Kil Nedir? Kullanım Alanları ve Özellikleri

Kil; alüminyum ve silika içeriği yüksek, doğada oldukça fazla miktarda bulunan, yumuşak ve çok ince taneli, feldspat, mika ve diğer silikatların ayrışması ile oluşmuş sedimanter mineraldir.

Su ile temas etmesi halinde plastik özellik kazanan killer, pişirildiğinde yapısı bozularak daha dayanımlı bir yapı kazanırlar. Killerin su ile teması halinde şişme (hacimsel artış), kurutulduğunda ise büzülme (hacimsel azalış) meydana gelmektedir. Bu durum geoteknik mühendisliği açısından dikkat edilmesi gereken özellikleri arasında yer almaktadır.

İnşaat Mühendisliğinde killi zemin; genellikle belirli bir su muhtevasına sahip, aynı zamanda kuruduğunda sertleşen ve diğer mineral bileşikleriyle beraber bazı kil minerallerini de içeren belirli bir plastisiteye sahip kohezyonlu bir zemin anlaşılmaktadır.

Kil doğada bol miktarda bulunan minerallerdendir. Ancak saf halde kil bulmak çok kolay değildir. En saf kil olarak bilinen Çin kilinde yüksek oranda bulunan kaolen 2SiO2 Al2O3 2H2O formülü ile gösterilmiştir. Kilin içerisinde alüminyum silikatlarla beraber, kalker, silis, mika, demir oksit, magnezyum, kalsiyum, sodyum ve kuvars gibi mineraller bulunmaktadır. Kilin yapısındaki yabancı maddelerden dolayı kilin rengi sarımtırak, kırmızımtırak, esmer gibi renklerde olabilir.

Kil mineralleri su içerikli, su ile plastikliği yüksek olan ve çamur şekline getirilebilen, çamurun şekillendirilme işlemi sonrasında suyun uçurulmasıyla sertleşebilen ve yüksek sıcaklıklarda sinterleşebilen tabaka yapılı alüminasilikatlardır. Bünyelerinde mika minerali bulunmasından dolayı killer plastik özellik gösterirler. Kil taneleri defter sayfaları ya da kağıt destesi şeklinde tabakalar halinde yığılırlar.

kil-tabakası

Şiferton Nedir?

Killer amorf ya da plastik özellik gösterebilirler. Genel olarak plastik olan killerin doğal su içeriği %20 civarındadır. Ancak doğada bulunan kil tabakasının üzerindeki örtünün kalınlığına göre bu oran değişebilir. Killerin derinliğine göre su içeriği artıp azalabilir. Bu kalın örtü altında basınca maruz kalan ve porozitesini kaybeden killer şiferton olarak adlandırılır. Şifertonlar tabakalanma yüzeyine paralel bölünme gösterirler. Daha ileri evrede sıcaklık ve basınç etkisiyle killer şistlere dönüşür. Şiferton olarak adlandırılan ateş killeri, düşük miktarda demir oksit, kireç, magnezyum ve alkali içeriğine sahiptir. 1500°C ve daha yüksek sıcaklıklarda bozulma göstermeden kalabilirler.

Killerin Kullanım Alanları

Kil mineralleri birçok endüstriyel alanda kullanılmaktadır. Kil minerallerinin bazı kullanım alanları şunlardır:

  • Çimento, tuğla, kiremit
  • Yapısal karo, yer karosu, fayans
  • Kanalizasyon borusu, drenaj boruları, pis su borusu
  • Sıhhi tesisat, dolgu, sondaj
  • Kaplamalar (asfalt vb. )
  • Çanak, çömlek, çini, cam, porselen, elektro porselen
  • Refrakter sanayi
  • Döküm sanayi
  • Plastik, kâğıt
  • Tarım
  • Petrol ve yağ endüstrisinde katalizör
  • Boya, ilaç ve kimya sanayi
  • Kozmetik
  • Fren balatalarında asbest yerine
  • Polyesterler, tekstil
  • Kauçuk sanayi
  • Boya, renk giderici madde olarak
  • Kaplanmış ark – kaynak elektrotlarında.

Killerin Özellikleri

Killerin özellikleri,

  1. Plastisite
  2. Kohezyon,
  3. Renk,
  4. Rötre,
  5. Sinterleşme,
  6. Yağlılık ve yağsızlık

başlıkları altında incelenebilir.

