3. AGREGALAR. Agregaların Sınıflandırılması

Transkript

1 1 3. AGREGALAR Agregalar, beton yapımında çimento ve su ile birlikte kullanılan, kum, çakıl, kırmataş gibi taneli malzemelerdir. Beton hacminin yaklaşık %75 i agregalar tarafından oluşturulmaktadır. Agrega çimento ile genellikle kimyasal etkileşime girmez. Çimento hamuru ile agrega arasındaki bağlantı fiziksel ve mekanik karakterlidir. Bu bağlantıya aderans diyoruz. Beton bileşimi içerisinde en ucuz malzeme agrega olduğundan, mümkün olduğu kadar çok agrega kullanılması daha ekonomik bir beton üretimine yol açmaktadır. Bu ekonomikliğin yanı sıra agregaların sağladığı teknik yararları şöyle açıklayabiliriz; Çimento hamuru, zamanla kuruyarak büzülme gösteren bir malzemedir. Betonun içerisinde bulunan agrega taneleri, çimento hamurunun zamana bağlı gösterebileceği hacim değişikliğinin serbestçe yer alabilmesini belirli ölçüde kısıtlar. Agrega dayanımının yüksek olması, beton dayanımının da yüksek olmasını sağlamaktadır. Genellikle sert ve sağlam agregalarla üretilen betonların aşınmaya karşı veya çevresel yıpratıcı etkilere karşı daha dayanıklı olduğu bilinmektedir. Beton üretiminde kullanılan malzemelerin miktar veya karışım oranlarının bulunabilmesi için yapılan hesaplamalarda bilinmesi gereken agrega özellikleri şunlardır; Granülometri(Gradasyon), karışımda yer alacak maksimum agrega tane boyutu (Dmax), Agregadaki mevcut su durumu ve agreganın su emme kapasitesi, Birim ağırlık, Özgül ağırlık, Çamurlu madde, Organik ve hafif madde miktarları. Agrega özelikleri betonun özeliklerini etkilediği gibi, beton karışımında yer alacak malzeme miktarları betonun ekonomikliğini de etkilemektedir. Ayrıca bu malzemelerin maliyeti, kolaylıkla ve çok uzak olmayan mesafeden temin edilebilmesi hususları da büyük önem taşımaktadır. Agregaların Sınıflandırılması Agregalar farklı özeliklerine göre sınıflandırılmaktadır; 1. Elde ediliş şekline göre, a) Doğal agregalar (Doğal taş agregası) Nehirlerden, akarsulardan, denizlerden, çöllerden, dağlardan, eski göl ve su yataklarından ve taş ocaklarından kırılmamış (doğal şekillenmiş) ve kırılmış olarak elde edilen agregalardır. En iyi agregalar su havzalarından temin edilenlerdir. b) Yapay agregalar (Sanayi ürünü agregası) Yüksek fırın cürufu, çelikhane cürufu, genleştirilmiş perlit, izabe cürufu, daha önce yapıda kullanılmış ve işlemden geçirilerek yeniden elde edilen agregadır.

2 2 2. Tane boyutlarına göre, a) İnce agregalar İnce agrega; taneleri 4mm kare gözlü elekten geçen agregalardır. Kum, kırma kum, taş unu(filler), sanayi ürünü yapay ince agregalar. Büyük taşların konkasörde kırılmasıyla elde edilen kırmataş(mıcır) iri agregadır, bunun kum iriliğinde olanına kırma kum denir. Bazen, kumun bulunmadığı veya şantiyeye uzaklığı nedeniyle elde edilmesinin ekonomik olmadığı durumda, ince agrega olarak kırmakum kullanılmaktadır. Çoğunluğu, 0,063mm göz açıklıklı elekten geçen ve tamamı 0,25mm den daha küçük boyuta sahip ince malzemedir. Filler, özellikle taze betonun ayrışmasını önleyen yani kohezyonu yüksek betonun üretimine imkan veren bir malzemedir. b) İri agregalar İri agrega, taneleri 4mm kare gözlü elek üzerinde kalan agregalardır. Çakıl, kırılmamış durumdaki tanelerden oluşan iri agregalardır. Kırmataş(mıcır), kırılmış tanelerden oluşan iri agregalardır. Sanayi ürünü olan kırılmış veya kırılmamış iri agregalardır(yüksek fırın cürufu, çelikhane cürufu, barit gibi). Tane boyutu = 2 mikron 60 mikron 4 mm. 31,5mm 70 mm. Kil Silt İnce agrega İri agrega Balast 3. Özgül ağırlıklarına göre, Beton Agregası Normal agrega( gr/cm3), hafif agrega( 2.4 gr/cm3) ve ağır agrega( 2.84 gr/cm3). Kum, çakıl ve mıcır normal agregalar, genleştirilmiş perlit, ponza taşı hafif agregalardır. Normal ağırlıklı agregadan söz edilirken sadece agrega denilmekte, diğerleri için kendi sıfatları kullanılmaktadır. Hafif agregalarla birim ağırlığı düşük hafif betonlar üretilmektedir. Kırılarak taneli duruma getirilmiş hematit, magnetit, barit gibi demir cevherleri ağır agregalardır. Ağır agregalarla birim ağırlığı yüksek olan ağır betonlar üretilmektedir. Bu betonlar nükleer santrallerde ve sığınaklarda olduğu gibi radyasyon ve zararlı kimyasalların geçişini önlemek amacıyla özel olarak üretilmektedir. İyi nitelikli bir agrega temiz, toplu, sert ve sağlam olmalı, bunların yanı sıra suyun etkisiyle yumuşamamalı, dağılmamalı, çimento bileşenleriyle zararlı bileşikler meydana getirmemeli ve donatının korozyonuna karşı korunmasını tehlikeye düşürmemelidir.

