Agrega
Agrega

 

2.1  AGREGALAR

Betonun mutlak hacminin yaklaşık % 75’ini oluşturan agregalar, mineral kökenli ve 100 mm’ye kadar çeşitli tane büyüklüklerinde kırılmamış veya kırılmış tanelerin yığınıdır.

Agregalar:

·      Kaynaklarına göre, doğal ve yapay olmak üzere iki,

·      Özgül ağırlık veya birim ağırlıklarına göre normal, hafif ve ağır agregalar olmak üzere üç,

·      Tane büyüklüklerine göre ise ince ve iri  agrega olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar.

Doğal agrega, taş ocaklarından, nehirlerden, denizlerden, teraslardan ve göllerden elde edilen kırılmış veya kırılmamış yoğun yapılı agregadır.

Yapay agrega ise yüksek fırın cürufu gibi sanayi ürünü olan kırılmış veya kırılmamış agregalardır.

Yoğunluğu 2000 ile 3000 kg/m3 arasında olan agregalar Normal  agrega, yoğunluğu 2000 kg/m3’den

küçük olanlar hafif agrega, yoğunluğu 3000 kg/m3 den büyük olan agregalarda ağır agrega şeklinde tanımlanır.

Tane büyüklüğü 4 mm’den küçük olan agregalar “ince agrega”, tane büyüklüğü 4 mm’den büyük olan agregalar ise “iri agrega” olarak tanımlanır.

2.1.1.  Agregaların Özellikleri

İyi bir beton üretimi için agregalarda bulunması gereken şartlar şunlardır [1].

1.    Tane dağılımı (granülometrik bileşim) TS 706’nın gereklerini yerine getirmelidir. Boşluksuz bir beton karışımı elde edilmesine elverişli olmalıdır.

2.    Tane şekli kübik olmalıdır. Şekilce kusurlu (yassı ve uzun) taneler içermemelidir.

3.    Tane dayanımı, istenen özellikte bir betonun yapımı için yeterli olmalıdır. Sert, dayanıklı ve boşluksuz olmalıdır. Aşınmaya dayanımlı olmalıdır.

4.    Sık sık donma-çözülme etkisinde kalan betonlar için kullanılan agrega, dona dayanıklı olmalıdır.

5.    Kil, silt, mil ve toz gibi beton dayanımını ve aderansı olumsuz etkileyen zararlı maddeler içermemelidir.

6.    Organik kökenli ve hafif maddeler içermemelidir.

7.    Beton ve betonarmenin durabilitesini olumsuz yönde etkilememelidir. Agregalar sertleşmiş betonda zararlı hacim artışına ve bu nedenle tahribata neden olabilen sülfatlar, donatı korozyonuna neden olabilecek bazı tuzlar ve klorür içermemelidir.

8.    Betonda alkali silika reaksiyonuna neden olabilecek aktif silisleri içermemelidir

2.1.1.1. Agreganın Fiziksel Özellikleri

Agreganın Porozitesi : Agrega tanelerinde bir miktar boşluk bulunması doğaldır. Agrega tanelerindeki boşluk su emme deneyi yapılarak belirlenir. Buna göre kurutulmuş iri agrega tanelerinden W ağırlığında (2-5 kg arasında) malzeme alınarak 24 saat su içinde bırakılır. Bir havlu ile tanelerin yüzeyinden su alınır ve taneler böylelikle kuru yüzey doygun duruma getirilir. Bu tanelerden W1 ağırlığında malzeme alınarak etüvde kurutulur. Kurutulan malzemenin W0 ağırlığı bulunur.

O halde agreganın ağırlıkça su emme miktarı (W1-W0) / W0 ifadesiyle % cinsinden bulunur. Agreganın porozitesi (P) ise, agreganın gr/cm3 cinsinden özgül ağırlığı, W1 ve W0  gr. cinsinden ağırlıklar olduğuna

göre; P=((W1-W0)/W0)*100 olarak ifade edilir.

İri agrega tanelerinin porozitesinin küçük olması ile bu tanelerin mukavemetinin yüksek bir değer alması sağlanır. Mukavemeti yüksek olan taneler kullanılarak üretilen betonların mekanik mukavemeti de artırılabilir [2].

Agrega - Su Bağıntısı: Agreganın emdiği su miktarı tanelerin kökenine, yapısına ve granülometri bileşimine bağlıdır. Agrega taneleri arasındaki boşluklarda su dört şekilde bulunur [3].

a)   Tamamen kuru taneler: Agrega tanelerinde herhangi bir şekilde hiç su bulunmamaktadır.

b)   Kuru yüzeyli taneler: Tanelerin içindeki boşluğun bir kısmı su ile doludur, fakat tanenin yüzeyi tamamen doludur.

c)    Kuru yüzeyli doygun taneler: Tanelerin boşluklarının su ile dolması ve yüzeyinin tamamen kuru olması halidir. (YKSD)

d)    Islak taneler: Agregadaki boşluklar su ile dolu olduğu gibi yüzeyde de su vardır.


Agregadaki su miktarı agreganın birim ağırlığına, hatta özgül ağırlığına da etki eder. Birim ve özgül ağırlık doygun kuru yüzey hal için verilir. Agregada boşlukların fazla olması agreganın donma ve çevre etkilerine karşı dayanıklılığını azaltır. Agrega su emme yüzdesinin limiti kum ve çakıl için % 1’dir. Su emme yüzdesi yüksek olan agreganın betonda kullanılması beton dayanımını ve dayanıklılığını azaltır.

