Agregaların Özelikleri

Agreganın fiziksel ve mekaniksel özelikleri üretilecek nihai ürünün özeliklerini doğrudan etkilemektedir. Beton agregaları temizlik, dayanım ve dayanıklılıkla ilgili minimum standardları sağlamalıdır ve zararlı maddeler içermemelidir. Agrega özelikleri ile beton performansı arasındaki ilişki Çizelge 2.3’te görülmektedir [51].

Çizelge 2.3 Agrega özelikleri ile beton içerisindeki başarımları arasındaki ilişki [51] Fiziksel özelikler Beton üzerindeki etkiler

Agrega tanelerinin özelikleri

Boşluk oranı Betonun dayanım, rijitlik, geçirgenlik ve dayanıklılığını etkiler. Su emme ve

yüzey nemi

Beton dayanımı, taşınma özelikleri ve dayanıklılığı (durabilite) etkiler. Su içeriği Beton dayanımı ve yerleşme özeliklerini etkiler.

Tane yoğunluğu

Ayrışma, beton dayanımı, rijitlik ve ısıl özelikleri etkiler. Karışım oranlarının belirlenmesinde kullanılır.

Tane şekli Betonun işlenebilirliği üzerinde çok önemli etkisi bulunur ve bundan dolayı karışım suyu ihtiyacını etkiler. Aynı zamanda beton dayanımını etkiler, köşeli taneler dayanım iyileştirmesi için tercih edilir. Yassı taneler dayanımı azaltabilmektedir.

Tane yüzeyi dokusu

Betonun işlenebilirliği ve karışım suyu ihtiyacını etkiler (fakat tane şeklinden daha az). Pürüzlü doku agrega-çimento hamuru bağını iyileştirir.

Nem hareketleri

Eğer aşırı düzeyde ise betonda boyut kararsızlığı ve çatlamaya sebep olur, betonda kullanımı uygun olmaz.

Sıcaklık hareketleri

Agrega ve hamur arasındaki boy değişiminin uygunsuzluğu sonucu çatlak oluşumu (örneğin düşük ısıl genleşme katsayılı malzemeler).

Isıl özelikler Beton büyük sıcaklık farkları etkisinde çatlar. Isıl özellikler aynı zamanda betonun ısıl yalıtım özeliklerini etkiler.

Geçirgenlik Betonun geçirgenliğini ve bu nedenle su geçirimsizliğini etkiler. Aynı zamanda donma-çözünme direncini etkileyebilir.

Agrega yığın özelikleri Yığın yoğunluğu ve boşluk içeriği

Beton bileşenlerinin bağıl oranlarını etkiler (karışım oranı hesapları). Yüksek gevşek yığın yoğunluğu teknik özeliklerde iyileşme ve ekonomiklik sağlar.

Tane büyüklüğü dağılımı

İşlenebilirlik ve diğer taze beton özellikleri üzerinde önemli etkisi vardır. İnce malzeme içeriği (mikdarı) (< 75 m) kohezyon için çok önemlidir ve su kusmasına (terlemeye) belirleyici etkisi vardır.

Mekaniksel özelikler Dayanım (kayaç numuneleri üzerinde)

Agregalar doğrudan ve dolaylı olarak beton dayanımına katkıda bulunur ve “zayıf halka” oluşturmamalıdır.

Tane dayanımı Düşük dayanımlı agregalar beton dayanımını kısıtlayabilirler. Agrega dayanımı, yüksek dayanımlı betonlarda çok fazla önemlidir.

19

Çizelge 2.3 Devam Elastisite

modülü

Agrega modülleri beton modülleri üzerinde yüksek etkiye sahiptir fakat beton dayanımı üzerinde etkileri daha azdır.

Aşınma direnci Yüzey özelikleri yüzey aşınması olduğu durumlarda önemlidir (trafik veya aşınma alanları, aşınma-dirençli kaplamalar (zeminler)).

Yüzey sertliği Agrega aşınma direnci ve yüzey sertliği betonun aşınma direncini etkiler. Ek olarak, bozulma direnci karıştırma esnasında olası agrega kırılmaları bakımından önemlidir.

Kırılma

parametreleri

Dolaylı olarak beton dayanımı ve kırılma özeliklerini etkiler. Kimyasal ve dayanıklılık (durabilite) özelikleri

Sülfata dayanıklılık

Hacim sabitliğine karşı dayanıksızlık aşırı çatlak nedeniyle betonda yüzeysel parça kopmalarına neden olur.

