BETON KARIŞIM MALZEMESİ OLARAK AGREGA

BETON KARIŞIM MALZEMESİ OLARAK AGREGA Beton; Çimento, agrega (kum, çakıl), su ve gerektiğinde katkı maddeleri karıştırılarak elde edilen yapı malzemesine beton denir. Çimento Su ve katkı mad. Agrega BETON

Agrega; Agregalar, beton yapımında çimento ve su ile birlikte kullanılan, kum, çakıl, kırmataş gibi taneli malzemelerdir. Beton hacminin yaklaşık %75 i agrega tarafından oluşturulmaktadır. Beton yapımında kullanılan temel malzemeler (çimento, su, agrega) arasında en pahalı olanı çimentodur. Agreganın maliyeti, çimento maliyetine göre düşüktür. Dolayısıyla istenilen kalitedeki betonu elde edebilmek kaydıyla, betonda mümkün olabildiği miktarda agrega kullanılması betonu daha ekonomik olmasına yol açmaktadır. Beton yapımında agrega kullanılmasının tek nedeni daha ekonomik beton üretmek değildir. Agrega betonun teknik özelliklerine de önemli katkılarda bulunmaktadır.

Beton agregalarının özellikleri; Tane büyüklüğü dağılımlarının (granülometri) birbirlerinin boşluklarını dolduracak şekilde olması, Yassı ve uzun taneler yerine kübik ve küresel olması, Sert, dayanıklı ve boşluksuz olması, kavkı gibi zayıf maddeler içermemesi, İçerisindeki ince malzemenin kalitesi (kil, silt, mil vb. az olması) İçerisinde organik maddeler bulundurmaması, Tanelerin yoğunluklarının yüksek ve su emme oranının düşük olması, Parçalanmaya ve aşınmaya karşı direncinin yüksek olması, Donma ve çözülmeye karşı direncinin yüksek olması, Çimento ile zararlı kimyasal reaksiyonlara girmemesi (Alkali- Silika Reaksiyonu) istenilen özelliklerdir.

Agregaların Sınıflandırılması Tane şekline göre agregalar Tane büyüklüklerine göre agregalar Kaynağına göre agregalar Özgül ağırlık ve birim ağırlıklarına göre agregalar Yüzey dokusuna göre agregalar Üretime (elde edilişlerine) göre agregalar Jeolojik orijinlerine göre agregalar Yuvarlak agregalar İri agregalar Doğal agregalar Normal ağırlıklı agregalar Düzgün agregalar Doğal agregalar Volkanik agregalar Köşeli agregalar İnce agregalar Yapay agregalar Hafif agregalar Granüler agregalar Isıl işleme tabi tutulmuş agregalar Tortul agregalar Yassı uzun agregalar Ağır agregalar Pütürlü agregalar Yan ürün agregalar Metamorfik agregalar Kristalli agregalar Petekli agregalar

Agreganın sağladığı teknik faydalar; Agrega taneleri çimento hamurunun zamana bağlı olarak gösterebileceği hacim değişikliğinin serbestçe yer alabilmesini belirli ölçüde engellemektedir. Dolayısıyla betonun göstereceği hacim değişikliği ve buna bağlı olarak yer alabilecek çatlaklar daha az olmaktadır. Agrega dayanımının yüksek olması beton dayanımının da yüksek olmasına katkıda bulunmaktadır. Agreganın sert ve dayanıklı olması betonun aşınmaya karşı veya çevreden gelebilecek diğer yıpratıcı etkenlere karşı daha dayanıklı olabilmesine yardımcı olmaktadır. Agreganın kendi özellikleri (birim ağırlık, özgül ağırlık, su emme, agrega tane boyutu vb.) betonun özelliğini ve kalitesini etkiler.

