Agrega/agrega karışımı incelik modülü: Abrams, incelik modülü (Im) ile agrega granülometrisini bir formülle tek bir değere dönüştürmüş ve betonda su miktarının hesaplanmasında kıvam yanında bu faktörden de yararlanmıştır. İncelik modülü agrega granülometri eğrisini sayısal olarak ifade eden bir büyüklüktür. Ganülometri eğrisi ile %100 doğrusu arasında kalan alanla orantılıdır. Bu alan ne kadar küçükse, eğri %100 doğrusuna o kadar yakındır ve agrega ince tanelidir. İncelik modülünün küçük olması karışımda ince agrega oranının fazla olduğu, büyük olması ise iri agrega oranının fazla olduğu anlamına gelir. P = Her bir elekten geçen kümülatif malzeme miktarı, % 1 Uygun (ideal) granülometri eğrileri: İdeal granülometri, taze betonun karıştırılması, taşınması, yerine serilmesi ve sıkıştırılması işlemleri boyunca segregasyona uğramadan istenilen işlenebilmenin ve yoğunluğun elde edilmesini sağlayacak olan agrega tane boyutu dağılımı olarak tanımlanabilir. Agrega karışımında ince agrega oranı artarsa; toplam agrega yüzey alanı ve bu yüzeyleri ıslatmak için gerekli su miktarı artmaktadır. Bu durumda belirli bir işlenebilirlik için fazla olan ıslatma suyu beton sertleştikten sonra buharlaşır ve yeri boş kalır. Beton kütlesinde bu fazla su nedeniyle oluşan boşluk betonun dayanımını düşürür, geçirimliliği artırır. Bu nedenle agrega granülometrisinde ince agreganın fazla oranda olmaması gerekir. Karışımda ince agreganın yeterli oranda olmaması durumunda işlenebilirliğin zorlaşması ile taneler arası boşluklar artarak dayanımda azalma meydana gelmektedir. 2 Ayrıca yeterli ince agrega olmaması, karışımdaki karma suyunun bir kısmı yüzeye doğru hareket ederek betonun yüzeyinde ince bir su tabakası meydana gelmesine neden olur. Bu olaya taze betonda terleme denir. Bu durum yüzeye yakın betonun sertleşme sonrasında fazla su nedeniyle dayanımının azalmasına ve geçirimliliğinin artmasına neden olur. Agrega karışımında iri agrega oranı artarsa; toplam agrega yüzey alanı ve bu yüzeyleri ıslatmak için gerekli su miktarı azalır. Ancak işlebilme zorluğu nedeniyle taneler arasındaki boşluklar artar. Bu durumda boşluk oranındaki artış beton dayanımını ve durabilitesini azaltır. Bu nedenle iri agreganın da fazla oranda olmaması gerekir. Karışımda iri agreganın yeterli oranda olmaması durumunda taneler arası boşluk artacağından dayanım azalır. Agrega karışımında uygun granülometri eğrilerinin amaçları: a) En yüksek kompasite sağlamak: Agregaların farklı boyutlarda uygun oranlarda kullanılması sonucunda taneler arasındaki boşluklar minimuma indirilerek en yüksek doluluk oranı sağlanmış olur. Böylece daha küçük çaptaki boşlukları daha az çimento hamuru ile doldurmak mümkün olur. b) En az su miktarı ile kalıba iyi yerleştirilebilecek kıvamı sağlamak: Agrega karışımının toplam özgül yüzey alanı küçüldükçe (tane boyutu/iri agrega oranı artıkça) bu yüzeyleri ıslatmak için daha az suya ve taneleri bağlamak içinde daha az çimento hamuruna ihtiyaç duyulacaktır. Bu durum yeterli işlenebilirliği sağlamak koşuluyla maksimum oranda iri agrega kullanılması ile elde edilebilmektedir. 3 4 1
c) Taze betonda ayrışmayı (segregasyon) önlemek ve yeterli kohezyonu (yapışkanlığı) sağlamak; Granülometri belirlenirken, taze betonun taşınma ve yerleştirme işlemlerinde ayrışmayı önlemek ve kohezyonu sağlamak için yeterli oranda orta ve ince boyutta agreganın kullanılması gerekmektedir. d) Taze betonun iyi ve kolay yerleşmesini sağlamak: Taze beton kalıba yerleştirilmesi sırasında, iri agrega taneleri kalıbın alt yüzeyine karışım suyu da yüzeye doğru hareket eğilimi gösterir. Karışımda ince agrega yeterli oranda olmaması durumunda taze betonun yerleşimi zorlaşmakta ve iri agreganın hareketi nedeniyle homojen yerleşim sağlanamamaktadır. e) Taze betonda terlemenin azalmasını sağlamak; Granülometri belirlenirken, agrega karışımı içerisinde yeterli oranda ince agrega kullanılırsa, taze betonda yerleştirme sonrasında ince taneler yukarı doğru