Donma-

çözülme direnci

Bozulma (parçalanma), yüzey kabuklanması, pürüzlülük ve/veya zemine oturan beton plaklarda birleşim ve açık kenarlarda D-çatlakları şeklinde oluşur.

Alkali agrega reaktivitesi

Amorf silika içeren agrega, bağlayıcıda mimör alkaliler ve beton

sertleştikten sonra yeterli nem bulunduğunda genleşme ve çatlağa sebep olur. Etkiler küçük çatlaklardan büyük yapısal bozulmalara ve çirkin görünümlü lekeler şeklinde değişiklikler gösterir.

 Agregaların fiziksel özelikleri

Tanelerin boşluk oranı (porozite)

Prorozite (p) agrega tanesinin içsel boşluk hacminin toplam agrega tanesi hacmine oranı olarak tanımlanır.

Tanelerin su emmesi ve yüzey nemi

Agrega tanelerindeki birbirleriyle bağlantılı ve yüzeye açık boşluklar emerek su ile dolabilirler. Bu sebeple çoğunlukla su emme değerleri, dışa açık “görünen boşlukların” ölçüsüdür. Agrega tanelerinin etüv kurusu, hava kurusu, doygun yüzey kuru ve ıslak şeklinde belirgin biçimde ayrılabilen farklı nem durumları bulunmaktadır [51];

Tane yoğunluğu

Bir katı maddenin yoğunluğu ( ) kütlesinin hacmine oranı olarak tanımlanır. Beton teknolojisinde görünür tane yoğunluğu [52], doygun ve yüzeyi kurutulmuş halde tane yoğunluğu [52], kuru tane yoğunluğu [52] ve gevşek yığın yoğunluğu [53] dikkate alınır. Gevşek yığın yoğunluğu, sırasıyla tanelerin şekline, yüzey dokusuna ve granülometrik karakteristiklerine bağlı olan “tanelerin dizilişi”ne bağlıdır [51].

20

Tane şekli

Tane şekli, tanelerin uzunluk, genişlik ve kalınlık boyutlarının ölçülmesi ile belirlenir. Bu işlem ince tanelere göre iri taneler için daha kolaydır. Şekil üç geometrik özeliğe dayanılarak açıklanabilmektedir; “küresellik (sphericity)”, “yuvarlaklık (roundness) ve “biçim (form)” [54, 55]. Tortul kayaçlardan kopmuş parçaların biçimsel özelikleri için oluşturulan küresellik ve yuvarlaklık tane şekilleri ile beton teknolojisi için oldukça kullanışlı standard tanımlar verilmektedir [56]. “Yuvarlaklık” kenarlar ve köşelerin keskinliğini tanımlarken, “küresellik” tanenin küresel şekle yakınlığının ölçüsüdür. “Biçim” (biçim veya şekil faktörünü ifade eder) tanenin üç ekseninin bağıl oranlarını tanımlar. Bu özelikler agreganın kaynağına ve doğasına bağlıdır.

Yuvarlaklıkla ilgili sınıflandırma, BS 812’ye yapılan eklemelerle birlikte Çizelge 2.4’de görülmektedir [57, 51]. İşlenebilirlik ve düşük su ihtiyacı açısından beton agrega tanelerinin küresellik ve yuvarlaklıkla örtüşmesi arzu edilen bir durumdur [51]. Yassı ve uzun (çubuk) agregalar, su ihtiyacını artıracağı gibi taneler altında kusma veya terleme su merceği oluşumuna da neden olurlar [51]. Tane şekli, belirli bir uygulama veya nihaî kullanım için TS 706 EN 1260’ta verilen kötegorilere göre beyan edilmelidir [31].

Çizelge 2.4 Tane şekli sınıflandırması [51] Sınıflandırma Tanım

Yuvarlak Tamamen su ile aşınmış veya tamamen sürtünme ile şekillenmiş taneler. Biçimsiz Doğal olarak biçimsiz veya sürtünme ile kısmen şekillenerek yuvarlak

kenarlar oluşmuş taneler.

Köşeli İyice belirgin kenarlara sahip, kabaca düzlem yüzeylerin kesişmesiyle şekillenmiş iyice belirgin kenarlara sahip taneler.

