Kahramanmaraş Doğal Agregalarının Mühendislik Özellikleri

Transkript

1 KSÜ. Fen ve Mühendislik Dergisi, 9(2), 6 61 KSU. Journal of Science and Engineering 9(2), 6 Kahramanmaraş Doğal gregalarının Mühendislik Özellikleri Hüseyin TEMİZ a, Hanifi İNİİ a, Mehmet Nuri ODUR b, Osman KR a a KSÜ, Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi, İnşaat Mühendisliği ölümü, Kahramanmaraş b KSÜ, Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi, Jeoloji Mühendisliği ölümü, Kahramanmaraş ÖZET: u çalışmada Kahramanmaraş ve Gaziantep te önemli oranda kullanılan agregaların değişik özellikleri, ilgili TS standartlarına göre araştırılmıştır. gregaların birim ağırlıkları, özgül ağırlıkları, su emme kapasiteleri, organik madde oranı, aşınma miktarları, granülometri eğrileri ve don etkisine karşı dayanımları deneysel olarak belirlenmiştir. Sonuçta, agregaların betona zarar verebilecek maddeler içerdiği, bu nedenle agregaların yıkanmadan kullanılmaması gerektiği görülmüştür. gregaların düzenli tane dağılımına ve don etkisine karşı yeterli dirence sahip olduğu görülmüştür. nahtar Kelimeler: grega, tane dağılımı, petrografik analiz, fiziksel özellikler. Engineering Properties of the Natural ggregates in Kahramanmaraş STRT: In this paper the properties of aggregates used in the city of Kahramanmaraş and vast amount of Gaziantep were investigated. The properties of unit weight, specific gravity, water absorption capacity, organic impurities, abrasion, gradation curves of aggregates were determined. The washing-sieving system must be used to remove materials which can be harmful to the concrete from the aggregates. It was observed that they have enough resistance against to freezing effects and sieve analysis the requirements of TSE. Keywords: ggregate, particle size distribution, petrography analyses, physical properties. GİRİŞ grega; yaklaşık olarak betonun % 75 ini oluşturan ve betonun iskeletini teşkil eden değişik boyutlara sahip mineral maddedir. gregalar, inşaat sektöründe ya doğrudan ya da başka maddelerle birleşerek yeni bir malzemenin bileşeni olarak kullanılmaktadır. etonun dayanım ve dayanıklılığına etki eden önemli faktörlerden biri agregadır. grega, betonun işlenebilirliği, dayanımı ve geçirgenlik gibi özellikleri üzerinde etkili olduğu bilinmektedir (Postacıoğlu, 1987). etonun kırılmasına, agrega kırılması ve aderans sökülmesi neden olmaktadır (Pul, 1994). Özellikleri tam olarak bilinmeyen bir agregayla üretilecek betondan istenilen faydanın sağlanması mümkün olmayabilir. eton özelliklerinin istenilen değerleri alabilmesi için agrega karakteristiklerinin gerekli koşulları sağlaması gerekir (Postacıoğlu, 1987). grega özelliklerinin iyi bilinmemesi, agreganın potansiyeline uygun olmayan beton üretimi yapılmasına neden olabilir. Daha az malzemeyle aynı işlev yerine getirilebilecekken, agreganın potansiyelinden düşük düzeyde faydalanılması sonucu daha fazla malzeme kullanılacaktır. öylece bir miktar malzemeye gereksiz işçilik yapılırken, diğer yandan da bir miktar potansiyel atıl kalacaktır. u, özellikle ülkemiz gibi gelişmekte olan ve mevcut kaynaklarını en verimli şekilde kullanması gereken ülkeler için dikkat edilmesi gereken önemli bir konudur. Kahramanmaraş ta normal beton yapımında doğal agregalar kullanılmaktadır. Kahramanmaraş Merkez İlçe, yakın ilçeler ve Gaziantep in geleneksel ve hazır beton agrega ihtiyacının önemli bir bölümü, ksu Nehri ve Erkenez Çayı üzerinde işletilmekte olan kum ocaklarından