Yapı Malzemeleri BÖLÜM 5 Agregalar
Agrega; kum, çakıl, kırmataş, yüksek fırın cürufu ve yapı ve yıkıntı atıkları gibi tanecikli malzemelerdir. Çimentoyla beraber beton veya harç üretmekte kullanılırlar. Boyutsal kararlılık, rijitlik, tokluk, sertlik, elastisite modülü ve aşınma direncini artırırlar. Maliyeti, çimento maliyetinin yaklaşık 1/10 u ila 1/20 sidir. 2
İyi bir agreganın genel özellikleri Temiz, sert ve sağlam Su etkisi ile yumuşamamalı Çimento ile zararlı bileşikler meydana getirmemeli Donatıda korozyona neden olmamalı 3
5.1 Agrega Kaynakları Doğal: Doğal kum & çakıl madenleri, dere kumu Taş ocakları (kırılmış) Yapay & yeniden kazanılmış malzemeler: Öğütülmüş beton & asfalt Çelik üretimi sırasında elde edilen cüruf Çelik parçalar Genleşmiş şist Polistiren köpükler 4
Agrega Madenleri Dere yataklarından kum Taş ocakları 5
Mağmatik Tortul Başkalaşım 5.2 Jeolojik Sınıflandırma Her üç sınıf kayaç da İnşaat mühendisliği uygulamalarında başarıyla kullanılmaktadır. Fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerinin testlerle kontrol edilmesi ve mineralojik inceleme ile desteklenmesi gerekmektedir. Benzer bir uygulamadaki tarihsel olarak kullanımına bakmak da uygunluğuna karar vermek için önemlidir.
Mağmatik kayaçlar Ergimiş kaya parçalarının soğuması ile oluşur. Soğuma sırasında farklılaşmalar oluşur ve camsı veya kristal bir matris içerisinde kristaller oluşur. Granit Siyenit Diorit Gabro Peridotit Pegmatit Volkanik cam Feldispat Bazalt 7
Tortul kayaçlar Hava koşullarıyla ve mevcut kayaçların erozyonuyla oluşan tortuların birleşmesi ile oluşur. Agregaların yaklaşık % 80 i bu sınıftadır. Magmatik kayaçlarla karşılaştırıldığında, katmanlı tabakalardan oluşan bu kayaçların şekil, yapı, boşluk oranı, dayanım ve hava koşullarına dayanıklılığı gibi karakteristik özellikleri büyük farklılıklar gösterir. Kireçtaşı: CO 3 içeren kayaçların en yaygınıdır ve saf kireçtaşı ile saf dolomit arasında değişen tipleri vardır. Doğal kum ve çakıl Kumtaşı, kuvarsit, grovak, çört, çakmaktaşı 8
Başkalaşım kayaçları Başkalaşım kayaçları, yerkabuğuna geri çekilen magmatik veya tortul kayaçların sıcaklık ve basınç altında tanecik yapısının değişmesi ile oluşur. Arduvaz, gnays, mermer, şist, serpentin, metakuvarsit Nitelik düşer 9
Bazı kayaçlar agrega olarak kullanılmaya uygun değildir Yetersiz mekanik dayanım Su etkisi altında kararlı olmama (şişme) Sülfat etkisine yol açma Alkali-Silika reaksiyonuna (ASR) neden olma 10
5.4 Agrega Kullanımı Temel ve yol altlarında Stabilite Drenaj Dolgu malzemesi olarak Portland Çimentolu Betonlar Hacimce % 60-75 Ağırlıkça % 80-85 Sıcak karışımlı asfaltlar Hacimce % 75-85 Ağırlıkça % 90-96 11
5.5 Agrega Özellikleri Agrega Boyutları TS 706 EN 12620- Beton agregaları İri agrega: 4 mm göz açıklı elek üzerinde kalan malzeme Çakıl ve kırma taş İnce agrega: 4 mm göz açıklı elekten geçen malzeme Kum ve/veya kırma kum 12