3 3 Tüvonan Agrega: Agrega ocağından doğal halde çıkarılan veya konkasörden elde edilerek boy sınıflarına ayrılmadan olduğu gibi kullanılan doğal karışık agregaya (yıkama eleme işlemine tabi tutulmamış agrega) denir. Sınıflandırılmış Agrega: Tüvonan agreganın çıkarıldıktan sonra basınçlı suyla yıkanıp elenerek temizlenmiş ve tane boyutlarına göre sınıflandırılmış agregadır. Karışım Agregası: Sınıflandırılmış agreganın ince ve iri agrega karışımına karışık agrega denilmektedir. Yuvarlak Agrega, Köşeli Agrega, Yassı Agrega, Uzun Agrega: Tanelerinin üç boyutu da birbirine yakın değerde olan agregaya yuvarlak(toplu) agrega denir. Nehir yataklarından elde edilen çakıllar genellikle bu şekildedir. Kırmataş agregalarda olduğu gibi tane yüzeylerinde, kırılma işlemi nedeniyle, çıkıntılar bulunan agregalar köşeli agrega olarak tanımlanır ve bu agregaların yüzeyi pürüzlüdür. Yassı agrega, bir boyutu diğer iki boyutuna göre çok az olan ( paraya benzer ) bir şekle sahiptir. Uzun agrega ise, iki boyutu dar fakat yüksekliği fazla olan (kaleme benzer, sivri) şekle sahiptir. Yassı ve uzun taneler şekilce kusurlu taneler olarak adlandırılır. Kusurlu taneler taze betonun su ihtiyacını artırmakta, hapsolmuş hava miktarını artırmakta, bu da sertleşmiş betonun dayanım ve dayanıklılığının daha az olmasına yol açmaktadır. Agrega tanelerinin şekli taze betonun işlenebilme özelliğini ve buna bağlı olarak su ihtiyacını etkilemektedir. Çakıl gibi yüzeyi düzgün agregalarla yapılan betonun işlenebilmesi daha iyidir, ancak yüzeyin parlak olması çimento hamuru ile aderansını zayıflatmaktadır. Agregalarda Numune Alma İşlemi Bir agrega yığınından numune alınırken dikkat edilmesi gereken en önemli nokta, numunenin agrega yığınını temsil edebilmesidir. Aksi halde yanlış sonuçlara varılacaktır. Bir şantiyede depolanmış agrega yığınından alınacak örnekler, yığının tepe ve etek kısımlarından değil, orta kısımlarından farklı noktalardan alınmalıdır. Alınan örnekler daha sonra homojen bir şekilde karıştırılarak bir deney için istenen miktara indirilmelidir. Agrega üzerinde hangi deney yapılmak isteniyorsa, o deneyle ilgili standartta tek deney için gerekli en az deney numunesi miktarı, en büyük tane büyüklüğüne bağlı olarak belirtilir. Örneğin, en büyük tane boyutu 16 mm olan bir agregada birim ağırlık tayini 5 kg agrega kullanılarak gerçekleştirilmelidir. Deney numuneleri, toplam numuneyi dörde bölerek çeyrekleme yöntemi ile veya bölgeç kullanarak elde edilir. Bu yöntemlerden biri tek deney için gerekli en az miktar elde edilinceye kadar sürdürülür. Sonuçta elde edilen numune üzerinde istenilen deney gerçekleştirilir.

4 4 Dörde Bölerek Numune Alma (Çeyrekleme) Bölgeç (Numune Ayıracı)

5 5 Fiziksel Özellikleri Agregalarda rutubet durumu Agrega tanelerinin içerisinde iki tür boşluk mevcuttur. Bunlardan biri tane yüzeyinde başlayıp içeriye doğru devam eden ve birbiriyle bağlantılı olan su geçirgen boşluklar, diğeri tanelerin iç kısımlarında oluşmuş olan su geçirmez boşluklardır. Su geçirgen boşluklara ıslanma ve kuruma ile su girip çıkabilmektedir. Dışarıyla teması olmayan kapalı boşluklara ise agrega su içerisinde tutulsa da su girişi olmamaktadır. Agrega taneleri boşluk içermesinden dolayı yapısında bulundurduğu su veya rutubete göre dört farklı durumda olabilir; Fırın Kurusu: Agrega tanesi içindeki tüm boşlukların kuru olması Hava Kurusu: agrega kuru havada tutulduğunda, yüzeyden itibaren belirli derinlikte boşlukların rutubetsiz, iç kısmının rutubetli olması Yüzey Kuru Suya Doygun: Agregadaki boşlukların tamamen suyla dolu, yüzeyin ise kuru olması Islak: Agreganın yüzeyinde de serbest suyun bulunması durumudur. Söz konusu rutubet durumları şekilde gösterilmiştir; Fırın Kurusu (G0 ) Hava Kurusu(G1 ) Yüzey Kuru Suya Doygun (G 2 ) Islak (G 3 ) Agregalarda Farklı Rutubet Durumları Su emme kapasitesi = G 2 G 0 / G 0, Toplam su = G 3 G 0 / G 0 Yüzey suyu (serbest su) = Toplam su Su emme kapasitesi

