/5/ /5/ /5/2019 4

Transkript

1 AGREGA YAPI MALZEMESİ Giriş: Yapay taş (harç) üretiminde ilk olarak kullanılan agrega malzemeleri toprağın kendisi olmuştur. Daha sonraları Mısır'da ve Horasan'da pişmiş toprak malzeme artıkları, Roma'da iri taş parçaları agrega malzemesi olarak kullanılmıştır. 20. yüzyıl başlarında beton üretiminin başlaması ile doğal ve yapay agregalar taşıyıcı ve dolgu malzemesi olarak geniş bir kullanım alanı bulmuşlardır. Agrega: Doğal taşların, çeşitli atmosfer etkiler veya mekanik kırıcılar (konkasör) ile ufalanması/parçalanması sonucu elde edilen veya yapay olarak üretilen farklı tane boyutlarındaki inorganik malzemelere denir. ASTM ye göre agrega; Harç veya beton üretmek amacıyla bir bağlayıcı madde ile veya karayolları temel tabakaları, demiryolu balastlarında vb. işlerde kullanılan kum, çakıl ve kırmataş gibi mineral bileşimli granüler (taneli) bir malzeme olarak tanımlanmaktadır. 3/5/ /5/ Agregalar en önemli yapı malzemelerinden olan betonun hacimce %60-%80 ini, bitümlü yol kaplamalarının hacimce %75-85 ini oluşturmaktadırlar. Agregalar, çimento bağlayıcılı taşıyıcı eleman üretiminde çimentoya göre ucuz malzemelerdir. Bu özellikleriyle karışım maliyetlerini düşürürler. Taşıyıcı elemanın mekanik özelliklerine önemli katkılarda bulunmaktadır. Agrega taneleri, çimento hamurunun zamana bağlı olarak gösterebileceği hacim değişikliği (büzülme, genleşme) ve buna bağlı olarak oluşabilecek çatlakları azaltır. Sert ve yüksek dayanımları nedeniyle betonun dayanımı ve çevre koşullarına dayanıklılığını (durabilite) artırır. Agreganın çimento ile genellikle kimyasal etkileşime girmesi istenmez. Çimento hamuru ile agrega arasındaki bağlantı (yapışma) fiziksel ve mekanik özellik taşır. Bu bağlantıya aderans adı verilir. 3/5/ Agregaların genel olarak sınıflandırılması: a) Kaynaklarına göre: Doğal, işlenmiş doğal ve yapay agregalar, b) Birim ve özgül ağırlıklarına göre: Normal, hafif ve ağır agregalar c) Tane büyüklüğüne göre: İnce ve iri agregalar d) Tane şekline göre: Yuvarlak, köşeli, yassı ve uzun agregalar e) Kimyasal özelliklerine göre: Reaktif (çimento ile kimyasal reaksiyona girmesi) ve reaktif olmayan agregalar f) Yüzey dokusuna göre: Düzgün, granüler, pütürlü, kristalli, petekli g) Üretime (elde edilişlerine) göre: Doğal, yan ürün, ısıl işleme uygulanarak. ı) Jeolojik oluşumlarına göre: Volkanik, tortul, metaformik. i) Mineralojik yapılarına göre: Silis mineralli, karbonat mineralli, mikalı v.b. 3/5/2019 4