Yassı Kalınlığı diğer iki boyuta göre küçük olan malzemeler.

Uzun (çubuk) Uzunluğu diğer iki boyutundan oldukça fazla olan, genellikle köşeli malzemeler.

Yassı ve uzun (çubuk, lama)

Uzunluğu genişliğinden ve genişliği kalınlığından oldukça fazla olan taneler.

Köşelilik tanelerin yuvarlaklığını (veya yuvarlak olmama durumunu) gösterir ve silindirik bir kap içerisine sıkıştırılmadan doldurulmuş agrega yığınının boşluk içeriğinin ölçümünden elde edilir.

Yassılık indeksi kütlece numunedeki yassı tanelerin oranıdır ve kenetlenme, kemerlenme özeliklerinin bir ölçüsüdür [51]. Yassılık indeksi, iri agregaların tane

21

şeklinin tayininde referans deney olarak kullanılması öngörülmektedir [31]. Yassılık indeksi, belirli bir uygulama veya nihaî kullanım için TS 706 EN 1260’ta verilen kategorilere göre beyan edilmektedir [31]. Yassı agregalar karışımın “dişliliği”ni artırabilir. Bu sorun uygun karışım oranları ile büyük ölçüde giderilebilir [58].

“Yassılık” ve “uzamışlık” aşağıdaki şekilde tanımlanmaktadır [59]:

Yassı taneler = genişlik/kalınlık 3 Uzamış taneler = uzunluk/genişlik 3

Tane yüzeyi dokusu

Yüzey dokusu sertlik, tane boyutu, boşluk yapısı ve ana kayaca bağlıdır. Yüzey dokusunu tariflemek için iki bağımsız geometrik özelik vardır: (1) pürüzlülük olarak adalandırılan yüzey kabarıklığının derecesi ve (2) bir taneciğin birim izdüşüm düzlem alanına tekabül eden gerçek yüzey alanı mikdarı [51]. BS 812’de verilen tanımlamalar Çizelge 2.5’de görülmektedir [57].

Çizelge 2.5 Agregaların yüzey dokuları [57]

Yüzey dokusu Karakteristikler

Cilalı Konkoidal (eğrisel) kırık

Pürüzsüz Su ile aşınmış, katmanlı kayaçların kırılması veya iyi öğütme nedeniyle pürüzsüz.

İnce pürüzlü (taneli) Yapısı çok veya az üniform boyutlu yuvarlak taneler.

Pürüzlü Kolayca görülemeyen kristalimsi yapılı bileşenler içeren ince veya

orta granülometriye sahip kayaçlar.

Dişli Kolayca görülebilen kristalimsi bileşenler içeren malzemeler.

Gözenekli Görünür gözenek ve boşluklu.

Çizelge 2.5’de belirtilen koşullar milimetre (mm) düzeyinde pürüzlülük ölçülmesiyle makro dokuya uygulanır [51]. Farklı düzeylerde ölçeklendirme ile dokunun belirlenmesi de mümkündür ve farklı mikro pürüzlülükler sertleşmiş bağlayıcı hamur ve agrega arasında farklı bağların gelişmesine sebep olduğu için mikro doku (mikrometre veya nanometre düzeylerinde) beton performansında oldukça önemlidir [51].

Tane şekli gibi yüzey dokusu da agreganın üretimi ve kaynağına son derece bağlıdır. Sürtünmeye maruz kalmış doğal agregalar oldukça pürüzsüzdür. Pürüzlü yüzey dokusu agreganın toplam yüzey alanını ve sıkıştırma sırasında agrega taneleri arasındaki içsel

22

sürtünmeyi artırır. Diğer yandan pürüzlü dokular agrega ve hamur arasında iyi bağ oluşumunu sağlar ve böylece betonun mekaniksel özeliklerini iyileştirir [60].

Granülometri

Granülometri, tane büyüklüğü dağılımı, agregaların önemli bir özeliğidir. Agrega granülometrisi ile taze betonun özelikleri arasında oldukça sıkı bir ilişki vardır. İyi (sürekli) granülometrili ve iyi şekilli agregalar ile işlenebilir bir karışım (ayrışmayan, kolayca taşınabilir, yerleştirilebilir ve sıkıştırılabilir) elde edilir [61].