1-Plastisite

Kristallerinin ince ve levhacıklar halinde olmasından dolayı killerin plastiklik özellikleri ortaya çıkar. Bu levhacıklar üst üste birikmiş haldedirler. Kil su ile çamur haline getirildiğinde levhacıklar arasına su dolar. Çamur şeklini alan malzemeye baskı uygulandığı zaman bu levhacıklar birbirleri üzerinden kayar ve verilmek istenen şekli oluştururlar. Killerin plastiklik özelliği kili işlenebilir halde çamur şekline getirmek için yeterli olan su miktarı ile tayin edilir. Kil çamur şeklini alana kadar ne kadar su emerse o kadar plastiktir. Killerin plastisite suyu %15 ile %40 arasında olmalıdır. Kil ve su karıştırıldığında, kilin işlenebilme ve biçimlendirilebilme özelliği ortaya çıkar. Bu özelliğe plastisite denir. Tüm mineraller içinde, plastiklik özelliği olan tek mineral kildir.

2-Kohezyon

Kohezyon özelliği, bir bütünü oluşturan bileşenlerin bir arada durabilme yeteneğidir. Bu özellik, kil hamurunun kuruduğu zaman kendisine verilmiş olan şekli muhafaza etme kabiliyetine sahip olmasıdır. Örneğin kum bu özelliğe sahip değildir ve ıslak halde kurumaya bırakıldığında ufak bir darbe sebebiyle kendi kendine dağılma gösterir. Kilin kohezyon özelliğine sahip olabilmesi için su ile karıştırılması gerekir. Sudan başka bir sıvıyla karıştırıldığında kohezyon özelliği kazanmaz.

3-Renk

Killer doğada beyaz, sarı, gri, kırmızı kahverengi ve siyahımsı gibi farklı renklerde bulunabilirler. Bu renkler kilin fırınlanma yöntemiyle pişirilmesinden sonra değişim yaşayabilirler. Örneğin, rengi siyah olan bir kil piştikten sonra beyaz olabilir. Bunun sebebi kilin içerisinde bulunan kömür gibi maddelerin varlığıdır. Bununla beraber killerin pişme esnasında sinterleşmesi ilerledikçe renk şiddeti de artar.

kil-çeşitleri-renkleri

Kil saf haldeyken beyaz renkli olur ve kaolen adını alır. Genelde metal oksitlerle karışık bir şekilde bulundukları için doğal olarak renklenmiş durumdadırlar.

Kilin renginden içinde bulunan maddeler hakkında bilgi edinilebilir. Örneğin; açık kahverengi renginden limonit, kırmızı renkten demir-peroksit, siyah ve gri renkten ise manganez bioksit bulunduğu anlaşılabilir. Ayrıca kil yapısındaki oksitlerin yüksek sıcaklıkla renkleri değiştiği için kilin fırınlanmadan önceki rengiyle sonraki rengi farklılık gösterir.

4-Rötre

Kil su ile yoğurulup biçimlendirildikten sonra kuruma aşamasına geçildiğinde biçimlendirilme esnasındaki ölçüleri küçülür. Yani hacmi azalır. Hacim küçülmesi fırınlanma sırasında da devam eder. Bu olaya kilin rötre yapması denir. Rötre killerin plastisite özelliklerine göre değişiklik gösterebilir.

Killer, kuruma ve fırında pişme esnasında küçülürler. Kuruma küçülmesi fiziksel, pişme küçülmesi kimyasal bir olaydır. Kil tanelerinin inceliğine bağlı olarak, fazla su kaldıran killer daha fazla küçülme gösterirler. Kuruma küçülmesi, çevre suyuna bağlıdır. Pişme küçülmesi ise kil mineralinin yapısına ve cinsine bağlıdır.

5-Sinterleşme

Killerin sinterleşme sıcaklıkları birbirinden farklıdır. Kuvars, feldspat, demir oksit, kalker ve koloit bakımından zengin olan killer genellikle 900°C civarı sıcaklıkta sinterleşirler. Bazı killer 1100°C’ye kadar normal yanışlı oldukları halde, 1050-1100°C arasında feldspatların erimeye başlamasıyla değişikliğe uğrarlar. Erime derecesi ile sinterleşme derecesi arasındaki farkın az olmaması, belli bir mesafede olması gerekir. Refrakter gibi bazı killer 1580°C’ye kadar dayanıklıdırlar. Sonuç olarak partiküller arasında oluşan sinterleşmenin, denge koşulları altında gerçekleştiği kabul edilir.

