çimento - Cement

Torbada şartlandırılmış, agrega ve su ile karıştırılmaya hazır çimento tozu. Sağlık sorunlarını önlemek için kuru çimento tozunun havada dağılmasından kaçınılmalıdır.
1905 yılında Ohio, Toledo'daki Multiplex Manufacturing Company'den çimento blok inşaat örnekleri

Bir çimento bir olduğunu bağlayıcı , bu inşaat için kullanılan bir madde setleri diğerine, sertleşir ve yapışır malzemelerin birbirlerine kenetlemek. Çimento nadiren tek başına kullanılır, bunun yerine kum ve çakılı ( agrega ) birbirine bağlamak için kullanılır . İnce agrega ile karıştırılan çimento , duvarcılık için harç veya kum ve çakıl ile beton üretir . Beton, var olan en yaygın kullanılan malzemedir ve gezegenin en çok tüketilen kaynağı olarak yalnızca suyun arkasındadır.

İnşaatta kullanılan çimentolar genellikle inorganik , genellikle kireç veya kalsiyum silikat bazlı olup, çimentonun su mevcudiyetinde priz alma kabiliyetine bağlı olarak sırasıyla hidrolik olmayan veya hidrolik olarak karakterize edilebilir (bkz. hidrolik ve hidrolik olmayan kireç sıvası). ).

Hidrolik olmayan çimento , ıslak koşullarda veya su altında sertleşmez. Bunun yerine, kurudukça sertleşir ve havadaki karbondioksit ile reaksiyona girer . Sertleştikten sonra kimyasalların saldırılarına karşı dayanıklıdır.

Hidrolik çimentolar (örneğin, Portland çimentosu ) kuru bileşenler ve su arasındaki kimyasal reaksiyon nedeniyle sertleşir ve yapışkan hale gelir . Kimyasal reaksiyon , suda çok çözünür olmayan ve bu nedenle suda oldukça dayanıklı ve kimyasal saldırılara karşı güvenli olan mineral hidratlarla sonuçlanır . Bu, ıslak koşullarda veya su altında sertleşmeye izin verir ve sertleştirilmiş malzemeyi kimyasal saldırılara karşı daha da korur. Hidrolik çimento için kimyasal işlem, kireç (kalsiyum oksit) eklenmiş volkanik kül ( puzolana ) kullanan eski Romalılar tarafından bulunmuştur .

"Çimento" kelimesinin kökeni , bağlayıcı olarak yanmış kireç ile ezilmiş kayadan yapılmış modern betona benzeyen duvarcılığı tanımlamak için kullanılan Antik Roma terimi opus caementicium'a kadar uzanabilir . Bir elde etmek üzere, yanmış kireç ilave edildi volkanik kül ve öğütülmüş tuğla ek hidrolik bağlayıcı , daha sonra şu şekilde de ifade edilmiştir sement , cimentum , cäment ve çimento . Modern zamanlarda, organik polimerler bazen betonda çimento olarak kullanılmaktadır.

Dünya üretimi yılda yaklaşık dört milyar ton olup, bunun yaklaşık yarısı Çin'de yapılmaktadır. Çimento endüstrisi bir ülke olsaydı, sadece Çin ve Amerika Birleşik Devletleri'ni geride bırakarak, 2,8 milyar tonla dünyanın en büyük üçüncü karbondioksit yayıcısı olurdu. Çimento üretimindeki ilk kalsinasyon reaksiyonu, küresel CO2'nin yaklaşık %4'ünden sorumludur.
2
emisyonlar. Genel süreç, küresel
CO2'nin yaklaşık %8'inden sorumludur.
2
Yayılım olarak çimento fırını reaksiyonu meydana gelir ki burada tipik olarak, kömür ya da ateşlenir petrol koku nedeniyle ışık aleve radyant ısı transferi ile fırını ısıtmak için gerekli zamandır. Sonuç olarak, çimento üretimi iklim değişikliğine önemli bir katkıda bulunuyor .

Kimya

Çimento malzemeleri iki farklı kategoriye ayrılabilir: sertleşme ve sertleşme mekanizmalarına göre hidrolik olmayan çimentolar ve hidrolik çimentolar. Hidrolik çimento prizi ve sertleşmesi, hidratasyon reaksiyonlarını içerir ve bu nedenle su gerektirirken, hidrolik olmayan çimentolar sadece bir gazla reaksiyona girer ve doğrudan hava altında sertleşebilir.

Hidrolik bağlayıcı

1450 °C'de sinterleme ile üretilen klinker nodülleri.

Açık ara en yaygın çimento türü, su eklendiğinde klinker minerallerinin hidratasyonu ile sertleşen hidrolik çimentodur . Hidrolik çimentolar (Portland çimentosu gibi), klinkerin dört ana mineral fazı olan bir silikat ve oksit karışımından yapılır ve çimento kimyager notasyonunda kısaltılır :

Cı- 3 S: Alite (3CaO-SiO 2 );
Cı- 2 S: Belite (2CaO-SiO 2 );
C 3 A: Trikalsiyum alüminat (3CaO·Al 2 O 3 ) (tarihsel olarak ve hala ara sıra celite olarak adlandırılır );
C 4 AF: Brownmillerit (4CaO·Al 2 O 3 ·Fe 2 O 3 ).

Silikatlar, çimentonun mekanik özelliklerinden sorumludur - trikalsiyum alüminat ve kahverengimillerit, klinkerin fırında yüksek sıcaklıkta sinterleme ( pişirme ) işlemi sırasında sıvı fazın oluşumu için gereklidir . Bu reaksiyonların kimyası tamamen açık değildir ve hala araştırma konusudur.

İlk olarak, kireçtaşı (kalsiyum karbonat), karbonunu çıkarmak için yakılır ve kalsinasyon reaksiyonu olarak bilinen kireç (kalsiyum oksit) üretilir . Bu tek kimyasal reaksiyon, küresel karbon dioksit emisyonlarının ana yayıcısıdır .

CaCO 3 → CaO + CO 2

Kireç, dikalsiyum silikat ve trikalsiyum silikat üretmek için silikon dioksit ile reaksiyona girer.

2CaO + SiO 2 → 2CaO·SiO 2
3CaO + SiO 2 → 3CaO·SiO 2

Kireç ayrıca trikalsiyum alüminat oluşturmak için alüminyum oksit ile reaksiyona girer.

3CaO + Al 2 O 3 → 3CaO·Al 2 O 3

Son adımda, kalsiyum oksit, alüminyum oksit ve demir oksit çimento oluşturmak üzere birlikte reaksiyona girer.

4CaO + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 → 4CaO·Al 2 O 3 ·Fe 2 O 3

Hidrolik olmayan çimento

Kalsiyum oksit ile elde edilen termal bozunma arasında kalsiyum karbonat , yüksek bir sıcaklıkta (825 ° C'nin üzerinde).

Daha az yaygın bir çimento türü , sönmüş kireç ( su ile karıştırılmış kalsiyum oksit ) gibi hidrolik olmayan çimentodur , havada bulunan karbondioksit ile temas halinde karbonatlaşma ile sertleşir (~ 412 hacim ppm ≃ hacim % 0.04 ). İlk kalsiyum oksit (kireç), atmosfer basıncında yaklaşık 10 saat boyunca 825 °C'nin (1,517 °F) üzerindeki sıcaklıklarda kalsinasyon yoluyla kalsiyum karbonattan ( kireçtaşı veya tebeşir ) üretilir :

CaCO 3 → CaO + CO 2

Kalsiyum oksit daha sonra sönmüş kireç ( kalsiyum hidroksit ) yapmak için suyla karıştırılarak harcanır (söndürülür ):

CaO + H 2 O → Ca(OH) 2

Fazla su tamamen buharlaştıktan sonra (bu işleme teknik olarak ayar denir ), karbonatlaşma başlar:

Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O

Bu reaksiyon yavaştır, çünkü havadaki karbondioksitin kısmi basıncı düşüktür (~ 0.4 milibar). Karbonasyon reaksiyonu, kuru çimentonun havaya maruz bırakılmasını gerektirir, bu nedenle sönmüş kireç hidrolik olmayan bir çimentodur ve su altında kullanılamaz. Bu işleme kireç döngüsü denir .

Tarih

Belki de çimentonun bilinen en eski oluşumu on iki milyon yıl öncesine aittir. Doğal nedenlerle yanmış bir kireçtaşı yatağının bitişiğinde bulunan petrol şeylinin meydana gelmesiyle çimento birikintisi oluşmuştur. Bu eski yataklar 1960'larda ve 1970'lerde araştırıldı.

Antik çağda kullanılan çimentoya alternatifler

Çimento, kimyasal olarak birincil bağlayıcı bileşen olarak kireç içeren bir üründür , ancak simantasyon için kullanılan ilk malzeme olmaktan uzaktır. Babilliler ve Asurlular kullanılan bitüm birlikte yanmış tuğla veya bağlamak için Alabaster plakalar. Gelen Eski Mısır a, taş blokları birbirine yapıştırıldığı edildi harç yapılmış kum ve yaklaşık olarak yanmış alçı (CaSO 4 · 2H 2 O), genellikle bulunan kalsiyum karbonat (CaCOs 3 ).

