Kireç

Başlığın diğer anlamları için Kireç (anlam ayrımı) sayfasına bakınız.

Norveç'teki bir kireçtaşı ocağı

Kireç, kireç taşının çeşitli derecelerde (850-1450 °C) pişirilmesi sonucu elde edilen, suyla karıştırıldığında, tipine göre havada veya suda katılaşma özelliği gösteren, beyaz renkli, inorganik esaslı bir bağlayıcı madde türüdür.

Tarih

Bağlayıcı maddelerden en eski bilinen malzeme kireçtir. Eski Babil, Mısır, Fenike, Hitit ve Persler tarafından hava kireci yapıda bağlayıcı madde olarak kullanılmıştır. Romalılar devrinde su kireci bulunmuş ve su içerisindeki inşaatlarda kullanılmıştır. Bu arada puzolanik kirece (volkanik esaslı, killi, kalkerli toprak) Türkler tarafından tuğla kırıkları (pişmiş kil) öğütülüp karıştırılmış ve Horasan harcı olarak kullanılmıştır. Ayrıca, bu tür bağlayıcı Mısır'da homra, Hindistan'da surki adıyla bilinmektedir. Bizans'ta ise kireç, sıva fresk tekniği için uygulanmıştır. Orta çağda, bu zenaatte daha fazla bir ilerleme olmamıştır.

9. ve 12. yüzyıllarda puzolan bile Avrupa'da kaybolmuştur. Smeathon, 1756 yılında deniz feneri yaparken killi bir kireci pişirerek su kireci ve hidrolik bağlayıcı fikri üzerinde önemli adımlar atmıştır.

Kireç taşı türleri

Kireçtaşları, tabii kireç taşı ve dolomitik kireç taşı olmak üzere iki çeşittir.

Tabii Kireçtaşı (kalker, küfeki): Tabii kireç taşı, bileşiminde kütlece en az %90 oranında kalker (kalsiyum karbonat, CaCO₃) bulunduran tortul bir kayaçtır.

Dolomitik Kireçtaşı: Dolomatik kireç taşı, bileşiminde kalsiyum karbonat (CaCO₃) yanında kütlece %10-%35 oranında magnezyum karbonat (MgCO₃) bulunduran tortul bir kayaçtır.

Birinci gruptan elde edilen kireç beyaz renklidir. İkinci gruptan elde edilen ise esmerdir ve dayanımı nispeten daha yüksektir.

Kireci, içerisindeki kil miktarına bağlı olarak, yalnız havada katılaşma gösteren hava kireci (yağlı kireç), hem havada hem de suda katılaşma gösteren su kireci (hidrolik kireç) olmak üzere iki gruba ayırmak mümkündür.

Hava kireci (yağlı kireç)

Kirecin üretiminde iki aşama vardır: pişirilme ve söndürme.

Pişirilme işlemi (kalsinasyon)

CaCO₃ $\longrightarrow$ CaO + CO₂

Bu reaksiyon sonucunda meydana gelen CaO söndürülmemiş kalsiyum (kalker) kirecidir. CaO, parçalar haline getirilmiş tabi kireç taşının özel fırınlarda 900 - 1000 °C sıcaklıkta kızdırılması suretiyle elde edilen ve su ile muamele edilmesi sonucu ısı açığa çıkararak söndürülmüş kalker kireci (kalsiyum hidroksit, Ca(OH)₂ haline gelebilen bağlayıcı bir malzemedir. Özgül ağırlığı 3,0-3,4 gr/cm³ olan CaO beyaz, amorf bir katıdır. 2580 °C'a doğru erir, elektrik fırınında uçucu duruma gelir. Isıyla bozulmaz.

100 gram kalkerden teorik olarak 56 gram kireç (CaO) elde edilir. Fakat pratikte verim %54'ü geçmez. Kalkerden başka, CaCO₃ ve MgCO₃'u aynı zamanda bulunduran dolomit taşlarının da yüksek derecede pişirilmesi ile kireç elde edilir. Bu haldeki kireç CaO ve MgO'den oluşmaktadır. Bu durumda pişirilme işlemi aşağıdaki şekilde olmaktadır.

x CaCO₃ + y MgCO₃ $\longrightarrow$ x CaO + y MgO + (x + y) CO₂

Bu reaksiyon sonunda meydana gelen x CaO + y MgO söndürülmemiş dolomit kirecidir. CaO + MgO, parçalar haline getirilmiş dolomit kireç taşının özel fırınlarda 900-1000 °C sıcaklıkta kızdırılması suretiyle elde edilen ve su ile muamele edilmesi sonucu ısı açığa çıkararak söndürülmüş dolomit kireci (kalsiyum hidroksit+magnezyum hidroksit, Ca(OH)₂ + Mg(OH)₂) haline gelebilen bağlayıcı bir malzemedir.

