde kullanılacak killerin plastisite sayıları %15-20 arasında olmalıdır.

Tablo 2. 5. Killerin Adlandırılması [1] Jeolojik ve Minerolojik

Adlandırma

Teknolojik Adlandırma Ticari Adlandırma Çok kumul killer Beyaz yanışlı killer İnce seramik killeri

Kumlu killer Bağlayıcı killer Kaba seramik killeri

Yağsız ve az kumlu killer

Yağlı azkumul killer Refrakter killer Şamat-ateş kili

Plastik kil A-kili Tuğla-kiremit kili

Çok plastik yağlı killer Çimento kili

Lekeli kil A.III. Şamot kili

Şiferton A. II. Şamot kili Kağıt, tekstil-kimya sanayi

Kaolinitik kil A I. Şamot kili Kaolinleri

Bentonitik kil

Killerin pişmesi sırasında kendi bünyelerinde meydana gelen endoterm ve ekzoterm reaksiyonlar diferansiyel termik analizleri (DTA) ile tespit edilir ki, bu killerin termik özelliklerini verir. Pişme sırasında meydana gelen hacim değişmeleri dilatometri analizleri ile grafik olarak gösterilir. Dilatometri ve DTA eğrileri killerin minerolojik bileşimleri hakkında bilgi verir ve bu konuda termogravimetrik testler yapılır. Killer 9000_-15800_{C arasında sertleşerek bu dereceden sonra ergirler. Ergime ve sertleşme} derecelerine bünyelerinde bulunan kuvars, feldspat, demir oksit, kalker ve sertleşme derecelerine bünyelerinde bulunan kuvars, feldspat, demir oksit, kalker ve kolloit unsurları etkili olmaktadır. Çimento sanayinde kullanılacak killerde 900-10500 _C’de sinterleşme olması tercih edilir.

2. 2. 3. Türkiye’de Kil Oluşumlarının Bölgelere Göre Dağılımı

Türkiye’deki kil oluşumlarının bölgeler itibarı ile dağılımı Tablo 2.6’da verilmiştir. Tablo 2. 6. Türkiye’deki Kil Oluşumlarının Bölgelere Göre Dağılımı [1]

BÖLGESİ REZERV (Milyon Ton)

Görünür Muhtemel + Mümkün Potansiyel Marmara 54 201 580 Ege 123 364 1.980 Akdeniz 235 1.175 2.165 İç Anadolu 88 408 1.106 Karadeniz 32 264 483 Doğu Anadolu 92 300 452

Güney Doğu Anadolu 124 212 334

TOPLAM 748 2.924 7.100

Killerin kullanıldıkları yerler veya teknolojik özelliklerine göre sınıflanması konusunda ülkemizde yerleşmiş norm ve standartlar yoktur. Dış ülkelerde bu konudaki normlar daha çok minerolojik bileşimi esas almışlardır. Birçok dış ülkede saptanmış olan norm ve ülkemizde genellikle kullanılan adlandırma aşağıda Tablo 2.5’de gösterilmiştir.

Kil yataklarında açık maden işletme metodları ile işletme yapılır. Topoğrafya yüzeyindeki kil dışında bulunan yabancı maddelerden oluşan örtü tabakası gerekli iş makineleri ile kazınıp dekape edilir. Morfolojik yapıya göre basamaklar ve şevler oluşturularak mekanik kepçelerle üretim yapılır. Kil yataklarında patlayıcı madde kullanılması gerekmez. [3, 4]

