04.03.2020

1

AGREGA YAPI MALZEMESİ

Giriş:

• Yapay taş (harç) 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.

1

• Agrega: Doğal taşların, çeşitli atmosfer etkiler veya mekanik kırıcılar (konkasör) ile ufalanması/parçalanması sonucu elde edilen veya yapay olarak üretilen farklı tane boyutlarındaki inorganik malzemelere denir.

• ASTM’ye göre agrega;

Harç veya beton üretmek amacıyla bir bağlayıcı madde ile veya karayolları temel tabakaları, demiryolu balastlarında vb. işlerde kullanılan kum, çakıl ve kırmataş gibi mineral bileşimli granüler(taneli) bir malzeme olarak tanımlanmaktadır.

2

• Agregalar en önemli yapı malzemelerinden olan betonun hacimce %60-%80’ini, bitümlü yol kaplamalarının hacimce %75-85’ini oluşturmaktadırlar.

• Agregalar, çimento bağlayıcılı taşıyıcı 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 aderansadı verilir.

3

Agregaların genel olarak sınıflandırılması:

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

f) Yüzey dokusuna göre: Düzgün, granüler, pürüzlü, kristalli

g) Üretime (elde edilişlerine) göre: Doğal, yan ürün, ısıl işlem uygulanarak.

ı) Jeolojik oluşumlarına göre: Volkanik, tortul, metaformik.

i) Mineralojik yapılarına göre: Silis mineralli, karbonat mineralli, mikalı v.b.

4

04.03.2020

2

Kaynaklarına göre agregalar:

a) Doğal agregalar:

• Doğal agregalar, dereler, eski dere yataklarından oluşan ocaklar, deniz ve göl kenarları, taş ocakları gibi doğal kaynaklardan eldeedildikten sonra konkasörde kırma, eleklerden elenerek değişiktane boyutu sınıflarına ayırma ve yıkama işlemleri dışında, doğadaki kimyasal yapılarında değişiklik oluşturacak hiçbir işlemuygulanmamış olan agregalardır.

• Kırma, yıkama ve eleme işlemleri yapılmadan akarsu, göl yataklarından elde edilen ve doğrudan kullanılabilen doğalagregalarda bulunmaktadır. Bu şekilde doğrudan elde edilen doğal malzemenin ince tane boyutlusuna kum, iri tane boyutlusuna çakıl adı verilmektedir.

5

• Doğal agrega mineral kökenli değişik boyutların karışımı halindebulunabilir. Doğada bulundukları yerlerden (agrega ocağı) çıkarıldıktan sonra olduğu gibi ince ve iri agrega karışımı olarakkullanılan malzemeye tuvenan (karışık) agrega denilir. Bu türagrega genellikle alt temel veya dolgu malzemesi olarak kullanılmaktadır.

• Kum, çakıl, kırmataş en tipik ve en çok kullanılan doğalagregalardır.

• Ponza taşı gibi hafif beton yapımında kullanılan hafif agregalarve ağır beton yapımında kullanılan magnetit, barit gibi demircevherinin kırılmasıyla elde edilen ağır agregalar da doğalagrega sınıfına girmektedir.

6

Çakıl: 4-63mm Kum: 63µm-4mm

İşlenmemiş (çakıl) ve işlenmiş (kırmataş) doğal agrega 7

• Doğal agregalardan olan deniz kumu temiz ve homojenolmasına rağmen içindeki tuz nedeniyle çelik donatıda korozyona neden olduğu için zararlıdır. Ayrıca tuz, rutubeti çektiğinden, tuzlu kum kullanılan yapıların nemli olmasına yol açar.

• Deniz kumlarında ayrıca midye, istiridye kabukları vb. kalıntılarbetonun yerleşmesini güçleştiren düşük dayanımlı tanelerdir.

8

04.03.2020

3

• Çöl ve ova kumları ise temiz olmalarına ve tuz içermemelerinerağmen, yalnızca ince tanelerden oluştuğundan, beton yapımıiçin genellikle uygun değildir.

b) İşlenmiş doğal agregalar (kırmataş agregalar):

• Kırmataş üretiminde ana kayaçlar taş ocağında patlatmayöntemiyle parçalanmakta, daha sonra konkasörler tarafındankırılarak boyutsal olarak küçültülmektedir. Kırılmış ürün, istenilen agrega boyutlarının elde edilmesi için eleklerden geçirilmektedir.

• Kırma işlemi, beton karışımlarına daha uygun hale getirmekamacıyla yuvarlak taneleri daha köşeli hale getirmek suretiyle tane şeklini, tane boyut aralığını ve dağılımını iyileştirmektedir.

9

• Kırmataş (mıcır) agregalar genelde:

� Kaba veya iri (>4 mm)

� İnce (4mm-63 μm)

� Filler (taşunu) (< 63 μm)

olmak üzere farklı boyutlarda üretilebilmektedir.

İri (15-25mm) İri (4-15mm) İnce (0-4mm) Filler (taşunu)

10

c) Yapay Agregalar:

• Beton üretimi ile doğrudan ilgisi bulunmayan bir endüstri sektöründe yan ürün veya atık olarak ortaya çıkan veya doğal bazı malzemelere ısıl işlem uygulayarak üretilen agregalardır.

