Çimento Bağlayıcılı Odun Kompozitleri: Genel Özellikler

03 Ekim 2019

 

Prof. Dr. H. Turgut Şahin
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü

 

 

1- Giriş
Kompozit terimi, iki veya daha fazla farklı malzemenin, değişik yapıştırıcılarla bir araya getirilmesiyle oluşturulmuş yeni bir malzeme olarak tanımlanabilir. Mineral veya sentetik esaslı tutkallar yardımıyla üretilmiş odun esaslı kompozitler ise değişik özellikte birçok ürünü içerir (Maloney, 1996; Youngquist, 1999). Bu ürünler sadece levha şeklinde olmayıp kalıplanmış ürünler, büyük boyutlu keresteler ve bazı malzemelerin odun ile bir araya getirilmiş ürünlerden oluşabilir (örneğin; plastik katkı malzemeli).

Odun-çimento esaslı levhalar (Wood-Cement Board: WCB) ticari olarak ilk 1970 yılında İsviçre’de üretilmiştir. İlk üretildiği tarihten günümüze kadar ise biyokütleden, çimentonun bağlayıcılığından faydalanılarak binlerce ton/yıl çimentolu yonga levha veya lif levha gibi ürünler üretilmiştir. Bu ürünlerin bu kadar yaygın kabul görmesinin başlıca nedeni ise, kolay ve etkili üretimi işlemlerinin yanında, yenilebilir ve dayanıklı bir yapı malzemesi olarak yapı işlerinde kullanılması verilebilir (Moslemi, 2001; Simatupang and Geimer, 1990;Youngquist, 1999).

2- Üretim Prosesi
Tipik olarak, odun-çimento kompozitleri odun parçacıkları (lif, yonga) ve Portland çimento karışımı ile birlikte bazı kimyasal maddelerin ilavesiyle üretilir. Bu karışımın oluşturduğu süspansiyon matris yapı oluşturarak, odun ile güçlendirilmiş ve çimento ile bağlanmış levhalar (Çimentolu odun levhalar) olarak isimlendirilirler. Bu ürünler malzemeden beklenen özelliğe bağlı olarak genellikle %10-70 odun ve %90-30 yapıştırıcıdan (çimento) üretilirler (Buchmayer, 1999; Jorge, et al. 2004; Simatupang and Geimer, 1990). Temel olarak, çimentolu odun kompozitleri üretim prosesi dört farklı aşamayı kapsamaktadır. Bunlar:

• Hammadde hazırlama (Odun, çimento ve kimyasal maddeler),
• Taslak oluşturma,
• Presleme,
• Kurutma ve kondisyonlama.

Sentetik tutkallar kullanılarak üretilmiş kompozit malzemelerden en büyük farkı, bu malzemelerin üretiminde çok uzun süre sertleşme süresine ihtiyaç duyulmasıdır (28 güne kadar). Çimento-odun esaslı genel kompozit üretim prosesi Şekil 1’de özet olarak gösterilmiştir.

Şekil 1. Çimento-odun esaslı kompozit üretim prosesi

Ticari olarak beş farklı portland çimentosu bulunmaktadır (Tip I-V). Bunlar içeriklerindeki kimyasallar ve özelliklerine göre ayrılmaktadırlar. Aslında bu çimentolardan üretilen betonun özelliği birbirine çok benzemekte ve farklılıkları çok azdır. Zira bu beş farklı portland çimento tipleri, ağırlık olarak yaklaşık %75 kalsiyum silikat (Ca3SiO4 ve Ca2SiO5) ve %18 Kalsiyum aluminat mineralleri (Ca3Al2O6 ve Ca4Al2Fe2O10) içerir (Lea, 1970, Taylor, 1997).

Odun-çimento ile bir araya geldiğinde aynı anda oluşan ve kontrol edilemeyen birçok karmaşık reaksiyonlar oluşmaktadır. Çimentonun sertleşmesiyle odun, selüloz ve çimento arasındaki bağlar üzerine literatürde daha ayrıntılı bilgiler sağlanabilir (Li, et al., 2005; Krüger, et al. 2009; Doudart de la Grée, et al. 2014 and 2015).

Odun-çimento esaslı kompozitlerin, odun ve diğer sentetik tutkallarla üretilmiş malzemelere göre, bozunmaya karşı daha dayanıklı, yanmaya ve atmosferik şartlarda ise daha iyi performans özelliği gösteriği üzerine literatürde birçok bilgi bulunmaktadır. Fakat bağlayıcı olarak kullanılan çimento, termoset tutkallardan daha yüksek özgül ağırlığa sahiptir ve bu nedenle birim alanda daha fazla yapıştırıcı (çimento) ihtiyaç duyulması nedeniyle çimento ile üretilmiş odun esaslı ürünler daha ağırdırlar (Jorge et al. 2004; Van Elten, 1996).