2. 3. Marn

2. 3. 1. Tanımı

Kalker ve kilin doğada, %50-70 oranında kalker ve %30-50 oranında kil karışımından oluşan kayaça marn denir. Oluşum bakımından tamamı ile sedimanter olup diyajenez geçirmiş genellikle muntazam tabakalı olarak bulunur. Marn oluşumu daha çok tektonik ve orojenik hareketlerin durulduğu sakin ortam koşullarında ve genellikle kıyıdan uzak fasiyeslerde meydana gelir. Kıyıdan oldukça uzak deniz ortamının tabanında karadan gelen silt niteliğinde ve kolloidal partiküller halindeki kil minerallerinin parçaları çökelirken yüzeydeki planktonik ve pelajik kalker yapan organizmalar ile dipte yaşayan kalker kabuklu organizma artıklarından oluşan kalker çamuru kil çamuru ile karışarak marn çökellerini oluşturur. Marn çökelleri genellikle çok geniş ve devamlı çökeller olup, çökel havzasının çevresindeki ortam ve kayaç yapısının etkisi bulunmaktadır. Karada hüküm süren şiddetli bir ayrışma ve taşınma ile ortamın beslendiği durumlarda marn çökellerinin kalın tabakalı yapıda oldukları görülür. Orojenik hareketler başlayıp yükselme meydana geldiği zaman ise marn çökelmesi yerini kumtaşı çökelmesine bırakır. Tekrar sakin koşullar başladığında ortamın durumuna göre marn çökelmesi devam ederek tekrarlandığı zaman marn kumtaşı ardalanmaları meydana gelir. Ayrıca marn çökelmesi olan bir ortamda dentritik malzeme etkisinden uzakta sığlaşma olduğnda, evaporasyon artarak kalker-marn-jips çökelmesi meydana gelir. Bu tür fasiyes sınırlı sır dolaşması olan ve çok tuzlu sular içeren sığ, açık denizden ayrılmış birikintiler ve lagünlerden oluşan çoğunlukla ince çökelleri içerir. Coğrafik olarak lagünler, set resifleri arası ve set resifleri arkası, kıyıdaki ince uzantıların arkasında veya atoller içinde oluşan lagünler halindedir. Bu ortam aynı zamanda iyi gelişmiş ve bilinen gelgit arası ortamı da içerir. Bu ortamda en belirgin çökelme kireç çamuru ile kil çamurunun karışmasından oluşan marndır. Kireç ve kil çamuru karışımı gelgit düzlüklerinde küçük havuzlarda, bataklık ve gelgit kanallarında ve yersel plaj düzlüklerinde vardır. Değişken koşullar sonucu tatlı, tuzlu, çok tuzlu sular, su yüzüne çıkan çökel alanları, hem indirgen, hem yükseltgen koşullar ve tatlısı ile tuzlu su bitkilerinin egemen oldukları bataklık alanlar oluşarak marn katmanları arasında izeoine rastlanır. Bazı yerlerde rüzgarlarla taşınan kırıntılar çökel miktarına yardım eder. Diyajenez de oluşan marn çökellerine büyük ölçüde etki eder. Tane türü ve çökelme dokusu çok değişken olup çoğu çökeller kireç ve kil çamurundan oluşmuş iyice peletleşmiştir. Katmanlanma küçük ölçekte derecelenme gösterir. Gelgit kanallarında oluşan kumlar ise çapraz tabakalanma gösterir.

Kuyuya daha yakın evaporit fasiyesi ise, kurak bir iklimde gelişen sınırlı denizel düzlüklerin gelgit ötesi ve kara içi gölcük ortamları, başka bir deyimle zaman zaman denizel sularla kaplanan tuz düzlükleri ve tuzlaların bulunduğu kısımdır. Aşırı sıcaklık

ve kuraklık en azından mevsimsel olarak görülür. Denizel su basması zaman zaman şiddetli rüzgarların etkisi ile oluşur. Çökellerde deniz suyunun buharlaşıp uçması sonucu yoğunlaşan jips ve anhdirti marn çökelleri üzerinde olup böylece hem tortullaşma ve hem de diyajenetik olarak oluşmuştur. Bu çökellere kırmızı renkli marn (Kızıl marn fasiyesi) çökelleri de denir.