• Genel olarak ısıl işlem sonucu üretilen agregalar, düşük dayanımlı ve hafif ağırlıklı olduğu için hafif beton üretiminde tercih edilmektedir.

• Yapay agregalar arasında en çok kullanılanlar: Yüksek fırın cürufu, uçucu kül agregası, genleştirilmiş kil agregası, ve genleştirilmiş perlit.

Genleştirilmiş Kil Granül Cüruf11

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.

12

04.03.2020

4

• Betonun fiziksel ve mekanik özellikleri 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

• Yukarıdaki agrega özelliklerinin bazıları , beton karışımının içerisinde yer alacak malzeme miktarlarının hesaplanmasında (beton karışım hesapları) kullanılmaktadır.

13

Beton karışım hesaplarında kullanılan agrega özellikleri:

� Granülometri bileşimi (gradasyon, tane boyutu dağılımı)

� Maksimum tane çapı (büyüklüğü)

� Tane şekli

� Su emme kapasitesi/oranı

� Mevcut su/nem miktarı

• Agrega özellikleri betonun özelliklerini etkilediği gibi beton karışımında yer alacak malzeme miktarlarını ve dolayısıyla betonun maliyetini de etkilemektedir.

Beton agregası olarak kullanılması uygun olmayan 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. 14

Agregaların tane boyutuna göre sınıflandırılması:

• Agregaları boyutlarına göre ince agrega (kum, kırmakum), iri agrega (çakıl, kırmataş) ve tuvenan (karışık) agrega olmak üzere üç sınıfa ayırılabilir.

• Normal beton agregaları, 63µ-31.5mm arası tane boyutu içerir. Ancak kütle betonlarında (beton baraj vb.) daha büyük çaplı taneler de (en büyük tane boyutu/çapı 150mm’ye kadar) kullanılmaktadır.

Tane boyutu aralığı İsimlendirme

70mm-31.5mm Balast

31.5mm-4mm İri agrega

4mm-63µ İnce agrega

63µ-2µ Filler (taşunu)

2µ altı Kil

15

• Betonda filler boyutunda malzeme en fazla %5 oranında olması istenir. Kil ise agrega-çimento hamuru arasındaki aderansızayıflattığı için agregada belirli bir oranın üzerinde bulunması istenmez.

Agrega tanelerinin boyutu ve biçimleri/şekillerinin etkileri:

• Taze betonun işlenebilme özelliğini

• Su ihtiyacını

• Agrega karışımının granülometrisini

• Karışımında kullanılan çimento hamuru miktarını

etkilemektedir.

16

04.03.2020

5

Tane şekillerine göre agregaların sınıflandırması:

• Agregalar tane biçimlerine/şekillerine göre farklı geometrilerde olabilmektedir.

17

Uzun ve yassı agregalar/taneler:

• Agregada uzun silindir (iki boyutu küçük fakat yüksekliği büyük) ve yassı disk (iki boyutu büyük fakat yüksekliği küçük) şeklindeki tanelere kusurlu taneler denir.

• Yassı veya uzun agregada tane yüzey alanının hacme oranı oldukça büyüktür. Bu nedenle agrega tanelerinin yüzeyini kaplamak için oldukça fazla çimento hamuruna ihtiyaç duyulur

• Bu tip taneler agregalar arasındaki boşluğu artırır, betonun işlenebilme özelliğini azaltır ve pompalanabilirliği zorlaştırır. Ayrıca kusurlu taneler genellikle kolay kırılır.

18

Yuvarlak agregalar:

• Taneleri küresel şekilde veya küresel şekle yakın olan agregalardır. Derelerden, eski dere yataklarından oluşan ocaklardan, denizlerden, çöllerden doğal olarak elde edilen agregalar genellikle bu şekildedir.

• Yuvarlak veya kübik taneler içeren agregada yüzey alanının hacme oranı daha düşük olmakta ve yassı agregalara oranla daha az çimento hamuru gerektirmektedir.

Köşeli agregalar:

• Kırmataş agregalarda olduğu gibi, tanelerin yüzeyinde kırılma işlemi nedeniyle çıkıntılar (köşeler) bulunan agrega köşeli agrega olarak tanımlanmaktadır.

19

• 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 kullanımı gerekir.

• Kırmataşlarda bulunan köşeler, bunlar arasında önemli boşlukların kalmasına sebep olur.

• Çakıl taneleri kırmataş tanelerine göre 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.

20

04.03.2020

6

Yüzey özelliklerine göre agregaların sınıflandırması:

• Agregalar yüzey özelliklerine göre:

a) Düzgün yüzeyli

b) Pürüzlü

olarak tanımlanabilir.

Düzgün yüzeyli Pürüzlü

• Agregaların yüzey özellikleri de (pürüzlülüğü) sertleşmiş betonun mekanik davranışında önemli etkileri vardır.

21

• 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. Ancak köşeli agregalar taneler arasındaki boşluğun artmasına neden olmaktadır.

