Çimento klinkerindeki fazların oluşumu ve mikroyapıların incelenmesi

Özet

Çimento ham karışımına ısıl işlem uygulandığında önce kil minerallerindeki su ayrışır ve karbonatlar kalsine olur. Sonra, yaklaşık 600 °C de katı hal reaksiyonları başlar. Katı hal reaksiyonları sonucunda $C_3A$, $C_4AF$ ve $C_2S$ fazları oluşur. CaO ile SİO2 arasındaki katı hal reaksiyonları, yüzey alanı reaksiyonları ve difüzyon reaksiyonları olmak üzere iki şekilde gerçekleşir. İlk eriyik fazı yaklaşık 1260-1310 °C de ortaya çıkar. 1450 °C de % 20-30 oranında eriyik faz vardır. Bu fazın miktarı kimyasal bileşime bağlıdır. Eriyik faz $C_3S$ fazının oluşumunu kolaylaştırır. Bu çalışmada, klinker fazlarının içyapısı mikroskopta incelenerek sinterleşme gradı yorumlanmıştır. Yuvarlak ve küçük gözenekler klinkerin iyi sinterleştiğinin, deney örneğinde gözlendiği gibi birbiriyle birleşen uzun ve büyük gözenekler yeterince sinterleşmediğinin işaretleridir. Mikroskopik araştırmalarda alit kristallerinin 10-40 $mu m$, belit kristallerinin 20-75 $mu m$, serbest kireç kristallerinin 47 $mu m$ ve serbest periklas kristallerinin 22 $mu m$ altında olduğu saptanmıştır. Klinker örneğinde alkalili aluminat fazının idiomorf olarak bulunduğu gözlenmiştir. Sonuçta klinker fazlarının mikroyapıları incelenerek sinterleşme derecesi, fırın şartları ve ham karışımın fiziksel ve mineralojik özellikleri yorumlanabilir. Böylece klinkerin kalitesinden son ürün beton hakkında ön fikirler elde edilir.

Abstract

When the heat treatment is applied to cement raw mixture, the water is decomposed and the carbonates arc calsined at first. Then, at nearly 600 °C , solid state reactions are started. As a result of such reactions, $C_3A$, $C_4AF$ and $C_2S$ phases are formed. The solid state reactions between CaO and SiO2 take places as surface area reactions and diffusion reactions. Primary liquid phase is observed at 1260-1310 °C. At 1450 °C, the amount of liquid phase becomes 20-30 %. This value depends on chemical composition and makes the $C_3S$ phase formation easier. In this study, microstructure of clinker has been investigated by microscope and sintering grade has been interpreted. Round and small pores mean that the clinker is sintered well while as observed in the present samples, unified, long and large pores are the signs of inadequate sintering. The microscobic studies showed that alite crystals have sizes between 10-40 $mu m$, belite crystalls 20-75 $mu m$ while the free calk crystals 47 $mu m$ and free periclase 22 $mu m$ sizes. In the clinker sample, the alkali aluminate phase has been observed as idiomorf. As a conclusion, by investigating the microstructures of clinker phases, sintering grade, furnace conditions and physical and chemical properties of raw mixture can be interpreted. This gives preliminary information on concrete quality as a final product.