Açık şelf fasiyesinde ise; karbonat ve killi çamurların oluşturduğu çökelme ortamında şeyller ve marnlar ile ara katmanlı bola fosilli kalker bandları içeren kalın marn çökelmeleri oluşur. Bunlar grimsi, yeşil,kahverengi ve kırmızımsı renklerde biyoklastik vaketaşı tane türü ve çökelme dokusundadır. Katmanlama yapıları tümüyle oyulmuş ince-orta kalınlıkta tabakalanma gösteren yumrulu yapıdadır. Karışmış veya ara katmanlı olarak bulunan karasal kökenli kırıntılar, silt büyüklüğünde kuvars-silttaşı ve şeyl olarak ayrı katmanlar halinde marnla birlikte ardalanma içerirler. Böyle bir ortamda çökelen marnlarda su yüzeyine yakın veya su yüzeyinde yaşayan çok çeşitli kalker kabuklu canlı kalıntıları da bulunarak çok geniş alanlarda görülürler.

Derin deniz ortamının (kıyıdan km’lerce uzak ve derinlik 5000-7000 m) tabanında kil çamuru ve silis jeli çökelmesi olurken su yüzeyindeki kalker yapan planktonik organizma artıklarının bir kısım deniz tabanına varmadan eriyerek CO3 ve CaCO3’e ayrılarak deniz suyunda bu bileşiklerin konsantrasyonları artar bir kısım ise deniz dibine inerek buradaki çökellere kalker olarak karışır. Bu şekilde oluşan çökel ortamının kimyasal koşullarına göre devam eden yeşilimse ve koyu renkli şeyl (kil çamurundan), marn (kalker ve kil çamurundan) çökelmesi yanında daha açık renkli olarak silis (SiO2) jelinden oluşan çört de çökelmektedir. [1]

2. 3. 2. Nitelikleri

Marnın kalker ve kilin karışımından oluşan sedimanter orijinli bir kayaç olduğuna değinmiştik. Kalker ve kilin karışım miktar ve durumları kimyasal ve minerolojik bileşim esaslarına göre henüz bir standartla bağlanmamıştır. Ülkemizde genellikle “kalkerlerin adlandırılmasında” değinilen ve Tablo 2.2.’de “Kil-Kalker karışımları”nda belirtilen oranlardaki miktarlarla adlandırılmanın yapılarak kullanılmasına rağmen, bazen kalker-kil sistemi Schmassamann’a göre kalker: kil oranları ile Tablo 2.7’de verilen adlandırma da kullanılmaktadır.

Tablo 2. 7. Kalker: Kil Oranlarına Göre Marnların Adlandırılması [1]

Kayaç Adı Kalker: Kil Oranı (Max)

Kalker 9:1 Marnlı Kalker 7:3 Kalkerli Marn 1:1 Marn 1:4 Marnlı Kil 1:9 Kil 1:9, 1:10

Çimento yapımında genellikle %70 kalker ve %30 kil içeren “Marnlı Kalker” kullanılması klinkerin kimyasal bileşimine en yakın doğal kayaç olduğu için tercih edilmektedir. Hatta marnlı kalkere “Amerikan Rock” ve “Doğal Çimento Kayası” denilmesi de bu yüzdendir. Uygun kimyasal ve litolojik bileşimdeki kalkerli marnın hammadde olarak kullanılma avantajları, kolay sökülebilir niteliklerde yumuşak olması işletme ve öğütmede ekonomi sağladığı gibi karışım ve yakmada da yakıttan tasarruf sağlamaktadır. Marn oluşumlarında sürekli bir devamlılık vardır. Yanal ve dikey durumda homojen litolojik yapı ve kimyasal bileşiminin bulunması en önemli çimento hammadde avantajını oluşturur.

