Çimentosuz Beton Üretmek Mümkün Mü?

27.07.2023

791

Bu yazının fikri yoğunluğu daha az yani birim hacimde daha hafif beton üretmek üzere başladığımız projemizle birlikte ortaya çıktı. Bu konuda su çimento oranını azaltmak için farklı malzemeler kullanmaya başladık. Araştırmaları derinleştirdikçe başlıktaki sorunun cevabını aramaya başladım. Acaba çimentosuz beton mümkün müydü?

Çimento üretimi sırasında havaya verilen karbondioksit miktarı küresel ölçekte bakıtığımızda toplam CO2 salınımının ortalama yüzde 8’ini oluşturuyor. Sudan sonra en çok kullanılan malzeme beton olduğuna göre bu oran çok yüksek. Çevreci ve ekonomik betonu nasıl üretebiliriz hep birlikte bakalım.

Çimento ve Üretimi

İlk olarak yazımızın konusu çimentoyu daha yakından tanıyalım.

Çimento, su ile reaksiyona girerek sertleşen bir bağlayıcıdır. Çimento üretiminin ilk aşaması taş ocaklarından hammaddelerin çıkarılmasıdır. Genel olarak kil ve kireçtaşı kullanılır. Hammedeler kırıcılara aktarılır ve 25 mm boyutlarına düşürülür, çeşitlerine göre silolarına alınır. Bu sırada ortaya çıkan tozlar filtreler sayesinde tutularak geri kazandırılır. Hammedeler karışım oranlarına göre farin değirmenine alınır. Öğütülerek homojenisazyonu sağlanan farin numunesinin boyutu 100 mikronun altına indirilir. Farin numunesi farin silonuna eklenir. Farin ön ısıtma kulelerine alınarak kalsinasyon (nemini ve içindeki uçucu maddeleri uzaklaştırma) işlemi başlar, kil içerisindeki hidroksil grupları su ile buharlaşır. Sonra döner fırında kristalleşme prosesİ gerçekleştirilir. Daha sonra 1400 dereceleri geçen krinkerler 100 dereceye kadar soğutulur. Soğutma hızı kalite açısından önemlidir. Çimento değirmenine alınan klinkerler içerisine tipine göre katkı malzemeleri eklenerek birlikte öğütülür. En sonunda çimento silolarına taşınarak kullanıma hazır hale getirilir.

Doğa çıkardığımız maddeleri çeşitli işlemler uygulayarak farin, klinker en sonunda da çimento olarak isimlendiriyoruz. Bu işlemleri görsellerle daha iyi anlamak için kaynakça kısmına bırakacağım 2 videoyu izleyebilirsiniz.

Çimentonun üretim aşamaları

Çimento Yerine Kullanabileceğimiz Malzemeler

Klinker-çimento oranı (klinkerin, klinker dışındaki diğer bileşenlere oranı), çimento özelliklerini etkiler ve çimentonun işlenebilirliğini ve dayanıklılığını artırır. Klinker-çimento oranının azaltılması yani klinker yerine alternatif malzemelerin kullanılması daha az enerji tüketimi ve daha düşük emisyon anlamına gelir. Çimento tiplerine göre kullanılan malzeme miktarları ve çeşitleri değişir. CEM1 çimento neredeyse yüzde yüz klinker içerir.

Uçucu Kül: Pulvarize kömür kullanılan enerji santrallerinde çok ince küller çevreye vereceği zararlardan dolayı tutulur ve kül toplayıcı silolarda toplanır. Partland-puzolan tipi çimento üretiminde ve katkı malzemesi olarak kullanılır. Daha az klinker kullanımı, çevreye salınacak küllerin tutulması, daha az enerji tüketimi sayesinde çevreye katkı sağlamaktadır.

Betonda uçucu kül kullanılarak:

Taze betonda işlenebilirliği ve betonun olumsuz etkilere karşı dayanıklılığı arttırılabilir.

Taze betonda terlemeyi sertleşmiş betonda su gerçirimliliği azaltılır.

Beton hidratasyon ısısını ve termal çatlak oluşumunu ve alkali-silika reaksiyonu oluşum potansiyelini azaltır.

Nihai dayanımı oldukça yükseltir.

Çimento hidratasyon ürünü kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek çiçeklenmeyi önler.

Betonun ilk günlerde dayanımının düşük çıkmasına ve prizinin gecikmesine sebep olabilir.

Silis Dumanı: Silikon veya silikon içeren alaşımların üretiminin bir yan ürünü olarak eletrik ark fırınlarında üretilen çok ince kristal olmayan silikalardır. Betonda mineral dolgu maddesi ve ayrıca puzolan olarak çimentoda kullanılır. Atıkların geri kullanılması, daha az enerji tüketimiyle çevreye katkı sağlar.

Betonun daynıklılığın arttırması,

Betonun basınç dayanımının arttırması,

Betonda kullanılması için öğütülmesine gerek olmaması avantajlarındandır.

Net su ihtiyacı arttırır bu sebeple yüksek miktarda kullanımı akışkanlaştırıcı gerektirir. Beton geçirgenliğini azaltır.

Yüksek Fırın Cürufu: Demir-çelik fabrikalarında pik demirin üretimi sırasında meydana gelen, endüstriyel atık konumunda olan bir mineral katkı malzemesidir. Çimentonun hidratasyon ürünü kalsiyum hidroksitle sulu ortamda bağlayıcılık kazanır. Çimento üretiminde ve beton katkı malzemesi olarak kullanılır.