Söndürülmemiş kalker kirecinin öğütülerek belirli inceliğe getirilmesi ile söndürülmemiş toz kalsiyum (kalker) kireci, söndürülmemiş dolomit kirecinin öğütülerek belirli inceliğe getirilmesi ile söndürülmemiş toz dolomit kireci elde edilir.

Kireçtaşı pişirilirken sıcaklık 1000 °C yi geçmezse elde edilen kirece çalı kireci adı verilir. Su ile işlem görünce kolay ve iyi söner, çünkü bu tip kireçler gevşek ve gözeneklidir. Eğer kireçtaşı uzun zaman 1400 °C civarında pişirilirse kömür kireci elde edilir. Bu nedenle, halk arasında, çalı kireci kömür kirecine nazaran tercih edilir. Kömür kireçleri geç söndüğü ve dağılmadığı için ulaşım yolu uzun olan işyerleri için elverişlidir.

Söndürme işlemi

Kireçler CaO halinde kullanılamazlar. Bunların su ile işlem görerek söndürülmeleri gerekir. Kirecin söndürülmesi bir hidratasyon olayıdır. Sönmemiş kirecin üzerine az miktarda su dökülünce bir süre sonra kireç parçasının kabardığı ve yavaş yavaş çatlayarak dağıldığı, aynı zamanda sıcaklık artışı ve buharlaşma görülür.

CaO + H₂O $\leftrightarrow$ Ca(OH)₂ + Isı

x CaO + y MgO + (x +y) H₂O $\leftrightarrow$ x Ca(OH)₂ + y Mg(OH)₂ + Isı

Bu reaksiyonun gerçekleşebilmesi için kirecin ağırlığının 1/3'ü kadar suya ihtiyaç vardır. Reaksiyon sonunda elde edilen Ca(OH)₂ sönmüş kireçtir. Kirecin söndürülmesi sırasında şu hususlara dikkat edilmelidir:

• Kirecin söndürülmesi sırasında %100 oranında bir hacim artışı meydana gelir. Zaten kirecin sönerken kabarıp çatlamasının nedenide budur. Bu nedenle söndürme işlemine önem verilmesi gerekir. Tamamen söndürülmeden yapıda kullanılan kireç, söndürülmesi sırasında yapacağı reaksiyonu kullandığı yerde yaparak, hacim artmasına ve yapıda bazı hasarların oluşmasına neden olur. Bunun olmaması için, kireç taşları en az 15 gün, şantiyede açılan kireç havuzlarında, su ile temas halinde bulundurulmalıdır.
• Söndürme işlemi sırasında sıcaklık 300-400 °C'a kadar çıkabilir. Bu nedenle olayın aksi yönde gelişmesi, yani sönmüş kirecin tekrar su kaybederek CaO haline dönüşmesi mümkündür. Bu nedenle su miktarını iyi ayarlamak suretiyle, sıcaklığın 100 °C civarında tutulması sağlanmalıdır. Bunun için de, söndürme işlemi sırasında dökülen suyu yavaş yavaş vermek, bir müddet soğuyup kabarmasını bekledikten sonra, tekrar su vermek suretiyle söndürme işlemine devam edilmelidir.

Söndürme işlemi teknelerde, kireç kuyularında veya fabrikalarda su püskürtülerek yapılır. İlkel bir yöntem olan kireç kuyularında kireç fazla su ile söndürüldüğünden ürün Ca(OH)₂ + n H₂O şeklindedir ve yağlı kireç olarak adlandırılır. Fabrikalarda ise sönmüş kireç sadece Ca(OH)₂'dir. İnce toz halinde olup, torbalar içinde satılır. Buna hidrate kireç de denir. Bu tozun özgül ağırlığı 2,20-2,45 g/cm³ arasındadır. Birim ağırlığı ise 0,60-0,75 g/cm³ arasındadır.

Hava kirecinin sertleşmesi

Hava kirecinin sertleşmesi 3 aşamada oluşur:

1. Kuruma
2. Ca(OH)₂ formülünde kristalleşme
3. Havadaki CO₂ ile birleşerek karbonatlaşma

Kuruma ve kristalleşme geçicidir. Suyla karışınca kireç tekrar yumuşar. Asıl sertleşme karbonatlaşma sonucu oluşur. Hava kirecini su ile karıştırdıktan sonra elde edilen hamur havada bırakıldığında, havanın CO₂'sini alarak aşağıdaki reaksiyona göre, suda erimeyen kalsiyum karbonata dönüşür.