Marn oluşumlarında, kalker ve kil oluşumlarında değinilen özellik ve saflıkların aynısı aranmaktadır. Marn yataklarında genellikle istenmeyen unsurlardan serbest silis içeren sileks, çörtlerin nodül, yumru ve bandları çökelme koşullarına bağlı olarak bulunabilir. Bunların olmaması istenir. [3, 4]

2. 4. Alçıtaşı

2. 4. 1. Tanımı

Doğada kalsiyum sülfat kimyasal bileşiminde bir mineral olan alçı taşı, bünyesinde iki molekül kristal suyu bulunan türüne jips (CaSO4,.2H2O) ve susuz kalsiyum sülfat mineraline de anhidrit (CaSO4) denir. Kalsiyum sülfat mineralleri evaporit oluşumlu yatakların tipik mineralleri olup, her birinin ayrı ayrı bulunduğu yataklar olmasına rağmen, bu iki mineral çok defa birlikte bulunur. Dünya’da bilinen ve işletilen alçı taşı yatakları çok yaygın olmakla beraber, toplam rezervin büyük bir bölümü, pek çok ülkede anhidritten oluşmaktadır. Fakat buna karşılık anhidrit jipse oranla daha az ekonomik önemi olan bir mineraldir ve daha az kullanma alanı vardır. Çimento sanayi alanında da genellikle jips kullanılmaktadır. Alçıtaşı terimi alçı yapımına uygun kayaç-mineral olarak kullanıldığı zamanda jips ve anhidrit için de ekonomik olarak kullanılmaktadır. Burada genellikle alçı taşı terimi jips yerine kullanılacak, zorunlu oldukça ve ikisi arasında ayırım yapmak gerektiği zaman jips ve anhidrit terimleri kullanılacaktır.

Kalsiyum sülfat mineralleri saf olduğu zaman aşağıdaki bileşimleri gösterir: %CaO %SO3 %H2O (Kristal suyu)

Jips 32.6 46.5 20.9

Anhidrit 41.2 58.8

-Gerek jips ve gerekse anhidrit hiçbir zaman saf halde bulunamazlar. Bu iki mineralden herbiri yarı dengeli olup, biri diğerine dönüşebilmektedir. Ayrıca alçı taşı yataklarına oluşum sırasında veya sonradan yabancı maddeler karışmış olabilir. Bu yabancı maddelerin başlıcaları; kalker, dolomit, manyezit, tuzlar, kil mineralleri, diğer sülfatlar, metal oksitli bileşikler ve silis asitli bileşikler olabilir. Alçıtaşı çimento sanayiinde genellikle maden ocağından çıktığı kalitesi ile hiçbir işleme tabi tutmaksızın kullanılmaktadır.

Anhidrit: CaSO4 kimyasal bileşiminde, susuz kalsiyum sülfat olup, yapısına kristalizasyon suyunu kolayca alarak CaSo4.2H2O kimyasal bileşiminde olan jipse dönüşür. Anhidrit, suda kolay çözünen bir mineral olup 100 gr suda 0.3 gr erir. Bu özelliğin sebebi ile anhidrit yatakları kurak olmayan bölgelerde mostra vermez. Ancak oldukça dik eğimli yamaçlarla aşınmanın fazla olduğu yerlerde anhidrit rastlanır. Bitkilerin bulunduğu kesimlerde suyun tutulması sonucu anhidrit jipse dönüşür. Anhidrit, çoğunlukla açık gri ve mavimsi gri renktedir. Mikroskop altında taneli veya kristal kümesi yahut da keçemsi bir doku gösterir.