Dolgu malzemesi olarak kullanılan agregalar dışındaki bütün agregalar, d/D gösterilişi kullanılarak agrega tane sınıfı cinsinden belirtilmelidir [31].

Bir agregada belirli büyüklüklerdeki tanelerin dağılımını gösteren eğriye granülometri eğrisi denir ve elek analizi deneyi [62] ile belirlenir.

Pompa ile iletilen betonlarda ince agreganın tane büyüklüğü dağılımı iri agregaya göre daha önemlidir [5]. Pompa ile iletilmeye uygun betonda ince agreganın incelik modülü 2.30 ile 3.10 arasında olacak şekilde seçilmesi önerilmektedir [5].

Beton karışım agregasının doluluğunun yüksek olması istenir. Kompasitesi yüksek karışım agrega kullanıldığında betonun kompasitesi yüksek olacaktır ve dolayısıyla betonun dayanımı da artacaktır.

Den büyük değeri büyük olan agregada genel olarak iri agregalar fazla mikdarda bulunur.

Den büyük değeri büyük agregalar kullanılması betonun doluluğunu artırır. Aynı zamanda

işlenebilme için daha az su kullanılmasını olanaklı kılar [38]. Den büyük betonun

kullanılacağı yapı elemanının şekil, cins ve en dar kesitinin boyutu, net beton örtü tabakası kalınlığı [63] ile betonun dökümünde kullanılacak yönteme bağlıdır [5].

o İncelik modülü (FM)

Boyutsuz bir parametre olan incelik modülü granülometriyi tayin ve karakterize eden tek bir sayıdır ve ortalama (veya logaritmik ortalama) tane büyüklüğünün bir ölçüsüdür [51]. Genellikle, aynı incelik modülüne sahip tanelerden aynı kohezyona ve işlenebilmeye sahip karışım elde etmek için yaklaşık aynı mikdarda suya ihtiyaç duyulur

23

[51]. Bununla beraber, su ihtiyacı sadece incelik modülü ile verilen ortalama tane büyüklüğüne değil, özellikle çok ince malzeme (< 300 m) içeriğine bağlıdır [51].

o Granülometri ve diziliş teorileri

Taneli malzemeler üç boyutlu uzayda değişik düzenlerde dizilirler. Bu dizilişler tanelerin doğasına, özellikle granülometri ile tariflenen şekil ve tane büyüklüğü dağılımına bağlıdır [51]. Taneli malzemelerin dizilişi ve granülometrisi birbirleriyle yakından ilişkilidir çünkü granülometri hâkim diziliş etkinliğini etkilemektedir.

“En iyi tane büyüklüğü dağılımı” modelleri taneli malzemelerin diziliş karakteristiklerine bağlıdır. Fuller ve Thompson (1907) minimum boşluk oluşturacak granülometri eğrilerini (2.1) bağıntısıyla belirlemişlerdir [51].

0.5 t en büyük d D P (2.1)

Bu ifade daha sonra aşağıdaki şekilde genelleştirilmiştir.

t en büyük d D q P (2.2)

Burada, Pt = d göz büyüklüğünden ince olan toplam katı kısım, Den büyük = en büyük tane

büyüklüğü, q = 0 ve 1 arasında bir değerdir.

(2.2) bağıntısı Fuller parabolik granülometri eğrisidir. Granülometri eğrileri ve parametreler (örneğin incelik modülü) arasındaki ilişkiyi veren Powers (1968) [64] tarafından Fuller ve Thompson’ın granülometri teorileri tartışıldı. Ancak, Powers’ın işaret ettiği gibi, parabolik granülometriler, çimento içeriği ve en büyük tane büyüklüğü verilen bileşimler için eniyi granülometrinin tahminine olanak tanımaz.

 Agregaların mekaniksel özelikleri

Agregaların mekaniksel özelikleri, kırılma, rijitlik ve aşınma veya sürtünme direncine bağlı parametreler dışında farklı dayanımları kapsar.

24

Kayaç dayanımı

Katıların (kayaç) dayanımı deney için özel olarak hazırlanmış düzgün geometrik biçimli prizmatik numuneler (silindir, küp, kiriş vb.) üzerinde ölçülür. Agregaların taneli şekilde olmaları ve birçok agreganın tane boyutları geleneksel dayanım deneyleri için uygun değildir [51]. Birçok kayaçın dayanımları geleneksel ve hattâ yüksek dayanımlı betonların basma dayanımlarını aşmaktadır [51]. Bu nedenle betonlarda oldukça farklı agrega türleri kullanılabilmektedir [51].