Ca(OH)₂ + CO₂ $\longrightarrow$ CaCO₃ + H₂O

Bu reaksiyon çok yavaş olur ve özellikle CO₂'nin varlığı zorunludur. Bu şekilde meydana gelen CaCO₂ sayesinde hava kireci katılaşır, yani plastikliğini kaybeder ve sertleşmeye başlar. Bu reaksiyon sırasında da bir hacim artışı gözlenir. Eğer kireç yalnız başına kullanılırsa bu reaksiyon yapıya zarar verebilir. Kireci kumla karıştırmak suretiyle bu deformasyonu, miktar ve şiddetini azaltarak, zararsız hale getirilir.

Hava kirecinin bazı dezavantajları vardır:

• Hava kireci ile fazla kalın harç sıvası yapılmamalıdır. Aksi takdirde CO₂ harcın içine yeterli oranda giremeyeceğinden, orta kısımlar plastik kalır.
• Kireç su içinde eridiğinden, su ile temas eden yapılarda kullanılmamalıdır. Kirecin suda erime reaksiyonu aşağıdaki şekilde olur:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ $\longrightarrow$ Ca(HCO₃)₂

CaCO₃ : Kalsiyum karbonat, suda erimez

H₂O + CO₂ $\longrightarrow$ H₂CO₃: Karbonik asit

Ca(HCO₃)₂: Kalsiyum bikarbonat, suda erir

Kirecin kaynatılması halinde suda erime özelliği azalır. Kalorifer kazanlarının borularının tıkanmasının nedeni kirecin bu özelliğidir.

• Kirecin mekanik mukavemeti çok düşüktür. Bu nedenle taşıyıcı elemanların yapımında bağlayıcı madde olarak kullanılmamalıdır. Ağırlıkça 1/10 oranında (1 birim kireç, 10 birim kum) hazırlanan harçların, su/kireç oranının 1-1,6 arasında değişmesi halinde 28 günlük basınç mukavemeti 7 kg/cm² mertebesindedir. 28 gün sonunda bu numunelerde ancak dıştan 1,5 cm kalınlığında bir tabakanın sertleştiği tespit edilmiştir.

Hava kirecinin avantajları ise şunlardır:

• Hava kireci kullanılarak çok iyi plastik (işlenebilir; şekil değiştirdiğinde yeni şeklini muhafaza eden) harç elde edilebilir.
• Hava kireci kullanılarak üretilen harçların plastik özellikleri fazladır. Şekil değiştirme yapabilme yeteneğinin fazla olması nedeniyle duvar sıvaları için çok uygundur. Kireçle yapılan sıvalar çimento harcı ile yapılan sıvalara kıyasla daha az çatlar.
• Kireç harçlarının taş ve tuğla gibi her türlü yapı malzemesine daha iyi yapışma kabiliyeti vardır.

Su kireci (hidrolik kireç)

Muhtevasında %10-25 mertebesinde kil bulunduran kalker taşının pişirilmesiyle elde edilen bir kireç türüdür. Bu pişirme esnasında oluşan sönmemiş kireç silis ve alüminle birleşir. Bu şekilde elde edilen kireç ufak parçalar halinde olup dikalsiyumsilikat (2 CaOSiO₂)'tan ibarettir. Toz haline getirme işi, su ile işleme tabi tutularak yapılır, yani öğütülemez. Suda söndürerek toz haline getirmek için kirecin içinde en az %10 oranında CaO olması gerekir.

Bu şekilde elde edilen kireç su içerisinde erimez, katılaşıp sertleşebilir. Bu yüzden su içindeki yapılarda kullanılabilir. Su kirecinin yapılarda kullanılmasıyla elde edilen yararlar, hava kirecinin kullanılmasıyl elde edilen yararların aynısıdır. Su kirecinin avantajı ise hava kirecinden daha yüksek mukavemete sahip olup, suda sertleşebilmesidir. Su kirecinin 28 günlük basınç mukavemeti 20–250 kg/cm² arasındadır.

Kirecin kullanım alanları

Kirecin oldukça geniş bir kullanım alanlı vardır. Kullanım alanları sürekli artan bir şekilde çeşitlilik göstermektedir. Örneğin; 1900-1910 yılları arasında kireç %80 inşaatta, %10 kimya endüstrisinde, %10 da ziraatta kullanılıyordu. 1980'lerde ise, yapılarda %3, kimyasal endüstride %84, otoyollarda %6, refrakter endüstrisinde %6, ziraatte %1 oranında kullanılmaktaydı.