Jips: Sulu kalsiyum sülfat kimyasal bileşiminde olup monoklinal sistemde kristallenir. Sertliği mohr ölçeğine göre 2 (tırnakla çizilebilir) olup, anhidritin ise sertliği 3-3.5 arasında olması ile kolayca ayırt edilebilir. Jipsin özgül ağırlığı 2.5-2.4 gr/cm3 _anhidritin ise 2.7-3.0 gr/cm3_{’dür. Jipsin kristalleri çoğunlukla büyük ve özel görünüşlü, parlak} yüzeyli olduğu gibi mızrak ve kırlangıç kuyruğu şeklinde ikizleri de bulunmaktadır. Jipsin rengi genellikle beyaz ve beyazımsı gridir. İçerisinde tali olarak bulunan yabancı maddeler jipse değişik renk verir. Örneğin, bitüm siyah rengi, demir oksitli bileşikler kırmızımsı rengi vermektedirler. Petrografik bakımdan jips kayaçlarının çoğu tanelidir. Ekonomik değer bakımından tane çapları ile kalsiyum sülfat içeriği arasında bir bağıntı bulunmaktadır. Yabancı madde etrafında oluşan kristalleri iri taneli olurlar. Halbuki saf olarak oluşan kristalleri daha küçüktür. Bazı yataklarda da jips lifli kristaller keçe gibi birbirine geçmiş kütleler halindedir.

Jipsin Bessanit Türü: Bessanit, anhidrit ile jips arasında ayrı bir mineral fazını oluşturmaktadır. Ancak X ışınları ile ya da iyi hazırlanmış örnekler üzerinde petrografik yoldan tanımlanabilir. Adi koşullarda Bessanit yarı dengeli olduğundan şekil değiştirir, bununla beraber jips yataklarının %1 kadarı bessanit içerdiği tahmin edilmektedir.

Jips Albatr: Genellikle beyaz ve sarımsı beyaz renklerde çok ince taneli ve homojen görünüşlü bir jips kayacıdır. Jips kristallerinin yan yana ve ard arda basınç altında dizilmesinden oluşmuştur. Spatüla ve keski ile kolayca işlendiği için heykeltıraşlar tarafından kullanılır.

İpek Jipsi: Kılımsı jips veya lifli jips de denir. Kılımsı iğne şekilli kristallerden oluşmuştur. Bu iğneler kristallerin uzun eksenleri doğrultusunda uzayarak paralel şekilde desteler gösterirler. Bunlar basınç altında oluşmuş mineraller olup parlaklığı da göz önüne alınarak ipek jipsi adı verilmektedir.

Selenit: Büyük dilinim yüzeyleri gösteren iri ve saydam jips kristallerine selenit denir. Saydam ve parlak oldukları için meryem camı da denilmektedir. Selenit su ile dolu bir ortamda gelişir. İlk görünüşü levha şeklinde olması nedeniyle mikayı andırır. Gerek selenit ve gerekse ipek jipsin ekonomik ömrü çok azdır. Çünkü kayaçlar arasında genellikle tali derecede yer alırlar. İri kristalli bazı selenit oluşumları küçük çapta işletilmektedir. [1]

