ÇİMENTO FİZİKSEL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİ 1) Çimento yoğunluk deneyi (TS EN 196-3): Amacı: Birim hacimdeki çimento ağırlığının bulunmasıdır. Çimentoların yoğunluğu tiplerine göre değişir. Normal portland çimentosunun yoğunluğu 3.10-3.15 gr/cm 3 arasında, katkılı (traslı ve cüruflu) çimentolarda ise 2.90 gr/cm 3 civarındadır. Çimentolarda yoğunluk deneyi : Le Chatelier yöntemi Piknometre yöntemi olmak üzere iki şekilde yapılabilmektedir. Hata oranının az ve daha doğru sonuçlar verdiği için genelde Le Chatelier yöntemi kullanılmaktadır. Çimentonun yoğunluğu, Le Chatelier yönteminde Le Chatelier balonu adı verilen özel bir cam kap içinde çimento ile reaksiyona girmeyen gazyağı, terebentin, neft v.b. sıvı malzemeler kullanılarak belirlenir. 1 Le Chatelier balonu 2 Deneyin yapılışı: Le Chatelier balonu alt haznesi üzerindeki 0-10mm arasında taksimatlı bölümdeki bir seviyeye kadar gazyağı, mazot veya neft ile doldurulur. Cam Balon, 20±2 C olan ve sıcaklığı deney süresince 0,2 C den fazla değişmeyen bir su banyosuna daldırılır. Balon içindeki sıvı banyo sıcaklığına gelene kadar beklenir. Bekleme süresi, balon içindeki sıvı seviyesinin sabitlendiği zamana kadardır. Sabit seviyeyi bulunca değişen hacim okunur. Hacim değişmesi sıfırın altına düşerse pipet ile sıvı ilave edilir ve hacmi okunur. (V 1 ) Etüvde 105 o C de2 saat sabit ağırlığa gelene kadar kurutulan 64 gr çimento numunesi, kuru bir cam huni yardımıyla yavaş yavaş ve dikkatle balon içine aktarılır. Numune doldurulurken balon hafifçe çalkalanarak ve döndürülerek çimento balonunun kenarlarına yapışması önlenir. Cam balonun kapağı kapatılarak balon kendi ekseni etrafında döndürülerek hava kabarcıklarının sıvı yüzüne çıkması sağlanır. Cam balon tekrar su banyosuna konarak aynı sıcaklığa gelmesine ve sıvı seviyesinin sabitlenmesine kadar beklenir. Sabit seviyeyi bulana kadar her 10 dakikada bir seviyeye bakarak değişim gözlenmelidir. Sabit seviye bulunduktan sonra hacim tekrar okunarak (V 2 ) kaydedilir. İlk son seviye ölçümleri arasındaki fark çimento ile yerdeğiştiren sıvının hacmini vermektedir. Buna göre: γ= m / (v 2 -v 1 ) γ = Çimentonun yoğunluğu, (g/cm 3 ) m = Çimento kütlesi= 64 gr V 1 = İlk okunan hacim (cm 3 ) V 2 = Son okunan hacim (cm 3 ) 3 4 1
2) Özgül yüzey alanı (Blain cihazı) deneyi (TS EN 196-6): Bu deneyin amacı, sıkıştırılmış bir çimentodan geçen sabit hava miktarının geçiş süresine bağlı olarak çimentonun özgül yüzey alanının bulunmasıdır. Özgül yüzeyin tayini özellikle öğütme işleminin uygunluğunu kontrol etmekte kullanılır. Bu deney metodunda özgül yüzeyi bilinen bir numune (ince kuvars kumu) ile cihazın kalibre edilmesi gerektiği için mukayeseli bir yöntemdir. Blain cihazı S = Özgül yüzey alanı, cm 2 /gr t = zaman, sn K = Alet kalibrasyon sabiti D = Referans numune yoğunluğu, gr/cm 3 5 3) Priz sürelerinin tayini (TS EN 196-3): Amaç: Çimentoların priz başlangıç ve bitiş sürelerini belirlemektir. Vicat adı verilen cihaz ile belirlenir. Normal kıvamdaki standart çimento hamuru, 500gr çimento ve %25-%30 oranında su karışımından hazırlanır. Çimentonun su ile karışım başlangıç zamanı kaydedilir. Vicat cihazındaki iğnenin vicat halkası alt yüzeyine göre okuma göstergesinin sıfır kalibrasyonu yapılır. Hazırlanan karışım Vicat halkasına serbest şekilde herhangi bir sıkıştırma işlemi yapmadan düzgün bir şekilde yerleştirilir. Vicat iğnesi denilen standart bir iğne kendi ağırlığı ile hamur üzerine serbest düşürülerek göstergeden batma miktarı ölçülür. Başlangıç zamanına göre yaklaşık 50 dakikadan sonra her 5 dakikada batma miktarları belirlenir. Önceleri çok batan iğne, sonraları çok az batar ve belirli süre sonra hiç batmaz. 