2 Kaynaklarına göre agregalar: a) Doğal agregalar: Doğal agregalar, dereler, eski dere yataklarından oluşan ocaklar, deniz ve göl kenarları, taş ocakları gibi doğal kaynaklardan elde edildikten sonra konkasörde kırma, eleklerden elenerek değişik tane boyutu sınıflarına ayırma ve yıkama işlemleri dışında, doğadaki kimyasal yapılarında değişiklik oluşturacak hiçbir işlem uygulanmamış olan agregalardır. Kırma, yıkama ve eleme işlemleri yapılmadan akarsu, göl yataklarından elde edilen ve doğrudan kullanılabilen doğal agregalarda bulunmaktadır. Bu şekilde doğrudan elde edilen doğal malzemenin ince tane boyutlusuna kum, iri tane boyutlusuna çakıl adı verilmektedir. Doğal agrega mineral kökenli değişik boyutların karışımı halinde bulunabilir. Doğada bulundukları yerlerden (agrega ocağı) çıkarıldıktan sonra olduğu gibi ince ve iri agrega karışımı olarak kullanılan malzemeye tuvenan (karışık) agrega denilir. Bu tür agrega genellikle alt temel veya dolgu malzemesi olarak kullanılmaktadır. Kum, çakıl, kırmataş en tipik ve en çok kullanılan doğal agregalardır. Ponza taşı gibi hafif beton yapımında kullanılan hafif agregalar ve ağır beton yapımında kullanılan magnetit, barit gibi demir cevherinin kırılmasıyla elde edilen ağır agregalar da doğal agrega sınıfına girmektedir. 3/5/ /5/ Doğal agregalardan olan deniz kumu temiz ve homojen olmasına rağmen içindeki tuz nedeniyle çelik donatıda korozyona neden olduğu için zararlıdır. Ayrıca tuz, rutubeti çektiğinden, tuzlu kum kullanılan yapıların nemli olmasına yol açar. Çakıl: 4-63mm Kum: 63µm-4mm Deniz kumlarında ayrıca midye, istiridye kabukları vb. kalıntılar betonun yerleşmesini güçleştirir, düşük dayanımlı tanelerdir. 3/5/ İşlenmemiş (çakıl) ve işlenmiş (kırmataş) doğal agrega 3/5/2019 8

3 Çöl ve ova kumları ise temiz olmalarına ve tuz içermemelerine rağmen, yalnızca ince tanelerden oluştuğundan, beton yapımı için genellikle uygun değildir. b) İşlenmiş doğal agregalar (kırmataş agregalar): Kırmataş üretiminde ana kayaçlar taş ocağında patlatma yöntemiyle parçalanmakta, daha sonra konkasörler tarafından kırılarak boyutsal olarak küçültülmektedir. Kırılmış ürün, istenilen agrega boyutlarının elde edilmesi için eleklerden geçirilmektedir. Kırma işlemi, beton karışımlarına daha uygun hale getirmek amacıyla yuvarlak taneleri daha köşeli hale getirmek suretiyle tane şeklini, tane boyut aralığını ve dağılımını iyileştirmektedir. Kırmataş (mıcır) agregalar genelde: Kaba veya iri (>4 mm) İnce (4mm-63 μm) Filler (taşunu) (< 63 μm) olmak üzere farklı boyutlarda üretilebilmektedir. İri (15-25mm) İri (4-15mm) İnce (0-4mm) Filler (taşunu) 3/5/ /5/ c) Yapay Agregalar: Beton üretimi ile doğrudan ilgisi bulunmayan bir endüstri sektöründe yan ürün veya atık olarak ortaya çıkan veya doğal bazı malzemelere ısıl işlem uygulayarak üretilen agregalardır. Genel olarak ısıl işlem sonucu üretilen agregalar, düşük dayanımlı ve hafif ağırlıklı olduğu için hafif beton üretiminde tercih edilmektedir. Yapay agregalar arasında en çok kullanılanlar: Yüksek fırın cürufu, uçucu kül agregası, genleştirilmiş kil agregası, ve genleştirilmiş perlit. BETON AGREGALAR: Beton agregalar, beton veya harç üretiminde çimento ve su ile birlikte kullanılan doğal kum, çakıl ve işlenmiş doğal kırmataş (ince ve iri kırmataş) gibi belirli boyutlardaki taneli malzemelerdir. Beton yapımında kullanılan agregalar, genellikle sert ve dayanımı oldukça yüksek olan malzemelerdir. Agrega dayanımının yüksek olması beton dayanımının da yüksek olmasına katkıda bulunmaktadır. Sert ve dayanıklı agregalar, betonun aşınmaya karşı veya çevreden gelebilecek etkenlere karşı daha dayanıklı olabilmesine yardımcı olmaktadır. Genleştirilmiş Kil Granül Cüruf 3/5/ /5/

