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.
Agregaların Özellikleri
İyi bir beton üretimi için agregalarda bulunması gereken şartlar şunlardır.
Tane dağılımı (granülometrik bileşim) TS 706’EN 12620 nın gereklerini yerine getirmelidir. Boşluksuz bir beton karışımı elde edilmesine elverişli olmalıdır.
Tane şekli kübik olmalıdır. Şekilce kusurlu (yassı ve uzun) taneler içermemelidir.
Tane dayanımı, istenen özellikte bir betonun yapımı için yeterli olmalıdır. Sert, dayanıklı ve boşluksuz olmalıdır. Aşınmaya dayanımlı olmalıdır.
Sık sık donma-çözülme etkisinde kalan betonlar için kullanılan agrega, dona dayanıklı olmalıdır.
Kil, silt, mil ve toz gibi beton dayanımını ve aderansı olumsuz etkileyen zararlı maddeler içermemelidir.
Organik kökenli ve hafif maddeler içermemelidir.
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 klorüriçermemelidir.
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. 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.
Agrega – Su Bağıntısı:
Agreganın emdiği su miktarı tanelerin kökenine, yapısına ve granülometri bileşimine bağlıdır. Agrega taneleri arasındaki boşluklarda su dört şekilde bulunur.
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.
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 ağırlığa etki eden faktörler ;
Agreganın granülometrisine bağlı olarak boşluk miktarı değişmektedir. Boşluk miktarının az olması birim ağırlığı arttırır.
Kusurlu malzemenin fazla miktarda olması boşluğu arttırdığından birim ağırlığı düşürecektir.
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.
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.
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 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.
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.
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
b) Deniz Agregası
c)Teras Agregası
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.
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].
Tane Boyutlarına Göre Agregalar
Boyutlarına göre, ince agrega (kum), iri agrega (çakıl) ve Tüvenan (karışık) agrega olmak üzere üç sınıfa ayırmak mümkündür.
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.
Yüzey Dokusuna Göre Agregalar
Agregaları yüzey dokusuna göre düzgün, granüler, prüzlü, kritalli ve petekli olmak üzere beş grubta sınıflandırabilir.
Jeolojik Orijinlerine Göre Agregalar
Agregalar jeolojik orjinlerine göre, volkanik, tortul ve metamorfik şekilde sınıflandırılır.
Mineralojik Yapısına Göre Agregalar
Agregalar minerolojik yapılarına göre silis mineralli, karbonat mineralli ve mika mineralli olarak genelleştirilebilir.
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.
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.
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.
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.
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.
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 kükürtün varlığına gösterge sayılabilir. Kükürt ise beton için zararlı sülfat etkisine yol açar.
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.