hareket eden karışım suyunu yüzeylerinde tutarak terlemeyi azaltırlar. Maksimum kompasite ve minimum agrega yüzey alanını sağlayan bir optimum çözüme ulaşmak için yapılan çalışmalar sonucunda standartlarda uygulama kolaylığı yönünden tek bir eğri yerine eğrilerle sınırlandırılmış bölgeler olarak verilmiştir. TS 706 standardında karışım agregası için ideal granülometri eğri bölgeleri, karışımdaki maksimum tane çapına göre tanımlanmıştır. Maksimum tane çapı, betonun yerleşeceği bölgedeki donatı sıklığına, kalıp genişliğine bağlıdır. Betonarme yapılardaki betonda en çok 31.5 mm ye kadar kullanılabilmektedir. Genellikle maksimum tane çapı 16 mm olarak tercih edilir. Yerleştirme problemi olmayan hava alanı ve yol betonlarında maksimum tane çapı 40mm, barajlarda 150mm'ye kadar çıkabilmektedir. 5 6 Dmaks=16mm için ideal granülometri bölgeleri Dmaks=31.5 mm için ideal granülometri bölgeleri B eğrisi= İdeal granülometri, A-B arası=ideal bölge, B-C arası=kullanılabilir bölge A ve C eğrilerinin dışında kalan bölge granülometri bakımıdan kullanılamaz 7 bölgedir. 8 2
Agregada bulunabilecek zararlı madde ve taneler: Agrega içinde bulunabilen zararlı maddeler etkisi, Bağlayıcı maddenin ayrışmasına veya genişlemesine neden olarak betonun parçalanmasına yol açabilmesi, Agrega ile çimento hamuru arasında kuvvetli bir aderansın oluşmasına engel olarak beton dayanımını azaltmasıdır. a) Agregalarda organik maddelerin bulunması: Organik maddeler, zayıf asit karakterindedirler. Agrega içerisindeki bitki artıkları ve humus gibi bazı organik maddeler, çimentonun hidratasyon reaksiyonuna etki eden organik asitleri içerirler. Organik maddelerin zararlı etkisi, çimentoda C-S-H hidrate kristallerin oluşmasına engel olması ile meydana gelir. Bu etkiler; Beton dayanımda çok fazla azalmaya neden olur. Fazla miktarda olması betonun prizini geciktirir. 9 b) Agregalarda kil ve siltin bulunması: Kil ve silt (yıkanabilir maddeler), agrega içinde ince halde dağılmış veya topaklar halinde veya agrega tanelerine yapışık olarak bulunabilirler. Bu maddelerin, 63 mikron (200 nolu) elek üstünde yıkama metoduyla yapılan deney sonucuna göre elde edilen değerlerinin belirli sınırlar içinde olması istenir. 10 Kil, silt ve taşunu tanelerinin fazla miktarda bulunmasının betona etkileri; İri agrega ve çimento hamuru arasındaki aderansı zayıflatırlar. Çimento ile reaksiyona girerek hidratasyonu ve prizi geciktirir. c) Agregalarda sağlam olmayan hafif maddelerin bulunması: Kömür, fosil ve bitkisel taneler normal agregaya oranla hafif olurlar. Bunlar mekanik dayanım yönünden yetersizdirler ve beton içinde bulunmaları istenmez. Agregada aşırı miktarda hafif madde bulunursa dayanımları çok düşük olduğu için betonun dayanımını azaltır. Çimento için zararlı maddeleri içerirler. 11 d) Agregada sülfatların bulunması: Sülfatların agregalar içinde bulunması, bu maddenin çimento ile sülfo-alüminat denilen genişleyen bir tuzun oluşmasına neden olması bakımından zararlıdır. Zamanla büyüyen kristaller şeklinde gelişen bu olay sonucu betonda çatlaklar sonucu bölgesel parçalanmalar meydana gelebilir. Bu nedenle sülfat (S0 3 ) miktarının, ağırlıkça %1 den fazla olmaması istenir. e) Agrega-alkali reaksiyonu oluşturan maddeler: Betonda içsel korozyon denilen bir hasar neden olur. Bu olay, yavaş bir şekilde gelişerek zararlı etkileri beton yapımından bir iki sene sonra ortaya çıkmaktadır. Çimentolar içinde bazı durumlarda hammaddelerinden gelen Na 2 O, K 2 O gibi alkali oksitler bulunabilir. Bu alkali oksitler agrega içinde aktif silis bulunması durumunda bir silikat jeline dönüşürler. Sodyum, potasyum ve kalsiyum silikatı olan bu jel şişme ve genişleme eğilimindedir, betonun hacim sabitliğini bozar ve ağ şeklinde sık çatlaklar meydana getirerek hasara neden olur. 12 3