Agrega tane dayanımı

Agregalar taneli şekle sahip olduklarından agrega tane dayanımı agreganın beton özelikleri üzerindeki etkisinin tahmini için daha kullanışlıdır [51].

Agrega tane dayanımının belirlenmesi, standard bir kap içerisinde iri agrega numunesinin ezilmesi (ufalanması) ve bunun sonucu elde edilen ince malzeme mikdarının ölçümüne dayanır [51]. Ölçüm değerine etki eden etmenler; agrega şekli, yassılık, içsel kusurlar veya çatlaklar ve kayaç dayanımı olarak sıralanabilir [51].

Agrega tane dayanımı, TS EN 1097-2 standardında [65] belirtilen ölçüm yöntemi ile elde edilen Los Angeles katsayısı ve darbe direnç değeri kategorileri ile belirtilir [31].

Agregaların aşınma direnci ve sertliği

Agrega aşınma direnci ve yüzey sertliğinin beton uygulamalarının çoğunda çok az veya hiç önemi yoktur [51]. Fakat bazı özel uygulamalarda bu agrega özelikleri beton özeliklerini etkilemektedir. İlk uygulama, beton yüzeylerinin bazı aşınma kuvvetlerine maruz kaldığı uygulamalardır. İkinci uygulama, agrega aşınma direncinin agrega üretimi ve nakliyesi esnasında agrega performansını etkileyen önemli bir etken olduğu uygulamalardır. Dayanımı düşük ve kolay ufalanabilir agregalar harmanlama, karıştırma ve döküm esnasında parçalanabilirler. Bu nedenle ince malzeme mikdarındaki artış işlenebilirlikte kayıp, hava içeriğinde azalma oluşturur [51].

Agregaların aşınması sürtünme, zımparalama, kazıma, darbe ve hidrolik erozyon ile gerçekleşebilir [66]. Agregaların aşınma direnci ölçüm yöntemleri ve beton agregası için sınır değerleri [67], [68] ve [31] nolu kaynaklarda detaylı olarak verilmektedir. Agrega yüzey sertliği sadece agregaların işlenmesi esnasında oluşacak olası aşınmalar

25

durumunda önemlidir. Sertliğin klasik tanımı, kazıma (perdah), batma veya ovalamaya (sürtünme) karşı dirençtir. Yüzey sertliği agregalardaki farklı mineral tanelerinin sertliğine ve tokluğuna bağlıdır [51].

 Agregaların kimyasal ve durabilite özelikleri

Agregaların kimyasal ve dürabilite özelikleri, tayini ve beton agregaları için sınır değerleri [31], [51], [69], [70], [71] ve [72] nolu kaynaklarda ayrıntılı olarak verilmektedir.

 Agregalarda bulunan zararlı maddeler ve tuzlar

Beton agregalarındaki çeşitli maddeler, çimento ile etkileşime girerler veya arzu edilmeyen etkilere sebep olurlar. Örneğin, sülfatlar çimento hidratasyonunu etkilerken, yüksek düzeyde klorürler donatı çeliğinde korozyona sebep olurlar [51].

Agrega içerisinde bulunan istenmeyen maddelerin betonda meydana getirdikleri zararlı etkiler [56] kaynağında; (1) çimentonun pirizine kimyasal etki, (2) çimento hamuru ve agrega arasındaki bağları fiziksel olarak engelleme, (3) dayanıklılık (kalıcılık)veya sertleşmiş malzeme dayanımına zarar verebilecek düzeyde taze beton özeliklerini değiştirme, (4) sertleşmeden sonra agrega ve çimento hamuru arasında etkileşimin devam etmesi, bazen betonun genleşmesi ve çatlamasına sebep olur, (5) agrega tanelerinin kendilerinin zayıf ve düşük dayanıklılığa sahip olması olarak özetlenmektedir [56].

Zararlı maddeler genellikle agregalardaki belirli mineral ve kayaçlar, organik maddeler, istenmeyen tuzlar ve diğer kimyasallardır. Zararlı maddeler ve betondaki istenmeyen etkileri, tayini ve sınır değerleri [73], [74], [75], [56], [51], [76] ve [31] nolu kaynaklarda ayrıntılı olarak verilmektedir.