6 6 İnce agrega olarak kumun hacmi, içerdiği rutubet miktarına bağlı olarak değişir. Şekilde kumların hacmindeki artış miktarının rutubet içeriğine ve granülometrisine bağlı olarak ne şekilde değiştiği gösterilmiştir. Şekilden anlaşılacağı üzere, belirli bir rutubet yüzdesi için kumun inceliği arttıkça kumun hacmindeki artış daha fazla olmaktadır. Şantiyelerde kumun hacim esasına göre sipariş edilmesi halinde kumun bu özelliğini ekonomik açıdan dikkate almak gerekir. Yaklaşık %5 su içeriğine sahip taneler birbirini iterek daha geniş bir hacmi kaplar ve dolayısıyla birim hacim ağırlıkları azalır. Hacimdeki bu artış %30 40 mertebesine varabilmektedir. Bu olay, sahil kenarlarında suyun çekilmesinden bir müddet sonra yüründüğünde kumun kabararak boşluklu, iskeletli bir yapıya sahip olmasından anlaşılabilir. Agrega özeliklerini belirlemek için yapılan deneylerde ve beton karışım hesaplarında agregann yukarıdaki hallerinden yüzey kuru suya doygun (YKSD) durumu esas alınır. Bir şantiyedeki veya beton santralindeki agregaların mevcut su içeriği dikkate alınarak, YKSD durumuna göre bulunan beton bileşimlerinin miktarlarında gerekli düzeltmeler yapılmalıdır. Aksi halde, gereğinden daha çok su kullanılmış olacağından bu durum beton dayanımının düşmesine neden olacaktır. Birim Ağırlık Birim ağırlık, yığın halindeki bir agreganın taneleri arasındaki boşluklar da dahil birim hacminin ağırlığıdır. Bu tanıma göre birim ağırlık, = Ga / V Denklemiyle elde edilir. Burada Ga =Agreganın ağırlığı, V=Ölçü kabının hacmidir. Agregalarda birim ağırlık gevşek veya sıkışık deney yöntemleri ile belirlenir. Gevşek birim ağırlığın belirlenmesinde agrega ölçü kabına üstten serbest şekilde boşaltılarak doldurulur. Bu sırada agreganın sıkışmamasına ve ayrışmamasına özen gösterilmelidir. Sıkışık birim ağırlığın belirlenmesinde ise agrega ölçü kabı şişleme çubuğu ile sıkıştırılarak veya kaba titreşim uygulanarak yerleştirilmelidir. Doğal olarak bir agreganın sıkışık birim ağırlığı değeri genelde 1.20 ile 1.80 kg/dm3 arasında değişir. Birim ağırlık değerleri, agreganın granülometrisine, kusurlu malzemenin miktarına, yerleştirme şekline ve agreganın özgül ağırlığına bağlıdır. Beton üretiminin hacim esasına göre yapılması durumunda birim ağırlığa gerek vardır.

7 7 Özgül Ağırlık Özgül ağırlık, agrega tanelerinin işgal ettiği mutlak birim hacmin ağırlığıdır. Bu değerin hesabında taneler arasındaki boşluk dikkate alınmaz. Aşağıda bir agregaya ait özgül ağırlığının belirlenme yöntemi gösterilmiştir. A şeklinde agrega deney numunesi ile ağzı cam kapakla kapatılmış içi su dolu ölçü kabı birlikte tartılmaktadır. B şeklinde ise agrega numunemi ölçü kabı içine konulduktan sonra tartı yapılmaktadır. A AGREGA İki tartı arasındaki fark ölçü kabından taşan suyun ağırlığını yani agrega deney numunesindeki tanelerin toplam hacmini verir. Bu durumda özgül ağırlık; δ = W I / (W 1 +W 2 W 3 ), Agreganın dolu(mutlak) hacim: V = W 1 +W 2 W 3 şeklinde hesaplanır. Burada, δ = Agreganın özgül ağırlığı W 1 = Numune ağırlığı W 2 = Su ile dolu Ölçü kabı ağırlığı W 3 = İçine numune konmuş, su dolu kabın ağırlığıdır. Normal beton agregalarının özgül ağırlığı genellikle 2.50 ila 2.90 kg/dm3 değerleri arasındadır. Beton karışım hesabını yapabilmek için üretimde kullanılacak agregaların ağırlıklarını bilmek gerekir. Diğer yandan bir agreganın özgül ağırlığı elde edildiği kayanın kökenine bağlıdır.

8 8 Kompasite Herhangi bir agreganın birim ağırlığı ( ) ve özgül ağırlığının (δ) bilinmesiyle aynı zamanda bu agreganın kompasitesi, yani birim hacimdeki tanelerin işgal ettiği gerçek hacim belirlenmiş olur. Agreganın kompasitesi (k), k = / δ ifadesiyle hesaplanabilir. Birim ağırlık daima özgül ağırlıktan küçük olduğuna göre kompasite 1 den küçük değer alacaktır. Agrega taneleri arasındaki boşluk (porozite p), kompasiteyi 1 e tamamlar. (p+k) = 1 Granülometri Eğrisi (Tane Dağılımı) Bir agrega yığını (numunesi) içerisinde belli boyutlardaki tanelerin dağılımını gösteren eğriye granülometri eğrisi denir. Agreganın granülometri eğrisi elek analizi deneyi ile belirlenir. TS 706 EN ya göre elek analizi deneyinde değişik göz açıklıklarına sahip kare delikli standart elekler kullanılır. Bir agrega yığını üzerinde elek analizi deneyinin nasıl yapılacağı TS EN de belirtilmektedir. Granülometrinin belirlenmesinde agrega yığını içerisindeki taneler büyüklüklerine göre belirli boy gruplarına ayrılmaktadır. Agrega yığınındaki tanelerin değişik boyutlarda olması, sabit bir hacim içerisinde yer alan taneler arasında daha az boşluk olmasına neden olur. Elek analizinde alınan numuneler sırasıyla 31,5 mm., 16 mm.,8 mm., 4 mm., 2 mm., 1 mm., 0,5 mm., 0,25 mm. lik eleklerden geçirilir ve eleme sonunda her elek üzerinde kalan malzeme tartılıp yığışımlı olarak toplanır. Böylece her boy aralığındaki agrega miktarı toplamın ne kadarını oluşturduğu % olarak hesaplanmış olur. Elek analizi sonuçlarını daha kolay yorumlayabilmek için elekten geçen malzeme yüzdeleri düşey eksen, elek boyutu logaritmik ölçekteki yatay eksen üzerinde gösterilerek, her elekten geçen malzeme yüzdeleri grafiğin üzerinde işaretlendikten sonra, bu noktaların birleştirilmesiyle bir eğri elde edilir, buna granülometri eğrisi denir. Deney, kumlarda en az 1kg, iri agregalarda en az 3 kg numune üzerinde yapılır. Elek analizine tabi tutulacak agreganın elenebilmesi için kurutulması gerekir. Örnek; kurutularak alınan 3 kg agrega üzerinde yapılan elek analizi sonuçları aşağıda verildiği gibi bulunmuş olsun;