Agrega Fiziksel Özellikleri: Agregaların başlıca fiziksel özellikleri: Birim ağırlığı, Yoğunluğu, Kompasitesi Boşluk oranı, Agreganın su emme kapasitesi Mevcut rutubet durumu, Donma-çözülme. a) Birim ağırlık: Belirli bir hacimdeki kaba doldurulan agrega tanelerinin toplam ağırlığının kabın hacmine bölünmesiyle elde edilir. Bu hacim, hem agrega tanelerinin hacmini hem de taneler arasındaki boşlukları içermektedir. Birim ağırlık, malzemenin sıkışık veya gevşek olmasına göre değişik değerler alır. Birim ağırlık iki şekilde belirlenebilir: Gevşek birim ağırlık: Etüv kurusu agreganın, gevşek (kürekle serbest şekilde) olarak belirli bir hacimdeki bir kaba boşaltılması ile bulunan birim ağırlık değeridir. 13 14 Sıkışık birim ağırlık: Etüv kurusu agreganın standartlarda belirtilen sıkıştırma işlemi ile belirli bir hacimdeki bir kaba yerleştirilerek bulunan birim ağırlık değeridir. Granülometrisi uygun (minimum boşluklu), kuru, kusurlu malzemesi az, sıkıştırılmış ve yoğunluğu fazla olan agregaların birim ağırlıkları da fazla olur. Yuvarlak ve küresel şekle yakın agregalarda yerleşme daha iyi olduğundan birim ağırlık (1.6 1.8 kg/dm 3 ) yüksek olur. Kırmataş agregalarda ise bu değer (1.3 1.5 kg/dm 3 ) daha düşüktür. Birim ağırlık değerlerine agrega kökeninden daha çok agreganın şekli etkilidir. Birim ağırlık kum için ortalama 1.56 kg/dm 3, çakıl için 1.65 kg/dm 3 'tür. Bu taneler arası boşluğun bir sonucudur. Genel olarak beton agregalarının birim ağırlığı 1,30-1,85 kg/dm 3 arasında değişir. 15 Birim ağırlığa etki eden faktörler: Agreganın granülometrisi: Boşluk miktarı değişmektedir. Boşluk miktarının az olması birim ağırlığını artırır. Agrega tane şekli: Tanelerin yuvarlak veya köşeli olması taneler arası boşluğu ve birim ağırlığı etkilemektedir. Kusurlu malzeme yüzdesi: Yassı malzeme oranıdır. Kusurlu malzemenin fazla miktarda olması boşluğu artırdığından birim ağırlık azalır. Yerleştirme şekli: Agrega, belirli hacimdeki bir kalıba yerleştirilirken sarsıntıya maruz bırakılırsa veya çubukla şişlenirse, boşluk azalacağından birim ağırlığı artırır. Agreganın özgül ağırlığı: Özgül ağırlığı fazla olan agregaların birim ağırlıkları da daha fazladır. Agreganın mevcut su içeriği: Özellikle ince agreganın su içeriği (tamamen kuru, hava kurusu, ıslak olması) birim ağırlığı etkiler. Mevcut su içeriği artıkça birim ağırlık azalır. 16 4
b) Yoğunluk: Agrega tanelerinin toplam ağırlığının, agrega tanelerinin toplam hacmine oranıdır. Yoğunluğun saptanmasındaki zorluk, gerçek boşluksuz katı hacminin bulunmasıdır. Agrega kökeni hakkında bilgi verir ve beton bileşenlerinin kütle olarak miktarlarının hesabında kullanılır. Normal betonda kullanılacak agreganın yoğunluğunun 2.2 2.8 kg/dm 3 arasında olması istenir. Yoğunluklarına göre agregalar: 1) Hafif Agregalar: Betonun yoğunluğunu azaltmak ve betona ses ve ısı yalıtım özelliği kazandırmak amacıyla doğal veya atık maddelerden elde edilen agregalardır. Genellikle gözenekli bir yapıya sahiptirler, su emme ve boşluk oranları yüksektir. Basınç, çarpma ve aşınma dayanımı oldukça düşüktür. Yoğunluğu 2.00 kg/dm 3 den küçük olan agregalardır. 17 Sünger taşı (ponza), volkan tüfleri, diyatomit, yüksek fırın cürufu, ahşap talaşı ve genleştirilmiş kil, genleştirilmiş perlit hafif agregalara örnek olarak verilebilir. 2) Normal agregalar: Yoğunluğu 2.00-2.8 kg/dm 3 arasında olan agregalardır. Agregaların jeolojik kökenleri yoğunluğu etkiler. Silisli agregaların özellikle kuvarslı agregaların yoğunluğu 2.60 kg/dm 3, kalkerli agregaların 2.65 kg/dm 3 civarındadır. Farklı kökenli kütlelerden oluşan agregalarda bu değer genelde 2.55 kg/dm 3-2.80 kg/dm 3 arasında değişmektedir. 3) Ağır agregalar: Yoğunluğu 3.20 kg/dm 3 'den büyük olan agregalardır. Genel olarak nükleer santral ve stratejik (askeri) özellik taşıyan yapılarda ağır beton üretiminde kullanılır. Ağır agregalarla üretilen betonların karıştırılması, yerleştirilmesi ve sıkıştırılması ayrı bir işçilik ister. 18 Doğal ağır agregalar, barit, manyetit, hematit, limonit gibi demir cevherinde elde edilen agregalardır. Yapay ağır agregalara, çelik ve demir talaşı (hurdası) örnek gösterilebilir. 19 5