6 Başlangıç zamanına göre yaklaşık 8 saat sonra her 15 dakika batma miktarları ölçülür. İğne en çok halkanın üst yüzeyine göre en çok 1 mm battığı zaman ise priz sona ermiştir. Geçen zaman priz sona erme süresi olarak kabul edilir. Çimento hamuruna batan iğne cam levhaya 4±1 mm uzakta kaldığı an priz başlamış demektir. Geçen süre en yakın 5 dakikaya yuvarlatılarak priz başlangıç süresi olarak kabul edilir. 7 8 2
4) Çimento Tane büyüklüğü tayini (eleme metodu) deneyi (TS EN 196-6): Eleme metodu yalnız iri çimento taneciklerinin oranının belirlenmesi için kullanılır. Isıya dayanıklı bir kap içinde alınan 150-200 gram çimento 105±5 ºC ayarlanmış etüv fırınında yaklaşık iki saat kurutulur. Etüvden çıkartılan numune, soğuması için desikatör cihazı içinde yaklaşık 30 dakika bekletilir. Kurutulan numuneden alınan 100 gr çimento 90 mikronluk elekten 15 dakika boyunca elenerek elek üstünde kalan miktar belirlenir (m 1 ). 90 mikron elek üstü malzeme (m 1 ) göz açıklığı 200 mikron olan elekte 5 dakika elenir. Elek üstünde kalan miktar belirlenir (m 2 ). Bu miktarlara göre: 90 mikron elek üstü malzeme miktarı (%) = (m 1 /100)x100 200 mikron elek üstü malzeme miktarı (%) = (m 2 /100)x100 9 Elde edilen değerlerin standarda göre: 200 mikronluk eleğin üstünde kalan malzeme miktarı toplam malzemenin % 1 ini geçmemelidir. 90 mikronluk eleğin üstünde kalan malzeme miktarı toplam malzemenin % 14 ünü geçmemelidir. Otomatik elek sarsma cihazı 10 5) Çimento Hacim sabitliği (genleşmesi) deneyi (TS EN 196-3): Çimentolarda serbest MgO ve CaO in belirli bir değerin üstünde bulunması zararlıdır. Çünkü bu bileşeneler su ile yaptığı reaksiyon sonunda önemli derecede hacim artmasına neden olarak betonda çatlamalara yol açabilir. Hacim genleşmesi deneyi sertleşmiş çimento hamurunun katılaştıktan sonra hacminin bu gibi zararlı bileşenler nedeniyle sabit kalıp kalmayacağını belirlemek için yapılır. Sönmemiş kireç (CaO) ve magnezinin (MgO) çimento içinde zarar oluşturabilecek miktarda bulunup bulunmadığı, pratik bir deney olan Le Chatelier (Genleşme) deneyi ile belirlenmektedir. Bu deneyde kullanılan Le Chatelier aleti, 30 mm çaplı yarık bir silindir ve yarık kenarlara bağlı 150 mm uzunluğundaki çubuk uçlardan oluşmaktadır. Le Chatelier cihazı: Deneyin yapılışı: Standart kıvamda hazırlanan çimento hamuru (100gr çimento ve %24-%35 su) altına cam konulan vicat kalıbının içine doldurulur. Doldurma sırasında çubuk uçları bağlanır. 11 12 3
Üst yüzey düzeltildikten sonra, cam levha ile kapatılır ve üstüne bir ağırlık konur. 24±0.5 saat (20 ± 1) o C de kalıpla birlikte su banyosunda (veya 20 C, %98 bağıl nem ortamında) tutulduktan sonra çubuk iki ucu arasındaki uzaklık ölçülür (a). Sonra kalıp (30 ± 5) dakika içinde kaynama sıcaklığına kadar ısıtılır ve su banyosu kaynama sıcaklığında (3 saat ± 5 dakika) bekletilir. Kaynama süresi sonunda gösterge uçları arasındaki uzaklık ölçülür (b). Daha sonra kalıbın 20±2 C a kadar soğuması sağlandıktan sonra çubukların iki ucu arasındaki uzaklık tekrar ölçülür (c). Toplam hacim genleşmesi: c a farkından belirlenir. c - a 10 mm olması istenir. 