Yunanlılar ve Romalılar

Kireç (kalsiyum oksit) Girit'te ve Eski Yunanlılar tarafından kullanılmıştır . Girit Minoslularının hidrolik çimento için yapay bir puzolan olarak ezilmiş çanak çömlek parçaları kullandığına dair kanıtlar var . Hidratlı hidrolik olmayan kireç ve bir puzolanın bir kombinasyonunun bir hidrolik karışım ürettiğini ilk kimin keşfettiğini kimse bilmiyor (ayrıca bakınız: Puzolanik reaksiyon ), ancak bu tür beton Eski Makedonlar tarafından ve üç yüzyıl sonra büyük ölçekte Romalı mühendisler tarafından kullanıldı. .

Doğal nedenlerle şaşırtıcı sonuçlar veren bir tür toz var. Baiae mahallesinde ve Vezüv Yanardağı çevresindeki kasabalara ait ülkede bulunur . Bu madde kireç ve molozla karıştırıldığında sadece diğer yapılara sağlamlık kazandırmakla kalmaz, denizde iskeleler yapıldığında bile suyun altında sertleşir.

—  Marcus Vitruvius Pollio, Liber II, De Architectura , Bölüm VI "Pozzolana" Sec. 1

Yunanlılar Thera adasından gelen volkanik tüfleri puzolan olarak, Romalılar ise kireçle birlikte ezilmiş volkanik külü (aktif alüminyum silikatlar ) kullandılar. Bu karışım su altında donabilir ve pas gibi korozyona karşı direncini artırabilir. Malzemeye, volkanik külün çıkarıldığı Napoli'nin batısındaki Pozzuoli kasabasından puzolan adı verildi. Puzolanik külün yokluğunda, Romalılar bunun yerine toz tuğla veya çömlek kullandılar ve Roma yakınlarındaki doğal kaynakları keşfetmeden önce bu amaçla kırma kiremit kullanmış olabilirler. Büyük kubbe arasında Pantheon Roma'daki ve masif Caracalla Hamamları hala ayakta birçoğu bu betonların, yapılan antik yapıların örnekleridir. Geniş Roma su kemerleri sistemi de hidrolik çimentodan kapsamlı bir şekilde yararlandı. Roma betonu binaların dışında nadiren kullanılıyordu. Normal teknik, tuğla bakan malzeme kullanmak olmuştur kalıp arasında bir dolgu için harç , bir ile karıştırılmış agrega taş, tuğla, kırık parçalarının çanak çömlek , beton geri parçaları, ya da diğer yapı moloz.

Ortaçağ

Bu bilginin Orta Çağ'dan kalma literatürde herhangi bir şekilde korunduğu bilinmemektedir, ancak ortaçağ duvar ustaları ve bazı askeri mühendisler, kanallar , kaleler, limanlar ve gemi inşa tesisleri gibi yapılarda aktif olarak hidrolik çimento kullandılar . Doğu Roma İmparatorluğu'nda ve Batı'da Gotik döneme kadar kireç harcı ve tuğla veya taş kaplama malzemesi ile agrega karışımı kullanılmıştır . Alman Rheinland , tras adı verilen yerel puzolan yataklarına sahip olarak, Orta Çağ boyunca hidrolik harç kullanmaya devam etti .

16'ncı yüzyıl

Tekir , beton oluşturmak için istiridye kabuğu kireç, kum ve bütün istiridye kabuklarından yapılmış bir yapı malzemesidir . İspanyollar onu on altıncı yüzyılda Amerika'ya tanıttı.

18. yüzyıl

Hidrolik çimento yapmak için teknik bilgi, 18. yüzyılda Fransız ve İngiliz mühendisler tarafından resmileştirildi.

John Smeaton , İngiliz Kanalı'nda şimdi Smeaton's Tower olarak bilinen üçüncü Eddystone Deniz Feneri'nin (1755–59) inşaatını planlarken çimentoların gelişimine önemli bir katkı yaptı . Ardışık yüksek gelgitler arasındaki on iki saatlik süre içinde biraz güç oluşturacak ve geliştirecek bir hidrolik havana ihtiyacı vardı . Tras ve puzolanlar dahil olmak üzere farklı Kireçtaşları ve katkı maddelerinin kombinasyonları ile deneyler yaptı ve üretim alanlarını ziyaret ederek mevcut hidrolik kireçler üzerinde kapsamlı bir pazar araştırması yaptı ve kirecin "hidrolikliğinin" , kireçtaşının kil içeriği ile doğrudan ilişkili olduğunu kaydetti. yapmak için kullanılır. Smeaton, mesleği inşaat mühendisiydi ve bu fikri daha ileri götürmedi.

Gelen Güney Atlantik kıyısı ABD'nin, tekir istiridye kabuğu güvenerek atık alanlarından önceki Kızılderili popülasyonlarının 1860 için 1730s gelen ev yapımında kullanıldı.

Özellikle İngiltere'de, hızlı büyüme döneminde kaliteli yapı taşları her zamankinden daha pahalı hale geldi ve yeni endüstriyel tuğlalardan prestij binaları inşa etmek ve bunları taş taklit etmek için bir sıva ile bitirmek yaygın bir uygulama haline geldi . Bunun için hidrolik kireçler tercih edildi, ancak hızlı bir sertleşme süresi ihtiyacı yeni çimentoların geliştirilmesini teşvik etti. En ünlüsü Parker'ın " Roma çimentosu " idi. Bu, 1780'lerde James Parker tarafından geliştirildi ve nihayet 1796'da patenti alındı. Aslında, Romalılar tarafından kullanılan malzeme gibi değildi, ancak septaria yakılarak yapılan "doğal bir çimento" idi - belirli kil yataklarında bulunan nodüller ve her iki içeren kil mineralleri ve kalsiyum karbonat . Yanmış nodüller ince bir toz haline getirildi. Kumla harç haline getirilen bu ürün, 5-15 dakika içinde prizlenir. "Roma çimentosunun" başarısı, diğer üreticilerin kil ve tebeşirden yapay hidrolik kireç çimentoları yakarak rakip ürünler geliştirmesine yol açtı . Roma çimentosu hızla popüler oldu, ancak büyük ölçüde 1850'lerde Portland çimentosu ile değiştirildi .

19. yüzyıl

Görünüşe göre Smeaton'ın çalışmasından habersiz olan aynı ilke, on dokuzuncu yüzyılın ilk on yılında Fransız Louis Vicat tarafından belirlendi . Vicat, tebeşir ve kilin samimi bir karışım halinde birleştirilmesi için bir yöntem tasarlamaya devam etti ve bunu yakarak, 1817'de Portland çimentosunun "başlıca öncüsü" olarak kabul edilen bir "yapay çimento" üretti ve "... Southwark'tan Edgar Dobbs bir patent aldı. 1811'de bu tür çimento."

Rusya'da Egor Cheliev , kireç ve kili karıştırarak yeni bir bağlayıcı yarattı. Sonuçları 1822'de St. Petersburg'da yayınlanan İyi Bir Harç Hazırlamak için Sanat Üzerine Bir İnceleme adlı kitabında yayınlandı . Birkaç yıl sonra 1825'te, çimento ve beton yapmanın çeşitli yöntemlerini ve çimentonun bina ve bent yapımındaki faydalarını anlatan başka bir kitap yayınladı.

William Aspdin , "modern" Portland çimentosunun mucidi olarak kabul edilir .

Portland çimentosu , beton, temel bir madde olarak tüm dünyada genel kullanımda çimentonun en yaygın türü harç , sıva ve olmayan özel harç , 19. yüzyıl ortalarında İngiltere'de geliştirilen ve genellikle kaynaklanır edildi kireçtaşı . James Frost , "İngiliz çimentosu" dediği şeyi aynı zamanda benzer bir şekilde üretti, ancak 1822'ye kadar patent alamadı. 1824'te Joseph Aspdin , Portland çimentosu adını verdiği benzer bir malzemenin patentini aldı , çünkü sıva ondan yapıldı. Portland Adası , Dorset, İngiltere'de çıkarılan prestijli Portland taşına benzer renkteydi . Bununla birlikte, Aspdins'in çimentosu, modern Portland çimentosu gibi bir şey değildi, ancak proto-Portland çimentosu olarak adlandırılan gelişiminin ilk adımıydı . Joseph Aspdins'in oğlu William Aspdin babasının şirketinden ayrılmıştı ve 1840'larda çimento imalatında yanlışlıkla kalsiyum silikatlar üretmişti , bu da Portland çimentosunun geliştirilmesinde orta bir adımdı. William Aspdin'in yeniliği, "yapay çimento" üreticileri için mantığa aykırıydı, çünkü karışımda daha fazla kireç (babası için bir sorun), çok daha yüksek bir fırın sıcaklığı (ve dolayısıyla daha fazla yakıt) gerektiriyordu ve ortaya çıkan klinker çok sert ve hızlıydı. aşağı giydiği değirmen taşları sadece mevcut idi, öğütme teknolojisi zaman. Bu nedenle üretim maliyetleri önemli ölçüde daha yüksekti, ancak ürün oldukça yavaş ayarlandı ve hızlı bir şekilde mukavemet geliştirdi, böylece betonda kullanım için bir pazar açtı. İnşaatta beton kullanımı 1850'den itibaren hızla arttı ve kısa sürede çimentoların baskın kullanımı oldu. Böylece Portland çimentosu baskın rolüne başladı. Isaac Charles Johnson , mezo-Portland çimentosu üretimini daha da geliştirdi (geliştirmenin orta aşaması) ve Portland çimentosunun gerçek babası olduğunu iddia etti.