6-Yağlılık ve yağsızlık

Yağlı kil, plastiklik özelliği çok iyi olan killere denir. Kaygan özellik gösterirler. Yüzeyleri yağlı gibi hafif parlak olur. Bu killer fazla su emerler ve yoğrulma suları yüksektir. Yağlı killerin bağlama yetenekleri yüksektir. Plastik özellik göstermeyen madde taneciklerini sıkı bir şekilde tutarlar.

Yağsız kil ise yüzeyi parlak ve kaygan olmayan, pürüzlü görünüşe sahip killere denir. Bağlama özellikleri zayıftır, az su kaldırırlar ve suda çabuk dağılırlar. Sinterleşmeleri için yüksek ısı gereklidir.

Genleştirilmiş Kil

Doğal killer 1000°C’nin üzerinde pişirildikleri zaman, yapılarında bulunan gazlardan dolayı ve bu gazların genleşmesiyle içleri gaz dolu olan gözenekli bir yapı oluştururlar. Bu killere genleştirilmiş kil denilmektedir. Genleştirilmiş killer fırınlarda yavaş ısıtma ile değil, önceden ısıtılmış fırınlarda bir anda yüksek sıcaklığa maruz bırakılırlar.

genleştirilmiş-kil

Killerin mineralojik yapılarından dolayı 1000-1350°C arasında pişirilen killer, ilk hacimlerinin yaklaşık olarak 1.5 ila 6 katı kadar hacim artışı meydana getirebilirler. Yoğunlukları yaklaşık olarak 320 ila 960 kg/m3 arasında değişmektedir.

Genleştirilmiş killer doğada genleşmiş şekilde bulunmazlar, yapay maddelerdir. Doğadaki her kil genleşme göstermez. Genleşen kil üretmek için erken sinterleşen kil, kumlu kil, killi şist, şeyl ve şiferton gibi hammaddeler kullanılır.

Killerde genleşmeyi sağlayan temel unsurlar şunlardır:

  • Yüksek plastisite ve 2 mikrondan küçük tane oranı değeri en az %35 olmalı,
  • İçerisinde özellikle illit, serisit, demirli klorit ve mika grubu silikatlar olmalı,
  • Kil yapısında %5 ’ten az karbonat olmalı,
  • Kil yapısında %5-10 arasında demir oksit olmalı,
  • Kil yapısında %0.5-2.5 arasında organik karbon olmalı,
  • Yapısında %12-25 Al2O3 organik karbon olmalı,
  • Yapısında %50-78 SiO2 organik karbon olmalı,
  • Yapısındaki bileşenlerin sinterleşme oranı birbirlerine yakın ve 1200°C derece civarında olmalı,
  • Yapısındaki kum bileşenleri minimum miktarda olmalı ya da hiç olmamalıdır

Kilin Oluşumu

Killerin oluşumunda ortam önemli rol oynar. Örneğin, aynı mineralden farklı iklim ve ortam koşullarında farklı kil mineralleri oluşabildiği gibi, farklı minerallerden aynı ortam koşullarında aynı kil mineralleri de oluşabilir. Kil oluşumunda birincil mineralin türü, ortamın sıcaklığı, iyon içeriği ve pH’ı en önemli etkenlerdir. Bu minerallerin hidrotermal koşullarda karakteristiklerinin çok farklı gerçekleştiği de ifade edilmiştir. Kil mineralleri düşük ısıda alüminyum silikatların ayrışması ile oluşmuş minerallerdir. Killerin büyük bir kısmı genel olarak bulundukları yerde oluşmayıp kendilerinden önce oluşan tortuların ürünleridir. Uzun süreli jeolojik süreçlerle feldispatlar kil minerallerine dönüşür ve feldispatlar magmatik kayaçların ana bileşeni iken kil mineralleri çökeltilerin ana bileşenidir.

Kil Sınıfları

kil-sınıfları

İnşaat Mühendisliği Açısından Problemli Kil Grupları

Geoteknik mühendisliğinde olağandışı olarak kabul edilen ve sorun yaratma potansiyeli olan ve dolayısıyla özel işlemler gerektiren bazı zemin grupları mevcuttur. İri daneli yani kohezyonsuz zeminlerde sıvılaşma ve çökebilen zeminler ve ince daneli yani kohezyonsuz zeminlerde şişen killer, dispersif killer ve lateritler üzerinde durulması gereken problemli zemin gruplarının en önemlileridir.

