Çimento Hamurunun Yapısı
Çimento ve suyun karıldığı anda ortaya çıkan çimento hamuru, aralarında su dolu küçük boşluklar bulunan çimento tanelerinden oluşur. Çimentonun hidratasyonu sonucu ortaya çıkan ürünlerin tamamı “çimento jeli” olarak adlandırılır.
Hidratasyon, çimentonun yüzeyinde başlayarak iç kısımlarında devam eder. Ortaya çıkan hidratasyon ürünleri çimentodan daha büyük hacme sahip olduğu için kapiler boşlukları azaltır. Ne kadar çok çimento jeli ortaya çıkarsa, kapiler boşluklar da bu ölçüde azalır.
Hidratasyon yapmış fakat hidratasyon tamamen bitmemiş bir çimento hamuru şu yapılardan oluşur:
- Çimento jeli
- Çimento jelinin yapısında yer alan jel boşlukları
- Hidratasyonu henüz tamamlanmamış çimento
- Su dolu kapiler boşluklar
Çimento Hamurunun Yapısında Yer Alan Boşluklar ve Özellikleri
Jel Boşlukları
Jel boşlukları, hidratasyon sonrasında meydana gelen jellerin yapısında bulunan (jel yapısının bir parçası olan) boşluklardır. Birbiriyle bağlantılı olan bu boşlukların çapı 15 – 20 angstrom arasındadır (1 angstrom = 10-7 mm). Jel boşluklarının boyutu çok küçük olduğu için, jel üzerinde adsorbe durumda olan suyun mobilitesi çok azdır. Jel boşluklarındaki su, serbest su gibi davranamaz, boşluklardan kolayca dışarı çıkamaz, serbest su gibi 0 °C sıcaklıkta donma göstermemektedir. Jel boşluklarındaki su -78 °C sıcaklıkta donmaktadır .
Hidratasyon sonucu jelin yapısında hacimce %28 kadar jel boşluğu bulunur. Hidratasyon devam ettikçe jel ve jel boşluğu miktarı artar fakat bu oran değişmez.
Kapiler Boşluklar
Çimento hamurunun yapısında çimento taneleri ve bu tanelerin arasında su dolu küçük boşluklar bulunmaktadır. Bu boşluklar, kapiler sistemi oluşturur. Çimento ve su birleştirildiği anda kimyasal reaksiyonlar ve hidratasyon ürünleri oluşmaya başlar. Hidratasyon ürünleri, kapiler boşlukları azaltacak şekilde gelişmektedir. Hidratasyon devam ettikçe, jel miktarı artmakta ve önceden mevcut olan kapiler boşlukların oranı azalmaktadır.
Çimento hamurunun yapısı Şekil 1.’de basit bir modelle gösterilmektedir. Şekildeki siyah noktalar çimento jeli parçacıklarını, “C” harfiyle gösterilen bölümler ise kapiler boşlukları temsil etmektedir. Kapiler boşluklar su/çimento oranına bağlıdır. Bu oran yüksek olursa, daha çok kapiler boşluk oluşur.
Sertleşmiş çimento hamurundaki kapiler boşlukların oranını etkileyen iki ana sebebin üzerinde durabiliriz:
- Çimento hamurunu oluşturmak için kullanılan su/çimento oranı.
- Hidratasyonun gerçekleşme ölçüsü.
Kapiler boşluklar değişik şekillere ve boyutlara sahiptirler. Kapiler boşlukların ortalama çapı 0.005 mm’ dir. Çimento hamurunun içerisinde rastgele yerleşmiş olan içerisi su dolu bu boşluklar, çimento hamurunun karıldığı anda birbiriyle genellikle bağlantılı durumdadır, hidratasyon devam edip daha çok jel üretilmesiyle bu boşluklar arasındaki bağlantı azalmaktadır.
Kapiler boşluklardaki su, jel boşluklarındaki suya göre farklı davranmaktadır. Sertleşmiş çimento hamurundaki bu kapiler boşlukların içerisinde bulunan su, buharlaşıp kaybolabilir fakat ıslak ortamda tekrar boşluklar suyla dolabilir. Bu boşluklardaki su serbest davranış gösterir, 0 °C sıcaklıkta donar.
Kapiler boşluk oranı sertleşmiş çimentonun hem dayanımını hem de su geçirgenliğini etkilemektedir. Sertleşmiş çimento hamurunun boşluk oranı yüksekse, dayanımı daha az olmakta ve su geçirgenliği daha çok olmaktadır.
Jel / Boşluk Oranı
Çimento hamurunun içerisinde iki tip boşluk bulunmaktadır; jel boşlukları ve kapiler boşluklar. Jel boşlukları, çimento jelinin yapısı içerisinde yer alan boşluklar oldukları için bu oranda bahsedilen boşluk kapiler boşluklardır.
Jel / Boşluk Oranı = Jel hacmi / (jel hacmi + kapiler boşluk hacmi)
Çimento hamurunu oluşturmak üzere kullanılan su/çimento oranın artması, daha fazla kapiler boşluk oluşmasına ve daha küçül jel/boşluk oranına sebep olmaktadır. Çimento hamurundaki jel/boşluk oranı yüksek olması dayanımın da yüksek olmasını sağlar.
Kaynak / Reference
Beton, Prof. Dr. Turhan Y. Erdoğan, ODTÜ Akademik Kitaplar, (2015)