temin edilmektedir. ksu Nehri 162 km uzunluğunda ve ortalama 4 m genişliğindedir. Nehir, yer yer 35-4 metreye ulaşan agrega katmanı derinliğiyle, yaklaşık milyon m 3 toplam agrega rezervine sahiptir. İki yanındaki arazilere bıraktığı malzemeler de dikkate alınacak olursa rezervin çok daha fazla olacağı tahmin edilebilir. ncak, ksu Nehri nin suyu Pazarcık yakınlarında Kartalkaya barajıyla tutulduğu için; baraj, alt kesimlere malzeme taşınmasını engellemektedir. arajdan az miktarda su bırakıldığından nehrin alt kesiminde de malzeme taşınması gerçekleşmemektedir. u yüzden agrega olarak kullanılabilecek malzeme rezervi, nehrin her kesimi için sabit kalmaktadır. Erkenez Çayı 41 km uzunluğunda, m genişliğinde ve ortalama m derinliğinde agrega katmanına sahip olduğu dikkate alınırsa, yatağının yaklaşık 8 milyon m 3 agrega rezervlerine sahip olduğu tahmin edilebilir. MTERYL ve METOT raştırmanın ana materyalini ksu 1 ve 2 ile Erkenez kum ocaklarından temin edilen agregalar oluşturmaktadır. grega numuneleri, her ocaktan TS EN de verilen yöntem dahilinde, deneylere yetecek kadar (35-4 kg) toplanarak oluşturulmuştur (nonim, 1997). u araştırmada uygulanan diğer test yöntemleri, Türk Standartlarında mevcut olan yöntemler olup, şöyle sıralanabilir: elek analizi (granülometrik analiz) TS 35 (nonim, 1997), sıkışık birim ağırlık ve gevşek birim ağırlık TS 3529 (nonim, 198), hafif madde oranı TS 3528 (nonim,198), organik madde oranı TS 3673 (nonim, 1982), özgül ağırlık ve su emme oranı TS 3526 (nonim, 198), dona dayanıklılık TS 3655 (nonim, 198), aşınma TS 3694 (nonim, 1981), ince madde oranı TS 3527 (nonim, 198), yüzey nemi oranı TS 3523 (nonim, 198), tane şekli sınıfı TS 3814 (nonim, 1983) ve petrografik analiz TS 88 (nonim, 1992) dir.

2 KSÜ. Fen ve Mühendislik Dergisi, 9(2), 6 62 KSU. Journal of Science and Engineering 9(2), 6 UGULR ve TRTIŞM gregaların Fiziksel Özellikleri raştırmada kullanılan üç agrega ocağına ait agregaların, deneysel yöntemlerle saptanan fiziksel özellikleri Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1 de verilen değerlere göre: a) irim ağırlık değerlerinin, doğal agregalar için verilen bazı literatür değerlerinin biraz üzerinde çıktığı görülmüştür. Karışık agregada nemli gevşek birim ağırlık 1.72 g/cm 3 ve kuru sıkışık birim ağırlık 1.88 g/cm 3 verilmiş iken (Erdoğan, 3), araştırmada bulunan değerlerin ortalaması sırasıyla bu değerlerden yaklaşık %7 ve %8 daha fazla olduğu görülmüştür. b) Özgül ağırlık, üç ocağa ait agregada da normal değerler arasında bulunmuştur. u değerler ksu 1 ve ksu 2 ocaklarında kum için 2.67, çakıl için 2.78; Erkenez ocağında ise 2.61 ve 2.74 tür. ulunan değerler beton yapımında kullanılan normal agregalar için önerilen değerleri arasında kalmıştır (Erdoğan, 1995). u sonuçlar, denenen agregaların özgül ağırlık açısından yeterli değerlere sahip olduğunu göstermektedir. Tablo 1 gregalara it Fiziksel Özellikler Deney dı ksu 1 ksu 2 Erkenez Limit Değerler Sıkışık irim ğırlık (kg/dm 3 ) Gevşek Görünen Özgül ğırlık İnce grega İri grega Su Emme Oranı (%) İnce grega İri grega Yüzey Nemi Oranı (%) Na 2 SO 4 ile Don Kaybı Oranı (%) İnce grega İri grega /31.5 mm /16 mm Max.