Agregaların birim ağırlığı, özgül ağırlığı ve kompasitesi ;

Birim Ağırlık: Belirli bir hacmi dolduran agreganın ağırlığına birim ağırlık denir. Agregayı kuru halde iken gevşek olarak bir kaba boşaltarak bulunan birim ağırlığa “gevşek birim ağırlık” ve yine kuru iken belli sayıda çubuk darbesi ile sıkıştırılarak bulunan birim ağırlığa ise “sıkışık birim ağırlık” denir.

Birim ağırlıktan agrega içindeki boşluk miktarı hesaplanabildiği gibi, özel amaçlar için agreganın uygun olup olmadığı da değerlendirilebilir. Ayrıca agreganın granülometri bileşimi ve kusurlu malzemenin varlığı hakkında fikir vermektedir.

Birim ağırlığa etki eden faktörler ;

1.    Agreganın granülometrisine bağlı olarak boşluk miktarı değişmektedir. Boşluk miktarının az olması birim ağırlığı arttırır.

2.    Kusurlu malzemenin fazla miktarda olması boşluğu arttırdığından birim ağırlığı düşürecektir.

3.    Agrega V hacmine sahip bir kalıba yerleştirilirken sarsıntıya maruz bırakılırsa ve çubukla şişlenirse kabı az boşluk bırakarak doldurur. Bu da birim ağırlığın büyük bir değer almasıdır.

4.    Agreganın özgül ağırlığının fazla olması agrega ağırlığının büyük olduğunu gösterir. Dolayısıyla birim ağırlık artar.

Birim ağırlığı yüksek bir betonun dayanımı, dayanıklılığı ve taşıma gücü fazladır. Beton agregalarının birim ağırlığı 1300 – 1850 kg/m3 arasında değişir.

Agreganın sıkışma oranı ne kadar yüksek olursa basınç dayanımı ve dış etkilere dayanımı da o kadar yüksek olur.

Özgül Ağırlık : Belli hacim ve sıcaklıktaki bir malzemenin, havadaki ağırlığının aynı hacim ve sıcaklıktaki damıtık suyun havadaki ağırlığına oranıdır. Bu özellik agrega kökeni hakkında bilgi verir ve beton bileşenlerinin hesabında kullanılır. Betonda kullanılacak agreganın özgül ağırlığının 2,2 – 2,7 kg/dm3 arasında olması istenir.

Özgül ağırlık, agreganın  uygunluğunu belirtir. Düşük özgül ağırlık sağlam olmayan malzemeyi, yüksek özgül ağırlık ise kaliteli betona uygun agregayı tanımlar. Özgül ağırlık beton karışım hesabında, bu hesapların düzeltilmesinde ve beton homojenliğinin zorunluluğu durumlarında gereklidir. Düşük özgül ağırlık agreganın boşluklu ve zayıf olmasına bir işarettir.

Agreganın Kompasitesi : Agreganın kompositesi ile birim hacimdeki agregada tanelerin işgal ettiği hacmin toplamı anlaşılmaktadır. Agreganın özgül ve birim ağırlıkları bilinmek suretiyle kompasitesi hesaplanabilir.  Agreganın birim ağırlığı her zaman için özgül ağırlıktan küçüktür. Dolayısıyla kompasite birden küçüktür. V toplam hacim, Vd  dolu hacim olmak üzere, birim ağırlık, Δ = W/V ve özgül ağırlık  δ=W/Vd  olduğuna göre komposite k=Δ/δ den Vd/V özgül ve birim ağırlık cinsinden hesaplanabilir. (Δ) birim ağırlık ve (δ) özgül ağırlıktır. Agreganın sıkıştırma işlemine tabi tutulmadan yerleştirilmesi sonucunda kompasite 0,40 – 0,70 arasında değer alır [2].

Agreganın kompasitesinin küçük olması şu zararları meydana getirir ;

1.    Üretilen betonun kompasitesi ve mukavemeti düşük olur.

2.    Kullanılan çimento miktarı artar.

3.    Betonun maliyeti yükselir.

4.    Kusurlu malzeme miktarı artar. Bu da işlenebilme özelliğine etki yaparak mukavemetin düşmesine neden olur.

5.    Dış etkilere karşı dayanıklılık azalır.

2.1.1.2. Agreganın Mekanik Özellikleri

Agregalarda aranılan en önemli özelliklerinden biri mekanik mukavemetleri içerisinde özellikle basınç mukavemetinin yüksek olmasıdır.

Agreganın basınç mukavemeti : Basınç mukavemetinin malzemenin porozitesi ile yakın ilişkisi vardır. Porozitenin küçük olması agrega mukavemetini arttırır. Agreganın jeolojik bakımdan durumu bize mekanik mukavemeti ile ilgili kuvvetli fikirler verir.

Betonda kullanılacak agreganın basınç dayanımlarının en az 600 kgf/cm2 olması istenir.

Agreganın aşınmaya  mukavemeti : Yol ve hava meydanlarındaki beton çarpma ve aşınma etkisi altındadır. Betonun bu etkilere dayanabilmesi için yapımında kullanılan iri agreganın aşınmaya ve çarpmaya karşı büyük mukavemete sahip olması gerekir.

Basınç dayanımının 1000 kgf/cm2 den az olması halinde, kuşkulu durumlarda veya yapay agregalarda aşınmaya dayanıklılık deneyleri sonuçlarına bakılır. Bilyalı Tanburla (Los angles aşınma cihazı) yapılan aşınmaya dayanıklılık tayini deneyinde 100 devir sonunda %50’den az, darbe ile aşınmaya dayanıklılık tayini deneyinde aşınmaya maruz beton yapımında kullanılacak agregalar için %30’dan, diğer agregalar için ağırlıkça %45’en az kayıp bulunmuş ise, agrega yeterli olarak kabul edilebilir.