13 4) Çimento basınç ve eğilme dayanımı deneyi (TS EN 196-1): Çimentonun basınç ve eğilme dayanımlarının belirlenmesinde deneyler çimento hamuru üzerinde gerçekleştirilmez. Bu amaçla hazırlanmış çimentoya kum karıştırılarak hazırlanan harç üzerinde basınç ve eğilme deneyleri uygulanır. Çimentoların basınç dayanımları standartlara uygun üretilen harç numuneler üzerinde tayin edilmektedir. T TS EN 196-1 de belirtilen Rilemyöntemine göre hazırlanan harç karışımları prizmatik kalıplara yerleştirilmekte, önce eğilme daha sonra da basınç dayanımı deneyine tabi tutulmaktadır. Amerikan standartlarında ise 5cm lik küp numuneler üzerinde doğrudan basınç dayanımı deneyi uygulanmaktadır. Bu yönteme göre standart çimento harcı ağırlıkça, 1 kısım çimento, 3 kısım kum 1/2 kısım sudan oluşmaktadır. Su/çimento oranı=0.5 olarak 14 alınmaktadır. Harcın hazırlanmasında özellikleri standartta belirtilen Rilem (CEN) Standart Kumu kullanılmaktadır. CEN standard kumu, yuvarlak tanecikli ve silisyum dioksit miktarı en az % 98 olan doğal silis kumudur. Çimento harcının hazırlanması: Üç adet prizma (4x4x16cm) boyutunda çimento harç numunesi için karışım miktarları: 450gr çimento, 1350gr Rilemkumu 225gr su 15 Harcın karıştırılması: Karıştırma kabına su konur ve çimento eklenir. Karıştırıcıda düşük hızda çimento ve su 30 sn karıştırılır. 30 sn içinde kum sürekli olarak ilave edilir. Karıştırıcı yüksek hıza ayarlanır ve karıştırmaya 30 sn daha devam edilir. Karıştırıcı 1 dakika 30 saniye sonra durdurulur. Kabın çeperlerine ve alt kısmına yapışmış olan harç sıyırılır ve kabın ortasına konur. Karıştırmaya yüksek hızda 60 saniye daha devam edildikten sonra çimento harcı hazırlanmış olur. Kalıpların doldurulması: Sarsma tablasına yerleştirilen kalıplar hazırlanan harç ile iki tabaka halinde doldurulur. Her tabaka sarsma cihazı ile 60 düşü yapılmak suretiyle kalıba yerleştirilir ve kalıpların yüzeyi düzeltilir. Kalıplar 24 saat sonra söküldükten sonra numuneler 20 o Ckür 16 havuzuna (su içine) dayanım kazanması için bırakılır. 4
Çimento harç üretiminde kullanılan cihazlar ve kalıplar: 17 Dayanım deneyleri için numune yaşları: Su içerisinde sertleşen çimento harç numunelerin yaşları, çimento ve suyun karıştırıldığı andan itibaren hesaplanır. Farklı yaşlarda dayanım deneyleri uygulanabilir. 24 saat ±15 dakika 48 saat ±30 dakika 72 saat ±45 dakika 7 gün ±2 saat 28 gün ± 8 saat Çimento dayanım sınıfının uygunluğu, 28 günlük çimento harç numunelerinde yapılan basınç deneyi sonucuna göre belirlenir. Eğilme dayanımı deneyi (TS EN 196-1): Belirli yaştaki (28 gün) harç numunelerde maksimum eğilme yüküne göre eğilme dayanımı belirlemek amacıyla yapılır. Eğilme deneyi, tek (orta) noktadan yükleme yöntemi ile yapılmaktadır. 18 Tek (orta) noktadan yükleme yöntemi: Eğilme deneyinde 4x4x16cm boyutlu numuneye 50N/mm 2 hızında olacak şekilde yükleme yapılır. Deney sonunda numunenin taşıyabileceği maksimum eğilme yükü belirlenir. Bu değere göre: Numune yerleşimi Eğilme yükü altındaki kırılma şekli 19 Basınç dayanımı deneyi (TS EN 196-1): Deneyde amaç maksimum basınç dayanımının belirlenmesidir. Eğilme deneyinde iki parçaya ayrılan numuneler düzgün yan yüzeylerinden yüklenmesi suretiyle deneye tabi tutulur. Yük (2400 ± 200) N/s hızında olmak üzere düzgün şekilde prizma kırılana kadar arttırılır. 20 5