4 Betonun fiziksel ve mekanik özellikleri etkileyen agrega özellikleri şunlardır: Granülometri (gradasyon, tane çapı dağılımı) Maksimum tane çapı (büyüklüğü) Tane şekli ve tane boyutu aralığı Su emme kapasitesi Birim ağırlık, özgül ağırlık Agregadaki zararlı maddeler Aşınmaya dayanıklılık Dona dayanıklılık Dayanım Elastisite modülü Yukarıdaki agrega özelliklerinin bazıları, beton karışımının içerisinde yer alacak malzeme miktarlarının hesaplanmasında (beton karışım hesapları) kullanılmaktadır. 3/5/ Beton karışım hesaplarında kullanılan agrega özellikleri: Granülometri bileşimi (gradasyon, tane boyutu dağılımı) Maksimum tane çapı (büyüklüğü) Tane şekli Su emme kapasitesi/oranı Mevcut su miktarı Agrega özellikleri betonun özelliklerini etkilediği gibi beton karışımında yer alacak malzeme miktarlarını ve dolayısıyla betonun maliyetini de etkilemektedir. Beton agregası olarak kullanılması uygun olmayan kayaçlar: a) Dayanımı düşük kayaçlar. Genellikle boşluklu, yapraksı, ince yapılı kayaçların basınç dayanımı gibi mekanik özellikleri çok düşüktür. b) Su etkisinde hacim değişikliği yapan kayaçlar. c) Betonda sülfat etkisi oluşturan kayaçlar d) 3/5/2019 Çimento ile alkali-agrega reaksiyonuna neden olan kayaçlar. 14 Agregaların tane boyutuna göre sınıflandırılması: Agregaları boyutlarına göre ince agrega (kum, kırmakum), iri agrega (çakıl, kırmataş) ve tuvenan (karışık) agrega olmak üzere üç sınıfa ayırılabilir. Normal beton agregaları, 63µ-31.5mm arası tane boyutu içerir. Ancak kütle betonlarında (beton baraj vb.) daha büyük çaplı taneler de (en büyük tane boyutu/çapı 150mm ye kadar) kullanılmaktadır. Tane boyutu aralığı 70mm-31.5mm 31.5mm-4mm 4mm-63µ İsimlendirme Balast İri agrega İnce agrega 63µ-2µ Filler (taşunu) 2µ altı Kil Betonda filler boyutunda malzeme en fazla %5 oranında olması istenir. Kil ise agrega-çimento arasındaki aderansı zayıflattığı için agregada belirli bir oranın üzerinde bulunması istenmez. Agregalar tane biçimlerine göre farklı geometrilerde olabilmektedir. a) Uzun agregalar b) Yassı agregalar c) Köşeli agregalar d) Yuvarlak agregalar Agrega tanelerinin boyutu ve biçimleri/şekillerinin etkileri: Taze betonun işlenebilme özelliğini Su ihtiyacını Agrega granülometrisini Karışımında kullanılan çimento hamuru miktarını etkilemektedir. 3/5/ /5/

5 Tane şekillerine göre agregalar: Agregada uzun silindir (iki boyutu küçük fakat yüksekliği büyük) ve yassı disk (iki boyutu büyük fakat yüksekliği küçük) şeklindeki tanelere kusurlu taneler denir. Genel olarak en büyük boyutunun en küçük boyutuna oranı 3'ten büyük olan taneler kusurlu olarak kabul edilir. Bu tip taneler agregalar arasındaki boşluğu artırır, betonun işlenebilme özelliğini azaltır ve pompalanabilirliği zorlaştırır. Ayrıca kusurlu agregalar genellikle kolay kırılır. 3/5/ /5/ Taneleri küresel şekilde veya küresel şekle yakın olan agregalar, yuvarlak agrega olarak tanımlanmaktadır. Derelerden, eski dere yataklarından oluşan ocaklardan, denizlerden, çöllerden doğal olarak elde edilen agregalar genellikle bu şekildedir. Kırmataş agregalarda olduğu gibi, tanelerin yüzeyinde kırılma işlemi nedeniyle çıkıntılar (köşeler) bulunan agrega köşeli agrega olarak tanımlanmaktadır. Yuvarlak veya kübik taneler içeren agregada yüzey alanının hacme oranı daha düşük olmakta ve yassı agregalara oranla daha az çimento hamuru gerektirmektedir. Yassı veya uzun agregada ise tane yüzey alanının hacme oranı oldukça büyüktür. Bu nedenle agrega tanelerinin yüzeyini kaplamak için oldukça fazla çimento hamuruna ihtiyaç duyulur. Kırmataş gibi köşeli agregalar ile üretilen betonların işlenebilirlikleri, dere malzemesi gibi yuvarlak çakıllarla üretilen betonlara kıyasla daha düşüktür. Bu nedenle köşeli agregalarla üretilen betonlar, yeterli işlenebilirliği sağlamak için daha fazla su ihtiyacı gösterirler. İşlenebilmeyi arttırmak için köşeli agregalarla yapılan betonlarda daha fazla ince agrega ve akışkanlaştırıcı katkı kullanımı gerekir. Kırmataşlarda bulunan köşeler, bunlar arasında önemli boşlukların kalmasına sebep olur. Çakıl taneleri kırmataş tanelerine göre yuvarlak olduğu için daha az boşluk bırakarak belirli bir hacmi doldurabilir. Bu durumda tane boyutları aynı olan çakıl ve kırmataş agregalar arasında çakıl daha büyük bir doluluk sağlar. 3/5/ /5/