Priz süresi ve "erken dayanım" çimentoların önemli özellikleridir. Hidrolik kireçler, "doğal" çimentolar ve "yapay" çimentoların tümü , mukavemet gelişimi için belit (2 CaO · SiO 2 , C 2 S olarak kısaltılır ) içeriğine güvenir . Belite yavaş yavaş güç geliştirir. 1.250 °C'nin (2.280 °F) altındaki sıcaklıklarda yakıldıkları için, modern çimentolarda erken dayanımdan sorumlu olan alit (3 CaO · SiO 2 , C 3 S olarak kısaltılır) içermezler . Sürekli olarak alite içeren ilk çimento, 1840'ların başında William Aspdin tarafından yapıldı: Bugün "modern" Portland çimentosu dediğimiz şey buydu. William Aspdin'in ürününü çevrelediği gizemli hava nedeniyle, diğerleri ( örneğin, Vicat ve Johnson) bu buluşta öncelik talep ettiler, ancak hem beton hem de ham çimentonun son analizleri, William Aspdin'in ürününün Northfleet , Kent'te yapıldığını gösterdi. gerçek bir alite bazlı çimentoydu. Bununla birlikte, Aspdin'in yöntemleri "temel kural" idi: Vicat, bu çimentoların kimyasal temelini oluşturmaktan sorumludur ve Johnson , karışımın fırında sinterlenmesinin önemini ortaya koymuştur .

ABD'de ilk büyük ölçekli çimento kullanımı, 19. yüzyılın başlarında Rosendale, New York yakınlarında keşfedilen büyük bir dolomit yatağından çıkarılan doğal bir çimento olan Rosendale çimentosuydu . Rosendale çimentosu, binaların temelleri ( örneğin , Özgürlük Heykeli , Capitol Binası , Brooklyn Köprüsü ) ve su borularının kaplanması için son derece popülerdi .

Sorel çimentosu veya magnezya bazlı çimento, 1867'de Fransız Stanislas Sorel tarafından patentlendi . Portland çimentosundan daha güçlüydü, ancak zayıf su direnci (sızma) ve aşındırıcı özellikleri ( sızabilir klorür anyonlarının varlığı ve gözenek suyunun düşük pH'ı (8.5-9.5) nedeniyle çukurlaşma korozyonu ) bina için betonarme olarak kullanımını sınırladı. yapı.

Portland çimentosu üretimindeki bir sonraki gelişme, döner fırının piyasaya sürülmesiydi . Elde ettiği daha yüksek sıcaklıkta (1450 °C) artan alit (C 3 S) oluşumu nedeniyle hem daha güçlü hem de daha homojen bir klinker karışımı üretti . Hammadde sürekli olarak bir döner fırına beslendiğinden, sürekli bir üretim sürecinin daha düşük kapasiteli parti üretim süreçlerinin yerini almasına izin verdi .

20. yüzyıl

Etiyopya Ulusal Çimento Hisse Şirketi'nin Dire Dawa'daki yeni tesisi .

Kalsiyum alüminat çimentoları , sülfatlara karşı daha iyi direnç için 1908'de Fransa'da Jules Bied tarafından patentlendi. Ayrıca 1908'de Thomas Edison, Union, NJ'deki evlerde prefabrik betonla deneyler yaptı.

ABD'de, Birinci Dünya Savaşı'ndan sonra, Rosendale çimentosunun en az bir aylık uzun kürlenme süresi , otoyolların ve köprülerin inşası için popülerliğini yitirmesine neden oldu ve birçok eyalet ve inşaat firması Portland çimentosuna döndü. Portland çimentosuna geçiş nedeniyle 1920'lerin sonunda 15 Rosendale çimento şirketinden sadece biri ayakta kalabildi. Ancak 1930'ların başında inşaatçılar, Portland çimentosu daha hızlı sertleşirken, özellikle otoyollar için o kadar dayanıklı olmadığını keşfettiler - o kadar ki bazı eyaletler otoyolları ve yolları çimentoyla inşa etmeyi bıraktı. Şirketi New York City'deki Catskill Su Kemeri'nin inşasına yardım etmiş olan bir mühendis olan Bertrain H. Wait, Rosendale çimentosunun dayanıklılığından etkilendi ve her ikisinin de iyi özelliklerine sahip olan hem Rosendale hem de Portland çimentolarının bir karışımını buldu. Son derece dayanıklıydı ve çok daha hızlı bir sertleşme süresine sahipti. Wait, New York Karayolları Komiserini New Paltz, New York yakınlarında bir çuval Rosendale ile altı çuval Portland çimentosu kullanarak deneysel bir otoyol bölümü inşa etmeye ikna etti . Bu bir başarıydı ve onlarca yıldır Rosendale-Portland çimento karışımı otoyol ve köprü yapımında kullanıldı.

Çimentolu malzemeler, yarım yüzyıldan fazla bir süredir nükleer atık hareketsizleştirici bir matris olarak kullanılmaktadır. Atık sementasyon teknolojileri birçok ülkede endüstriyel ölçekte geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Çimentolu atık formları, uzun vadeli depolama ve bertaraf için katı atık kabul kriterlerini karşılamak için her bir özel atık türüne uyarlanmış dikkatli bir seçim ve tasarım süreci gerektirir.

Modern çimentolar

Modern hidrolik gelişme , üç ana ihtiyaç tarafından yönlendirilen Sanayi Devrimi'nin (1800 civarında) başlamasıyla başladı :

  • Islak iklimlerde tuğla binaları bitirmek için hidrolik çimento sıva ( sıva )
  • Deniz suyu ile temas halinde liman işleri vb. duvar inşaatı için hidrolik harçlar
  • Güçlü betonların geliştirilmesi
Çimento bileşenleri:
kimyasal ve fiziksel özelliklerin karşılaştırılması
Mülk Portland
çimentosu
Silisli
uçucu kül
kalkerli
uçucu kül
cüruf
çimentosu
silika
dumanı
Kütle oranı (%)
SiO 2 21.9 52 35 35 85-97
Al 2 O 3 6.9 23 18 12 -
Fe 2 O 3 3 11 6 1 -
CaO 63 5 21 40 < 1
MgO 2.5 - - - -
SO 3 1.7 - - - -
Spesifik yüzey (m 2 /kg) 370 420 420 400 15.000
– 30.000
Spesifik yer çekimi 3.15 2.38 2.65 2.94 2.22
Genel amaç Birincil bağlayıcı Çimento değişimi Çimento değişimi Çimento değişimi Özellik geliştirici

Modern çimentolar genellikle Portland çimentosu veya Portland çimentosu karışımlarıdır, ancak endüstride başka çimentolar da kullanılır.

Portland çimentosu

Hidrolik çimentonun bir şekli olan Portland çimentosu, dünya çapında genel kullanımda açık ara en yaygın çimento türüdür. Bu çimento ısıtma yapılır kireçtaşı (örneğin diğer malzemelerle (kalsiyum karbonat) kil , bir 1.450 ° C (2,640 ° F)) fırın olarak bilinen bir süreçte, kalsinasyon bir molekülü açığa karbon dioksit , kalsiyum karbonat, bir şekilde , kalsiyum oksit ya da kalsiyum oksid, bir şekilde, kalsiyum silikatlar ve diğer çimento bileşiklere karışımdaki diğer malzemeler ile daha sonra kimyasal olarak birleştirir. Ortaya çıkan ve 'klinker' adı verilen sert madde daha sonra en yaygın kullanılan çimento türü (genellikle OPC olarak adlandırılır) sıradan Portland çimentosu yapmak için az miktarda alçıtaşı ile toz haline getirilir . Portland çimentosu beton, temel bir madde olduğunu harç ve en olmayan özel harç . Portland çimentosunun en yaygın kullanımı beton yapmaktır. Beton, agrega ( çakıl ve kum ), çimento ve sudan oluşan kompozit bir malzemedir . Bir yapı malzemesi olarak beton hemen hemen her şekilde dökülebilir ve sertleştiğinde yapısal (taşıyıcı) bir eleman olabilir. Portland çimentosu gri veya beyaz olabilir .

Portland çimento karışımı

Portland çimento karışımları genellikle çimento üreticilerinden zeminler arası karışımlar olarak temin edilebilir, ancak benzer formülasyonlar genellikle beton karıştırma tesisindeki zemin bileşenlerinden de karıştırılır.

Portland yüksek fırın cürufu çimentosu veya yüksek fırın çimentosu (sırasıyla ASTM C595 ve EN 197-1 terminolojisi), geri kalanı Portland klinkeri ve biraz alçıtaşı ile %95'e kadar öğütülmüş granül yüksek fırın cürufu içerir . Tüm bileşimler yüksek nihai mukavemet üretir, ancak cüruf içeriği arttıkça erken mukavemet azalır, sülfat direnci artar ve ısı oluşumu azalır. Portland sülfata dayanıklı ve düşük ısılı çimentolara ekonomik bir alternatif olarak kullanılır.