Deneyler sonunda saptanan kayıpların bu değerlerden büyük olması halinde söz konusu agrega ile beton yeterlik deneyi yapılmalıdır.

Camsı agregalar, şistler, marnlı kireçtaşları, iri kristalli taşlar aşınmaya mukavemet gösteremezler. Özgül ağırlığı fazla ve sert olan taşların (bazalt) ise aşınmaya mukavemetleri yüksektir. Aşınmaya karşı mukavemetleri yüksek olan agregaların basınç mukavemetleri de yüksek olur.

Agreganın çarpmaya dayanıklılığı: Betonun çarpmaya dayanıklı olmasında, kullanılan agreganın önemli etkisi vardır. Bu nedenle kullanılmadan önce kontrol edilmelidir. Basınç deneyinden pek farklı olmayan çarpma deneyinde agrega çelik bir silindir içine yerleştirilir ve belirli bir mesafeden belirli bir ağırlık belirli sayıda düşürülmek suretiyle malzeme çarpma etkisi altında tutulur. Elekten elenmek suretiyle çarpma etkisi altında agreganın dayanıklılığı hakkında fikir edinilebilir [2].

2.1.2.  Agregaların Sınıflandırılması

Betonun ana iskeletini oluşturan agrega beton hacmi içinde yaklaşık olarak % 60 – 80 yer işgal eder. Betonda kullanılacak agregaların bazı önemli özelliklere sahip olması zorunludur.

Agrega suyun etkisi altında yumuşamamalı, dağılmamalı, çimentonun bileşenleri ile zararlı bileşikler meydana getirmemeli ve donatının korozyona karşı korunmasına tehlikeye düşürülmemelidir. Agrega kullanma şekli ve amacına göre, granülometrisi, tane şekli, tane dayanımı, aşınma direnci, donmaya dayanıklılığı ve zararlı maddeler bakımından standartlarda öngörülen limitler içerisinde olmalıdır.

O halde bu özellikleri sağlaması açısından agrega çeşitlerini tanımada  fayda vardır. Agregalar genel olarak, elde ediliş şekillerine, birim ağırlıklarına, boyutlarına, tane şekline, yüzey dokusuna, kaynaklarına, jeolojik ve mineralojik yapılarına göre sınıflandırılabilmektedir[2].

2.1.2.1.  Elde Ediliş Şekillerine Göre Agregalar

Doğal Agregalar; Akarsu yatağı, deniz, buzul ve teras agregaları olarak gruplandırılırlar. Bu agrega grupları içinde en yaygın kullanılan akarsu yatağından elde edilen agregalardır.

a) Dere agregaları  : Akarsu yataklarındaki agrega ocakları en çok rastlanan ve en fazla arzu edilen kaynaklardır. Çünkü;

·      Taneler genellikle yuvarlaktır.

·      Aşınma sırasında malzeme içindeki yumuşak ve zayıf taneler elemine edilir.

·      Sürükleme ile meydana gelen aşınma neticesinde ufalanan tanelerden sadece geriye sert, sağlam ve dayanıklı taneler kalır.

Doğal agregalardan en iyi malzemeler derelerden elde edilir. Bunlar temiz, düzgün tanelerden oluşur. Kompasitesi yüksek olduğundan beton dayanımına etkileri fazladır.

Bazı akarsu yataklarından çıkarılan malzeme beton agregası olarak o kadar iyi kaliteye sahiptir ki, uygun granülometrik dağılım olarak şartnamelerde istenen derecelenmeyi tam olarak sağlar. Örneğin; Türkiye’nin Karadeniz yöresindeki akarsuların çoğunun yatakları, mansaba doğru yaklaştıkça bu derecelenmeyi verir.

b) Deniz Agregası : Deniz ve göllerden elde edilen agregaların içinde tuz bulunduğu gibi su canlılarının kabukları da bulunmaktadır. Bunlar tekdüze taneli genellikle ince malzemelerdir. Tuzların agrega veya harç içerisinde aşırı miktarda bulunması çatlamaya ve parçalanmaya neden olur.

Deniz kenarlarındaki midye, istiridye kabukları bazı durumlarda sorunlar çıkarırlar. Bunlar agreganın yerleşmesini güçleştirir, dona dayanıklılığını düşürür, bazen de düşük dayanımlı taneler oluştururlar.

Deniz ve göllerden elde edilen agregalar istenmeyen maddelerden arındırıldıktan sonra beton üretiminde kullanılabilirler. Arındırma işlemi ayrı bir harcama getireceği için ekonomik değildir.

c)Teras Agregası : Yamaç birikintileri dik ve yüksek yamaçlardan kayan ve kopan kaya parçalarının dipte birikmesiyle meydana gelir. Bu tip agregada, derecelenme pek iyi olmaz, agrega şeklen köşeli tane yapısı gösterir. Kırma ve eleme işlemlerinden sonra beton agregası olarak kullanılabilir.

Rüzgarların sürüklemesi sonucunda meydana gelmiş birikinti malzemesi çok ince kum tanelerinden oluşmuştur. Normalde rüzgarın şiddetli aşındırma etkisiyle az dayanıklı parçalar ayrılmış olduğundan genellikle kuvartz taneciklerinden oluşmaktadır.

Betonda tek başına veya tane çapı dağılımında ince malzeme eksikliği gösteren agregaya karıştırılarak kullanılır. Betonda yalnız başına ince agrega olarak kullanıldığında karışımdaki yüzdesine çok dikkat edilmelidir. Miktarın gerekenden az veya çok oluşu, çok kötü neticeler verebilir.