% 18 4/8 mm Los ngales şınma Kaybı Oranı (%) Devir Sonunda Max. % 5 Devir Sonunda Max. % 5 16/31.5 mm Tane Şekli Sınıfı Oranı (%) 8/16 mm 7 33 Max. % 5 4/8 mm İnce Madde Oranı (%) Max. % 4. Hafif Madde Oranı (%) Max. %.5 Organik Madde Durumu Yok Yok Yok Yok c) En yüksek hafif madde %2.1 ile Erkenez ocağı numunelerinde ve endüşük ise %.2 oranıyla ksu 1 ocağı agregasında bulunmuştur. ksu 2 ocağı agregalarında ise bu oran %.98 çıkmıştır. Standard ta (nonim 198), maksimum hafif madde oranının %.5 olması gerektiği vurgulandığı için Erkenez ve ksu 2 ocağı agregalarının hafif madde bakımından standardın öngördüğü kurallara uymadığı anlaşılmaktadır. d) Su emme oranı ortalamaları ince ve iri agrega için sırayla ksu 1 ocağında % 1.96, % 1.11, ksu 2 ocağında % 1.95, % 1.15 ve Erkenez ocağında % 2.28, % 1.37 çıkmıştır. Genel olarak betonda kullanılan kum için su emme oranının % -2, çakılda ise % arasında çıkabileceği belirtilmiştir (Erdoğan, 3) u değerler baz alındığında Erkenez kumu % 2 oranını aşarken, diğer agregalarda verilen sınır değerlerin arasında kaldığı görülmektedir. e) Sodyum sülfat çözeltisiyle (çözelti, 25 g sodyum sülfat tuzu, 1 litre su içinde çözülerek hazırlanmıştır) yapılan donma dayanıklılık deneyinde mm, 16-8 mm ve 8-4 mm tane sınıfındaki agregalarda ortalama olarak, ksu 1 Ocağı için % 3.5, % 4.2 ve % 4.6; ksu 2 için % 4, % 5.7 ve % 7.9 ve Erkenez Ocağı için % 6.7, % 7.4 ve % 9.3 oranında don kaybı bulunmuştur. ulunan değerler STM 88 de (nonymus, 1994), iri agrega için verilen % 18 oranının altında kalmıştır. f) gregaların aşınma mukavemetini saptayabilmek için Los ngles cihazıyla yapılan deneylerden ve 5 devir sonunda ksu 1 Ocağı için % 3.3, % 15.7; ksu 2 Ocağı için % 3.4, % 15.8 ve Erkenez Ocağı için % 4.2, % 19.3 oranları elde edilmiştir. u değerler standardın öngördüğü ve 5 devir için verilen % ve % 5 değerlerinin çok altında kalmıştır (nonim, 1981). Denenen numunelerden elde edilen aşınma oranları, bu agregaların aşınma mukavemeti bakımından standarda uygun olduğunu göstermektedir. g) grega numunelerinde bulunan ince madde oranı STM 117 de verilen ortalama %5 sınır değerinden (nonymus, 1994), ksu 1 Ocağında % 49, ksu 2 Ocağında % 4.6 yüksek çıkarken, Erkenez Ocağında % 34 oranında daha düşük bulunmuştur. h) Deney numunelerinin hiç birinde istenmeyen düzeyde organik maddeye rastlanmamıştır. Sodyum hidroksit çözeltisiyle yapılan organik madde tayini deneyinde, deney sıvısı rengi açık sarı olmuştur. u da

3 KSÜ. Fen ve Mühendislik Dergisi, 9(2), 6 63 KSU. Journal of Science and Engineering 9(2), 6 agregada zararlı oranda organik madde bulunmadığını göstermektedir. gregaların Petrografik Özellikleri: grega ocaklarından elde edilen numunelerin petrografik incelenmesi sonucu belirlenen kayaç cinsleri ve oranları (%) olarak Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 2 de verilen değerlere göre ksu 1, ksu 2 ve Erkenez ocağı numuneleri birbirine yakın bileşimler göstermiştir. Yine her üç agregada kireç taşının, en yüksek oranlarda (% % 47.5 arasında), kireç taşından sonra ise, sırasıyla spilit, bazalt ve andezit bulunmaktadır. Kireç taşı oranları, parçacıkların boyutlarına göre değişmektedir. Örneğin, D<2 mm ve 4-8 mm boyutlarına sahip bölümün ksu 1 ve ksu 2 agregasında daha yüksek olmasına karşın, Erkenez agregasında büyük çaplara (8-16 mm) sahip kısmın oranının daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. una neden olarak; ocakların menbaya olan uzaklıkları ve buna bağlı olarak taşınan materyallerin aşınmaya uğraması gösterilebilir. Tablo 2. Petrografik İnceleme Sonuçları grega Karışımındaki Kayaç Oranları ( % ) Kayaç insi ksu 1 ksu 2 Erkenez D<2mm 4-8 mm 8-16 mm D<2mm 4-8 mm 8-16 mm D<2mm 4-8 mm 8-16 mm Kireçtaşı 44,4 42,1 34,5 47,5 46,5 28, ,5 Spilit, azalt, ndezit,1 