Portland uçucu kül, çimento % 40 kadar içeren uçucu kül EN standartları altında, ASTM standartları altında (ASTM C595) ya da% 35 (EN 197-1). Uçucu kül puzolaniktir , böylece nihai mukavemet korunur. Uçucu kül ilavesi daha düşük beton su içeriğine izin verdiği için erken dayanım da korunabilir. Kaliteli, ucuz uçucu kül bulunduğunda, bu, sıradan Portland çimentosuna ekonomik bir alternatif olabilir.

Portland puzolan çimentosu , uçucu kül bir puzolan olduğu için uçucu kül çimentosunu içerir , ancak aynı zamanda diğer doğal veya yapay puzolanlardan yapılmış çimentoları da içerir. Volkanik küllerin bulunduğu ülkelerde (örneğin, İtalya, Şili, Meksika, Filipinler), bu çimentolar genellikle en yaygın kullanım şeklidir. Maksimum ikame oranları genellikle Portland-uçucu kül çimentosu için olduğu gibi tanımlanır.

Portland silika dumanı çimentosu . Silis dumanı ilavesi istisnai olarak yüksek dayanımlar verebilir ve %5-20 silis dumanı içeren çimentolar ara sıra üretilir ve EN 197-1 kapsamında izin verilen maksimum ilave %10'dur. Ancak, silis dumanı daha çok Portland çimentosuna beton mikserinde eklenir.

Duvar çimentoları , tuğla örme harçları ve sıvaları hazırlamak için kullanılır ve betonda kullanılmamalıdır. Bunlar genellikle Portland klinkeri ve kireçtaşı, sönmüş kireç, hava sürükleyiciler, geciktiriciler, su geçirmezlik sağlayıcılar ve renklendirici maddeler içerebilen bir dizi başka bileşen içeren karmaşık tescilli formülasyonlardır. Hızlı ve tutarlı duvar işçiliği sağlayan işlenebilir harçlar elde etmek için formüle edilmiştir. Kuzey Amerika'daki duvar çimentosunun ince varyasyonları, plastik çimentolar ve alçı çimentolardır. Bunlar, duvar blokları ile kontrollü bir bağ oluşturmak için tasarlanmıştır.

Genişleyen çimentolar , Portland klinkerine ek olarak, genişleyen klinkerler (genellikle sülfoalüminat klinkerleri) içerir ve normalde hidrolik çimentolarda karşılaşılan kuruma büzülmesinin etkilerini dengelemek için tasarlanmıştır. Bu çimento, büzülme derzleri olmadan döşeme plakaları (60 m kareye kadar) için beton yapabilir.

Beyaz karışımlı çimentolar , beyaz klinker (çok az demir içeren veya hiç içermeyen) ve yüksek saflıkta metakaolin gibi beyaz tamamlayıcı malzemeler kullanılarak yapılabilir . Renkli çimentolar dekoratif amaçlara hizmet eder. Bazı standartlar, renkli Portland çimentosu üretmek için pigmentlerin eklenmesine izin verir . Diğer standartlar (örneğin, ASTM) Portland çimentosunda pigmentlere izin vermez ve renkli çimentolar, harmanlanmış hidrolik çimentolar olarak satılmaktadır .

Çok ince öğütülmüş çimentolar , birlikte son derece ince öğütülmüş kum veya cüruf veya diğer puzolan tipi minerallerle karıştırılmış çimentodur. Bu tür çimentolar, normal çimento ile aynı fiziksel özelliklere sahip olabilir, ancak özellikle kimyasal reaksiyon için artan yüzey alanları nedeniyle %50 daha az çimentoya sahiptir. Yoğun öğütme ile bile, üretim için sıradan Portland çimentolarından %50'ye kadar daha az enerji (ve dolayısıyla daha az karbon emisyonu) kullanabilirler.

Diğer çimentolar

Puzolan-kireç çimentoları , öğütülmüş puzolan ve kireç karışımlarıdır . Bunlar Romalıların kullandığı çimentolardır ve Roma'daki Pantheon gibi ayakta kalan Roma yapılarında mevcuttur . Yavaş yavaş güç geliştirirler, ancak nihai güçleri çok yüksek olabilir. Mukavemet üreten hidratasyon ürünleri, esas olarak Portland çimentosundakilerle aynıdır.

Cüruf-kireç çimentolarıöğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu kendi başına hidrolik değildir, ancak en ekonomik olarak kireç kullanılarak alkalilerin eklenmesiyle "aktive edilir". Özelliklerinde puzolan kireçli çimentolara benzerler. Çimento bileşeni olarak yalnızca granüle cüruf (yani suyla söndürülmüş, camsı cüruf) etkilidir.

Süpersülfatlanmış çimentolar , yaklaşık %80 öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu, %15 alçı veya anhidrit ve bir aktivatör olarak biraz Portland klinkeri veya kireç içerir. Yavaş Portland çimentosuna benzer bir güç artışı ile etrenjit oluşumuyla güç üretirler. Sülfat dahil agresif maddelere karşı iyi direnç gösterirler. Kalsiyum alüminat çimentoları , esas olarak kalker ve boksitten yapılan hidrolik çimentolardır. Aktif bileşenler monokalsiyum alüminat CaAl 2 O 4 ( çimento kimyager notasyonunda CaO · Al 2 O 3 veya CA, CCN) ve mayenit Ca 12 Al 14 O 33 (12 CaO · 7 Al 2 O 3 , veya C 12 A 7 in CCN). Kalsiyum alüminat hidratlara hidrasyon yoluyla mukavemet oluşur. Ateşe dayanıklı (yüksek sıcaklığa dayanıklı) betonlarda, örneğin fırın astarlarında kullanım için iyi uyarlanmıştır.

Kalsiyum sülfo alüminat çimentosu içerir klinker yapılır ye'elimite (Ca 4 (TV 2 ) 6 SO 4 ya da Cı- 4 Bir 3 S içinde çimento Ecza gösterimde bir ana fazı olarak). Genişleyen çimentolarda, ultra yüksek erken dayanımlı çimentolarda ve "düşük enerjili" çimentolarda kullanılırlar. Hidrasyon, etrenjit üretir ve kalsiyum ve sülfat iyonlarının mevcudiyetinin ayarlanmasıyla özel fiziksel özellikler (genleşme veya hızlı reaksiyon gibi) elde edilir. Portland çimentosuna düşük enerjili bir alternatif olarak kullanımları, yılda birkaç milyon ton üretildiği Çin'de öncülük etmiştir. Reaksiyon için gereken daha düşük fırın sıcaklıkları ve karışımdaki daha düşük kireçtaşı miktarı (endotermik olarak karbondan arındırılması gereken) nedeniyle enerji gereksinimleri daha düşüktür. Buna ek olarak, bir CO alt kireçtaşı içeriği ve daha düşük yakıt tüketimine yol açar 2 Portland klinker ile bağlantılı olanlar yaklaşık yarısı emisyon. Ancak, SO 2 emisyonları genellikle önemli ölçüde daha yüksektir.

Portland öncesi dönemin belirli çimentolarına karşılık gelen "doğal" çimentolar , killi kireçtaşlarının orta sıcaklıklarda yakılmasıyla üretilir . Kireçtaşındaki kil bileşenlerinin seviyesi (yaklaşık %30-35), aşırı miktarda serbest kireç oluşumu olmadan büyük miktarlarda belit (Portland çimentosundaki düşük-erken dayanımlı, yüksek-geç dayanımlı mineral) oluşturacak şekildedir. Herhangi bir doğal malzemede olduğu gibi, bu tür çimentolar oldukça değişken özelliklere sahiptir.

Geopolimer çimentolar , suda çözünür alkali metal silikatların ve uçucu kül ve metakaolin gibi alüminosilikat mineral tozlarının karışımlarından yapılır.

Polimer çimentolar , polimerize olan organik kimyasallardan yapılır. Üreticiler genellikle termoset malzemeler kullanırlar . Genellikle önemli ölçüde daha pahalı olsalar da, faydalı gerilme mukavemetine sahip su geçirmez bir malzeme verebilirler.

Sorel Cement , magnezyum oksit ve magnezyum klorür çözeltisinin birleştirilmesiyle yapılan sert, dayanıklı bir çimentodur.

Fiber ağ çimentosu veya fiber takviyeli beton , sentetik fiberler, cam fiberler, doğal fiberler ve çelik fiberler gibi lifli malzemelerden oluşan çimentodur. Bu tip ağ, ıslak beton boyunca eşit olarak dağıtılır. Fiber ağın amacı betondan su kaybını azaltmak ve yapısal bütünlüğünü arttırmaktır. Sıvalarda kullanıldığında, elyaf ağ, kohezyonu, çekme mukavemetini, darbe direncini arttırır ve büzülmeyi azaltır; sonuçta, bu birleşik özelliklerin asıl amacı çatlamayı azaltmaktır.