Yapay Agregalar : Yapay agregaların bir diğer adı da sanayi ürünü agregalarıdır. İkinci bir işlem sonucu beton yapımında kullanılır hale getirilebilir. Bunlar yüksek fırın curufu, uçucu kül veya yüksek fırın curuf kumu sanayi ürünü olan kırılmış veya kırılmamış yoğun yapılı agregalardır. Yapısal, fiziksel ve şekilsel değişiklikler gösterir. Özel amaçlar için ihtiyaç duyulduklarından, kullanılma yerleri sınırlıdır.

Genel olarak yapay agregalar gözenekli bir yapıya sahip olduklarından ses ve ısı yalıtımı ile hacimleri bölme amacıyla üretilen betonlarda kullanılır. Bu agregalar arasında kırılmış kiremit veya tuğla, rende talaşı, hızar talaşı vb. sayılabilir. İyi kalite tuğlaların kırıklarıyla yapılan beton yangına karşı dayanıklı olur [2].

2.1.2.2.  Birim Ağırlıklarına Göre Agregalar

Hafif Agregalar : Betonun birim ağırlığını azaltmak, betona ses ve ısı yalıtım özelliği kazandırmak için veya atık maddeleri değerlendirmek amacıyla kullanılan agregalardır. Genellikle gözenekli bir yapıya sahiptirler, su emmeleri ve boşluk oranları yüksektir. Basınç, çarpma ve aşıma dayanımı oldukça düşüktür. Birim ağırlıkları 2000 kg/m3’den küçük olan agregalardır. Doğadan doğrudan elde edilebildiği gibi dolaylı olarak da elde edilmeleri mümkündür. Bu agregalar sünger taşı (ponza, bims), volkan tüfleri, diyatomit, yüksek fırın curufu, hızar talaşı, rende talaşı ve genleştirilmiş kil, perlit, şist vb. isimler altında sıralanmaktadır.

Hafif agrega betonu normal agrega betonundan daha pahalıya mal olmaktadır. Çünkü karışımın hazırlanmasında daha fazla çimentoya ihtiyaç duyulmaktadır. Betonun dökülmesinde de özel itina gerekmektedir.

Ağır Agregalar :Bunlar ağır beton elde etmek için kullanılır. Birim ağırlıkları 3200 kg/m3’ den büyüktür. Genel olarak nükleer santral ve (Stratejik Askeri) özellik taşıyan inşaatların betonlarında kullanılır. Doğal ağır agregalardan bazıları basit, manyetit, hematit, limonit vb. Yapay ağır agregalara ise çelik ve demir hurdası gösterilebilir. Ağır agregalarla üretilen betonların karıştırılması, yerleştirilmesi ve sıkıştırılması ayrı bir işçilik ister [2].

2.1.2.3.  Tane Boyutlarına Göre Agregalar

Boyutlarına göre, ince agrega (kum), iri agrega (çakıl) ve Tüvenan (karışık) agrega olmak üzere üç sınıfa ayırmak mümkündür [2].

İnce agrega (kum) : İnce agrega doğal kum, kırma kum (ince mıcır) veya bunların karışımından elde edilen ve 4 mm göz açıklıklı kare gözlü elekten geçen agregadır. İnce agrega taneleri sert ve sağlam olmalıdır.

İri agrega (çakıl) : Doğal çakıl, kırma taş (iri mıcır) veya bunların karışımından elde edilen ve 4 mm göz açıklıklı kare delikli elek üzerinde kalan agregadır.

Tüvenan (karışık) agrega : Doğal agrega ocağından doğrudan doğruya elde edilen elenmemiş ince ve iri agrega kullanılması istenmemektedir.

2.1.2.4.Tane Şekline Göre Agregalar

Doğal agrega ocağından çıkan malzemeler genel olarak, yuvarlak, yassı, uzun ve keskin köşelidirler ve bu şekillerine göre sınıflandırılır. Aynı zamanda kırma agregada keskin köşeli agrega grubuna girer.

2.1.2.5. Yüzey Dokusuna  Göre Agregalar

Agregaları yüzey dokusuna göre düzgün, granüler, prüzlü, kritalli ve petekli olmak üzere beş grubta sınıflandırabilir.

 2.1.2.6. Jeolojik Orijinlerine Göre Agregalar

Agregalar jeolojik orjinlerine göre, volkanik, tortul ve metamorfik şekilde sınıflandırılır.

2.1.2.7. Mineralojik Yapısına Göre Agregalar

Agregalar minerolojik yapılarına göre silis mineralli, karbonat mineralli ve mika mineralli olarak genelleştirilebilir.

2.1.3. Agrega Granülometrisi

Agrega yığınındaki taneler çeşitli boyutlardadır. Granülometrik bileşim, agrega numunesinde boyutları belirli sınırlar arasında bulunan tanelerin ne miktarda agrega içinde bulunduğunu ortaya koyar. Bu da agrega üzerinde granülometri deneyi yapılarak bulunur. Agrega granülometrisinin üretilen beton üzerinde büyük etkisi vardır. Granülometri betonun kompasitesini, yoğurma suyu miktarını, dayanım ve dayanıklılığını büyük ölçüde etkiler. Bu nedenle betonda kullanılacak agregaların, özelliği olmayan işlerde kullanılmalarında dahi granülometrik bileşimleri mutlaka belirlenmelidir.

Agrega tane boyutunun ayarlanmasında; çimento kumun boşluklarını, kumda çakılın boşluklarını dolduracak şekilde olmalıdır. Beton mukavemetini dolaylı şekilde etkilerken, işlenebilmeyi doğrudan etkilemektedir. Agrega granülometrisi ile beton karışım elemanları ve betonun fiziksel özellikleri arasında şu bağıntılar mevcuttur [2].