Harç numunelerde basınç deneyi çerçevesi ve uygulaması: Deney sonucunda harç numunenin taşıyabileceği maksimum basınç yükü belirlenir. Bu değere göre: AGREGA YAPI MALZEMESİ Giriş: Yapay taş (harç, beton) 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. 21 22 Agrega: Doğal taşların, çeşitli atmosfer etkileri veya mekanik kırıcılar ile ufalanmış/parçalanmış şekline veya yapay olarak üretilen taneli malzemelere denir. Mineral kökenli, değişik boyutlu ve sert tanelerden oluşurlar. ASTM ye göre agrega; Harç veya beton üretmek amacıyla bir bağlayıcı madde ile veya karayolları temel tabakaları, demiryolu balastlarında vb. işlerde kullanılan kum, çakıl, cüruf ve kırmataş gibi mineral bileşimli granüler (taneli) bir malzeme olarak tanımlanmaktadır. Agreganın betonda kullanımı Agreganın karayollarında kullanımı 23 Agregalar en önemli yapı malzemelerinden olan betonun hacimce %60-%80 ini, bitümlü yol kaplamalarının hacimce %75-85 ini oluşturmaktadırlar. Agregalar, çimento bağlayıcılıtaşıyıcı 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. 24 6
Agregalar genel olarak: 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 şeklinde sınıflandırılabilir. Kaynaklarına göre agregalar: a) Doğalagregalar: Doğalagregalar, dereler, eskidere yataklarından oluşanocaklar, deniz ve göl kenarları, taş ocakları gibi doğal kaynaklardan elde edildikten sonra konkasörde kırma, eleklerden elenerek değişik tane boyutu sınıflarınaayırmave yıkamaişlemleridışında, doğadaki yapılarında değişiklik oluşturacak hiçbir işlem uygulanmamış olan agregalardır. 25 Bu işlemler yapılmadan doğrudan kullanılabilecek doğal agregalarda bulunmaktadır. İşlenmeden kullanılan doğal malzemenin incesine kum, kabasına çakıl adı verilmektedir. Doğal agrega mineral kökenli değişik boyutların karışımı halinde bulunabilir. Doğada bulundukları yerlerden çıkarıldıktan sonra olduğu gibiince ve iri agrega karışımıolarakkullanılan malzemeye tuvenan agrega denilir. Genelde dolgu malzemesi olarak kullanılır. Bu tür agrega genellikle basit işlerdeki betonların üretiminde ve dolgu malzemesi olarak kullanılmaktadır. Kum, çakıl, kırmataş en tipik ve en çok kullanılan doğal agregalardır. Ponza taşı ve bims 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. 26 Doğal agrega (çakıl) Doğal ve işlenmiş (kırmataş) doğal agrega Doğal agregalardan olan deniz kumu temiz ve homojen olmasınarağmen içindeki tuz nedeniyle çelik donatıda paslanmaya neden olduğu için zararlıdır. Ayrıca tuz, rutubeti çektiğinden, tuzlu kum kullanılan yapıların nemli olmasına yol açar. 27 Deniz kumlarında ayrıca midye, istiridye kabukları vb. kalıntılar betonun yerleşmesini güçleştirir, düşük dayanımlı taneler oluşturur. 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 kırılarakboyutsalolarakküçültülmektedir. Kırılmış ürün, istenilen agrega boyutlarının elde edilmesi için eleklerden geçirilmektedir. 28 7