ASTM C33-03 Beton Agregaları Standardı İnce agrega < 4.75 mm Agrega Boyutları 4.75mm 1 #4 elek Maksimum agrega boyutu tüm agregaların geçmesine müsaade eden en küçük elek göz açıklığı Nominal maksimum agrega boyutu Bazı agregaların (genelde %10 dan az) geçmeden elek üzerinde kaldığı ilk elek göz açıklığı. 13
Şekil ve doku Sağlamlık Tokluk Su emme Özgül ağırlık Dayanım ve elastisite modülü Tane boyutu dağılımı Zararlı maddeler ve temizlik Alkali reaktivitesi Asfalta eğilimi 5.5 Agrega Özellikleri Superpave özellikleri Tipik kaynak (menşei) özellikleri Beton ve asfalt karışım hesaplarında gerekebilecek özellikler 14
TS 706 EN 12620 + A1, Beton Agregaları Agregaların genel özellikleri için deneyler TS 10088 EN 932-3, Bölüm 3: Basitleştirilmiş petrografik tanımlama için işlem ve terminoloji TS EN 932-5, Bölüm 5: Genel cihazlar ve kalibrasyon 15
TS 706 EN 12620 + A1, Beton Agregaları Agregaların geometrik özellikleri için deneyler TS 3530 EN 933-1, Bölüm 1: Tane büyüklüğü dağılımı tayini - Eleme metodu TS 9582 EN 933-3, Bölüm 3: Tane şekli tayini - Yassılık endeksi TS 3814 EN 933-4, Bölüm 4: Tane şeklinin tayini - Şekil indisi TS EN 933-7, Bölüm 7: İri agregalarda kavkıların yüzdesi - Kavkı içeriğinin tayini TS EN 933-8, Bölüm 8: İnce tanelerin tayini - Kum eş değeri tayini TS EN 933-9, Bölüm 9: İnce tanelerin tayini - Metilen mavisi deneyi TS EN 933-10, Bölüm 10: İnce tanelerin tayini - İnce dolgu malzemelerinin tane büyüklüğüne göre sınıflandırılması (hava jetiyle eleme) 16
TS 706 EN 12620 + A1, Beton Agregaları Agregaların mekanik ve fiziksel özellikleri için deneyler TS EN 1097-1, Bölüm 1: Aşınmaya karşı direncin tayini (Mikro-Deval) TS EN 1097-2, Bölüm 2: Parçalanma direncinin tayini için metotlar TS EN 1097-3, Bölüm 3: Gevşek yığın yoğunluğunun ve boşluk hacminin tayini TS EN 1097-6, Bölüm 6: Tane yoğunluğu ve su emme oranının tayini TS EN 1097-8, Bölüm 8: Taş parlatma değerinin tayini TS EN 1097-9, Bölüm 9: Çivili lastiklerden kaynaklanan aşınmaya karşı direncin tayini Nordik deneyi 17
TS 706 EN 12620 + A1, Beton Agregaları Agregaların termal ve atmosferik etkilere karşı özellikleri için deneyler TS EN 1367-1, Bölüm 1: Donmaya ve çözülmeye karşı direncin tayini TS EN 1367-2, Bölüm 2: Magnezyum sülfat deneyi TS EN 1367-4, Bölüm 4: Kuruma çekmesi tayini Agregaların kimyasal özellikleri için deneyler TS EN 1744-1, Bölüm 1: Kimyasal analiz TS EN 1744-5, Bölüm 5: Asitte çözünebilen klorür tuzlarının tayini TS EN 1744-6, Bölüm 6: Geri kazanılmış agrega özütünün çimentonun priz başlangıç süresi üzerindeki etkisinin tayini TS 1225 ISO 565:2001, Deney elekleri - Metal tel örgülü elekler, delikli metal plâkalar ve elektrokimyasal şekillendirilmiş levhalar - Göz ve delik açıklıklarının anma büyüklükleri 18