Granülometri bileşimi ile su miktarı arasındaki bağıntı :Beton üretiminde kullanılan yoğurma suyu miktarı mukavemet üzerine çok büyük etki yapmaktadır. Belli bir değerden sonra su miktarı arttıkça beton mukavemetinde önemli azalmalar görülür. Betona konulan su öncelikle çimentonun hidratasyonunu sağlar, sonra kum ve çakıl tanelerini ıslatır ve taze betonun kalıba yerleştirilmesini kolaylaştırır. Agrega tanelerini ıslatmak için kullanılan su agreganın granülometrik bileşimine bağlı bulunmaktadır.

Agrega tanelerini ıslatmak için kullanılan su miktarını tanelerin boyutu ne olursa olsun aynı kalınlıkta su filmiyle kaplı bulunduğunu kabul edilerek hesaplamak doğru değildir. Taneler irileştikçe daha büyük kuvvetlerin etkisi altında bulunmalarından dolayı daha kalın bir su filmiyle çevrelenmesi gerekir. Tanelerin boyutuna bağlı olarak gerekli su miktarı BOLOMEY tarafından şu eşitlik yardımıyla hesaplanabileceği belirtilmektedir.


Burada;

W→ Su miktarı (kg)                      

q  → İki elek arasındaki (d1 ve d2) agrega miktarı (kg)

d1 ve d2 → Alt ve üst elek boyutları (mm)

N → Kıvama bağlı katsayı

Not: N için yukarıdaki aralıkta kalmak şartıyla agrega irileştikçe büyük değere yakın, agrega inceldikçe küçük değere yakın değerler seçilmelidir.

Bu denklem 0,25 mm’den küçük taneler için uygulanmaz. Bu agregalarda 0,23 kadar su kullanılmalıdır. Bu eşitlikle elde edilen su miktarı sadece agrega yüzeyini ıslatacak su miktarıdır. Boşlukları dolduracak su bu miktarın içinde değildir.

Agrega için gerekli olan su miktarı incelik modülüne bağlı olarak da hesaplanabilir. İncelik modülü (Im) hesaplanmasında   eşitliği kullanılır. Burada ∑Mi→Elek üstünde yığışımlı  % kalan agregadır.

Agrega için su miktarı ise ;  şeklinde hesaplanabilir. Burada;

E → Su miktarı

a    → Bir katsayı

n    → Agregada kullanılan elek sayısı

Eşitlik sonucunda su miktarının artığı ortaya çıkacaktır. O halde incelik modülü küçüldükçe karışıma girecek su miktarı artacaktır. Bu da gösterir ki gerek BOLEMEY gerek İNCELİK modülüne göre su miktarı agrega boyutuyla ters orantılıdır [2].

Granülometri bileşimi ile karışımın kompasitesi arasındaki bağıntı;

FERET’in yapmış olduğu araştırmaya göre şu sonuçları çıkarmak mümkündür.

-       Agreganın kompasitesi granülometrik bileşimi değiştirmektedir. Agreganın kompasitesini karışımın bir fonksiyonu olarak almak gerekir. Granülometri bileşimin üniform bir hal alması, diğer bir ifade ile karışımda aynı çapa sahip tanelerin miktarının fazlalaşması kompasitenin azalmasına neden olmaktadır.

-       Orta kum miktarının artması genel olarak kompasiteyi önemli ölçüde azaltmaktadır. Yapılan deneylerde maksimum kompasite karışımda orta kum bulunmaması durumunda elde edilmiştir. Agregayı meydana getiren tanelerin boyutu ne kadar büyük ise kompasite o kadar büyük değer almaktadır. Agrega kompasitesi üzerine etki yapan önemli bir faktör tanelerin şeklidir. Yuvarlak taneli karışımların kompasitesi, köşeli taneli karışımların kompasitelerinden büyüktür [2].

Granülometri bileşimi ile işlenebilme özelliği arasındaki bağıntı;

Betonda aranılan önemli özelliklerden biride işlenebilme özelliğidir. Bu özelliğe sahip olmasında, o betonun yapımında kullanılan agreganın granülometri bileşiminin rolü büyüktür.

Düşük dozajlı betonlarda işlenebilmenin sağlanabilmesi için 0,25 mm’den küçük tanelerin bulunmasında büyük yararlar vardır. Yüksek dozajlı betonlarda ise bu ince agregaya gerek yoktur. Amaç betonun işlenebilirliğinin sağlanmasıdır. Düşük dozajlı betonlarda ekonomik bir beton elde edebilmek için çimento hamurunun boşluk doldurmada yetersiz kaldığı yerlerde 0,25 mm’den küçük kum, taş unu, mermer tozu ve uçucu kül kullanılması yoluna gitmekte büyük yarar vardır.

Granülometrik bileşim bakımından işlenebilme özelliğine etki yapan önemli bir faktör agreganın en büyük tane boyutu D’nin değeridir. D değerinin artması işlenebilirlik özelliğinin azalmasına sebep olabilir. İşlenebilirlik özelliği yapı şartlarına bağlıdır. Bu sebepten dolayı D’nin değerleri yapı şartları ve yapı türleri göz önüne alınarak seçilmelidir [2].

2.1.3.1. Granülometrinin Belirlenmesi

Bir agrega içindeki tanelerin büyüklüklerine göre kısımlara nasıl dağıldığı, her kısımda ne oranda malzeme bulunduğu deneysel olarak belirli miktardaki agrega çeşitli eleklerden elenerek belirlenir. Deneylerin yapılabilmesi için ayırım yapmaya uygun göz açıklığına sahip elek takımları gerekir. En büyük göz açıklığına sahip elek en üste gelecek şekilde üst üste yerleştirilir. Agrega örneği en üstteki eleğe dökülerek elendiğinde taneler büyüklüklerine göre çeşitli eleklere takılır kalır. Elek üstünde kalan agrega miktarı tartılarak toplam agrega miktarına oranı hesaplanabilir.