9 9 ELEK BOYUTU (ELEK NO) (mm) ELEK ÜZERİNDE KALAN YIĞIŞIMLI MİKTAR (gr) ELEKTEN YÜZDE GEÇEN Alt Kap Granülometri eğrisinın çiziminde yatay eksen üzerinde bulunan ve elek açıklığını(elek no) gösteren bu değerler ( mm) eşit mesafelerde alınarak gösterilir. Diyagram üzerinde işaretlenen noktalar çizgiyle birleştirilerek eğri çizilir.

10 10 Granülometri eğrisinin özelliklerini ifade edecek olursak; *Bu eğri artan bir eğridir, sınır durumda ancak yatay doğru parçaları olabilir. *Eğrinin % 100 çizgisine yakın olması, karışımın ince olduğunu, % 0 çizgisine yakın olması ise agrega yığınının ince olduğunu gösterir. İnce malzeme miktarı (4 mm den küçük) %31, iri malzeme ise %69 dur. *Eğri tüm elek bölgesinde mevcuttur. Eğrinin %100 veya % 0 yatay çizgileri ile çakışması o bölgelerde bulunmadığı anlamına gelmez. *Birbirini izleyen iki elek numarasına karşı gelen % ordinatlarının farkı, agrega yığınında o iki elek arasında kalan malzeme yüzdesini verir. Örneğin, 1 ila 2 mm arasında olan agrega; % 25 %14 = %11 dir. İncelik modülü İncelik modülü elek analizinde standart elekler üzerinde kalan agreganın yığışımlı yüzdeleri toplamının 100 e bölümüdür. İncelik modülü, agregadaki tanelerin büyüklüğünün ortalama olarak ne mertebede olduğunu, yani agreganın inceliğini (ya da kalınlığını) belirtmektedir. Örneğimizde incelik modülü, k = 4.03 bulunur. Agrega granülometrisinin uygun kabul edilebilmesi için belirtilen sınır değerler Agrega numunesindeki tanelerin değişik boyutlarda olması, belli bir hacim içerisinde daha az boşluk kalmasına yol açmaktadır. Bunu basit bir benzetmeyle açıklayacak olursak; bir kabın içerisine sadece ceviz iriliğindeki agregaları yerleştirecek olursak taneler arasında büyük boşluklar oluşacaktır. Oysa, kabın içerisinde ceviz büyüklüğündeki tanelerin yanı sıra fındık, leblebi ve susam büyüklüğündeki taneler birlikte yerleştirilirse, birbirinin boşluğunu doldurmak suretiyle daha yoğun bir paket oluşturacaktır. Bu alanda yapılan pek çok deneysel çalışma sonunda ideal granülometri, referans granülometri veya standart granülometri eğrileri bulunmuştur. İdeal granülometrinin amacı, gerçekleştirilebildiği oranda minimum boşluklu ve toplam yüzeyi minimum olan bir agrega karışımı elde etmektir. Doğadaki agregalar genellikle bu granülometriye uymazlar. Bu nedenle iki veya daha çok sayıda agrega türünü belirleyeceğimiz oranlarda karıştırarak ideal granülometrilere en uygun bir karışım elde etmektir. Bu işleme karıştırılacak agregaların elek analizleri yapılıp granülometrik bileşimleri bulunarak başlanır. Agrega standartlarında belirtilen sınır değerlere uygunluğunu bulabilmek için karışımın maksimum agrega tane boyutuna göre hangi ideal granülometri eğrilerinin kullanılabileceği belirlenir. İki veya daha fazla agrega numunesinin elek analizleri yapılmış ve granülometrisi biliniyor ise bu numunelerin hangi oranlarda bir

11 11 araya getirilmeleri halinde istenilen granülometrik özelliğe sahip agrega karışımının elde edilebilmesi hesap yöntemiyle belirlenmektedir. AGREGA KARIŞIMI İÇİN REFERANS EĞRİLERİ D max = 8mm Elek No ,50 0,25 A B C D max = 16mm Elek No 31, ,50 0,25 A B C D max = 20mm (*) Elek No 31, ,50 0,25 A B C

12 12 D max = 25mm (*) Elek No 31, ,50 0,25 A B C D max = 31,5mm Elek No 31, ,50 0,25 A B C *TS de bulunmayan ancak uygulamada en çok kullanılan Dmax olduğundan bu değerler enterpolasyonla hesaplandı

13 13 Dmax 8 mm için referans granülometri eğrisi Dmax 16 mm için referans granülometri eğrisi

14 14 Dmax 31,5 mm için referans granülometri eğrisi Dmax 63 mm için referans granülometri eğrisi