3- Çimento Bağlayıcılı Odun Kompozitlerin Özellikleri (CBWC)
Genel olarak kullanılan çimento miktarı ve özelliğine bağlı olarak üretilen ürünlerin özellikleri değişebilmektedir.Son zamanlarda odun-çimento esaslı kompozitler birçok ülkede çevre ile dost ve yenilenebilir ürünler olarak yapı işlerinde malzeme maliyetinin azaltılması amacıyla tercih edilmeye başlanmıştır (Moslemi,2001; Semple and Evans 2004).Çimento bağlayıcılı odun esaslı kompozit malzemelerin bazı önemli özellikleri karşılaştırmalı olarak Çizelge 1’de verilmiştir.

Çizelge 1. Çimento bağlayıcılı odun kompozitlerin genel özellikleri

4- Sonuç
Geleneksel olarak sentetik tutkallarla üretilen malzemeler dış mekânlarda sınırlı kullanılabilmektedir. Bu bakımdan, bina dışı yapı ve inşaat işleri için çimento esaslı odun kompoit malzeme üretimi yaygınlaşmıştır. Çimento-odun arasında bağ oluşumunda en büyük problem, bazı odun türlerinin yüksek şeker oranından dolayı çimento ile etkileşiminin sınırlı ve üretime uygun olmamasıdır. Fakat uygun odun türlerinin kullanılmasıyla bu konuda kullanışlı ve düşük maliyetli ürünler üretilebilir. Ayrıca yapı işlerinde etkili faydalanma sağlanamayan birçok odun türü, bu yaklaşımla faydalanılabilir. Burada en önemli durum ise çimento ile odun arasındaki bağlanma mekanizmasının tam olarak ortaya konması gerekir.

5- Referanslar
1. Buchmayer, K. 1999. Plant layout and start-up off fiber cement manufacturing plants, In: Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite Materials, A.A. Moslemi (Ed), University of Idaho, Moscow, ID, pp.99–140.
2. Doudart de la Grée, G.C.H., Yu, Q.L. and Brouwers, H.J.H. 2014. Wood-wool cement board: optimized inorganic coating, Proceedings of the 14th International Inorganic-Bonded Fiber Composites Conference (IIBCC), 15-19 September 2014, Da Nang, Vietnam, pp. 154-164.
3. Doudart de la Grée, G.C.H., Yu, Q.L. and Brouwers, H.J.H. 2015’a. Assessing the effect of CaSO4 content on the hydration kinetics, microstructure and mechanical properties of cements containing sugars, Construction and Building Materials,143: 48-60.
4. Jorge, F.C., Pereira, C. and Ferreira, J.M.F. 2004. Wood–cement composites: A review. Holz als Roh – und Werkstoff, 62(5):370–377.
5. Krüger, E.L., Adriazola, M., Matoski, A. and Iwakiri, S. 2009. Thermal analysis of wood–cement panels: Heat flux and indoor temperature measurements in test cells, Construction and Building Materials, 23 (6): 2299-2305.
6. Lea, F. M. 1970. The Chemistry of Cement and Concrete. 3rd edn, E. Arnold, London.
7. Li, G.Y., Wang, P.M. and Zhao, X. 2005. Mechanical behavior and microstructure of cement composites incorporating surface-treated multi-walled carbon nanotubes, Carbon, 43 (6): 1239-1245.
8. Maloney, T.M. (1996). The Family of Wood Composite Materials. Forest Products Journal, 46, 19-26.
9. Moslemi, A.A. 2001. Wood Composites: Mineral- Bonded, In: Encyclopedia of Materials: Science and Technology, 9609-9612
10. Semple, K.E. and Evans, P.D. 2004. Wood-cement composites-Suitability of Western Australian mallee eucalypt, blue gum and melaleucas, Rural Industries Research and Development Corporation, Publication No. 04/102. Kingston, AU.
11. Simatupang, M.H., Geimer, R.L. 1990. Inorganic binder for wood composites: feasibility and limitations, Wood adhesive symposium proceedings, May 16- 18, 1990, Madison, WI. pp. 169–176.
12. Taylor, H.F.W. 1997. Cement chemistry. Thomas Telford.
13. Van Elten, G. J. 2006. Production of wood wool cement board and wood strand cement board (eltoboard) on one plant and applications of the products. In 10th Int. Inorganic-Bonded Fiber Composites Conference (pp. 1–12). Sao Pauloi-Brazil.
14. Wolfe, R.W. and Gijnolli, A. 1997. Cement-Bonded Wood Composites as an Engineering Material. Use of Recycled Wood and Paper in Building Applications, Forest Products Society Proceedings No. 7286, Madison, WI. pp. 84–91.
15. Youngquist, J. A. (1999). Wood-based Composites and Panel Products, In: Wood handbook: wood as an engineering material, USDA Forest Service, Forest Products Laboratory, General technical report FPL; GTR- 113: Pp. 10.1-10.31.