Kırma işlemi, beton karışımlarına daha uygun hale getirmek amacıylayuvarlak taneleri daha köşeli hale getirmek suretiyle tane şeklini, tane boyut aralığını ve dağılımını iyileştirmektedir. Mıcır adı da verilen kırmatas agregalar genelde: Kaba veya iri(>4-5 mm) İnce (4mm-63 μm) Mineral filler (< 63 μm) olmak üzere üç boyutta üretilir. c) Yapay Agregalar: Beton üretimi ile doğrudan ilgisi bulunmayan bir endüstri kolunda yan ürün veya atık olarak ortaya çıkan malzemelerden veya doğal bazı malzemelere (agregalara) ısıl işlem uygulayarak üretilen agregalardır. Genel olarak ısıl işlem sonucu üretilen hafif ağırlıklı agregalar hafif beton üretiminde tercih edilmektedir. Yapay agregalar arasında en çok kullanılanlar: Yüksek fırın cürufu, genleştirilmiş kil agregası, uçucu kül agregası ve genleştirilmiş perlit. İri (15-25mm) İri (5-15mm) İnce (0-5mm) Filler, Taşunu 29 Genleştirilmiş Kil Cüruf 30 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. Betonun istenilen fiziksel ve mekanik özellikleri sahip olabilmesini 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 Bunlardan bazıları, beton karışımının içerisinde yer alacak malzeme oranlarının hesaplanmasında (beton karışım hesapları) kullanılmaktadır. 31 32 8
Karışım hesaplarında kullanılan agrega özellikler: Granülometri (gradasyon, tane çapı dağılımı) Maksimum tane çapı (büyüklüğü) Tane şekli ve tane boyutu aralığı Su emme kapasitesi Mevcut su miktarı Agrega özellikleri betonun özelliklerini etkilediği gibi beton karışımında yer alacak malzeme miktarlarını ve dolayısıyla betonun ekonomikliğini de etkilemektedir. Beton agregası olarak istenmeyen 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) Çimento ile alkali-agrega reaksiyonuna neden olan kayaçlar. 33 Agregaların tane boyutuna göre sınıflandırma: Agregaları boyutlarına göre ince agrega (kum), iri agrega (çakıl) ve tuvenan (karışık) agrega olmak üzere üç sınıfa ayırılabilir. Normal beton agregaları, 63µ-31.5mm arası tane boyutu içerir. Ancak kütle betonlarında (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 ve çimento hamuru arasındaki aderansı zayıflattığı için agregada belirli bir oranın üzerinde bulunması 34 istenmez. Agrega tanelerinin şekil ve biçimleri: Agrega tanelerinin şekil ve biçimleri: Taze betonun işlenebilme özelliğini Su ihtiyacını Agrega granülometrisini Karışımında kullanılan çimento hamuru miktarını etkilemektedir. Agregalar tane şekillerine göre farklı geometrilerde olabilmektedir. a) Uzun agregalar b) Yassı agregalar c) Köşeli agregalar d) Yuvarlak agregalar 35 Tane şekillerine/biçimlerine göre agregalar 36 9
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 agregalar taneler arasındaki boşluğu artırır, betonun işlenebilme özelliğini azaltır. Ayrıca kusurlu agregalar genellikle kolay kırılır. Taneleri küresel şekilde veya küresel şekle yakın olan agregalar, yuvarlak agrega olarak tanımlanmaktadır. Derelerden, eski dere yataklarından oluşan ocaklardan, çöllerden elde edilen çakıllar genellikle bu şekildedir. Kırmataş agregalarda olduğu gibi, tanelerin yüzeyinde kırılma işlemi nedeniyle çıkıntılar (köşeler) bulunan agrega köşeli agrega olarak tanımlanmaktadır. Aynı işlenebilirlik seviyesine ulaşmak için yuvarlak veya kübik tanecikler içeren agrega da yüzey alanının hacme oranı daha düşük olmakta ve yassı uzun agregalara oranla daha az çimento hamuru gerektirmektedir. Yassı veya uzun agregalarda ise tane yüzey alanının hacmine oranı oldukça büyüktür. Dolayısıyla agrega tanelerinin yüzeyini kaplamak için oldukça fazla çimento hamuruna ihtiyaç duyulur. 37 38 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 kullanmak gerekir. Çakıl taneleri 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. Agregalar yüzey özelliklerine göre: Agregalar yüzey özelliklerine göre: a) Düzgün yüzeyli b) Pürüzlü olarak tanımlanabilir. 39 Düzgün yüzeyli Pürüzlü Agregaların yüzey özellikleri de (pürüzlülüğü) sertleşmiş betonun davranışında önemli etkileri vardır. 40 10