• 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 gelir.

22

Agregada mevcut su/nem durumu:

• Agregadaki nem tanelerin birbirleri arasındaki sürtünmesini etkilediği için birim ağırlığın değişmesine sebep olur.

• Harç ve betondaki su miktarının agrega tarafından emilmemesi için agreganın belirli bir neme sahip olması gerekir.

• Agregadaki nem durumu yapısında bulunan boşlukların türüne ve miktarına göre değişiklik gösterir.

• Genel olarak agrega tanelerinde iki tip boşluk bulunmaktadır.

a) Su geçiren boşluklar: Tane yüzeylerinde ince çatlaklar olarakoluşan veya tane içerisinde olup da yüzeydeki boşluklarlabağlantılı olan boşluklardır.

b) Su geçirmeyen boşluklar: Agreganın jeolojik oluşumu sürecinde meydana gelen kapalı ve içerisine kolaylıkla su giremeyenboşluklardır.

23

• Agrega tanelerinin su/nem durumuna göre sınıflandırılması:

a) Tamamen kuru: Agregada boşluklarda hiç su olmaması durumudur. (105°C 'de en az 24 saat etüvde kurutulmuş hali),

b) Hava kurusu: Agrega taneleri havanın etkisiyle yüzeyi kuru fakattaneler içindeki su geçiren boşlukların bir kısmında subulunabildiği durumdur.

c) Doygun kuru yüzey (DKY): Agreganın yüzeyinin kuru olmasınarağmen su geçiren boşlukların tamamı su ile dolu olması durumudur.

d) Islak: Agreganın su geçirgen boşlukları su ile tamamen dolu veagrega yüzeyi su filmiyle kaplı olması durumudur.

• Eğer taneler kuru veya yarı kuru (hava kurusu) halde ise kullanılan karışım suyunun bir kısmı taneler tarafından emilecek, betonda karışım suyu olarak gereğinden az miktarda su kalacaktır.

24

04.03.2020

7

• Beton üretiminde bu sakıncalı durumu ortadan kaldırmak için, agreganın su miktarının (su emme kapasitesi) belirlenip, agregaların doygun kuru yüzey duruma getirilinceye kadar ıslatılması veya agregadaki nem durumuna göre karışımda kullanılacak su miktarı ile ilgili düzeltmeler yapılması gerekmektedir.

Değişik nem oranındaki granit agregası:

25

Agrega granülometrisi (tane boyutu dağılımı, gradasyonu)

• Granülometri bileşimi, agrega karışımı içinde boyutları belirli limitler içinde kalan tanelerin ne oranlarda olduğunu tanımlar.

• Belirli bir hacimdeki betonun kompasitesinin yüksek olmasınısağlamak ve karışımda kullanılacak farklı boyuttaki agregaların miktarlarının belirlenmesi için agregaların tane boyutu dağılımının belirlenmesi gerekir.

• Agreganın granülometri bileşiminin, betonun işlenebilirlik, dayanım ve dayanıklılık özellikleri üzerinde olumlu veya olumsuz etkileri vardır.

• Çimentonun beton karışımı içindeki en pahalı bileşen olması nedeniyle gerekli işlenebilirlik, dayanım ve dayanıklılık (durabilite) özelliklerinin sağlanması koşulu ile karışımdaki çimento hamuru gereksiniminin en aza indirilmesi gerekmektedir.

İşlenebilir bir beton için gerekli olan çimento hamuru miktarını belirleyen faktörler:

� Agrega taneleri arasındaki doldurulması gereken boşluk miktarı.26

� 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 ve ince tanelerin ayrışmasına (segregasyon) neden olmayan

� Homojen tane dağılımı sağlayan

� Taze betonun istenilen işlenebilirlik düzeyinde ve yoğunlukta olmasını sağlayan

agrega tane boyutu dağılımıdır.

• Taneli malzemede birim hacimdeki agrega hacmini artırmak (agregalar arasındaki boşlukları azaltmak) için çeşitli boyutlardaki (çaplardaki) taneleri beraber kullanılması gerekmektedir. Bu durumda iri tanelerin aralarındaki boşlukları ince taneler, ince tanelerin aralarındaki boşlukları daha ince taneler doldurur. Böylece granülometri bileşimi uygun agrega kullanılması ile çimento hamuru miktarı azalmaktadır.

27

Farklı granülometriye sahip agrega karışımları:

28

04.03.2020

8

• Agrega tane dağılımı taze betonun işlenebilme özelliğini doğrudan etkilemektedir. Karışımlarda kullanılan tane dağılımı uygun olmadığında yeterli işlenebilirliği sağlamak 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 boşluklar ve agrega yüzey alanları toplamı azalması ile karışımda kullanılacak su ve çimento hamuru miktarı azalacaktır.

• Çimento hamuru miktarının azalması ile oluşacak büzülmeler daha az olacak ve gerekli su miktarının azalması sertleşme sonrası boşluk miktarını azaltacağı için betonun dayanım ve durabilitesinin artmasına neden olacaktır.

29