Tanecik Şekli & Yüzey Dokusu Şekil = köşeli, yuvarlak, yassı, veya uzun Yassı ve uzun olanlar kötüdür, çünkü kolay kırılırlar ve sıkıştırması güçtür Yüksek sürtünme (köşeli, kaba) dayanım & stabilite için iyi Düşük sürtünme (yuvarlak, düzgün) betonun işlenebilirliği için iyi 19
Uzun parçalar Köşeli Yuvarlak Yassı Uzun Yassı & Uzun Yassı parçalar Köşeli Yuvarlak 20
İri Agrega Tane Boyutu Değerlendirmesi Şekil Yassılık ve uzunluk testi elongated test Yassı Yassılık ve uzunluk belirleme cihazı Uzun Yassı ve uzun 21
Agrega Tanecik Şekli YUVARLAK KÖŞELİ YASSI UZUN
Agrega Yüzey Dokusu DÜZ PÜRÜZLÜ
İri Agrega Tane Şekli & Yüzey Dokusu Değerlendirme Doku ve kenar yapısı kırılmış yüzler Aşağıdaki özelliklere sahip agrega yüzdesini belirlemek için gözle inceleme: Kırılmış yüzey yok Bir yüzü kırılmış Birden fazla yüzey kırılmış 24
İnce Agrega Tane Şekli & Yüzey Dokusu Değerlendirme İnce agrega <4 mm gözle inceleme için çok küçük Ageraga numunesindeki boşluk içeriğinin belirlenmesi ile tahmin edilir Angular Round Measure mass of aggregates in cylinder, use specific gravity to determine volume of aggregates in container. Compute the percent of voids in the aggregates 25
Sağlamlık & Dayanıklılık Hava koşullarına direnç Su boşluklarda donar, agrega kırılır& parçalanır Tuz (MgSO 4, Na 2 SO 4 ) çözeltisi kullanılan testler donmayı simüle etmede kullanılır Belirli gradasyonda numune hazırlanır 16 saat çözeltide 4 saat kuru 5 kez tekrarlanır Elenir 26
Yük hasarına karşı direnç İnşaat sırasında Trafik yükleri Tokluk & Aşınma Direnci LA aşınma testi Numuneyi hazırla Minimum kütle Belirli tane aralığı Numuneyi tambura yükle Çelik bilyalar 500 devir Elek Kayıp = M orijinal M final M orijinal x100 27
Agrega Hacmi Açık Boşluk Kapalı Boşluk
Agrega Nem Durumları İçerde su geçirmez Boşluklar boşluklar kısmen dolu Serbest nem Etüv kurusu sabit kütleye ulaşana kadar etüvde kurutulur Hava kurusu Yüzey kuru suya doygun Islak W s W m W YKSD =W s +W p W m Nem miktarı Su emme Nem miktarı Wm Ws M 100 W s W M W W Su emme miktarı, agregaların YKSD durumu esas alınarak hesaplanır. YKSD Serbest nem YKSD durumunun üzerindeki nem miktarıdır. Serbest nem yüzdesi = M - A A s s 100 Beton karışım hesaplarında önemlidir Negatif serbest nem agregalar su emer Pozitif serbest nem aggregalar su kusar Wm Ws M 100 W s 29
Agregaların 4 Farklı Nem Durumu Etüv kurusu Hava kurusu YKSD Islak Su Emme Yüzey Nemi Miktarı Toplam Nem Miktarı
Agregaların 4 Farklı Nem Durumu Durum Etüv kurusu Hava kurusu YKSD Islak Kuru Emebileceğinden az su içeren Emebileceği kadar su içeren Emebileceğinden fazla su içeren Nem İçeriği
Agregaların Özgül Ağırlık Deneyi + = YKSD Agrega (S) Su Dolu Kap (B) Agrega + Su Dolu Kap (C) Özgül Ağırlık = S (S+B-C) 32
Özgül Ağırlık Belirli bir sıcaklıkta hacimleri birbirine eşit olan bir malzemenin kütlesinin suyun kütlesine oranı, veya G = Malzeme Kütlesi Hacim Su kütlesi Hacim G = r / r w r w = belirli bir sıcaklıkta suyun yoğunluğu @ 4 C, r w : 1000 kg/m 3 = 1 g/ml = 1 g/cc 34