6 Agregalar yüzey özelliklerine göre: Agregalar yüzey özelliklerine göre: a) Düzgün yüzeyli b) Pürüzlü olarak tanımlanabilir. Düzgün yüzeyli Pürüzlü Agregaların yüzey özellikleri de (pürüzlülüğü) sertleşmiş betonun mekanik davranışında önemli etkileri vardır. 3/5/ Köşeli ve pürüzlü agregalarda, çimento hamuru ile agrega taneleri arasında geniş bir temas yüzeyi vardır. Bu nedenle çimento hamuru ile agrega arasındaki mekanik bağ (aderans), köşeli ve pürüzlü agregalar ile üretilen betonlarda daha fazladır. Agregalar ile çimento hamuru arasında kuvvetli aderans beton dayanımının yüksek olmasını sağlar. Ancak köşeli agregalar taneler arasındaki boşluğun artmasına neden olmaktadır. Çakıl-kırmataş karışımlarında kırmataş arttıkça belirli hacimdeki agrega hacmi azalır ve bu nedenle beton dayanımının düşmesi beklenir. Fakat kırmataş tanelerinin yüzeylerinin pürüzlü olması nedeniyle tanelerle çimento hamuru arasında kuvvetli bir aderans oluşur. Bu aderans nedeniyle kırmataş ile üretilen betonların dayanımında bir azalma değil artış meydana gelir. 3/5/ Agregada mevcut su/nem durumu: Agregadaki nem tanelerin birbirleri arasındaki sürtünmesini etkilediği için birim ağırlığın değişmesine sebep olur. Harç ve betondaki su miktarının agrega tarafından emilmemesi için agreganın belirli bir neme sahip olması gerekir. Agregadaki nem durumu yapısında bulunan boşlukların türüne ve miktarına göre değişiklik gösterir. Genel olarak agrega tanelerinde iki tip boşluk bulunmaktadır. a) Su geçiren boşluklar: Tane yüzeylerinde ince çatlaklar olarak oluşan veya tane içerisinde olup da yüzeydeki boşluklarla bağlantılı olan boşluklardır. b) Su geçirmeyen boşluklar: Agreganın jeolojik oluşumu sürecinde meydana gelen kapalı ve içerisine kolaylıkla su giremeyen boşluklardır. Agrega tanelerinin içerisindeki su miktarlarına göre sınıflandırılması: a) Tamamen kuru: Agregada boşluklarda hiç su olmaması durumudur. (105 C 'de en az 24 saat etüvde kurutulmuş hali), b) Hava kurusu: Agrega taneleri havanın etkisiyle yüzeyi kuru fakat taneler içindeki su geçiren boşlukların bir kısmında su bulunabildiği durumdur. c) Doygun kuru yüzey (DKY): Agreganın yüzeyinin kuru olmasına rağmen su geçiren boşlukların tamamı su ile dolu olması durumudur. d) Islak: Agreganın su geçirgen boşlukları su ile tamamen dolu ve agrega yüzeyi su filmiyle kaplı olması durumudur. Eğer taneler kuru veya yarı kuru halde ise kullanılan suyun bir kısmı taneler tarafından emilecek, betonda karışım suyu olarak gereğinden az miktarda su kalacaktır. 3/5/ /5/

7 Beton üretiminde bu sakıncalı durumu ortadan kaldırmak için, agreganın su miktarının (su emme kapasitesi) belirlenip, agregaların doygun kuru yüzey duruma getirilinceye kadar ıslatılması veya agregadaki nem durumuna göre karışımda kullanılacak su miktarı ile ilgili düzeltmeler yapılması gerekmektedir. Değişik nem oranındaki granit agregası: 3/5/