Agregaların fiziksel ve kimyasal özellikleri; Agregaların Porozitesi; Agrega taneleri içinde bulunan boşluğa porozite denir. Agregalarda bir miktar boşluk bulunması normaldir. Boşluğu az olan agrega tanesinin mukavemeti yüksek olabilir. Dolayısıyla betonun da mukavemeti fazla olur. Agreganın porozitesi (boşluk miktarı) su emme deneyi ile bulunur. Agrega Su Bağlantısı; Agrega danelerinde boşluk bulunması bunların içinde suyun dört şekilde bulunmasına neden olur. Önemli olmayan işlerde agreganın emebileceği su miktarını hesaba katmaya gerek yoktur. Tamamen Kuru Daneler Kuru Yüzeyli Daneler Kuru Yüzeyli Doygun Daneler Islak Daneler

Agreganın Rutubeti; Agreganın rutubeti denilince ıslak danelerin, kuru yüzeyle doygun durumdaki danelere göre yüzde cinsinden ağırlığındaki artış anlaşılmakta. Agreganın rutubetli olması beton üretiminde iki bakımdan göz önünde tutulmalıdır. Birincisi, betona konulacak su miktarı, agregada bulunan su miktarı kadar azaltılmalıdır. İkinci önemli faktör ise rutubetin hacim kabarmasına neden olmasıdır. Burada söz konusu olan taneler arasındaki boşluğu da içine alan görünen hacimdir. Sonuç olarak, kumun rutubetli olması bu malzemenin miktarının yanlış bir şekilde ölçülmesine yol açmaktadır.

Birim Ağırlığı; Agregalar, arasındaki birtakım boşluklar bırakan tanelerden meydana gelmektedir. Birim ağırlık deneyinde belirli bir hacmi dolduran agreganın ağırlığı anlaşılmaktadır. Beton bileşiminin saptanmasında ve beton üretiminde malzemenin ölçülmesinde agreganın birim ağırlık değeri bilinmesi gerekir. Betonarme betonları için kullanılacak agregaların birim ağırlığı 1.50-1.85 kg/dm 3 arasında olmalıdır. U=agrega birim ağırlığı g/cm 3 V=agrega ile dolu olan kabın hacmi U= W a V W a =kap içerisini dolduran agreganın ağırlığı U= 5500 15x15x15 = 5500 3375 = 1,62g/cm3 Örnek; 15cm lik küp kalıba yerleştirilen 5500gr ağırlığındaki agreganın birim ağırlığını bulunuz?

Doğal agregaların ortalama birim ağırlıkları t/m 3 Malzeme Nemlilik Gevşek Sıkışmış Kum Çakıl Karışık Agrega Kırmataş Kuru 1,52 1,68 Nemli 1,44 - Kuru 1,59 1,74 Nemli 1,53 1,65 Kuru - 1,88 Nemli 1,72 - Kuru 1,59 1,67 Nemli 1,46 1,52 Birim ağırlığın önemi: agrega tanelerinin belirli bir hacmin içerisinde bir araya gelerek ne kadar sıkı bir paket oluşturabileceğini işaret etmektedir. Birim ağırlık değerinin yüksek olması, agrega tanelerinin arasındaki boşluğun az olduğunu belirtmektedir. Ayrıca birim ağırlık bilindiği takdirde, mevcut agreganın hacmini hesaplayabilmek mümkün olabilmektedir.

Özgül Ağırlığı; Özgül ağırlık, agreganın işgal ettiği gerçek birim hacmine isabet eden ağırlıktır. Bir agreganın özgül ağırlığının beton bileşiminin hesaplanması için bilinmesi gereklidir. Özgül ağırlığı 2,2-2,7 kg/dm 3 arasında değişir. Birim ağırlık değerine ise kökenden daha çok agreganın şekli etki eder. Kuru özgül ağırlık, S k = A B C Görünen özgül ağırlık, S g = Su emme kapasitesi (%) = B A x100 A Doygun, yüzey kuru özgül ağırlık, S ydk = B B C A= Fırında kurutulmuş (tamamen kuru) agrega ağırlığı B= Doygun yüzey kuru durumdaki agrega ağırlığı C= Doygun yüzey kuru durumdaki agreganın su içerisindeki ağırlığı A A C

Örnek; Laboratuvarda kullanılmak üzere hazırlanan 110 o C kurutulmuş agreganın ağırlığı 2550gr, doygun yüzey kuru durumdaki ağırlığı 2700gr olarak belirlenmiştir. Özgül ağırlık sehbasında tartılan numunenin su içindeki ağırlığı ise 1600gr olarak belirlenmiştir. Buna göre; Kuru özgül ağırlık, S k = A B C Görünen özgül ağırlık, S g = A A C Doygun yüzey kuru özgül ağırlık, S ydk = B B C Su emme kapasitesi % sini bulunuz? (%) = B A x100 A S k = A = 2550 = 2,3 S g = A = 2550 = 2,7 A C 2550 1600 B C 2700 1600 S ydk = Su emme(%) = x100 = 2,5 A 2700 2550 2700 1600 = x100 = 5,9 2550 B = 2700 B C B A