Alçıtaşı 1000 _{C kadar ısıtıldığı zaman kristal suyunun bir kısmının kaybederek yarı} hidrat (CaSO4.1/2 H2O) a dönüşür. Buna yanmış jips veya alçı denir. Yarı hidratlı alçının kristalleri benzer olan alfa ve beta olarak bilinen iki çeşidi vardır. Beta alçının enerjisi ve suda çözünürlüğü daha yüksek olmasına karşılık alfa alçı daha yoğun ve dayanıklı ürünler üretiminde kullanılır. Alfa alçı 970 _{C sıcaklıkta doygun bir ortamda, beta alçı ise} 1000 _{C sıcaklıkta ve atmosferik basınçta doygun olmayan bir ortamda oluşur. Yarı hidrat} halindeki alçı toz halinde ince öğütülmüş olarak su ile karıştırıldığında bir bulamaç haline getirildiğinde çabuk katılaşarak ince lifli birbirine grift olmuş jips kristalciklerinden ibaret bir kütle halini alır. Bu özellik inşaat vb. alanlarda kullanılmasını sağlar. Alçıtaşı teknikte 120-1800 _{C’de sudan kurtarılır. Elde edilen ve} “stukjips” adını alan ürün yarı hidrat alçıdan daha az su içerir. 190-2000 _{C’de stukjipsten} geriye kalan su da çıkarak “susuz stukjips” meydana gelir. Susuz stukjips su ile çok çabuk birleştiği için pratik olarak kullanılmasına imkan yoktur. Stukjips 5000 _C’ye kadar ısıtıldığı zaman sertleşme kabiliyetini kaybeder, daha yüksek sıcaklıktaki fırınlarda 800-9000 _{C’de yakılma sonucu “estrikjips” oluşur ki ince toz halinde su ile} karıştırılmasında 24 saat veya daha uzun süre sonra yavaş yavaş sertleşir. 1000-12000 C’de yakılan jips kısmen CaO ve SO2’ya ayrışır ve bu suretle bazik kalsiyum sülfat (CaO CaSO4) elde edilir. Bazik kalsiyum sülfat su ile muamelede yine sertleşme kabiliyetini kazanır. Bu özelliğinden yararlanılarak alçı taşından kükürt, sülfat asidi ve çimento üreten tesisler kurulmaya başlanmıştır.

İngiltere ve Avusturya’da uygulanan The Müller-Kühne prosesinde kavrulmuş ve öğütülmüş alçı taşı, kil, kum ve kok kömürü döner fırında 1200-14000 _{C’de ısıtılarak} kalsiyum sülfat, kalkere indirgenir ve geri kalan yük ile birleşerek klinkeri oluşturur. Bu arada oluşan ve yaklaşık %9’a kadar SO2 içeren gazlar sülfürik aside dönüşmeden önce tozlardan temizlenmek üzere siklonlardan ve daha sonra da saflaştırma sisteminden geçirilir. Bu proses ile 1.7 ton alçı taşından 1 ton sülfirik asit ve yaklaşık 0.95 ton klinker üretilmektedir.

Alçı taşı, çimento sanayii alanında üretilen portland çimentolarında öğütülmeden önce klinkere %3-5 oranında ham hali ile karıştırılarak kullanılır. Burada alçı taşının rolü çimento harcında piriz süresini geciktirmektir. Alçı taşının jips olması ve mümkün olduğu kadar saf, minerolojik ve kimyasal açıdan homojen ve ucuz olması istenir. Çimento sanayii dalında kullanılacak alçı taşındaki safsızlıkların çimentoya zararlı olmaması istenir. Alçı taşlarında genellikle görülen ve istenmeyen safsızlıklar şunlardır: 1. Alçı taşının bünyesinde serbest silis asidi ve bilhassa kalsedon, opal, çört, sileks gibi maddelerin bulunmaması gerekir. Zira bunlar öğütme sırasında sorun yarattığı gibi çimento içerisinde kalıntı miktarının da artmasına neden olurlar.

2. Alçı taşının oluşumu esnasında evaporit çökel ortamında bulunan MgCl, NaCml, KCl gibi tuzların bulunmaması gerekir. Bu gibi tuzlar suda kolayca eriyerek harcın yapısının bozulmasına sebep olmaktadır.

3. Alçı taşında, alkali bakımdan yüksek ve hidratlaşma özelliğine sahip serpantin, talk gibi kayaçlar ile su aldığında hacim değişmesi gösteren bentonitik kil minerallerinin olmaması gerekir.