15 15 Maksimum agrega tane boyutu, agrega numunesindeki tanelerin tümünün geçebildiği en küçük boyutlu elek numarasıdır. Beton yapımında kullanılacak maksimum agrega tane boyutu aşağıdaki ölçülere uygun olmalıdır; Maksimum tane boyutu 1/5xen dar kesitli kalıp genişliği 3/4x iki donatı arasındaki en küçük mesafe 1/3x döşeme derinliği şartlarını birlikte sağlamalıdır. Bina kat betonlarında kullanılan maksimum tane boyutu belirtilen proje özelliklerinden dolayı genellikle 18 ila 25 mm arasında olmaktadır. Beton üretiminde kullanılacak karışım agregasının granülometrisi ideal granülometri eğrileri ile uyuşmalı veya ideal bölgeler denilen bölgeler içinde kalmalıdır. Maksimum agrega tane boyutuna göre verilen bu bölgelere baktığımızda, A B eğrileri arasındaki bölge beton üretiminde kullanılacak en iyi, B C arası ise kullanılabilir bölgeler olmaktadır. A ve C eğrileri dışında kalan agrega, beton üretiminde kullanılmamalıdır. Beton karışım agregasının ideal bölge içinde kalmasının istenmesinin en önemli nedenlerinden biri kompasitenin yüksek olmasıdır. Dolayısıyla kompasitesi yükselen betonun dayanımı da büyük değer alacaktır. Diğer taraftan kompasitesi yüksek agreganın kullanılmasıyla tanelerin arasını doldurmak için daha az çimento gerekecek, böylece daha ekonomik beton üretilmiş olacaktır. Agrega granülometrisinin ideal bölge içinde kalmasıyla su yönünden de optimum bir çözüm sağlanmaktadır. Çünkü agrega tanelerini ıslatmak için gerekli su agreganın granülometrik bileşimiyle yakından ilişkilidir. Sonuçta, ideal bölge koşulunu sağlayan granülometriye sahip bir agrega, işlenebilme yönünden de bir sorun yaratmayacaktır. Genellikle bir agrega türünden istenen tane dağılımı elde edilememektedir. Bu takdirde, iki veya daha çok sayıda agrega türü belli oranlarda karıştırılarak uygun granülometride bir karışım elde edilmiş olur. Uygulamada daha ziyade üçlü karışım; kum, mıcır I ve mıcır II kullanılmakta olup, buna bazen taş tozu veya bir başka dördüncü bir agrega ilave edilmek suretiyle daha uygun karışım kompozisyonları elde edilmektedir. Beton üretiminde agrega tanelerinin çimentoya yapışabilmesi için tüm tane yüzeylerinin ince bir su filmiyle ıslanması gerekir. Tane boyutları küçüldükçe tanelerin toplam yüzeyi artar. Toplam yüzey ayrınca da bu yüzeyleri ıslatmak için gereken su miktarı artacaktır. Karışımda gereğinden fazla su kullanmanın betona yapacağı zararlar hayli kabarık olmaktadır.

16 16 Mekanik Özellikler Betonda kullanılacak agreganın kolayca kırılmayan, çabuk aşınmayan, sert ve sağlam olması gerekmektedir. Agreganın mekanik özellikleri arasında betona etki yapan başlıca özellikleri basınç dayanımı, aşınma dayanıklılığı, sertliği, donma çözülmeye dayanıklılığı ve tokluğudur. Agreganın elastisite modülü ve poisson oranı da mekanik özellikleri arasında anılmaktadır. Tane dayanımı; Yüksek dayanımlı beton elde etmek için mekanik dayanımı belirli değerlere ulaşan agregalara ihtiyaç vardır. Bu nedenle agregaların tane dayanımlarının belirlenmesi gerekir. Agregaları basınç dayanımı tanelerin elde edildiği kaya parçalarının basınç dayanımlarına bağlıdır. Bir kayaçtan agrega elde edebilmek için basın dayanımının en az 600 kg.f/cm2 olmalıdır. Bu değer ortalama olarak kalker kökenli agregalarda 1600 kg.f/cm2, kumtaşında 1300 kg.f/cm2, granitte 2000 kg.f/cm2 ve kuvarsta 3300 kg.f/cm2 civarında olmaktadır. Nehir yataklarından elde edilen agregalar genellikle yüksek dayanımlı sert agregalardır. Aşınma dayanımı; Beton yüzeyinin aşınmaya maruz kalacağı durumlarda kullanılacak betonun (yol ve hava alanı betonları gibi) aşınmaya dayanıklı agregalardan yapılmış olması gerekir. Agregaların aşınma dayanımını bulmak için en çok Los Angles deneyi uygulanır. Türk standartlarına göre agreganın basınç dayanımı 1000 kg.f/cm2 den az ise veya agreganın aşınma dayanıklılığından kuşku duyuluyor ise, aşınma dayanıklılığı deneyle belirlenmelidir. Deneyin ayrıntıları TS EN de açıklanmaktadır. Bu deneyde kullanılan cihaz iki tarafı kapalı, ekseni etrafında dönebilen, çelik silindirden oluşmaktadır. Silindir içinde belirli ağırlıkta ve sayıda çelik bilyalar mevcuttur. Tane büyüklüğü sınıfına göre, miktarı ilgili tabloda gösterilen agrega silindir tambur içine konarak tambur döndürülmeye başlanır. Deney sırasında taneler çelik bilyaların çarpmasıyla parçalanır ve ufalanır. Alet devir sonunda otomatik olarak duracak şekilde ayarlıdır. Bu devirler sonunda silindirden çıkarılan numune 1.6 mm lik kare gözlü elekten elenerek, alta geçen miktarın % si hesaplanır. Bu değer deney sonrasındaki kayıp yüzdesini ifade eder. Kayıp Yüzdesi = Elek altında kalan agrega / Toplam agrega Genellikle yassı ve uzun taneli agreganın kayıp yüzdesi, yuvarlak taneli agreganınkinden daha büyük olur. Bu deney iri agregalarda yapılır. Dona dayanıklılık; Soğuk iklimlerde üretilen betonun donma etkisiyle yüzeyinin soyulmaması ve bir bütün olarak betonun parçalanmaması istenir. Betonun dona dayanıklılığında agrega önemli rol oynar. Bu nedenle donma etkisinde kalacak betonlarda kullanılacak agreganın da dona dayanıklı olması istenir.