31,4, ,5 34, ,5 Sileks-Çört, Opal 12, , , ,5 Serpantinize Peridotit 1,7 8,5 1 5,5 5 Gabro, Diyorit Granitoid 6,9 4,3 15,1 1 1,5 5,5 1,5 3,5 2,5 Kuvars 6,1 8,5 5,2 4,5 4 5,2 6 2 Şist 1,3 4,5 Kumtaşı 1,5 Toplam Tüm ocaklardan alınan numunelerde alkali agrega reaksiyonuna neden olan sileks, çört ve opal toplamları %12-%18 gibi yüksek değerde çıkmıştır. lkali agrega reaksiyonu bakımından sırasıyla opal %5, çört ve kalsedon %3, tridimit veya kristobolit %1, doğal volkanik camlar %3 ve mikro kristalli kuvartz veya optik gerilmeli kuvartz %5 oranlarından fazla olmaması önerilmektedir (rslan, 1). Verilen oranların üzerinde olması durumunda betonda genleşme çatlakları meydana gelmesi ve belirli bir zaman sürecinde yapının hasar görmesine neden olabilmektedir. grega içinde bulunan ve betonun dayanım ve dayanıklılığına önemli bir katkısı olmayan minerallerden biri de şistlerdir. Şistlerin yapısında bulunabilecek ana mineraller mika, kuvars, feldspat ve garnitlerdir (McLeish, 1978). ksu 2 ve Erkenez numunelerinde düşük oranlarda (% 1.3 ve % 4.5) ve orta büyüklükteki boyutlarda (8-16 mm) şiste rastlanmıştır. Şistler, kolayca parçalanabildiklerinden dolayı beton agregası olarak kullanılmaya uygun değildirler (Erguvanlı, 1983). gregaların Tane Dağılımı nalizi ksu 1, ksu 2 ve Erkenez agrega ocaklarına ait tuvönan agreganın tane dağılımı analizleri Şekil 1, 2 ve 3 te verilmiştir ksu 1,25, ,5 Şekil 1. ksu 1 agregasının tane dağılımı ve şartname sınırları.

4 KSÜ. Fen ve Mühendislik Dergisi, 9(2), 6 64 KSU. Journal of Science and Engineering 9(2), ksu 2,25, ,5 Şekil 2. ksu 2 agregasının tane dağılımı ve şartname sınırları Erkenez,25, ,5 Şekil 3 Erkenez agregasının tane dağılımı ve şartname sınırları. Şekil 1, 2 ve 3 teki eğriler, her ocak agregasına ait üç analizin ortalaması alınarak elde edilmiştir. Tüm numunelerin tane dağılımlarının sürekli ve referans eğrileriyle sınırlanan uygun alanlarda bulunduğu görülmüştür (nonim, 1997). ksu 1 agregasında iri tanelerin diğer agregalara göre daha fazla olduğu görülmektedir. En ince taneli malzemeye sahip olan ise Erkenez ocağıdır. grega tanelerinin düzenli dağılım göstermesi önemli bir avantajdır. SONUÇ ksu Nehri ve Erkenez Çayı üzerinde bulunan agrega ocaklarına ait agregalar petrografik özellikleri, tane dağılımı ve fiziksel özellikleri bakımından beton agregası olarak kullanlabilecek niteliğe sahiptirler. ncak agregalar kullanılmadan önce: a) Tane dağılımı kontrol edilmeli, standard eğrilerle sınırlanan alan içinde bulunması ya da istenilen tane dağılımı özelliğine sahip hale getirilmelidir. b) grega içinde betona zarar verebilecek oranda ince ve hafif maddeler bulunmaktadır. u maddeler elenerek ve yıkanarak uzaklaştırılmalıdır. c) gregalarda beton için zararlı olabilecek miktarda silisli mineraller mevcuttur. u malzemeler alkaliagrega reaksiyonuna neden olabileceği için çimento seçiminde alkali maddelerin (Na 2 O+K 2 O) oranının %.6 az olmasına dikkat edilmelidir. u konuda bir araştırma yapılarak alkali-agrega reaksiyonunun betona yapabileceği etki bulunmalıdır. d) gregalar don etkisine karşı yeterli direnç göstermiştir. u bakımdan diğer gerekli şartların sağlanması durumunda, don etkisinin bu agregalar üzerinde önemli bir etkisinin olmayacağı düşünülmektedir. e) gregaların aşınma direnci değerleri standardın öngördüğü sınır değerlerin altında kalması sayesinde; beton agregası olarak kullanılması yanında, yol betonu ve bitüm betonu agregası olarakta kullanılabilir.