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. Köşeli agregalar, taneler arasındaki boşluğun artmasına neden olmaktadır. Bu boşluklar karışımdaki ince malzeme oranının artırılması ile azaltılabilmektedir. 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 gelmektedir. Agregada mevcut nem durumu: Agregadaki nem tanelerin birbirleri arasındaki sürtünmesini etkilediği için birim ağırlığın değişmesine sebep olur. Harç ve betondaki karışım suyunun bir kısmının agregadaki mevcut boşluklara girerek azalmaması için agreganın belli bir düzeyde nemli olması gerekir. Genel olarakagrega tanelerinde ikitip boşlukbulunmaktadır. a) Tane yüzeylerinde ince çatlaklar olarak oluşan veya tane içerisinde olup da yüzeydeki boşluklarla bağlantılı olan su geçiren boşluklardır. b) Agreganın oluşmasıesnasında meydana gelmiş olankapalı, içerisine kolaylıkla su giremeyen boşluklardır. Bu tip boşluklara su geçirmeyen boşluklarda denir. 41 42 Agrega tanelerinin ıslanma-kuruma veya kuruma durumlarına bağlı olarak içerisindeki su miktarlarına göre; a) Tamamen kuru: Agrega bünyesinde su geçiren boşluklarda hiç suolmaması 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: Agreganın yüzeyinin kuru olmasına rağmen sugeçiren boşluklarıntamamı su iledoluolması durumudur. d) Islak: Agreganın su geçiren boşlukları su ile tamamen dolu ve agrega yüzeyi su filmiyle(tabakasıyla) kaplıolmasıdurumudur. Beton üretiminde kullanılacak agrega doygun kuru yüzey durumda olmalıdır. Eğer taneler kuru veya yarı kuru halde ise kullanılan suyun bir kısmı tanelerdeki boşluklara girecek, taze 43 betonda gereğinden az miktarda su kalacaktır. Bu sakıncalı durumu ortadan kaldırmak için, agreganın su miktarının (su emme kapasitesi) belirlenip, agregaların kuru yüzey-doygun duruma getirilinceye kadar ıslatılması veya agregadaki nem durumuna göre karışımda kullanılacak su miktarı ile ilgili düzeltmeler yapılması gerekmektedir. Değişik nem oranındaki granit agregası: 44 11
Agrega Granülometrisi(tane çapı dağılımı, gradasyonu) Granülometri bileşimi, agrega içinde boyutları belirli sınırlar arasında kalan tanelerin ne oranlarda bulunduğunu tanımlar. Belirli bir hacimdeki betonun kompasitesinin(doluluk oranı) yüksek olmasının sağlanabilmesi ve agrega karışım oranlarının belirlenebilmesi için agreganın tane boyutu dağılımının (granülometrisinin) belirlenmesi gerekir. Agreganın granülometrisinin, betonun işlenebilirlik, dayanım ve dayanıklılık özellikleri üzerinde olumlu veya olumsuz etkileri olabilmektedir. Çimentonun beton karışımı içindeki en pahalı bileşen olması nedeniyle gerekli işlenebilirlik, dayanım ve kalıcılık (durabilite) özelliklerinin sağlanması koşulu ile çimento hamuru gereksiniminin en aza indirilmesi gerekmektedir. İşlenebilir bir beton için gerekli olan çimento hamuru miktarını etkileyen faktörler: 45 Agrega taneleri arasındaki doldurulması gereken boşluk miktarı (agreganın granülometrisi) Çimento hamuru ile sarılması gereken agrega toplam yüzey