Tane boyutlarına göre yapılan bu sınıflandırma ve adlandırma şu şekilde gösterilebilir.

Tablo 2. Agrega Tane boyutlarına göre sınıflandırma.

Elek Üst ve Alt Boyutları
 

Malzeme Adı
 
63 mm – 31,5mm       Balast

31,5 mm – 4 mm       İri agrega
 
4 mm – 60 mikron     İnce agrega
 
60 mikron – 2 mikron Silt
 
2 mikron ve altı     Kil
 
Normal beton agregaları 60 mikrondan 31,5 mm’ye kadar olan taneleri içerir. Özel kütle betonlarında (baraj, yol vb.) daha büyük çaplı tanelerde kullanılmaktadır.

Beton agrega granülometrisinin düzenlenerek sınırlandırılması şu amaçlara yöneliktir.

a) Maksimum kompasite sağlamak

Agrega düzenlenmesi sonucunda taneler arasındaki boşluklar minimuma indirilerek en yüksek doluluk oranı sağlanmış olur. Böylece çok küçük çaptaki boşlukları daha az çimento hamuru ile doldurmak mümkün olur.

b) En az su miktarı ile kalıba iyi yerleştirilebilecek kıvamı sağlamak

Agreganın özgül yüzey alanı küçüldükçe bu yüzeyleri ıslatmak için daha az suya ve bağlamak içinde daha az çimento hamuruna ihtiyaç duyulacaktır.

c) Taze betonda ayrışmayı önlemek ve yapışkanlığı sağlamak

Ayrışmayı önlemek için granülometri ayarlarken, agrega içerisinde yeteri kadar orta ve ince büyüklükte malzeme kalacak şekilde düzenleme yapılır. Agrega içinde en küçük tane boyutu çok büyük olursa taneler arası boşlukların boyutu da oldukça büyük olur. Çimento harcı bu boşluklardan geçerek kütleden ayrılır.

d) Taze betonun iyi ve kolay yerleşmesini sağlamak

e) Taze betonda terlemenin azalmasını sağlamak

Taze beton kalıba yerleştirilince ağır olan agrega taneleri yavaş yavaş dibe oturur. Oturma sırasında karma suyunun bir kısmı dengeyi sağlamak üzere yüzeye doğru hareket ederek betonun yüzeyinde ince bir su tabakası meydana getirir.

Terlemeyi önlemek için granülometri düzenlemesi yapılırken agrega içerisinde yeteri miktarda ince tane kalacak şekilde düzenleme yapılırsa ince taneler yukarı doğru hareket eden bu suyu yüzeylerinde tutarak terlemeyi önlerler. Bu hususlara uyulmadığı takdirde;

·      İşlenebilmeyi sağlamak için gerekli olan su miktarı artar. Dolayısıyla su/çimento oranı artarak dayanım ve dayanıklılık yönünden zayıf bir beton ortaya çıkar.

·      Maksimum kompasiteyi sağlamak güçleşir ve boşluklu bir beton meydana gelir. Bunun sonucunda ekonomik olarak pahalı bir üretim ortaya çıkar.

·      Ayrışma kolaylaşır ve kohezyonu zayıf bir beton ortaya çıkar.

·      Terleme dediğimiz olay ortaya çıkar ve sonuç olarak zayıf geçirgenliği ve porozitesi yüksek dayanıksız bir beton ortaya çıkar.

2.1.3.2. Granülometri Eğrileri

Karışık agregaların granülometri eğrileri sürekli ve kesik olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır.

a) Sürekli Granülometri Eğrileri: Agreganın (0)’dan belirli bir büyüklüğe kadar bütün taneleri içeren agreganın kümülatif (yığışımlı) % geçeniyle elde edilen sürekli eğridir. TS 706’da belirtildiği gibi şekil 3, şekil 4, şekil 5 ve şekil 6’de gösterilen 3 numaralı bölgeye düşecek tane dağılımları uygun bölge olduğu için kabul edilmelidir. Agrega eğrisi x eksenine yakınsa kum oranı fazla, y eksenine yakınsa çakıl oranı fazladır. Eğer eğri köşegenden köşegene doğru bir eğri oluşturuyorsa ince ve iri agrega oranı birbirine yakın ve uygun olduğu söylenebilir. Genel olarak iri agreganın % 50’nin üstünde, ince agreganın ise % 50’nin altında olması arzu edilir. Şekilde görülen A, B, C eğrileri sürekli granülometri sınır eğrileridir [2, 4].

Agrega granülometrisinin A ile C eğrisi arasında olması istenir. A ile B eğrisi arasındaki 3. bölge, B ile C eğrisi arası 4. bölge kullanılabilir bölge adını alır. A ile C eğrisi dışındaki 1 ve 5 nolu bölgelere düşen granülometri eğrilerine sahip alanda ki agregalar kesinlikle beton yapımında kullanılmamalıdır. BS 12 beton dayanım sınıfına kadar, beton yapımında doğal karışık agrega kullanılabilir.

b) Kesik Granülometri Eğrisi : Orta büyüklüklerdeki taneleri içermeyen kesikli granülometri eğrileri, alt sınırı oluşturan U eğrisi ile A eğrisi arasında bulunmalıdır. Kesikli granülometri elde etmek için en az iki tane sınıfı karıştırılmalıdır. Maksimum tane boyutu 32 mm’ye kadar olan kesikli granülometrili hazır karışık agrega BS 25’den küçük olan betonlar için kullanılabilir[2, 4].