Ayar, sertleştirme ve kürleme

Çimento, suyla karıştırıldığında bir dizi hidratasyon kimyasal reaksiyonuna neden olan sertleşmeye başlar. Bileşenler yavaş yavaş hidratlanır ve mineral hidratlar katılaşır ve sertleşir. Hidratların birbirine kenetlenmesi çimentoya gücünü verir. Popüler inanışın aksine, hidrolik çimento kuruyarak sertleşmez - uygun kürleme, sertleşme ve sertleşme süreçleri sırasında hidratasyon reaksiyonları için gerekli olan uygun nem içeriğinin korunmasını gerektirir. Hidrolik çimentolar kürleme aşamasında kurursa, ortaya çıkan ürün yetersiz hidratlanabilir ve önemli ölçüde zayıflayabilir. Minimum 5 °C'lik bir sıcaklık önerilir ve 30 °C'den fazla olmamalıdır. Genç yaştaki beton, doğrudan güneşlenme, yüksek sıcaklık, düşük bağıl nem ve rüzgar nedeniyle su buharlaşmasına karşı korunmalıdır .

Ara yüzey bölgesi (ITZ) çimentonun bir bölge çevresinde yapıştırmak olan agrega parçacıkları beton . Bölgede mikroyapısal özelliklerde kademeli bir geçiş meydana gelir. Bu bölge 35 mikrometre genişliğe kadar olabilir. Diğer çalışmalar, genişliğin 50 mikrometreye kadar çıkabileceğini göstermiştir. Reaksiyona girmemiş klinker fazının ortalama içeriği azalır ve agrega yüzeyine doğru gözeneklilik azalır. Benzer şekilde, ITZ'de etrenjit içeriği artmaktadır.

Güvenlik sorunları

Çimento torbalarının üzerinde rutin olarak sağlık ve güvenlik uyarıları bulunur, çünkü yalnızca çimento yüksek oranda alkali değil , aynı zamanda sertleşme süreci de ekzotermiktir . Sonuç olarak, ıslak çimento çok yakıcıdır (pH = 13.5) ve su ile hemen yıkanmazsa kolaylıkla ciddi cilt yanıklarına neden olabilir . Benzer şekilde, kuru çimento tozu mukoz membranlarla temas halinde ciddi göz veya solunum tahrişine neden olabilir. Çimento üretmek için kullanılan hammaddelerde doğal olarak bulunan safsızlıklardan krom gibi bazı eser elementler alerjik dermatite neden olabilir . Örneğin demir sülfat (FeSO gibi indirgeme maddeleri, 4 ), genellikle karsinojenik heksavalent dönüştürmek çimentoya eklenir kromat (CrO 4 2- üç değerlikli krom (Cr içine) 3+ ), daha az toksik bir kimyasal türler. Çimento kullanıcılarının da uygun eldiven ve koruyucu giysi giymeleri gerekir.

Dünyada çimento sektörü

2010 Yılında Küresel Çimento Üretimi
2010 Yılında Küresel Çimento Kapasitesi.

2010 yılında, hidrolik dünya çimento üretimi oldu 3,300 milyon ton (3.2 × 10 9 ; 3.6 uzun ton × 10 9 kısa ton) . İlk üç üretici, 1.800 ile Çin , 220 ile Hindistan ve 63.5 milyon ton ile ABD , dünyanın en kalabalık üç eyaleti tarafından toplam dünya toplamının yarısından fazlasıydı.

2010 yılında dünya çimento üretim kapasitesi için durum, dünyanın toplam kapasitesinin yarısından biraz azını oluşturan ilk üç eyalette (Çin, Hindistan ve ABD) benzerdi.

2011 ve 2012 yıllarında küresel tüketim artmaya devam ederek 2011'de 3585 Mt'a ve 2012'de 3736 Mt'a yükselirken, yıllık büyüme oranları sırasıyla %8,3 ve %4,2'ye geriledi.

Dünya çimento tüketiminin artan bir payını temsil eden Çin, küresel büyümenin ana motoru olmaya devam ediyor. 2012 itibariyle, Çin talebi, dünya tüketiminin %58'ini temsil eden 2160 Mt olarak kaydedildi. 2010 yılında %16'ya ulaşan yıllık büyüme oranları, Çin ekonomisinin daha sürdürülebilir bir büyüme oranı hedeflemesi nedeniyle yumuşamış ve 2011 ve 2012'ye göre %5-6'ya yavaşlamış görünmektedir .

Çin dışında dünya çapında tüketim 2010'da %4,4 artarak 1462 Mt'a, 2011'de %5'lik artışla 1535 Mt'a ve son olarak 2012'de %2,7 artarak 1576 Mt'a ulaştı.

İran şu anda dünyanın en büyük 3. çimento üreticisi ve üretimini 2008'den 2011'e %10'un üzerinde artırdı. Pakistan ve diğer büyük çimento üreticisi ülkelerdeki artan enerji maliyetleri nedeniyle İran, ticaret ortağı olarak benzersiz bir konumda. klinker tesislerine enerji sağlamak için kendi petrol fazlasını kullanıyor. Artık Orta Doğu'nun en büyük üreticisi olan İran, yerel pazarlarda ve yurtdışındaki hakim konumunu daha da artırıyor.

2010–12 döneminde Kuzey Amerika ve Avrupa'daki performans, küresel mali krizin bu bölgedeki birçok ekonomi için bir devlet borcu krizine ve durgunluğa dönüşmesiyle, Çin'in performansıyla çarpıcı bir tezat oluşturuyor. Bu bölge için çimento tüketim seviyeleri 2010 yılında %1.9 azalarak 445 Mt'a düştü, 2011'de %4,9 toparlandı, ardından 2012'de tekrar %1,1 düştü.

Asya, Afrika ve Latin Amerika'daki birçok gelişmekte olan ekonomiyi içeren ve 2010 yılında yaklaşık 1020 Mt çimento talebini temsil eden dünyanın geri kalanındaki performans olumluydu ve Kuzey Amerika ve Avrupa'daki düşüşleri fazlasıyla telafi etti. Yıllık tüketim artışı 2010 yılında %7,4 olarak gerçekleşmiş, 2011 ve 2012 yıllarında sırasıyla %5,1 ve %4,3 olarak gerçekleşmiştir.

2012 yılsonu itibarıyla küresel çimento sektörü, 3900'ü Çin'de ve 1773'ü dünyanın geri kalanında olmak üzere hem entegre hem de öğütme olmak üzere toplam 5673 çimento üretim tesisinden oluşmaktadır.

2012 yılında dünya genelinde toplam çimento kapasitesi 5245 Mt olarak kaydedildi, 2950 Mt Çin'de ve 2295 Mt dünyanın geri kalanında.

Çin

"Geçtiğimiz 18 yıl boyunca Çin sürekli olarak dünyadaki herhangi bir ülkeden daha fazla çimento üretti. [...] (Ancak,) Çin'in çimento ihracatı 1994 yılında 11 milyon ton sevkiyatla zirveye ulaştı ve o zamandan beri istikrarlı bir düşüş gösteriyor. 2002 yılında Çin'den sadece 5.18 milyon ton ihraç edildi. Ton başına 34$'dan teklif edilen Çin çimentosu, Tayland'ın aynı kalite için 20$ kadar az bir ücret talep etmesi nedeniyle kendisini piyasadan fiyatlandırıyor."

2006 yılında, Çin'in dünya toplam çimento üretiminin %44'ü olan 1.235 milyar ton çimento ürettiği tahmin ediliyordu. "Çin'de çimento talebinin, inşaat harcamalarındaki yavaş ama sağlıklı büyüme nedeniyle 2008 yılında yıllık %5.4 artması ve 1 milyar tonu aşması bekleniyor. Çin'de tüketilen çimento, küresel talebin %44'ünü oluşturacak ve Çin dünyanın büyük bir farkla en büyük ulusal çimento tüketicisi."

2010 yılında dünya genelinde 3,3 milyar ton çimento tüketildi. Bunun 1,8 milyar tonunu Çin oluşturdu.

Çevresel etkiler

Çimento üretimi, sürecin tüm aşamalarında çevresel etkilere neden olmaktadır. Bunlar, makine çalıştırılırken ve taş ocaklarında patlatma sırasında toz, gaz, gürültü ve titreşim şeklinde hava kaynaklı kirlilik emisyonlarını ve taş ocaklarından kaynaklanan kırsal alanlara verilen zararı içerir. Taş ocakları ve çimento üretimi sırasında toz emisyonlarını azaltacak ekipman yaygın olarak kullanılmaktadır ve egzoz gazlarını yakalayan ve ayıran ekipmanlar giderek daha fazla kullanıma girmektedir. Çevre koruma, taş ocaklarının kapatıldıktan sonra doğaya geri döndürülerek veya yeniden ekilerek kırsal alana yeniden entegre edilmesini de içerir.

CO 2 emisyonları

Türüne göre küresel karbon emisyonu 2018

Çimentodaki karbon konsantrasyonu, çimento yapılarında ≈%5'ten, çimentoda yollarda ≈%8'e kadar uzanır. Çimento üretimi CO2 salıyor
2
atmosferde hem doğrudan kalsiyum karbonat ısıtıldığında kireç ve karbondioksit üretir , hem de üretimi CO 2 emisyonunu içeriyorsa dolaylı olarak enerji kullanımı yoluyla . Çimento sanayi küresel yaklaşık% 10 üreten insan yapımı CO 2 emisyonlarının % 60 kimyasal süreçten olduğu, ve yakıt yakıcı ila% 40. Bir Chatham House çimento 4 milyar ton yılda üretilen 2018 tahminlerden çalışma dünya çapında CO% 8 hesaba 2 emisyonları.