17 17 Agreganın dona dayanıklılığı esas olarak don deneyleri ile belirlenir. TS 706 EN 12620, TS EN ye göre deney yapılarak iri agreganın dondan zarar görüp görmeyeceği anlaşılır. Agregalarda Bulunabilecek Zararlı Maddeler Agrega tanelerinin yüzeyinde veya aralarında bazı yabancı maddeler yer alabilmektedir. Bu maddelerin oranı yüksek olduğu takdirde betonun özellikleri olumsuz etkilenmektedir. Zaralı maddeler, betonun prizine(katılaşmasına) veya sertleşmesini olumsuz etkileyen, betonun dayanım ve dayanıklılığını azaltan, donatının korozyona karşı korunmasını tehlikeye düşüren maddeler olarak tanımlanmaktadır. İnce maddeler(yıkanabilir maddeler); Tane boyutu 0.063mm (63mikron) den küçük olan taneler ince maddeler olarak tanımlanır. Bazı standartlarda ince madde büyüklüğü, den küçük maddelerdir. Yıkanabilir ince maddeler agregalarda bulunması kısıtlanan maddeler olup bunlardan en zararlısı kildir. Kil, silt ve taş unu gibi 63 mikrondan daha ince taneli malzeme agregada topaklanmış halde veya toz halde dağılı veya tanelerin yüzeyine yapışmış olarak bulunurlar. En kötüsü yüzeye yapışmış halde olanıdır. Çünkü bu durumda agrega ile çimento hamuru arasındaki bağ (aderans) çok zayıflayabilir ve sonuçta betonun dayanımı önemli ölçüde düşebilir. Diğer yandan kil ve siltin çok fazla olması betonun karışım suyu ihtiyacını artıracağından, dayanım yine olumsuz yönde etkilenecektir. Kil topakları betonun hacimsel kararlığını bozarlar, zira bunlar su aldığında şişerler, ayrıca hiçbir dayanıma sahip olmadığından beton içinde boşlu gibi davranırlar. Avuç içinde ezilerek, ele yapışma durumu ve kokusuna bakarak kil oldukları anlaşılır. Bunların varlığı çökeltme deneyi veya 63 mikronluk elekten ıslak elenmek suretiyle yıkama deneyi ile belirlenir. Elek boyutu dikkate alınırsa belirlenen değer kil+silt olmaktadır. Standartlarda ince malzemenin kumlarda %5 den, iri agregalarda %2 den fazla olması istenmez. Özellikle eski göl ve nehir yataklarından elde edilen agregalarda ince madde miktarları fazla olabilir. Bu agregalar, ancak çok iyi bir şekilde yıkandığında kullanılabilirler. Organik maddeler; Organik kumlar daha çok kumlarda rastlanır ve zayıf asit karakterindedir. Çürümüş bitki kökleri, turbalık zeminler, humus toprakları agregaya karışabilir. Organik maddeler betonun prizini ve sertleşmesini geciktirerek dayanımın düşmesine neden olmaktadırlar. Bunun dışında betonun yüzey görünümünü de bozmaktadırlar. Agregalarda organik maddenin varlığını anlamak için %3 konsantrasyonlu (sodyum hidroksit NaOH) eriyiği hazırlanır ve agrega bu eriyik içerisine konarak iyice karıştırılır. Çözeltinin içine karışan organik madde sıvının rengini değiştirecektir. Eriyiğin rengi 24 saat sonunda değişecektir. Renk koyu sarı, kahve rengi olursa agregadaki organik madde içeriği (hümik asit) zararlı düzeyde olduğu kabul edilir. Renk açık sarı veya açık renk tonlarında ise organik maddenin olmadığı veya zararsız düzeyde olduğu varsayılır.

18 18 Hafif madde; Agregalarda bulunabilecek hafif maddeler; kömür, fosil, deniz hayvan kabukları, odun parçacıkları gibi yoğunlukları normal agregaya göre daha hafif olurlar. Bunlar mekanik dayanım yönünden yetersizdirler ve beton içinde bulunmaları istenmez. Bunlar suyu aldığında şiştiklerinden hacim sabitlikleri bulunmaz. Bu maddelerin agregalarda fazla bulunması betonun dayanım ve dayanıklılığını olumsuz etkiledikleri gibi betonun yüzey görünümünü de bozarlar. Alkali agrega reaksiyonu; Alkali agrega reaksiyonu (ASR), betonda çatlamalara yol açan kimyasal bir reaksiyondur. Bu reaksiyon betonda kullanılan bazı agregalarda bulunan aktif silis ile çimentodan gelen sodyum ve potasyum alkaliler arasında oluşur. Betonun hacim sabitliğini bozar ve ağ şeklinde sık çatlaklar meydana getirerek hasara neden olur. Bu olay uzun yıllar sonra meydana gelmektedir. ASR nin oluşması üç faktöre bağlıdır; 1. Çimentodaki alkali oksitler (Na2 O + K2 O) miktarı % 0.6 dan büyük ise, 2. Agregada alkaliye duyarlı silissi mineraller bulunuyor ise, alkaliye duyarlı tanelerin; opalli kumtaşı, diğer opalli taşlar, çakmak taşı gibi, 3. Betonda yeterli miktarda rutubet bulunuyorsa, ASR iki aşamada zararlı etkisini gösterir; Alkali + Silika Jel (alkali silikat çözeltisi) Jel + Rutubet Genleşme Meydana gelen genleşme çatlamalara yol açarak, betonu hasara uğratır. Agregalarda (kumlarda) bu tür bir reaksiyona yatkın olup olmadığını anlamak üzere standardına uygun harç çubukları hazırlanarak 6 ay ve 1 yıl süreyle sabit bağıl nemde ve sıcaklıkta tutulur. Boylardaki uzama oranları 6 ayda % 0.5 den, bir yılda % 1.0 den büyükse alkali reaktivitesinin varlığına karar verilir. ÖRNEK PROBLEM: Şantiyede depo edilen 3 cins agrega bulunmaktadır. Bunların elek analizleri yapılarak aşağıdaki sonuçlar Elek göz Boyutları (mm) Elekten geçen malzeme (%) leri ,50 0,25 II. Nolu Mıcır Çakıl Kum