Agreganın en büyük tane boyutu TS 802’ye göre; en dar kesitin kalıp genişliğinin 1/5’inden, döşeme derinliğinin 1/3’ünden, donatılı betonda en küçük donatı aralığının 3/4’ünden küçük seçilmelidir [5].


2.1.4. Agrega Yüzey Şekli ve Biçimi

Agrega tanelerinin şekli olabildiğince yuvarlak (küresel, kübik) olmalıdır. Doğal agregalar oluşumları gereği dış tesirlerin etkisi ile yuvarlaklaşmışlardır. Tanenin en büyük boyutunun en küçük boyutuna oranı 3’ten büyük olan tanelere şekilce kusurlu taneler denir. Şekilce kusurlu taneler (yassı veya uzun) oranı, 8mm tane büyüklüğündeki agrega içinde ağırlıkça % 50 den fazla olmamalıdır. Kusurlu tanelerin önemli etkisi agrega yığınının boşluklu olması ve bu boşluğun çimento hamuru ile doldurulamamasıdır. Sonuçta taşıyıcı iskeleti sağlam olmayan bir yapı meydana gelir.

Yuvarlak doğal agreganın yığın olarak yerleşmesi geometrik yapısı gereği daha kolay olup, özgül yüzeyi de (kırma agregaya göre) daha küçük olduğundan dolayı  işlenebilirlik için az su gerektirir. Kırma agregalar köşeli, kenarlı ve yüzeyleri pürüzlüdür. Kırma agregalar konkasörlerin ayarsızlığına bağlı olarak yassı ve çivi türü biçimsiz taneler içerirler. Bunun mahsuru ise betonun yerleşmesi sırasında işlenebilirliğin güçleşmesidir. İşlenebilirliği sağlamak için daha çok su gerekecektir. Kaliteli beton yapımında kusurlu tanelerin hiç bulunmaması arzu edilir.

Dokunun camsı, parlak oluşu agreganın çimento ile aderansını büyük ölçüde etkiler. Agrega yüzeyinde kapiler su emmenin meydana gelmesi aderansı kuvvetlendirir [2].

2.1.5. Agregada Bulunabilecek Zararlı Madde ve Taneler

Agrega içinde bulunabilen zararlı maddelerin bir kısmı bağlayıcı maddenin ayrışmasına veya genişlemesine neden olur. Betonun parçalanmasına yol açar. Bir kısmı da agrega ile çimento hamuru arasında kuvvetli bir aderansın oluşmasına engel olur ve beton dayanımı düşer. Şeker vb. maddeler betonun prizini geciktirici etki yapar. Nitrat gibi tuzlar donatının korozyonuna yol açan olumsuz etkiler meydana getirebilir.

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. Bunun yanında agrega içerisinde sülfat, klorit, karbonat ve fosfat tuzları gibi maddelerde değişik formlarda bulunabilirler.

Agregalarda organik madde içeriği basit bir asit-baz reaksiyonu ile denetlenir. Düşük konsantrasyonlu %3’lük NaOH eriyiği ile karıştırılan agrega, eriyik rengini 24 saat içinde değiştirir. Bir süre sonra eriyiğin aldığı renge göre şu sonuçlar çıkartılır.

Organik maddelerin zararlı etkisi; organik maddelerin hidrofob (suyu iten) olması ve çimentoda hidrote kristallerin oluşmasına engel olması ile meydana gelir. Bu etkiler;

·      Beton dayanımının çok fazla düşmesine neden olur.

·      Sertleşmesine zarar verir ve mukavemetinde azalmalar olur.

·      Agregalarda organik maddelerin fazla miktarda olması betonun prizini geçiktirir.

·      Çiçeklenmeye ve korozyona neden olabilir.

Organik kökenli maddelerin yoğunluğu, mineral kökenli agrega tanelerinin yoğunluğundan genellikle daha düşük olur. Yoğunluğu 2.00 kg/dm3 olan sıvılarda yüzdürülerek bulunan taneli organik madde

miktarı ağırlıkça % 0,5 den fazla olmamalıdır. Sonuçlar TS 3528/1980 de öngörülen limitlerle karşılaştırılmalıdır [2].

Agregalarda Kil ve Siltin Bulunması

Yıkanabilir maddeler agrega içinde ince halde dağılmış veya topaklar halinde veya agrega tanelerine yapışık olarak bulunabilirler. Bu maddeler genellikle kil, silt ve çok ince taş unudur. TS 3527’ye göre 63  mikron (200 nolu) elek üstünde yıkama metoduyla yapılan test sonucuna göre maksimum aşağıdaki limitler içinde bulunmalıdır.

Bu limitlerin üzerindeki kil ve silt bulunan agregalar kesinlikle kullanılmamalıdır. TS 3527’ye göre 0,05-0,005 mm irilikteki malzeme silt, 0,005 mm’den küçük malzeme de kil olarak adlandırılırlar. Koloidal yapılı kil, silt ve taşunu tanelerinin fazla miktarda bulunması betona şu yönlerden zararlıdır.

·      İri agrega ve çimento hamuru arasındaki aderansı zayıflatırlar.

·      Agreganın özgül yüzey miktarını artırırlar. Bunun sonucunda beton için gerekli karma suyu miktarı artar. (su/çimento oranı büyür.) Dolayısıyla dayanıklılık ve dayanım yönünden zayıf bir beton elde edilir.

·      Kil ve siltin önemli özelliklerinden biride su tutma (emme) kabiliyetlerinin olmasıdır. Su emme sonucunda hacim genişlemesine neden olur ve büzülmelerin meydana getireceği gerilmeler oluşur.