CO yaklaşık olarak 900 kg 2 üretilen Portland çimentosunun her 1000 kg yayılır. Avrupa Birliği'nde 1970'lerden bu yana çimento klinker üretimi için özgül enerji tüketimi yaklaşık %30 oranında azaltılmıştır. Birincil enerji gereksinimleri bu azalma, CO azaltılmasında yarar gelen yılda kömür yaklaşık 11 milyon ton eşdeğerdir 2 emisyon. Bu insan kaynaklı CO yaklaşık% 5'ini 2 .

Portland çimentosu üretimindeki karbondioksit emisyonlarının çoğu (yaklaşık %60), Portland çimentosu klinkerinin bir bileşeni olan kireçtaşının kirecin kimyasal ayrışmasından üretilir. Bu emisyonlar, çimentonun klinker içeriği düşürülerek azaltılabilir. Ayrıca çimentonun kum veya cüruf veya diğer puzolan tipi minerallerle birlikte öğütülmesi gibi alternatif üretim yöntemleriyle çok ince bir toza indirgenebilirler.

Daha ağır hammaddelerin taşınmasını azaltmak ve ilgili maliyetleri en aza indirmek için çimento fabrikalarını tüketici merkezlerinden ziyade kireçtaşı ocaklarına yakın inşa etmek daha ekonomiktir.

Bazı uygulamalarda, kireç harcı CO bazı reabsorbs 2 kendi üretiminde serbest bırakıldı ve ana akım çimentodan daha üretiminde bir düşük enerji gereksinimi vardır. Novacem ve Eco-cement tarafından geliştirilen yeni çimento türleri, sertleşme sırasında ortam havasındaki karbondioksiti emebilir .

2019 itibariyle karbon yakalama ve depolama denenmek üzere, ancak finansal uygulanabilirliği belirsiz.

Havadaki ağır metal emisyonları

Bazı durumlarda, esas olarak kullanılan hammaddelerin kökenine ve bileşimine bağlı olarak, kireçtaşı ve kil minerallerinin yüksek sıcaklıkta kalsinasyon işlemi atmosferde gazlar ve uçucu ağır metaller , örneğin talyum , kadmiyum ve cıva gibi zengin tozlar açığa çıkarabilir. en zehirlisi. Ağır metaller (Tl, Cd, Hg, ...) ve ayrıca selenyum , yaygın metal sülfitlerde ( pirit (FeS 2 ), çinko blend (ZnS) , galen (PbS), ...) genellikle eser elementler olarak bulunur. Hammaddelerin çoğunda ikincil mineraller. Bu emisyonları sınırlamak için birçok ülkede çevresel düzenlemeler mevcuttur. Amerika Birleşik Devletleri'nde 2011 itibariyle, çimento fırınlarının "tehlikeli atık yakma fırınlarından daha fazla toksini havaya pompalamasına yasal olarak izin verilmektedir."

Klinkerde bulunan ağır metaller

Klinkerde ağır metallerin varlığı, hem doğal hammaddelerden hem de geri dönüştürülmüş yan ürünlerin veya alternatif yakıtların kullanılmasından kaynaklanmaktadır. Çimento boşluk suyunda hakim olan yüksek pH (12.5 < pH < 13.5), çözünürlüklerini azaltarak ve çimento mineral fazları üzerindeki sorpsiyonlarını artırarak birçok ağır metalin hareketliliğini sınırlar. Nikel , çinko ve kurşun, çimentoda ihmal edilemeyecek konsantrasyonlarda yaygın olarak bulunur. Krom ayrıca doğrudan ham maddelerden doğal safsızlık olarak veya klinker öğütüldüğünde bilyalı değirmenlerde kullanılan sert krom çelik alaşımlarının aşınmasından kaynaklanan ikincil kontaminasyon olarak da ortaya çıkabilir. Olarak kromat (CrO 4 2- ) zehirlidir ve iz konsantrasyonda, bazen eklenerek üç değerli Cr (III) indirgenir ciddi deri alerjileri neden olabilir demir sülfat (FeSO 4 ).

Alternatif yakıt ve yan ürün malzemelerinin kullanımı

Bir çimento fabrikası , kullanılan hammaddeye ve prosese bağlı olarak üretilen klinker ton başına 3 ila 6 GJ yakıt tüketir . Günümüzde çoğu çimento fırını birincil yakıt olarak kömür ve petrol kokunu ve daha az ölçüde doğal gaz ve fuel oil kullanmaktadır. Geri kazanılabilir kalorifik değeri olan seçilmiş atık ve yan ürünler, katı spesifikasyonları karşılıyorlarsa, kömür gibi geleneksel fosil yakıtların bir kısmının yerini alarak bir çimento fırınında ( birlikte işleme olarak adlandırılır) yakıt olarak kullanılabilir . Kalsiyum, silika, alümina ve demir gibi faydalı mineraller içeren seçilmiş atık ve yan ürünler, fırında hammadde olarak kil, şeyl ve kireçtaşı gibi hammaddelerin yerine kullanılabilir . Bazı materyallerin hem faydalı mineral içeriği hem de geri kazanılabilir kalorifik değeri olduğundan, alternatif yakıtlar ve hammaddeler arasındaki ayrım her zaman net değildir. Örneğin, kanalizasyon çamuru düşük fakat önemli bir kalorifik değere sahiptir ve klinker matrisinde faydalı olan kül içeren mineralleri vermek üzere yanar. Hurda otomobil ve kamyon lastikleri, yüksek kalorifik değere sahip oldukları için çimento imalatında ve lastiklere gömülü demir, besleme stoğu olarak kullanışlıdır.

Klinker, hammaddelerin bir fırının ana brülöründe 1450 °C sıcaklığa ısıtılmasıyla üretilir. Alev 1800 °C sıcaklığa ulaşır. Malzeme 1200 °C'de 12–15 saniye 1800 °C'de (ve/veya?) 5–8 saniye kalır (kalma süresi olarak da adlandırılır). Klinker fırınının bu özellikleri sayısız fayda sağlar ve organik bileşiklerin tamamen yok edilmesini, asit gazlarının, kükürt oksitlerin ve hidrojen klorürün tamamen nötralizasyonunu sağlar. Ayrıca ağır metal kalıntıları klinker yapısına gömülür ve kalıntı külü gibi yan ürünler oluşmaz.

AB çimento endüstrisi, gri klinker üretim sürecine termal enerji sağlamak için halihazırda atık ve biyokütleden elde edilen %40'tan fazla yakıt kullanıyor. Bu alternatif yakıtlar (AF) için seçim tipik olarak maliyet odaklı olsa da, diğer faktörler daha önemli hale geliyor. Alternatif yakıtların kullanımı hem toplum hem de şirket için faydalar sağlar: CO 2 emisyonları fosil yakıtlara göre daha düşüktür, atıklar verimli ve sürdürülebilir bir şekilde birlikte işlenebilir ve belirli ham maddelere olan talep azaltılabilir. Ancak Avrupa Birliği (AB) üye ülkeleri arasında kullanılan alternatif yakıtların payında büyük farklılıklar bulunmaktadır. Daha fazla üye ülke alternatif yakıt paylarını arttırırsa toplumsal faydalar iyileştirilebilir. Ecofys çalışması, 14 AB üye ülkesinde alternatif yakıtların daha fazla kullanılmasının önündeki engelleri ve fırsatları değerlendirdi. Ecofys çalışması, yerel faktörlerin pazar potansiyelini, çimento endüstrisinin kendisinin teknik ve ekonomik fizibilitesinden çok daha fazla kısıtladığını ortaya çıkardı.

Ekolojik çimento

Ekolojik çimento, geri dönüştürülmüş malzemeleri dahil ederek ve optimize ederek sıradan Portland çimentosunun işlevsel performans yeteneklerini karşılayan veya aşan, böylece daha sürdürülebilir bir yapı malzemesi ile sonuçlanan doğal hammadde, su ve enerji tüketimini azaltan çimentolu bir malzemedir. Biri jeopolimer çimentodur .

Ekolojik çimento üretimi için yeni üretim yöntemleri azaltmak, hatta üretim ortadan kaldırmak ve özellikle kirletici maddeleri ve sera gazlarının CO zarar serbest amacı ile araştırılmaktadır 2 .

Artan çevresel kaygılar ve fosil kökenli yakıtların artan maliyeti, birçok ülkede çimento ve atık su (toz ve egzoz gazları) üretmek için gereken kaynakların keskin bir şekilde azalmasına neden oldu.

Edinburgh Üniversitesi'ndeki bir ekip, kalsiyum karbonatı çökelten bir bakteri olan Sporosarcina pasteurii'nin mikrobiyal aktivitesine dayanan ve kum ve idrarla karıştırıldığında %70'lik bir basınç dayanımına sahip harç blokları üretebilen 'DUPE' sürecini geliştirdi. geleneksel yapı malzemelerinden.