alanı Agreganın maksimum tane boyutu Beton veya harç karışımlarında uygun granülometri; Taze betonun karılması, taşınması ve yerleştirilmesi işlemlerinde iri agrega ve çimento hamurunun ayrışmasına (segregasyon) neden olmayan, Homojen tane dağılımı sağlayan, Taze betonun istenilen işlenebilirlikdüzeyinde ve yoğunlukta olmasını sağlayan agrega tane boyutu dağılımıdır. Taneli malzemede birim hacimdeki agrega hacmini artırmak (agregalar arasındaki boşlukları azaltmak) için çeşitli boyutlardaki (çaplardaki) tanelerin beraber kullanılması gerekmektedir. 46 Bu durumda en iri tanelerin aralarındaki boşlukları ince taneler, ince tanelerin aralarındaki boşlukları daha ince taneler doldurur. Böylece granülometri bileşimi uygun agrega kullanılması ile kullanılacak çimento hamuru miktarı azalmaktadır. Farklı granülometriye sahip agrega karışımları: Agrega tane boyutu dağılımı taze betonun işlenebilme özelliğini doğrudan etkilemektedir. Karışımlarda kullanılan tane boyutu dağılımı uygun olmadığında yeterli işlenebilirliğisağlamak için daha fazla su gereksinimi ortaya çıkmakta ve bu da karışımdan (betondan) beklenen performansın alınamamasına neden olmaktadır. Agreganın maksimum tane boyutunun etkisi: Agreganın maksimum tane çapı büyüdükçe, taneler arası boşlukların ve agrega yüzey alanları toplamının azalması nedeniyle karışımda kullanılacak su ve çimento hamuru miktarı (hacmi) azalacaktır. Böylece katılaşma sonrası çimento hamurunda oluşan büzülmeler daha az olacaktır. Kullanılan su miktarının azalması ise sertleşme sonrası boşluk oluşturan ihtiyaç fazlası su miktarını azaltacağı için betonun dayanım ve durabilitesinin artmasına neden olacaktır. 47 48 12
Agrega granülometri bileşiminin (eğrisinin) belirlenmesi: Agreganın granülometri bileşimi, granülometri eğrileri yardımıyla ifade edilmektedir. Agrega granülometri eğrileri ve maksimum tane boyutu elek analizi deneyi ile belirlenmektedir. Standartlarda belirtilen (TS EN 933-2) kare delikli eleklerden geçirilerek elde edilen elekten geçen agrega yüzdeleri ve elek çapları (boyutları) kullanılarak granülometri eğrileri elde edilir. Agregaların granülometri eğrileri, sürekli ve kesik olmak üzere ikişekilde olabilmektedir. a) Sürekli Granülometri Eğrisi: Tane boyutu sıfırdan belirli bir büyüklüğe kadar bütün taneleri içeren agreganın, kümülatif (yığışımlı) geçen malzeme yüzdesi ile elde edilen sürekli formdaki eğridir. b) KesikGranülometri Eğrisi: Belirli tane boyutu aralığını içermeyen agregalara ait kesikli formdaki granülometri eğrisidir. Kesikli granülometri elde etmek için, boyutsal olarak en az iki tane agrega sınıfı karıştırılmalıdır. 49 50 Granülometri eğrisinin özellikleri: Eğri kırık çizgilerden oluşur. Eğri daima artan bir eğri formundadır. Bazı durumlarda yatay çizgiler oluşabilir. Birbirini izleyen iki göz boyutuna karşıt gelen ordinatların farkı, bu iki elek arasında kalan malzeme miktarını (% olarak) verir. Yatay çizgi durumunda bu farkın sıfır olması ise iki elek boyutu arasında tanenin olmadığını ifade eder. Eğri % 100 eksenine yaklaşması agreganın ince taneli, %0 eksenine yaklaşması ise iri taneli olduğu anlamına gelir. Granülometri eğrisindeki yüzde değerleri "mutlak hacim" oranlarıdır. Tüm tanelerin yoğunlukları aynı olduğu takdirde bu yüzdeleri "ağırlık" oranı olarak da kabul etmek mümkündür. 51 13