Kompasite; Agreganın kompasitesi (doluluk oranı) ile birim hacimdeki agrega tanelerinin işgal ettiği hakiki hacmin toplamı anlaşılmaktadır. Beton üretiminde kullanılacak olan agregaların kompasitesinin küçük olması şu zararlı durumları meydana getirir. Düşük kompasiteli agrega ile üretilen betonun kompasitesi ve mukavemeti de düşük olur. Fazla miktarda çimento kullanılması gerekir. Betonun maliyet değeri yüksektir. Bu agregalarda kusurlu malzeme fazla miktarda bulunur. Bu durum işlenebilme özelliğine de etki yaparak mukavemetinin yine azalmasına sebep olur. Betonun dış etkilere karşı dayanıklılığı azalır.

Agreganın Donmaya Karşı Dayanıklılığı; Üretilen betonun donma olayı sonucunda parçalanması bir çok faktörlerin etkisi altında bulunmaktadır. Bu arada en önemli rol agrega taneler tarafından oynanmaktadır. Bunların donma sonucunda parçalanmaları bu malzeme ile üretilen betonların dondan zarar görmesine neden olur. Böyle bir durum olmaması için beton üretiminde kullanılacak olan agregaların donma etkisine dayanıklı olması gerekir ki, bu da ancak deneylerle anlaşılır. Su Adsorbe etmeyen malzemeler donmaya ve çözünmeye dayanıklıdır. Agregaların su emme özellikleri ne kadar fazla ise donmaya karşı mukavemetleri o kadar azdır.

Agreganın Basınç Mukavemeti; Agregaların mekanik mukavemetlerinin saptanmasında deney tekniği bakımından büyük zorluklar vardır. Eğer söz konusu olan malzeme kırmataş ise bu agreganın elde edilmesinde kullanılan taş numunesinden gereği gibi çıkarılan küp şeklinde numuneler (eprüvet) üzerinde deney yapılarak basınç mukavemeti bulunur. İri agrega çakıl halinde bulunuyorsa mukavemet deneyinden farklı deneylerde elde edilen sonuçlardan faydalanılarak basınç mukavemeti hakkında bir fikir sahibi olunur. Basınç mukavemetinin malzemenin porozitesi ile yakın bir ilişkisi olduğu bilinmektedir. Bu bakımdan çakıl üzerinde yapılan porozite deneyinde bulunan değer, yani, porozite ne kadar küçük ise bu agreganın mukavemetinin de o kadar büyük olması beklenir.

Agregaların Çarpmaya Dayanıklılığı; Yol ve hava alanlarını meydanı betonlarının çarpmaya dayanıklı olmasında üretiminde kullanılan agreganın önemli bir etkisi vardır. Bu bakımdan, bu gibi yerlerdeki betonun içinde yer alacak agreganın çarpmaya dayanıklı olup olmadığını kullanmadan önce kontrol edilmesi faydalıdır. Agregaların Aşınmaya Dayanıklılığı; Darbe ve aşınmaya karşı mukavemeti bakımından kaba malzemenin kalitesini tayin eder. Yassı ve uzun malzeme yuvarlak malzemeye göre daha fazla aşınma yüzdesi verir. Gevşek malzeme yuvarlak malzemeye göre daha fazla aşınır. Aşınma dayanımı tayini için agrega üzerinde Böhme ve Los Angles deneyleri yapılır. Yapılan deneylere göre aşınmaya karşı mukavemeti yüksek olan agregaların basınç mukavemetleri de büyük değer almaktadır.

Agregalarda Organik Maddelerin Bulunması; Bir çok organik maddelerin çimentoların prizi ve sertleşmeler üzerine gayet belirli zararlı etkileri vardır. Bu organik maddelerin hidrofob (suyu iten) olması, bazılarında çözünmeyerek çimento hidrate kristallerin oluşmasını engellemesi söz konusudur. Agregada Kil ve Şistin Bulunması; Agregada 100 mikrondan daha küçük kolloidal (çözünüp ayrışabilen) yapıya sahip küçük tanelerin bulunması şu zararları meydana getirir. Bu çok küçük taneler, iri agrega taneleri ile çimento hamuru arasındaki aderansı zayıflatır. Yoğurma suyunun miktarını artırır. Bunların su emmesi hacimlerinin artmasına, su kaybetmesi ise hacimlerinin azalmasına neden olur. Çimentonun hidratasyonunu geciktirir.