4. Serbest kükürt ve sülfürlü bileşikler ile organik asitlerin bulunması çimento harcında zararlı olduğu için istenmez. [3, 4]

2. 4. 3. Türkiye’de Alçı Taşı Oluşumlarının Bölgelere Göre Dağılımı

Türkiye’deki alçı taşı oluşumlarının bölgeler itibarı ile dağılımı Tablo 2.8’de verilmiştir. Tablo 2. 8. Türkiye’deki Alçı Taşı Oluşumlarının Bölgelere Göre Dağılımı [1]

BÖLGESİ REZERV (Milyon ton)

Görünür Potansiyel Marmara 1 2 Ege 2 6 Akdeniz - -İç Anadolu 349 3.042 Karadeniz 137 562 Doğu Anadolu 65 206

Güney Doğu Anadolu 12 104

TOPLAM 566 3.922

2. 5. Puzolanik Maddeler

2. 5. 1. Tanımı

Puzolanik maddeler, silisli ve alümino-silisli minerallerin karışımından meydana gelen bir bileşimde olup, kendi başlarına bulunduğu zaman hidrolik özelliğe sahip olmadıkları halde çok ince öğütüldükleri zaman normal sıcaklıkta sulu ortamda ve kalsiyum hidroksit ile muamele edildiğinde kimyasal reaksiyona girerek hidrolik özellik gösteren maddeler olarak tanımlanır.

Puzolanik maddeleri, doğada elverişli bileşimdeki mineralleri içeren kayaçlar oluşturur. Bu kayaçlar doğrudan doğruya yalnız öğütülerek kullanıldığı gibi zenginleştirme proseslerinin uygulanması ile elde edilen ürünlerin ince öğütülmesi ile de puzolan olarak kullanılırlar. Puzolanik maddelerde bağlayıcı özellik, sönmüş kireç ve su ile muamele yapıldığı zaman meydana gelmektedir. İnşaat yapımında kullanılan malzemeleri çimentolamadaki puzolanların yararı eski tarihlerde yapılan belki de şans eseri olarak ortaya çıkarılan eski eserlerde görülmektedir. Bu eserler kalsine edilmiş kalker ile doğal volkanik materyallerin bir kombinasyonundan ibaret olduğu ve büyük çapta bina inşaatlarında kullanılan kireçli harcın niteliğini arttırdığı saptanmıştır.

Bunun dışında hava ile temasta olduğu kadar su altında da giderek sertleşmektedir. Bu tip kombinasyonlar oldukça eski tarihlerden bu yana su altında sertleşen bağlayıcı olarak bilinir.

Puzolanların kullanılması ile portland çimentoları betonunda sağlanacak yararların bazıları şunlardır:

1. Piriz süresi azaltılarak sertlik ve elastikiyetin ayarlanması sağlanır.

2. Rötre sonucu artan koruma, dökülme ve hacim küçülmesinin düzenlenmesi temin edlir.

3. Artan su talebinin giderilmesi sağlanır.

4. Donmaya ve erimeye karşı mukavemet temin edilmiş olur.

Bugün portland çimentosu ve puzolanların yüksek miktarlarda karıştırılması ile yapılan katkılı portland çimentosunun betonlarda kalite ve kıymeti artırdığı ispatlanmıştır. Bu durumun sağladığı başlıca avantajlar ise şunlardır:

1. Beton ve harcın işlenebilme kabiliyetini düzenler. 2. Daha düşük hidrasyon ve termal fire ısısı verir. 3. Su geçirmezliğini artırır.

4. Özellikle I. tip çimentolarda, deniz suyu ve sülfat reaksiyonlarına karşı direnç sağlar.

5. Hacim büyümesini düzenler ve çatlama ile kırılmalara karşı direnç temin eder. 6. Plastiklik ve basın-darbe-iç mukavemet özelliklerinin ayarlanmasını sağlar. 7. Alkali agrega arasındaki reaksiyonların tepkisini azaltır.

8. Yıkanma ve ayrılma ile erimeye karşı daha fazla mukavemet temin eder. 9. Daha düşük fiyat ve üretimde enerji ile yakıt tasarrufu sağlar.