Çimento üretimi için iklim dostu yöntemlere genel bir bakış burada bulunabilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ "Draeger: Filtreleme cihazlarının seçimi ve kullanımı için kılavuz" (PDF) . Draeger . 22 May 2020 Arşivlenmiş (PDF) 22 Mayıs 2020 tarihinde orijinalinden . 22 Mayıs 2020 alındı .
  2. ^ a b Rodgers, Lucy (17 Aralık 2018). "Bilmediğin devasa CO2 yayıcı" . BBC Haber . Erişim tarihi: 17 Aralık 2018 .
  3. ^ a b "Somut Değişim Yapmak: Düşük Karbonlu Çimento ve Betonda Yenilik" . Chatham Evi . 19 Aralık 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi . Erişim tarihi: 17 Aralık 2018 .
  4. ^ a b Hargreaves, David (Mart 2013). "Küresel Çimento Raporu 10. Baskı" (PDF) . Uluslararası Çimento İncelemesi . 26 Kasım 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF) .
  5. ^ a b Kömür ve Çimento . Dünya Kömür Birliği Arşivlenen de 8 Ağustos 2011 Wayback Machine
  6. ^ Beton: Dünyadaki en yıkıcı malzeme The Guardian 31.8. 2019
  7. ^ "Yakıttan kaynaklanan CO2 emisyonları, Dünya, 2018" .
  8. ^ "Çimento sektörü bir ülke olsaydı, dünyanın en büyük üçüncü yayıcısı olurdu" .
  9. ^ Çimento'nun temel moleküler yapısını nihayet (MIT, 2009) deşifre arşivlenir 21 2013 Şubat Wayback Machine
  10. ^ "Sera Gazlarına EPA Genel Bakış" .
  11. ^ "Betonun Tarihi" . Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, Illinois Üniversitesi, Urbana-Champaign. 27 Kasım 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi . Erişim tarihi: 8 Ocak 2013 .
  12. ^ Bir b c d e f g h i BLEZARD, (2004), Robert G. Hewlett Peter C, ed .. "kalkerli Çimentolar Tarihi" çimento ve beton Lea's kimyası . 4. baskı. Amsterdam: Elsevier Butterworth-Heinemann. s. 1-24. ISBN  9780080535418
  13. ^ Brabant, Malcolm (12 Nisan 2011). Makedonlar, Romalılardan üç yüzyıl önce çimento ürettiler. 9 Nisan 2019, BBC News , Wayback Machine sitesinde arşivlendi .
  14. ^ Herakles to Alexander The Great: Treasures From The Royal Capital of Makedon, A Hellenic Kingdom in the Age of Democracy 17 Ocak 2012'de Wayback Machine , Ashmolean Museum of Art and Archaeology, Oxford Üniversitesi'nde arşivlendi
  15. ^ Tepesi, Donald (1984). Klasik ve Ortaçağ Zamanlarında Mühendislik Tarihi , Routledge, s. 106, ISBN  0415152917 .
  16. ^ "Çimento Tarihçesi" . www.understanding-cement.com . Erişim tarihi: 17 Aralık 2018 .
  17. ^ Trendacosta, Katharine (18 Aralık 2014). "Eski Romalılar Şimdi Yaptığımızdan Daha İyi Betonu Nasıl Yaptılar" . Gizmodo .
  18. ^ "Doğal Puzolanlar Betonu Nasıl İyileştirir" . Doğal Puzzolan Derneği . 7 Nisan 2021 alındı .
  19. ^ Ridi, Francesca (Nisan 2010). "Çimentonun Nemlendirilmesi: hala anlaşılması gereken çok şey var" (PDF) . La Chimica & l'Industria (3): 110-117. 17 Kasım 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF) .
  20. ^ "Saf doğal puzolan çimentosu" (PDF) . 18 Ekim 2006 tarihinde kaynağından arşivlendi . Erişim tarihi: 12 Ocak 2009 .CS1 bakım: bot: orijinal URL durumu bilinmiyor ( bağlantı ). chamorro.com
  21. ^ Russo, Ralph (2006) "Su Kemeri Mimarisi: Eski Roma'da Kitlelere Hareketli sular" Arşivlendi de 12 Ekim 2008 Wayback Machine de, Güzellik Matematik ve Mimarlık Gerçekleştirme , Vol. IV, Yale-New Haven Öğretmenler Enstitüsü 1978–2012, Yale-New Haven Öğretmenler Enstitüsü Üyeleri tarafından Müfredat Birimleri.
  22. ^ a b Cowan, Henry J. (1975). "Beton Üzerine Tarihsel Bir Not". Mimarlık Bilimi İnceleme . 18 : 10-13. doi : 10.1080/00038628.1975.9696342 .
  23. ^ a b Sismondo, Sergio (2009). Bilim ve Teknoloji Çalışmaları An Introduction Arşivlenen 10 Mayıs 2016 Wayback Machine . John Wiley and Sons, 2. baskı, s. 142. ISBN  978-1-4051-8765-7 .
  24. ^ Mukerji, Chandra (2009). Canal du Midi üzerinde teknoloji ve alansallık: Impossible mühendislik Arşivlenen de 26 Nisan 2016 Wayback Machine . Princeton University Press, s. 121, ISBN  978-0-691-14032-2 .
  25. ^ a b Taves, Loren Sickels (Mar-Nisan 1995). "Tabby Houses of the South Atlantic Seaboard" 27 Ekim 2015 tarihinde Wayback Machine , Old-House Journal sitesinde arşivlendi . Arka kapak.
  26. ^ Francis, AJ (1977) The Cement Industry 1796–1914: A History , David & Charles. ISBN  0-7153-7386-2 , Ch. 2.
  27. ^ "Çimentoyu Kim Keşfetti" . 12 Eylül 2012. 4 Şubat 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi .
  28. ^ Znachko-Iavorskii; IL (1969). Egor Gerasimovich Chelidze, izobretatelʹ tsementa . Sabchota Sakartvelo. 1 Şubat 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi .
  29. ^ "Lafarge Çimento Tarihi" . 2 Şubat 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi .
  30. ^ Kurland, Robert (2011). Beton gezegen: dünyanın en yaygın insan yapımı malzemesinin tuhaf ve büyüleyici hikayesi . Amherst, NY: Prometheus Kitapları. P. 190 . ISBN'si 978-1616144814.
  31. ^ Francis, AJ (1977) The Cement Industry 1796–1914: A History , David & Charles. ISBN  0-7153-7386-2 , Ch. 5.
  32. ^ Hahn, Thomas F. ve Kemp, Emory Leland (1994). Potomac Nehri boyunca çimento fabrikaları . Morgantown, Batı Virjinya: Batı Virjinya Üniversitesi Yayınları. P. 16. ISBN  9781885907004
  33. ^ Hewlett, Peter (2003). Lea'nın Çimento ve Beton Kimyası . Butterworth-Heinemann. P. Bölüm 1. ISBN'si 978-0-08-053541-8. 1 Kasım 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi .
  34. ^ a b "Natural Cement Comes Back" 25 Nisan 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi , Ekim 1941, Popular Science
  35. ^ Stanislas Sorel (1867). " Sür un nouveau ciment magnésien ". Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences , cilt 65, sayfa 102–104.
  36. ^ Walling, Sam A.; Provis, John L. (2016). "Magnezyum bazlı çimentolar: 150 yıllık bir yolculuk ve gelecek için çimentolar mı?" . Kimyasal İncelemeler . 116 (7): 4170–4204. doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00463 . ISSN  0009-2665 . PMID  27002788 .
  37. ^ McArthur, H.; Spalding, D. (1 Ocak 2004). Mühendislik Malzeme Bilimi: Özellikler, Kullanımlar, Bozunma, İyileştirme . Elsevier. ISBN'si 978178420491.
  38. ^ "Çimento Karıştırıcıları Nasıl Çalışır" . HowStuffWorks . 26 Ocak 2012 . 2 Nisan 2020 alındı .
  39. ^ Glasser F. (2011). İnorganik çimentoların radyoaktif atıkların şartlandırılması ve hareketsizleştirilmesine uygulanması. İçinde: Ojovan MI (2011). Gelişmiş radyoaktif atık şartlandırma teknolojilerinin el kitabı. Woodhead, Cambridge, 512 s.
  40. ^ Abdel Rahman RO, Rahimov RZ, Rahimova NR, Ojovan MI (2015). Nükleer atıkların immobilizasyonu için çimentolu malzemeler. Wiley, Chichester 232 s.
  41. ^ Hollanda, Terence C. (2005). "Silika Dumanı Kullanım Kılavuzu" (PDF) . Silika Dumanı Derneği ve Amerika Birleşik Devletleri Ulaştırma Bakanlığı Federal Karayolu İdaresi Teknik Raporu FHWA-IF-05-016 . Erişim tarihi: 31 Ekim 2014 .
  42. ^ Kosmatka, S.; Kerkhoff, B.; Panerese, W. (2002). Beton Karışımlarının Tasarımı ve Kontrolü (14 ed.). Portland Çimento Derneği, Skokie, Illinois.