Agregalarda Tane Boyutunun Önemi; Beton yapımında kullanılacak maksimum agrega tane boyutu; En dar kesitli kalıp genişliğinin 1/5 inden büyük olmamalı İki donatı arasındaki en küçük mesafenin 3/4 ünden büyük olmamalı Döşeme derinliğinin 1/3 ünden büyük olmamalı Agregalarda Tane Şeklinin Önemi; Agrega tanelerinin şekli yuvarlak, köşeli, yassı veya uzun olabilmektedir. Yuvarlak agrega taneleri küresel veya küresel şekle yakın olan tanelerdir. Bu tür tanelerin üzerinde keskin çıkıntılar yer almamaktadır. Nehir yataklarından elde edilen agregalardaki tanelerin çok büyük bölümü yuvarlak şekillidir. Köşeli agrega taneleri üzerinde keskin çıkıntılar bulunduran tanelerdir. Kırmataş agregalardaki tanelerin şekli köşelidir.

Yassı ve uzun şekle sahip agrega tanesindeki en büyük boyut ile en küçük boyut arasında büyük fark bulunmaktadır. Türk standartlarına göre en büyük boyutu en küçük boyutundan 3 misli veya daha çok olan taneler şekilce kusurlu taneler olarak tanımlanmaktadır. (TS 3814 EN 933-4) TS da tane büyüklüğü 8mm ve daha fazla olan iri agregalardaki şekilce kusurlu (yassı ve uzun) tanelerin oranının %50 den çok olmaması gerektiği belirtilmiştir. Agrega tane şeklinin önemi; Agrega tanelerinin şekli, taze betonun işlenebilme özelliği, buna bağlı olarak betonun su ihtiyacını etkilemektedir. Çakıl gibi yuvarlak agregalarla yapılan betonların işlenebilme katkısı daha çok olmaktadır. (su miktarı az) Kırmataş gibi köşeli agregalar, sürtünme etkisiyle taze betonun akıcılığını azaltmaktadır. (su miktarı ve ince malzeme çok) Taze betonun su ihtiyacının artması, nispeten daha düşük dayanıma yol açmaktadır. Agregadaki kusurlu tanelerin oranının çok olması, taze betonun işlenebilirliğini azaltmakta, su ihtiyacını ve hapsolmuş hava miktarını arttırmaktadır.

Agreganın Su Emme Kapasitesi Tamamen kuru durumdaki agreganın emebileceği maksimum su miktarı, su emme kapasitesi olarak tanımlanmakta ve % olarak ifade edilmektedir. Su emme kapasitesi %= W dyk Wk W k W dyk = agreganın doygun, yüzey kuru durumdaki ağırlığı W k =agreganın tamamen kuru durumdaki ağırlığı x100 Malzeme Su emme kapasitesi % Kum 0 2 Çakıl, kalker 0,5 1,5 Bazalt, granit 0 0,5 Kumtaşı 2 7 Örnek; Bir miktar agreganın doygun yüzey kuru durumdaki ağırlığı 900gr gelmektedir. Bu malzeme 110 o C lik etüvde kurutulduktan sonraki ağırlığı 890gr gelmektedir. Buna göre malzemenin su emme kapasitesi % sini bulunuz? Su emme kapasitesi %= 900 890 x100 = 1,12 890

Agrega Özelliklerini İyileştirme Çareleri Bir agrega normal beton üretiminde kullanılmadan önce bu malzeme üzerinde bazı deneylerin yapılması gerekir. Bu deneyler; granülometri, rutubet miktarı, birim ağırlık, özgül ağırlık, kompasite, organik maddelerin araştırılması, kimyasal bakımdan muayene, kil ve şist miktarı ve eşdeğer kum değerleridir. Kil ve şilt miktarı fazla olan bir agregayı yıkamak suretiyle bu zararlı maddelerden kurtarılabilir ve yine yıkamak suretiyle bu zararlı organik maddelerden kurtarılması imkanlar dahilindedir. Granülometri bakımından gerekli şartı sağlamıyorsa yeniden elenerek veya belirli boyutta taneler ilave edilerek hata düzeltilebilir. Bu türlü kusurlar düzeltildikten sonra tekrar deneylerle aranılan özellikler kontrol edilmelidir. Malzemedeki bu tür hataları düzeltmek yapının maliyetini artırır. Ancak sağlamlık şartının yerine getirilmesini sağlar.