5 KSÜ. Fen ve Mühendislik Dergisi, 9(2), 6 65 KSU. Journal of Science and Engineering 9(2), 6 KYNKLR nonim. 1997a. TS EN gregaların Genel Özellikleri için Deneyler-Kısım 1-Numune lma Metotları. TSE, nkara. nonim. 1997b. TS EN gregaların Geometrik Özellikleri İçin Deneyler ölüm:1-tane üyüklüğü Dağılımı Tayini-Granülometrik naliz (Eleme Metodu). TSE, nkara. nonim. 198a. TS 3529 eton gregalarında irim ğırlık Tayini. TSE, nkara. nonim. 198b. TS 3528 eton gregalarında Hafif Madde Oranı Tayini. TSE, nkara. nonim. 198c. TS 3523 eton gregalarının Yüzey Nemi Oranının Tayini. TSE, nkara. nonim. 198d TS 3527 eton gregalarında İnce Madde Oranı Tayini. TSE, nkara. nonim. 198e. TS 3526 eton gregalarında Özgül ğırlık ve Su Emme Oranı Tayini. TSE, nkara. nonim. 1981a. TS 3655 eton gregalarında Dona Dayanıklılık Tayini. TSE, nkara. nonim. 1981b. TS 3694 eton gregalarında şınmaya Dayanıklılık şınma Oranı Tayin Metodu. TSE, nkara. nonim TS 3673 eton gregalarında Organik Kökenli Madde Tayini Deney Metodu. TSE, nkara. nonim TS 3814 eton gregalarında Tane Şekli Sınıfı Tayini Deney Metodu. TSE, nkara. nonim TS 88 EN gregaların Genel Özellikleri için Deneyler Kısım-3: asitleştirilmiş Petrografik Tanımlama için İşlem ve Terminoloji. TSE, nkara. nonymus. 1994a. STM 88 Standard Test Method for Soundness of ggregates by Use of Sodium Sulfateor Magnesium Sulfate. nnual ook of STM Standards. nonymus. 1994b. STM 117 Standard Test Method for Finer than 75m µm (No. ) Sieve in Mineral ggregates by Washing. nnual ook of STM Standards. rslan, M. 1. ETON (Dökümü, Kalıpları, Kusurları, Dayanıklılığı). tlas ve Nobel Yayın Dağıtım, nkara, Erdoğan, T.Y. 3. eton, ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayıncılık ve İletişim.Ş. Yayını, nkara, 98s. Erdoğan, Y.T etonu Oluşturan Malzemeler: GREG, Türkiye Hazır eton irliği Yayını, İstanbul, 1s. Erguvanlı, K Mühendislere Jeoloji. İstanbul Teknik Üniversitesi Matbaası, İstanbul, 1126s. McLeish, Geology. Published by lackie and Son Limited, London, 26p. Postacıoğlu, eton (gregalar, eton) ilt II. Teknik Kitaplar Yayın Evi, İstanbul, 43. Pul, S grega Petrografik Yapısının etonun Dayanım ve kışkanlığı Üzerindeki Etkileri. Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen ilimleri Enstitüsü İnşaat na ilim Dalı. Yüksek Lisans Tezi (yayınlanmamış), Trabzon, 86s.