  43. ^ Kumar, William. "Çimento, Harç ve Beton". Baumeister'de; Avallon; Baumeister (ed.). Mark'ın Makine Mühendisleri için El Kitabı (Sekizinci baskı). McGraw Tepesi. Bölüm 6, sayfa 177.
  44. ^ ABD Federal Otoyol İdaresi . "Uçucu Kül" . Arşivlenmiş orijinal 21 Haziran 2007 tarihinde . Erişim tarihi: 24 Ocak 2007 .
  45. ^ ABD Federal Otoyol İdaresi . "Silis Dumanı" . Arşivlenmiş orijinal 22 Ocak 2007 tarihinde . Erişim tarihi: 24 Ocak 2007 .
  46. ^ Justnes, Harald; Elfgren, Lennart; Ronin, Vladimir (2005). "Karşılık gelen harmanlanmış çimentoya karşı enerjik olarak modifiye edilmiş çimentonun performansı için mekanizma" (PDF) . Çimento ve Beton Araştırmaları . 35 (2): 315-323. doi : 10.1016/j.cemconres.2004.05.022 . Arşivlenmiş orijinal (PDF) 10 Temmuz 2011 tarihinde.
  47. ^ Güle güle GC (1999), Portland Çimento 2. Baskı, Thomas Telford. s. 206–208. ISBN  0-7277-2766-4
  48. ^ Zhang, Liang; Su, Müzhen; Wang, Yanmou (1999). "Çin'de sülfo ve ferroalüminat çimentolarının kullanımının geliştirilmesi". Çimento Araştırmalarındaki Gelişmeler . 11 : 15–21. doi : 10.1680/adcr.1999.11.1.15 .
  49. ^ "NEXTPREVIOUS Fiber Mesh veya Wire Mesh ne zaman kullanılır" . Liman Agregaları . 31 Aralık 2019 . 12 Nisan 2021 alındı .
  50. ^ "Alçı / Alçı El Kitabı" (PDF) . çimento.org . 2003. s. 13 . 12 Nisan 2021 alındı .
  51. ^ "Kış aylarında çimento esaslı ürünlerin kullanılması" . sovchem.co.uk . Dan 29 May 2018 Arşivlenen orijinal 29 Mayıs 2018 tarihinde.
  52. ^ a b Scrivener, KL, Crumbie, AK ve Laugesen P. (2004). "Betondaki çimento hamuru ile agrega arasındaki Arayüzey Geçiş Bölgesi (ITZ)." Arayüz Bilimi, 12 (4) , 411–421. doi: 10.1023/B:INTS.0000042339.92990.4c.
  53. ^ a b c H. FW Taylor, Çimento kimyası, 2. baskı. Londra: T. Telford, 1997.
  54. ^ "İnşaat Bilgi Formu No 26 (revizyon2)" (PDF) . hse.gov.uk. 4 Haziran 2011 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF) . Erişim tarihi: 15 Şubat 2011 .
  55. ^ CIS26 – çimento 4 Haziran 2011'de Wayback Machine sitesinde arşivlendi . (PDF) . 5 Mayıs 2011 tarihinde alındı.
  56. ^ Amerika Birleşik Devletleri Jeolojik Araştırması. "USGS Mineral Programı Çimento Raporu. (Ocak 2011)" (PDF) . 8 Ekim 2011 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF) .
  57. ^ Edwards, P; McCaffrey, R. Küresel Çimento Dizin 2010. Yayınlar Pro Arşivlenen 2014 3 Ocak Wayback Machine . Epsom, İngiltere, 2010.
  58. ^ Ülkelerin çimento üretimine göre listesi 2011 22 Eylül 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi Erişim tarihi: 19 Kasım 2013.
  59. ^ ICR Haber Odası. Pakistan Afgan çimento pazar payını İran'a kaptırdı 22 Eylül 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi . Erişim tarihi: 19 Kasım 2013.
  60. ^ Yan, Li Yong (7 Ocak 2004) Çin'in ileriye giden yolu çimentoyla döşeli , Asia Times
  61. ^ Çin şimdi hayır. CO 1. 2 emisyon; İkinci konumda ABD: Daha fazla bilgi Arşivlenen de 3 Temmuz 2007 Wayback Machine , MEM'dir (19 Haziran 2007).
  62. ^ Çin'in çimento talebi 2008'de 1 milyar tona ulaştı , CementAmericas (1 Kasım 2004).
  63. ^ Scalenghe, R.; Malucelli, F.; Ungaro, F.; Perazzone, L.; Filippi, N.; Edwards, AC (2011). "Emilia-Romagna Bölgesi'nde (İtalya) 150 yıllık arazi kullanımının antropojenik ve doğal karbon stokları üzerindeki etkisi". Çevre Bilimi ve Teknolojisi . 45 (12): 5112-5117. Bibcode : 2011EnST...45.5112S . doi : 10.1021/es1039437 . PMID  21609007 .
  64. ^ ÇED - ABD 2006-Karbon Dioksit Emisyonları Sera Gazı Emisyonları Arşivlenen de 23 Mayıs 2011 Wayback Makinası , ABD Enerji Bakanlığı.
  65. ^ Matar, W.; Elşurafa, AM (2017). "Suudi çimento endüstrisinde kar ve karbondioksit emisyonları arasında bir denge kurmak" . Uluslararası Sera Gazı Kontrolü Dergisi . 61 : 111–123. doi : 10.1016/j.ijggc.2017.03.031 .
  66. ^ Eğilimler küresel CO içinde 2 emisyonları: 2014 Rapor Arşivlenen de 2016 Ekim 14 Wayback Machine . PBL Hollanda Çevresel Değerlendirme Ajansı ve Avrupa Komisyonu Ortak Araştırma Merkezi (2014).
  67. ^ Mahasenan, Natesan; Smith, Steve; Humphreysm Kenneth; Kaya, Y. (2003). "Çimento Endüstrisi ve Küresel İklim Değişikliği: Mevcut ve Potansiyel Gelecek Çimento Endüstrisi CO 2 Emisyonları" . Sera Gazı Kontrol Teknolojileri – 6. Uluslararası Konferansı . Oxford: Bergama. s. 995–1000. ISBN'si  978-0-08-044276-1.
  68. ^ "Karışımlı Çimento" . Bilim Doğrudan . 2015 . 7 Nisan 2021 alındı .
  69. ^ Çandak, Shobhit. "Hindistan'da çimento endüstrisi raporu" . karalama 22 Şubat 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi . Erişim tarihi: 21 Temmuz 2011 .
  70. ^ Kent, Douglas (22 Ekim 2007). "Yanıt: Kireç, çimentodan çok daha çevre dostu bir seçenektir, diyor Douglas Kent" . Gardiyan . ISSN  0261-3077 . 22 Ocak 2020 alındı .
  71. ^ Novacem 3 Ağustos 2009'da Wayback Machine sitesinde arşivlendi . Imperialinnovations.co.uk
  72. ^ Jha, Alok (31 Aralık 2008). "Açığa: Karbondioksit yiyen çimento" . Gardiyan . Londra. 6 Ağustos 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi . Erişim tarihi: 28 Nisan 2010 .
  73. ^ "Dünyanın ilk sıfır emisyonlu çimento fabrikası Norveç'te şekilleniyor" . EURACTIV.COM Ltd. 13 Aralık 2018.
  74. ^ "Bilgi Formu: Talyum" (PDF) . 11 Ocak 2012 tarihinde orijinalinden arşivlendi (PDF) . Erişim tarihi: 15 Eylül 2009 .
  75. ^ Berkes, Howard (10 Kasım 2011). "EPA Yönetmelikleri Fırınlara Kirletme İzni Veriyor: NPR" . NPR.org . 17 Kasım 2011 tarihinde kaynağından arşivlendi . Erişim tarihi: 17 Kasım 2011 .
  76. ^ Çimento üretiminde sürecinde seçimi ve yakıt ve hammadde kullanımı için kılavuz Arşivlenen de 10 Eylül 2008 Wayback Machine , Dünya Sürdürülebilir Kalkınma İş Konseyi (1 Haziran 2005).
  77. ^ "Çimento fabrikalarında alternatif yakıtların kullanımının artırılması: Uluslararası en iyi uygulama" (PDF) . Uluslararası Finans Kurumu, Dünya Bankası Grubu. 2017.
  78. ^ Çimento, beton ve döngüsel ekonomi . cembureau.eu
  79. ^ de Beer, Jeroen ve ark. (2017) AB çimento fabrikalarında atıkların birlikte işlenmesinin durumu ve beklentileri . ECOFYS çalışması.
  80. ^ "Mühendisler yüzde 97 daha küçük karbondioksit ve enerji ayak izine sahip çimento geliştiriyor – DrexelNow" . DrexelNow . 18 Aralık 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi . Erişim tarihi: 16 Ocak 2016 .
  81. ^ CEMBUREAU broşür, 1997 - çimento üretiminde alternatif yakıtlar Arşivlenmiş 2 Ekim 2013 Wayback Makinası
  82. ^ Monks, Kieron (22 Mayıs 2014). "Kum ve bakterilerden yapılmış bir evde yaşar mıydınız? Şaşırtıcı derecede iyi bir fikir" . CNN. 20 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi . Erişim tarihi: 20 Temmuz 2014 .
  83. ^ "Top-Innovationen 2020: Zement lässt sich auch klimafreundlich produzieren" . www.spektrum.de (Almanca) . Erişim tarihi: 28 Aralık 2020 .

daha fazla okuma

Dış bağlantılar