Özgül Ağırlığın Belirlenmesi Malzeme kütlesi Hacim Su kütlesi Hacim Malzeme kütlesi Su kütlesi Havada tartılarak belirlenir Malzeme kütlesi Su kütlesi (Havadaki ağırlık sudaki ağırlık) ile belirlenir 35
Boşlukların Etkisi Agregaların yüzeylerindeki boşluklar birçok özgül ağırlık tanımına yol açar Görünen Kütlesel, Kuru Kütlesel, YKSD 36
İri Agregaların Özgül Ağırlığı (ASTM C127) Kütlesel Özgül Ağırlık, Kuru = Kütlesel Özgül Ağırlık, SSD = Görünen Özgül Ağırlık = Su emme (%) = B A A (100) A B C B B C A A C A=kuru ağırlık B=YKSD ağırlık C=suda ağırlık Kurut ve sonra agregayı suya doygun hale getir YKSD olana kadar kurut ve tart Sudaki ağırlığını ölç Kuru ağırlık ölçülür 37
İnce agregaların Özgül Ağırlığı (ASTM C128) Kütlesel Özgül Ağırlık, Kuru = A B + S C İnce agreganın özgül ağırlığı için kullanılan piknometre Kütlesel Özgül Ağırlık, SSD = Görünen Özgül Ağırlık = Su emme (%) = S A A (100) S B + S C A B + A C A=kuru ağırlık B=Su ile dolu piknometrenin ağırlığı C=Agrega ve su ile dolu piknometrenin ağırlığı S=Numunenin YKSD ağırlığı 38
Kütlesel Birim Ağırlık & Agregadaki Boşluklar Özgül ağırlık ve birim ağırlık ile ilgili önceki bilgiler agrega tanecikleri içindi. Bahsedilen boşluklar da taneciklerin yüzeyindeki boşluklardı. Bazen, birim hacmi dolduracak agreganın ağırlığını veya kütlesini bilmemiz gerekir. Örneğin betonun 1m 3 ündeki iri agreganın hacmi. Kütlesel (bulk) birim ağırlık, birim hacmi dolduracak agreganın ağırlığıdır. Tipik olarak m 3 birimi ile ifade edilir. 39
Gevşek Agregaların Kütlesel Birim Ağırlık Kuru agregayı kaba doldur Düşme yüksekliği< kabın tepesinden 5 cm Agrega seviyesini kabın tepesi ile hizala Kaptaki agreganın ağırlığını belirle, W S Birim ağırlığı hesapla Ölçme Prosedürü Sıkıştırılmış Agregayı kaba doldur Hacmin 1/3 ünü doldur 25 defa şişle Kabı doldurmak için 3 defa bu işlemleri tekrar et Agrega seviyesini kabın tepesi ile hizala Kaptaki agreganın ağırlığını belirle, W S Birim ağırlığı hesapla 40
Agregaların Kütlesel Birim Ağırlık Ölçme Prosedürü Gevşek Kuru agregayı kaba doldur Düşme yüksekliği< kabın tepesinden 5 cm Agrega seviyesini kabın tepesi ile hizala Kaptaki agreganın ağırlığını belirle, W S Birim ağırlığı hesapla Sıkıştırılmış Agregayı kaba doldur Hacmin 1/3 ünü doldur 25 defa şişle Kabı doldurmak için 3 defa bu işlemleri tekrar et Agrega seviyesini kabın tepesi ile hizala Kaptaki agreganın ağırlığını belirle, W S Birim ağırlığı hesapla 41
Dayanım & Elastisite Modülü Beton veya asfaltın dayanımı agregaların dayanımını aşamaz Tipik basınç dayanımı 5,000-50,000 psi (35 MPa-350 MPa) Ana kayacın test edilmesi Beton silindirler gibi fakat 1.5-2.5" (38 mm-63 mm) çapta karotlar kayaçlardan alınarak agregaların üç eksenli hücrelerde testi Rezilyans Modülü Testi M R = Kalıcı olmayan geri dönebilir (toparlanan) deformasyonlar 42