·      Çimento ile reaksiyona girerek aderansı önler, hidratasyonu ve prizi geciktirir. Bunun yanında kil, mil ve silt oranının az miktarları betonun işlenebilirliğini ve su geçirmezliğini arttırırlar. Olumsuz etkileri nedeniyle mümkün olduğu kadar az bulunmaları tercih edilir.

Beton agregası içerisinde limitler üzerinde ince agrega varsa, agreganın yıkanarak kullanılması zorunluluğu vardır [2, 3].

Agregalarda Sağlam Olmayan Maddelerin Bulunması; 

Kömür, fosil, linyit taneleri ve hayvan kabukları normal agregaya oranla hafif olurlar. Mekanik dayanım yönünden yetersizdirler ve beton içinde bulunmaları istenmez. Kömür varlığı kükürdün varlığına gösterge sayılabilir. Kükürt ise beton için zararlı sülfat etkisine yol açar.

Tablo 5. Sağlam olmayan agrega elemanları ve oranları

Yumuşak eleman cinsi
 
İzin verilen yumuşak eleman yüzdeleri
 
Kumlarda

İri Agregalarda
 
Kil toprakları - 1,0 - 0,25
 
Kömür ve linyit - 1,0 - 1,00
 
Yumuşak taneler- 5,00
 
Çakmak taşı -2,00
 
Hafif maddelerin miktarı agrega numunesi yoğunluğu 2.0 kg/dm3  olan  bir sıvıda yüzdürülerek saptanır. Ancak sıvıyı hazırlamak için kullanılan malzeme çok pahalıdır, bu yüzden gözlemlerle saptanır.

Agregada aşırı miktarda bulunursa betonun sağlamlığı etkiler. Betonun yüzeyinde veya yüzeye yakın kısımlarda bulunursa betonun yüzeyinde küçük patlamalara ve lekelerin oluşmasına neden olurlar. Mukavemetleri çok düşüktür, su miktarının azalıp çoğalması ile hacimlerinde büyük değişiklikler olur. Donma çözülme olaylarında kolay parçalanırlar ve çimento için zararlı maddeleri içerirler [2,3].

Sülfatların Varlığı

Sülfatların agregalar içinde bulunması bu maddenin çimento ile sülfo-alümünat denilen genişleyen bir tuzun oluşmasına neden olması bakımından zararlıdır. Zamanla büyüyen kristaller şeklinde gelişen bu olay sonucu beton parçalanabilir. Bu bakımdan sülfat (SO3) miktarının ağırlıkça %1 den fazla olmamasına dikkat edilmelidir. 1 dm3 betonda 1,4 gr’dan az olacak şekilde sülfat bulunmasına izin verilebilir. Barit (BaSO4) rutubetli ortamda yapısını değiştirmediğinden, beton agregası olarak kullanılabilir.

Agrega- Alkali Reaksiyonu Oluşturan Maddeler   

Betonlarda içsel korozyon denilen bir hasar türüdür. Bu olay yavaş bir şekilde gelişerek zararlı etkileri beton yapımında bir iki sene sonra ortaya çıkmaktadır.

Alkali-agrega reaksiyonun zararlı bir etki yapması bazı koşullara bağlı bulunmaktadır.

a)Çimento içindeki alkali oksit miktarı:

Çimentodaki alkali oksit  (Na2O + 0,658 K2O) % 0,6‘dan büyük ve agregadaki alkalilik reaktivitesine duyarlı opal, riyolit,tridimit ve riyolit tüfleri, dazit ve dazit tüfleri, andozit tüfleri ve fillatlar gibi  mineraller bulunuyorsa alkali agrega reaksiyonu ortaya çıkar.

b) Çevre şartları:

Alkali agrega reaksiyonu, sıcaklığın yaklaşık olarak + 10 ile + 600C arasında bulunduğu durumlarda ve rutubetli ortamda meydana gelmektedir.Çevre şartlarının en önemlisi rutubettir.

c) Alkaliye duyarlı agrega tanelerinin bulunması:

Agregalar, reaksiyon yapabilen silisli bileşikler içerebilirler. Bu bileşikler, beton boşluk suyunda çözünen alkalihidroksitler ile şiddetli kimyasal reaksiyona girerler. Berrak, yüksek konsantrasyonlu ve yüksek vizkositeli alkali silikat çözeltisi meydana getirirler. Duyarlı agrega bileşenleri bu sırada yumuşar ve çözünür.

Agregada böyle bir özellikten kuşku duyulursa TS 3322’de ön görülen “Harç çubuğu” adı verilen deneyler yapılır. Standartlara uygun olarak hazırlanan harç çubuklar 6 ay ve 1 yıl süreyle sabit bağıl nemde ve sıcaklıkta tutulur. Çubukların boy uzaması 6 ayda %0,5 ve 1 yılda %1 den fazla olmamalıdır.

Zorunlu olarak kullanılmak zorunda kalınırsa, bağlayıcıya bir miktar puzolanik madde ilave edilmelidir. Puzolan alkali-agrega reaksiyonunu azaltır. Reaksiyon sonunda oluşan jel şişme ve genişleme eğilimindedir. Betonun hacim sabitliğini bozar ve ağ şeklinde sık çatlaklar meydana getirerek hasara neden olur.

d)Çeliğe zarar veren maddeler:

Donatılı betonda kullanılacak agregalarda, donatının korozyona karşı korunmasını tehlikeye sokan, örneğin Nitrotlar, Molojenürler (Plorürler hariç) gibi tuzlar zararlı miktarda bulunmamalıdır. Ön gerilmeleri beton için kullanılacak agregalarda, suda çözünen klorürler, klor olarak hesaplandığında ağırlıkça % 0,2’den fazla bulunmamalıdır [2].