Doğal olarak teşekkül eden puzolanik maddeler aşağıda belirtilen tipleri ihtiva ederler: 1. Killer ve şeller

a) Montmorillonit tipleri b) Kaolenit tipleri c) İllit tipleri

2. Opal ve benzeri malzemeler a) Opal ve benzeri şeyller b) Diyatome toprağı c) Çörtler

3. Volkanik tüfler ve sünger taşları a) riyolit tiri

b) Andezit tipi c) Fonolit tipi d) Bazalt tipi

Killer ve şeyllerin aktif puzolanlar haline getirilebilmesi için genellikle 430 ile 11000 _C arasında kalsinasyon işlemine tabi tutulması gerekir.

Opal ve benzeri malzemeler, kalsinasyon sonucu hasıl olan puzolanik aktiviteye nazaran daha elverişli olabilir veya içerdikleri minerallere göre bu durumun aksi de mümkündür. Durum puzolanik aktivite testi ile saptanır.

Volkanik tüfler ve sünger taşları kalsinasyon ile nadiren istifadeli hale gelirler. Normal olarak doğrudan kullanılırlar.

Doğal puzolanların pek çoğunun beton imalinde elverişli olarak kullanılabilmesi için çok ince öğütmeye tabi tutulması gerekir. Doğal puzolanlara kalsinasyon prosesleri esnasında kimyasal maddeler (örneğin alkaliler gibi) ilavesi ile daha elverişli duruma getirilebilir.

Yapay puzolanlar, endüstride tali ürünler veya artıklar olarak elde edilirler ve uçucu kül içerirler. Örneğin, toz haline getirilmiş kömür yakan enerji üretim tesislerinde SiO2 dumanla yükselerek bacalarda tutulup uçucu külleri meydana getirirler. Yüksek SiO2 içeren killi toprak ve şeyllerin pişirilmesi (kalsinasyonu) ile oluşan tuğlalar da uçucu kül özelliklerinde olmaktadır. Ayrıca yanmış petrol tabakaları ve bazı cüruflar da yapay puzolan olarak kullanılabilirler.

Tablo 2. 9. Puzolanların Aktif Maddeleri ve Petrografik Olarak Sınıflandırılması [1]

Aktif Maddeler Puzolanların Petrografik Olarak Sınıflandırması Volkanik cam Riyolit, dasit, altere volkanit tüfler ve sünger

taşları

Opal ve benzerleri Diyatomit, diyatome toprağı, opal, çört ve şeyller Kaolenit tipi kil Kaolin içeren kil mineralleri

İllit tipi kil Hidromika killeri ve şeylleri

Montmorillonit tipi kil Bentonitik killer ve şeyller, fuller toprağı Karışık killer ve altere vermikülit Buzul killeri ve siltleri

Zeolit Zeolitli tüfler,volkan külleri ve ignimbiritler Yapay cam Uçucu kül, yanmış metal artıkları, toprak tuğlası

ve cüruflar

Su söndürmeli maden eritme ocaklarında meydana gelen cüruflar çimento kalitesinde olup gerçek puzolan sınıflandırılmasının dışında tutulursa da portland çimentosu ile yapılan kombinasyonlarda çok elverişli olabilir. Bunun için, “katkılı portland çimentoları” dışında “cüruflu portland çimentosu” olarak bazı normlar da ayrılmıştır. Doğal puzolanların pek çoğu, gösterdikleri puzolanik aktivite özelliklerini bir veya beş madde halindeki materyallerin kombinasyonuna borçludur. Bu materyaller:

1. Volkanik cam, 2. Opal,

3. Kil mineralleri, 4. Zeolitler,

5. Alüminyum hidroksitlerdir

Uçucu küller geniş çapta, yapay camların hemen daima küre şeklindeki parçacıklarından ibarettir. Diğer yapay puzolanlar ise orijinal bileşimlerinin tekrardan yapılmasıyla veya eritme yoluyla elde elde edilen camları içerirler. Petrografik karakterlerine göre tipik puzolanlar aktif maddelerin değişik tiplerini içerirler ki bunlar Tablo 2. 9’da gösterilmiştir.