Agresif çevre koşullarına daha dirençli beton elde edilmesinde kullanılır,Korozyon dayanıklılığı, durabilite, geçirgenlik ve işlenebilirlik gibi beton krakteristiklerini geliştirir.

Hidratasyon hızını düşürerek dayanım gelişimini geciktirir bu da erken yaş dayanımını normal portland çimentolu betonlara göre düşürebilir.

Yukarıda bahsettiğim malzemeler olmak üzere bir çok katkı çimentonun kullanımını azaltabilir.

Çimento tipleri ve kullanılan katkı miktarları

Çimentonun adlandırılması

Çimentosuz Beton Üretilebilir mi?

Gelelim başlıktaki sorumuza. Peki çimentosuz, doğaya daha az zararlı, ekonomik beton üretmek mümkün mü? Bu konuda yapılan çalışmalar var. Ancak ticari amaçlı tamamen çimentosuz bir betona rastlayamadım.

Gnanli Landrou isminde bir bilim insanı ekip arkadaşıyla birlikte İsviçre’de çimentosuz beton üretmek için çalışmalarını sürdürüyorlar. Zürih Teknik Üniversitesi’nde yapılan çalışmada şantiyelerde atık balçık benzeri toprağı doğal bir mineral ve suyla karıştırarak çevreci bir beton ürettiler. Bu beton ticari betona göre yüzde doksan daha az karbondioksit salınımına sebep oluyor. Atık sahalardan gelen malzemeleri kullandıkları için üretttikleri beton çevreci olmakla birlikte ekonomik. Normal beton kadar işlenebilir olan çimentosuz beton yüzde altmışa kadar daha ucuz.

Türkiye’de üniversitelerde de benzer çalışmalar yürütülüyor. AA haberine göre:

Mustafa Kemal Üniversitesi (MKÜ) Mühendislik Fakültesi’nde TÜBİTAK tarafından desteklenen proje kapsamında, demir çelik fabrikalarının atık maddesi cüruf kullanılarak çimentosuz beton üretildi.

Okulumuzda yapı malzemeleri konusunda çalışan bir hocama bu konuyu danıştım. Çimentosuz betonların üretildiğini, yukarıda bahsettiğim malzemelerin uygun reaktifler kullanılarak çimento yerine geçecek bağlayıcılar olabileceğini ve çimento yerine polimerlerin kullanıldığını söyledi. Çalışmaların niye yeterli olmadığına ise çimento 200 yıldır kullanılan bir malzeme, üretim sistemlerinin oturtulduğunu gelecekte çimentonun kullanımının azabileceğinden bahsetti. Doğaya verebileceğimiz fayda konusunda da fırın curufu, uçucu kül gibi maddelerin tekrar kullanılarak verilen faydanın altını çizdi.

Yurtdışında çimentosuz beton ile ilgili çalışmalar artmaktadır. AACM (Alkali ile Aktifleşen Çimento Malzemeleri) ile ilgili çalışmalar yapılmakta, bu yönde marka sayıları artmaktadır. AACM’ler, sertleştirilmiş bir katı oluşturmak için zayıf kristalli bir alüminosilikat malzeme (öncü) ile oldukça alkali bir çözelti (aktivatör) arasındaki kimyasal reaksiyon yoluyla oda sıcaklığında üretilen bir çimento sınıfıdır . Kısmen veya tamamen Portland Çimentosu’nun yerini alıyorlar ve başta Uçucu Kül ve Öğütülmüş Granüle Yüksek Fırın Cürufu olmak üzere karbon bazlı mirasın zaten hesaba katıldığı yan ürünlere dayalı bağlayıcılar kullanıyorlar. Bu malzemeler yalnızca gizli olarak hidrolik olduğundan, hidrolik özelliklerini serbest bırakmak için kimyasal olarak uyarılmaları veya ‘aktive edilmeleri’ gerekir. Aktivatörlerin çoğu, bir şekilde sodyum/potasyum hidroksitler veya sodyum silikat gibi oldukça alkali veya yakıcı sıvı malzemelerdir. Alkali ile aktifleşen çimentoların portland çimentolara göre %40 ile %80 arasında daha az sera emisyonuna neden olduğu kabul edilmektedir. AACM’lerin dayanıklılığı, RILEM Son Teknoloji Raporunda (Provis ve Deventer, 2014) ve çeşitli inceleme yazılarında (Pacheco-Torgal, vd., 2012) – (Bernal ve Provis, 2014) ayrıntılı olarak ele alınmaktadır. Genel olarak, AACM’lerle üretilen betonların kimyasal direnci yüksektir, ancak henüz tam olarak anlaşılamayan (Pacheco-Torgal, vd., 2012) ve (Gillott ve Gifford, 1996) karbonatlaşma ve donma-çözülme direnci ile ilgili sorular bulunmaktadır. Özetle endüstriyel atıkların doğru aktivatörlerle tekrar kazanılmasıyla çimentolar elde edilmekte, hem çimento üretiminin azaltılmasıyla hem de çevreye zararlı atıkların geri dönüştürülmesiyle karbon emisyonunu azaltmak mümkündür.

Bu sıcak yaz günlerinde dünyamıza verdiğimiz zararların daha çok farkına varılmalı, artan barınma ihtiyacı ve çevre sorunları göz önüne alındığında bu tür çalışmalar desteklenmelidir. Okuduğunuz için teşekkür ederim.

Kaynakça:

Çimsa