1. Şişen Killer

Özellikle montmorillonit minerali içerein killer kuru mevsimlerde büzülme ve yağışlı mevsimlerde veya su ile temans olduğunda büyük hacim değiştirerek genleşirler. Bu tarz killere genleşen veya şişen killer adını vermekteyiz. Bu genleşme üzerindeki yapılara zarar verecek boyutta olabilir. Aynı durumda kuru mevsimlerdeki büzülme de zeminde çok büyük oturmalar oluşturarak üzerindeki yapıya zarar verebilir. Yüksek şişme basınçları yüksek nemli killerde bile görülebilir. Bu tarz hacimsel değişikliklere yol açan ve üzerindeki yapılara zarar veren killerin bu özelliğini engellemek olduça zordur.

2-Dispersif Killer

Durgun suda dağılan ve düşük hızlı akan suda bile erozyona uğrayabilen ince taneli zeminler dispersif olarak adlandırılırlar. Normal killer genelde suyun akış hızı çok yüksek değilse erozyona uğramazlar. Her zaman olmasa da doğal dispersif killerle örtülü alanlarda dik erozyon kanalları ve tünelleri görülür. Bu durum dispersif killerle yapılan toprak setlerde de görülür. Örneğin toprak barajlarda dispersif killerin bulunması borulanma denilen erozyon tünellerinden büyük miktarda su sızıntısına neden olur. Dispersif kille yapılan setleri işlevsel halde tutabilmek için geniş çaplı bir tamirat gerekir. İnşaat yapım aşamasında dispersif killerin bu olumsuz özelliğini fark etmek oldukça zordur. Çünkü borulanma durumu genellikle rezervuarda su tutulmaya başlanmasından kısa bir süre sonra ortaya çıkar. Bu borulanma suyun oturma ve hidrolik kırılma neticesinde çok küçük çatlaklara girmesinden dolayıdır. Suya maruz kalan kil partikülleri süspansiyona girer ve gittikçe artan oranda erozyonla sonuçlanır. Dispersif kilin erozyonunu ağırlık olarak %1-%2 oranında alüminyumsülfat ya da sönmemiş kireç kullanarak azaltmamız mümkündür. Dispersif killerin kullanma zorunluluğu olduğu yerlerde, özellikle barajların çekirdek zonlarında, dispersif kil ile su yüzeyi arasındaki zemindeki güçlü sızıntılar yalıtılmalıdır. Bu durum dispersif kilin aşınabilirliğini yani erozyununu azaltmaktadır. Son zamanlarda bu erozyonun kontrolü için geosentetik malzemelerin kullanımı da yaygındır.

3-Lateritler

Lateritler; özellikle tropik bölgelerde görülen volkanik kayanın yüksek sıcaklık ve bol yağış sonucunda meydana gelen yerinde oluşmuş zeminlerdir. İçeriğindeki Kalsiyum, Magnezyum ve Potasyum oranları çok düşüktür. Genellikle kırmızı renklidir. Zemin bünyesinde serbest demiroksitin bulunmasına bağlı olarak lateritin çimentolaşma özelliği sayesinde bina yapımında tuğla amacıyla kullanılabilir. Fakat bu tarz zeminler inşaat malzemesi olarak kullanıldıkları zaman stabil olmadığı ve taşıma, deneyleme, kazı veya yerleştirme işlemleri sırasında çok fazla aşınmaya maruz kaldıkları görülmüştür. Laterit bir zemin önce kurutulup sonra ıslatılırsa özelliklerinde büyük bir olasılıkla önemli değişiklikler oluşur. Genellikle plastisite ve sıkıştırılabilirlik özellikleri değişir. Yapılan incelemeler neticesinde laterit malzemeler sudan ve tekrarlayan ağır yüklemelerden korunulabilirse başarıyla hizmet edebilir. Ayrıca özellikleri çimento ve kireç gibi katkı maddeleriyle iyileştirilebilir.

Kaynaklar:
Hakan Bilici-Aşırı Konsolide Killerin Dayanım Özellikleri
Mehmet Akif IŞIK-KİLLERİN MUKAVEMET VE DONMA-ÇÖZÜLME DAVRANIŞLARINA REÇİNELERİN ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI
Canan MERCAN-ALKALİLER, UÇUCU KÜL VE SİNTERLEMENİN HAFİF AGREGA ÜRETİMİNE ETKİSİ

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir