KALSİYUM KÖKENLİ BAĞLAYICILAR Kum, çakıl, kırmataş,tuğla ve benzerlerini birbirini sağlamca bağlayan ve dayanıklılığını uzun zaman saklayan bir kütle haline getiren maddeler “bağlayıcı” adı altında toplanır. Bağlayıcılar “donma” ve “sertleşme” aşamalarından geçerler. Bunlar alçı, kireç ve çimentodur. Ayrıca bitüm, katran ve kil de bağlayıcılar grubuna girer. Esas olarak donup katılaşan ve tekrar fizik olarak eski haline dönemeyen her madde bağlayıcı olarak kullanılabilir. Kireç ve alçı suyun etkisiyle yani “hidratasyon” yoluyla sertleşir. Bu nedenle bunlara “hidrolitik bağlayıcılar” adı verilir. Katılaşmada baş rolü “kristalleşme” oynar. Kalsiyum asıllı bağlayıcılar grubunda olup da hava etkisiyle katılaşan maddeye “kireç” denir.

KALSİYUM MİNERALLERİ Doğada en çok silikat sülfat karbonat ve halojenür bileşikleri şeklinde bulunur. CaF2 : Fluorit Ca5(Cl F PO4) : Apatit Halojenürler Ca4B10O19 : Pandermit CaSiO3 : Wollastonit Ca2Al2O8 : Anortit Silikatlar CaMgSi3O9 : Diopsit CaCO3 : Kalsit CaCO3 (ortoromb) : Aragonit Karbonatlar CaSO4 : Anhidrit CaSO4, 2H2O : Jips Sülfatlar Ayrıca Ca, Arsenat, vanadat, borat, titanat, vs gibi minerallerin bünyesinde bulunurlar.

Karbonatlar kristal şekillerine göre çeşitli isimler alırlar Karbonatlar kristal şekillerine göre çeşitli isimler alırlar. Bunlara CaCO3 polimorfları da denir. Kalsit romboedrik sistemde, Aragonit ortorombik sistemde kristalleşir. CaCO3 özellikle sedimanter kayaçlar içerisinde çok yaygındır. Kalker tabakalarının esasını kalsit minerali oluşturur. Amorf CaCO3 veya mikrokristalen şekli “tebeşir” “litografya taşı” adıyla tanınır. Killi kireçtaşları bünyelerinde kil ve mikrokristalen CaCO3 beraber bulundururlar. Bir killi kireçtaşına ait aşağıdaki analitik veriler bu malzemenin bileşimi hakkında bilgi vermektedir. CaCO3 92-97 MgCO3 0,43-0,83 SiO2 1,47-5,5 Fe2O3 0,11-0,63 Sülfat halindeki doğal kalsiyum bileşiklerine “alçı taşı” veya “jips” adı verilir. Alçı yapımında kullanılır. Anhidrit; jipsin susuz şeklidir. Bazen mermer gibi dekoratif amaçlarla kullanılır. Mermere göre daha saydam ve yumuşaktır. Zamanla CaSO4 bünyesinde H2O olarak tekrar jips şekline dönüşür. Bu sırada %50’ye varan hacim genişlemesi yapar. Bu nedenle zemin ve inşaatlarda bulunması sakıncalıdır.

ALÇI Alçı jipsin uygun To’ da ısıtılarak kısmi bir dehidratasyona uğratılmasıyla elde edilir. Alçı içerisinde %19-12 CaCO3, kil, demiroksit, kum ve kolloidal SiO2 bulunur. Ancak bu maddeler alçının bağlayıcılık özelliğini bozmazlar, belirli miktarlarda sertlik ve direnci arttırırlar. ALÇININ YAPIMI Alçı yapımında kullanılan jips (gypsum) çoğunlukla beyaz ve yumuşak bir mineral olup özgül ağırlığı 2,3 civarındadır. Asitlerden etkilenmez, suda az çözünür (Smax 38o’de litrede 2,5 gr), tuzlu suda daha kolay çözünür. Sıcağın alçı taşına yaptığı etki çok önemlidir. 120o’de billur suyu kaybolarak taş kurur ve dehidratasyon başlar. 170o’den itibaren kısmi bir dehidratasyon olur, alçı taşı 1,5 molekül su kaybederek yarı hidrat haline geçer. CaSO42H2O → CaSO4 1/2 H2O + 1 1/2 H2O

Su buharı sürüklenerek kuru hava ile ısıtma işlemine devam edilecek olursa 330o’den itibaren jips suyunun tümünü kaybeder ve çözünen anhidrit denilen anhydr sülfat CaSO4 olur. Bu cisim su ve hatta nemli hava ile karşılaşınca hemen donar. Daha yüksek sıcaklıklarda yani 600o’den sonra çözünmeyen anhidrit meydana gelir. Bu cisim ise hidratasyon özelliğini artık kaybetmiştir, yani tekrar su alarak donmaz ve sertleşmez. Jips çok daha yüksek sıcaklıkta, 1100-1200o arasında, kızdırılırsa sülfat kısmen ayrışmaya uğrayarak kükürt trioksit ve kalsiyum oksite dönüşür ve kütlenin içerisine bir miktar serbest kireç dağılır. Tam anlamıyla bir alçı olmayan, geç donan fakat donduktan sonra alçıdan çok daha sert ve dirençli bir kütle meydana getiren bu maddeye “taban, döşeme alçısı” (estrichgibs) adı verilir. Alçının yapımı prensipte bu temellere dayanır. Alçı taşının ısıtılması, yani dehidratasyonu çeşitli tip fırınlarda yapılır. Bunların hareketsiz ve döner fırınlardır. Alçı fırından çıktıktan sonra öğütülür ve elenir. Öğütme işi fonttan yapılmış değirmenlerde yapılır. Yeteri kadar ufalanan alçı değirmenin ortasındaki ızgaradan geçer. Böylece kabaca öğütülmüş olan alçı daha sonra kullanılacağı işlere göre çeşitli eleklerden geçirilirler.

Ara alçı veya mulaj alçısı 0,65-0,70 ALÇININ ÖZELLİKLERİ VE ÇEŞİTLERİ Alçının yoğunluğu cinsine göre değişir: Ara alçı veya mulaj alçısı 0,65-0,70 Yapı işlerinde kullanılan ince alçı 0,90 Kaba alçı 1-1,05 Özgül ağırlık 2,55-2,65 arasındadır. Adi sıcaklıkta alçı, yaklaşık alçı taşından 5 kat daha çözünebilir. Alçının en önemli özelliği hidratasyon özelliğidir. Sıcağın etkisiyle hidratasyon suyunu kaybeden alçı taşı su ile karşılaşınca yeniden kaybettiği kadar su ile birleşerek donar ve sertleşir. Yani amorf toz halindeki maddenin büyük bir kısmı billurlaşarak taşlaşır. CaSO4 1/2 H2O + 1 1/2 H2O → CaSO42H2O

Fakat olay bu derece basit değildir Fakat olay bu derece basit değildir. Alçının belirli bir miktar su ile karşılaşmasından aşırı doymuş bir çözelti elde edilir. Alçıda aslında var olan veya çözünür anhidritin hidratasyonu sonucunda oluşan yarı hidrat kısmen çözünür. Bu çözelti ile katı faz arasında bir denge meydana gelir ve bir süre devam eder (donma evresi). Bu sürede CaSO4 2H2O kristalleri meydana gelir. Yeni bir miktar yarı hidratın çözünmesiyle olay devam eder ve gelişir. Böylece var olan kristaller birbirine geçerek keçeleşirken, aşırı doymuş çözeltide amorf kısımlar bunların aralarını doldurarak daha iyi bağlanmalarını sağlarlar. Bu olaya alçının donması ve sertleşmesi denir. Gereğinden fazla su kullanmak da iyi sonuç vermez. Zira hidratasyona katılmayan su tanecikleri alçını içine dağılarak buharlaştıktan sonra gözenekli bir kütlenin meydana gelmesine neden olurlar. Bu durum da sağlamlık aleyhine etki yapar.

KİREÇ Kireç; temel maddesi CaO olan bir mineraldir. CaCO3 ayrışmasıyla meydana gelir ve kireçtaşının yüksek sıcaklıkta ısıtılmasıyla elde edilir. CaO ile birlikte SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgCO3 gibi bileşenlerde bulunur. Bu bileşenlerin miktarı kullanılan taşın cinsine göre değişebilir. Kireç çeşitlerinde sıcaklık ve bileşim önemli rol oynar.Sıcaklık; belirli kimyasal reaksiyonların gelişmesinde önemli etkendir. Esas bileşen CaO’in % oranlarına göre kireç grupları: A. %95 veya daha fazla CaO bulunduran “yağlı kireç” veya “kuvvetli kireç”. CaO + MgO tutarı %95’ten aşağı olmayan yüksek magnezyumlu kireç de bu sınıfa girer. B. %95-95 arasında CaO bulunduran “zayıf kireç” veya “fakir kireç”. A ve B kategorileri hava kireci veya sadece kireç adları altında toplanarak bir grup oluştururlar.

C. Hiç hidrolitik olmayan A ve B kategorileriyle tamamen hidrolitik olan çimentolar arasında bulunan orta gruptur. Bulundurdukları CaO oranı %80-65 arasında oynar. Bunlara su kireçleri veya hidrolitik kireçler denir. C grubunu bulundurdukları Al2O3 + SiO2 veya kil miktarına göre 3 sınıfa ayırmak mümkündür. CaO oranı %85-65 arasında kalmak şartıyla Al2O3 + SiO2 aşağıdaki oranlar arasında oynar. Bu oran: K1: %15’ten az ise “zayıf hidrolitik kireç” denir. Donma ve sertleşme süreleri 20 gündür. K2: %15-25 arasında ise “hidrolitik kireç” denir. Donma 15-20 gün, sertleşme aylarca sürer. K3: %25-35 arasında ise “çok hidrolitik kireç” denir. Sertleşmeler 3-4 gün sürer.

KİREÇ YAPIMI CaCO3 normal atmosfer basıncı altında 897oC’de ayrışır. CaCO3 → CaO + CO2 Elde edilen CaO (sönmüş kireç) beyaz, amorf ve kolayca ufalanabilen bir cisimdir. Yoğunluğu 3,08-3,30 arasındadır. 2570oC’de erir. Ergimiş kireç soğutulurken kristallenir. Bunların yoğunluğu 3,32 ve sertliği 3-4 arasındadır. Yani sıcaklık etkisiyle yoğunluk artmıştır. Burada moleküler düzeyde sıkışma olmuş ve hacim küçülmüştür. Bu durum pratikte önemlidir. Kireçtaşı pişirilirken sıcaklık 1000oC’yi geçmezse elde edilen ürün (çalı kireci) su ile temasta kolay ve iyi söner. Çünkü bu kirecin yapısı gevşek ve gözeneklidir. Sıcaklık 1400oC iken elde edilen ürünün (kömür kireci) söndürülmesi güçtür ve uzun sürer.

Kirecin sönmesi bir hidratasyon olayıdır Kirecin sönmesi bir hidratasyon olayıdır. CaO + H2O → Ca(OH)2 + 15900 Cal. (20oC’de) Söndürme işi sırasında sıcaklık 400oC’ye kadar çıkabilir. Bu nedenle söndürme suyu azar azar verilir. Aksi durumda sıcaklık 547oC’ye ulaşır. Bu sırada H2O basıncı 1 Atmosfere ulaşır. Bu sıcaklıkta ve kapalı ortamda reaksiyon tekrar tersine dönebilir. İyi sönmemiş kireç inşaatlar için tehlikelidir. Zira Ca(OH)2 halinde hacim 2-2,5 kat büyümüştür. Sönmüş kireç Ca(OH)2 beyaz amorf bir tuzdur. Normal şartlarda suda çok az erir. Bol suda süspansiyon halinde dağılır ve beyaz bir bulamaç verir. Ca(OH)2 kuvvetli bir alkali ve kostiktir (yakıcı). CO2 ile kolayca birleşir: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Bu reaksiyon aynı zamanda kirecin sertleşmesidir.