Özel Agregalar Üretilecek betonun normal özellikleri dışında bazı özelliklere örneğin, yüksek sıcaklığa dayanması, x veya y ışınları geçirmemesi gibi sahip olması istenmektedir. Bu değişik özelliklere sahip bir betonun ancak özel agregalar kullanılarak elde edilmesi mümkündür. Ağır Agregalar Atom reaktörlerinde vb. yerlerde meydana gelen ve organları tahrip eden " " ve "x" ışınlarından korunmak için birim ağırlığı 3,2 kg/dm 3 den büyük olan betonun üretimine gerek vardır. Bu özellikte bir beton da ancak ağır agregaların kullanılması ile elde edilir. Ağır agregaların özgül ağırlıkları 2.8 gr/cm 3 'den büyüktür. Tuvenan Agregalar Agrega ocağından veya konkasörden elde edilerek, boy sınıflarına ayrılmadan, olduğu gibi kullanılan doğal karışık agregaya denir.

Yüksek Sıcaklığa Dayanıklı Agregalar Bazı fabrikalarda strüktür malzeme olarak kullanılan beton devamlı yüksek sıcaklığa maruz kalmaktadır. Böyle bir durumda, betonun çatlamaması ve sahip olduğu özellikleri kaybetmemesi gerekir. Betonun böyle bir özelliğe sahip olması büyük ölçüde üretimde kullanılan agregaya bağlıdır. Beton 300 o C'ye kadar bir sıcaklık etkisinde kalacak ise ağır agrega kullanılması yeterlidir. Sıcaklık derecesi 300-800 o C arasında ise fazla pişirilmiş kil agreganın yerini almalıdır. Sıcaklık 1300 o C'yi aştığı zaman sıcaklığa dayanıklılığı bilinen şu agregaların kullanılması zorunluluğu vardır. Bunlar; Siliminat (Al 2 SlO 3 ), Alüminat (Al 2 O 3 ) ve Kromit (FeCr 2 O 4 )'tir. Bu son durumda, yüksek sıcaklığa dayanıklı bir bağlayıcı madde olan alüminli çimento kullanılmalıdır.

Hafif Agregalar Hafif agregalar ile daha ziyade içinde fazla boşluk bulunması sebebiyle birim ağırlığı düşük agrega olarak anlaşılmaktadır. Bu tür agrega kullanılmasının da amacı kolaylıkla anlaşılacağı gibi hafif beton elde etmektir. Beton üretiminde kullanılan hafif mineral (organik kökene sahip olmayan) agregalar doğal ve yapay olmak üzere ikiye ayrılır. Hafif agregaları özgül ağırlıkları 2.4 gr/cm 3 'den küçüktür. Doğal Hafif Agregalar Doğal hafif agregalar içinde en önemlisi volkanik bir kökene sahip olan sünger taşıdır. Bu taşın çok fazla boşluklu bir yapıya sahip olmasından dolayı bunların parçalanmasından meydana gelen agregaların düşük bir özgül ağırlığı (1.6 kg/dm 3 ) ve düşük bir birim ağırlığa (0.75 kg/dm 3 ) sahiptir. Bu agrega tanelerinin boyları da genel olarak 20 mm.nin altındadır.

Yapay Hafif Agregalar Yapay agregalar, beton üretimi ile doğrudan ilgisi bulunmayan bir endüstri kolunda yan ürün olarak ortaya çıkan malzemelerden üretilen agregalar veya bir malzemeye ısıl işlem uygulanarak beton yapımı için uygun duruma getirilen agregalardır. Yapay agregaları da iki guruba ayırmak mümkündür. Birisi, bazı özel yapılı doğal malzemesi ısıl işleme maruz bırakılarak genişlemesini sağlamak suretiyle meydana getirilen agregalar. Bunların içinde perlit, vernikülit ve genişlemesi sağlanmış kil veya şist yer almaktadır. İkincisi ise, marfer (maden kömürünün yanmasından geri kalan bakiye) artık tuğla ve kiremit kırığı, letiye, yapı yıkıntısı dibi kalıntı malzemelerdir. Bu gruba giren diğer iki malzeme perlit ve vernikülittir. Her ikisi de volkanik kökene sahiptir ve bir miktar kombine su beraberinde bulundurur.