19 19 bulunmuştur. Bu agregalardan hangi oranlarda kullanılmalı ki elde edilen karışımın granülometrisi A16, B16 eğrilerinin arasına düşsün? Örneğin 3 kg kum, 4 kg çakıl, 3 kg mıcır karıştırılırsa 10 kg ağırlığında bir karışım elde edilir ve bu karışım oranları ise; %30 Kum %40 Çakıl %30 Mıcır dan oluşur. Karışım üzerinde granülometri deneyi yapılarak granülometrisi bulunabilir. Ancak buna gerek yoktur, süperpozisyon kuralı geçerli olduğundan, bu granülometri eğrisi hesapla da bulunabilir. Elek göz boyutu ,5 0,25 Kum (%30) , ,5 Çakıl (%40) 40 38, Mıcır (%30) 30 1, Karışım agregası Elde ettiğimiz karışım agreganın A16 B16 eğrilerinin ortasına düştüğünü görüyoruz. Şu halde, 0.3, 0.4 ve 0.3 oranları sorunun cevabı olmaktadır. Problemin normal izlenişinde bu oranlar bilinmeyendir, bunlara x, y, z diyelim. Bu bilinmeyenler arasında zorunlu olarak, x+y+z = 1,0 eşitliği mevcuttur. Bu denklem dışında her elek çapı için bir denklem yazılabilir. Örnekteki agregalar için ( kum x, çakıl y, mıcır z olarak adlandırılarak ) 8 mm elekte x.100+y.97+z.5 = (60+76)/2 = 68 4 mm elekte x.100+y.55+z.0 = (56+36)/2 = 46

20 20 2 mm elekte x.98+y.10+z.0 = (42+21)/2 =31,5 1 mm elekte x.80+y.0+z.0 = (32+12)/2 =22,0 0.5 mm elekte x.40+y.0+z.0 = (20+7)/2 = 13, mm elekte x.15+y.0+z.0 = (8+3)/2 = 5,5 6 adet denklem yazılabilir. Bu denklemlerin sağ yanları A16 ve B16 eğrilerini ortalayan eğrinin ordinatlarıdır. Zorunlu birim hacim denklemini de (x+y+z=1,0 denklemi) düşünürsek toplam denklem sayısı 7 olur, bilinmeyen sayısı ise 3 tür. Yani bu sistem çözülemez. Nitekim son üç denkleme göre x için 3 farklı sonuç çıkar. SONUÇ: karışımın oranları cebrik denklemler kurularak çözülemez. Bunlar deneme yanılma yöntemiyle bulunabilir. Beton teknolojisi yönünden en ince taneli bileşeni (kumu) minimum değerde tutmak iyidir. Böylece agrega toplam yüzeyi azalır, ıslatma suyu ihtiyacı azalır. Yukarıdaki örneğimizde kum miktarını %20 alarak bir deneme yanılma yapalım. Çakıl veya mıcır içinde bir oran seçmemiz gerekir. Mıcır fazla olursa, köşeli tanelerin artması sonucu üreteceğimiz beton kolay yerleşmez, şu halde mıcır oranını da kısıtlamamız uygundur. Mıcır içinde %30 değerini seçelim. Çakıl oranı da bu seçimler sonucu zorunlu olarak, y = 1,0 (0,2+0,30) = 0,50 dir. Bu oranlara göre yapılacak karışımın granülometrisi aşağıdaki gibidir: Elek Göz Boyutu (mm) ,5 0,25 Kum un Payı 20,0 20,0 20,0 19,6 16,0 8,0 3,0 Çakıl ın Payı 50,0 48,5 27,5 5, Mıcır ın Payı 30,0 1, Karışım agreg. 100,0 70,0 47,5 24,6 16,0 8,0 3,0 Elde edilen değerler A16 B16 eğrileri ile beraber çizilir.

21 21 %20 kum, %50 çakıl ve %30 mıcır ile elde edilen karışım II' de, önce seçtiğimiz karışım I gibi A16 B16 eğrileri arasındadır. Şu halde her iki karışım da birer çözümdür. Ancak karışım II, ince taneler bölgesinde Al6'ya daha yaklaşmakta, yani daha iri taneli olmaktadır. Bu durumda karışım II ile yapılacak beton biraz daha zor yerleştirilebilir türdedir. Bu bakımdan karışım I i tercih ederiz. Görüldüğü gibi problemin pek çok çözümü olabilir, ama bunlar arasında bir tanesi daha uygundur. Deneme Sınama işlemini daha kolaylaştırmak üzere "incelik modülü" kavramındann yararlanabiliriz. Ancak incelik modülü yardımıyla çözüm iki cins malzeme için uygundur. Aşağıda gösterilen iki bilinmeyenli iki denklemden karışımdaki malzeme oranları bulunur ve daha sonra bu oranlar kullanılarak karışım agregasının granülometrik bileşimi hesaplanır.. k 1. x + k 2.y = ks, x + y = 1 denklemlerinde x, y : malzeme yüzdeleri k 1, k 2 : malzemelerin incelik modülleri, ks : referans incelik modülüdür. İncelik nodülü granülometri eğrisini tek bir sayı ile ifade etmeyi amaçlar. Bu sayı granülometri eğrisi ile %100 doğrusu arasında kalan alanla orantılıdır. Bu alan ne kadar küçükse, eğri %100 doğrusuna o kadar yakındır, yani agrega ince tanelidir. Şu halde incelik modülü ne kadar küçükse, agrega o kadar ince taneli olacaktır, diyebiliriz.

22 22 İncelik modülü, granülometri ordinatları 100'den çıkarılıp, bu farklar toplanarak ve 100'e bölünerek hesaplanır. Sayısal örneğimizdeki incelik modülleri aşağıdaki gibi hesaplanmıştır. Mıcır için: ( ) + (100 5) + (100 0) x 5 = 5, Çakıl için: ( ) + (100 97) + (100 55) + (100 10) + (100 0)x 3 = 4, Kum için: ( )x3+(100 98)+(100 80)+(100 40)+(100 15) = 1, A16 ve Bl6 ortasından geçen referans eğrisi için ise: ( )+(100 68)+(100 46)+(100 31,5)+(100 22)+(100 13,5)+(100 5,5) =4, Karışım oranlarının bulunmasında incelik modüllerinden yararlanmak bize bir ikinci denklem daha sağlar: karışımın incelik modülü, referans eğrisinin incelik modülüne eşit olmalıdır. Bu suretle karışım ve referans eğrisi birbirlerine, tüm noktalar dikkate alındığında daha dengeli bir biçimde yaklaşırlar. Karışımın incelik modülü ise gene süperpozisyon kuralına göre bileşenlerin incelik modüllerinden itibaren hesaplanabilir. kı, k 2, k 3, k u _, çakıl ve mıcırın incelik modülleri ise k k, karışımın incelik modülü: k k = k 1.x + k 2.y + k 3.z ' dir k k. ise k R (Referans incelik modülü)'e eşit olmalıdır. Sayısal örnek için bu söylediklerimiz şöyle olacaktır:

23 23 Zorunlu olan, x + y + z = 1,0 denkleminde ele alındığında, tek bir bilinmeyenin seçilmesiyle problemin çözümüne gidilebilir, örneğin kum miktarı % 30 alınırsa, 1,67 x 0,30 +4,38y+5,95z = 4,14 0,30 + y + z = 1,0 4,38y + 5,95z = 3,64 y+z= 0,7 y = 0,34 z = 0,36 ve x = 0,30 çözümüne varılır. Bu üçüncü çözüm için granülometri değerleri aşağıda hesaplanmıştır: Elek göz boyutları (mm) Elekten geçen malzeme (%) leri ,5 0,25 Karışım Agregası ,8 48,7 32,8 24,0 12,0 4,5 Agregalar, farklı özgül ağırlıklarda olduğundan, çizilen eğrilerde oranların "mutlak hacim" cinsinden olduğu anlaşılır. Nitekim, x+y+z =1,0 denklemine fiziksel bir anlam da verebiliriz. x, y, z değerleri, 1 m3 dolu (mutlak) hacim kaplayan karışım agregada, kum, çakıl ve mıcırın mutlak hacimlerini ifade ederler, örneğin 0,30 m3 kum, 0,30 m3 çakıl, 0,360 m3 mıcır gibi. İncelik modülü ile çözüm aramak, özellikle 2 bileşenli karışımlarda büyük kolaylık sağlar. Bu durumda deneme sınamaya lüzum kalmaz. Ancak sonuçta yararlıdır. granülometri eğrilerini çizip kontrol etmek daima Üç bileşenli olarak incelik modülleri ile çözüm yöntemini kullanmak istediğimizde birisinin oranını sabit tutarak diğerlerinin oranlarını buna bağlı olarak yukarıdaki denklemlerle hesaplarız (ya sabit bir oran kabul ederiz, ya da herhangi ikisini birbirine eşit alarak) ki, bu da deneme sınama yöntemine benzer bir yönteme dönüştürülmüş olur.

24 24 Problem Bir beton üretim tesisine 2 ayrı agrega getirilerek beton üretilecektir. Bunlar üzerinde yapılan elek analizi (granülometri) sonucu ( Kum 2000gr, Çakıl 4000gr ) elek üzerinde kalan yığışımlı miktarlar gösterilmiştir. Elek no 16mm 8mm 4mm 2mm 1mm 0,50mm 0,25mm Özgül ağır.(kg/) Kum gr 800gr 1600gr 1800gr 2,60 Çakıl gr 3500gr 3800gr 4000gr 4000gr 4000gr 2,70 a) Bu iki malzemenin elekten geçen % lerini ve incelik modüllerini hesaplayınız. b) Öyle bir karışım hazırlayınız ki, karışımın incelik modülü 3,80 olsun. Karışım oranlarını ve elekten geçen % bulunuz. Karışım agregasının özgül ağırlığını hesaplayınız. c) Karışımda tane boyutları 2 ila 8 mm arasındaki taneler toplam malzemenin yüzde kaçıdır. Karışımın % kaçı ince agregadır. d) Bu iki malzemeyi A 16 B 16 arasında olacak şekilde düzenleyerek karışımın granülometrisini referans eğrileri ile birlikte çiziniz. e) Elekten geçen yüzdeleri verilmiş bir tüvonan agreganın yukarıdaki agregalarla birlikte kullanılması istendiğinde ( A 32 B 32 ) arasında kalacak şekilde en uygun karışım oranlarını ve karışımın tane dağılımını bulunuz ve referans eğrileri ile birlikte aynı grafik üzerinde çizerek gösteriniz. Elek no ,50 0,25 Tüvonan Agrega