Agrega

Betonda kullanıma uygun kum, çakıl, kırma taş, cüruf gibi çeşitli büyüklükteki taneli malzemelere agrega denir. Beton üretiminde kullanılan kum, çakıl, kırma taş gibi malzemelerin genel adı agregadır. Beton içinde hacimsel olarak %60-75 civarında yer işgal eden agrega önemli bir bileşendir. Agregalar tane boyutlarına göre ince (kum, kırma kum vb.) ve kaba (çakıl, kırma taş gibi) agregalar olarak ikiye ayrılır. Agregalar, doğal, yapay veya daha önce yapıda kullanılmış malzemelerden tekrar kazanım yoluyla elde edilmiş olabilir. Agregaların özellikleri kendisinden yapılan betonun özelliklerine de aynen yansır. Yani kendi özellikleri iyi olan agrega ile yapılan betonun özellikleri de iyi olur.

Kum, çakıl, kırma taş gibi malzemelerin genel adı agregadır. Beton içinde hacimsel olarak %75’inin agrega taneleri tarafından işgal ettiği düşünülürse, agregaların önemi ortaya çıkar. Agregalar tane büyüklüklerine göre ince kum ve çakıl agregalar olarak ikiye ayrılır. 0-4 mm arası kum, 4mm den büyük olanlar çakıl olarak adlandırılır.

Resim 1-Agrega

Agregalarda aranan en önemli özellikler şunlardır

1. Sert, dayanıklı ve boşluksuz olmaları,
2. Zayıf taneler içermemeleri (deniz kabuğu, odun, kömür… gibi)
3. Basınca ve aşınmaya mukavemetli olmaları,
4. Toz, toprak ve betona zarar verebilecek maddeler içermemeleri,
5.  Yassı ve uzun taneler içermemeleri,
6.  Çimentoyla zararlı reaksiyona girmemeleridir.
7. Agreganın kirli (kil, silt, mil, toz vb.) olması aderansı olumsuz etkilemekte, ayrıca bu küçük taneler su ihtiyacını artırmaktadır. Beton agregalarında elek analizi, yassılık, özgül ağırlık ve su emme gibi deneyler uygun aralıklarla yapılarak kalite sürekliliği takip edilmelidir. Betonda kullanılacak agregalar TS 706 EN 12620’ye uygun olmalıdır.
8. Mineral Kökenli,
9. Değişik Boyutlu,
10. Sert Taneler olması gerekmektedir.

Amerikan standartlarından ASTM D8‘ e göre Agrega, “Harç veya beton oluşturmak amacıyla bir bağlayıcı madde ile veya temel tabakaları, demiryolu balastlarında, vb. işlerde tek başına kullanılan kum, çakıl, deniz kabuğu, cüruf ya da kırma taş gibi mineral kompozisyonlu granüler (taneli) bir malzemedir” şeklinde tanımlamaktadır.

Agregalar, betonun hacim olarak %60-%80’ini oluşturur. Bitümlü yol kaplamalarının ağırlıkça % 90-95, hacimce %75-85’ini agregalar oluşturmaktadırlar.

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 çevre koşullarına dayanıklılığını ve dayanımını artırır.

Resim 2- Beton Karot Numunesinde agrega

Agreganın çimento ile genellikle kimyasal etkileşime girmesi istenmez. Çimento hamuru ile agrega arasındaki bağlantı fiziksel ve mekanik özellik taşır. Bu bağlantıya “dayanım” adı verilir.

 Agregaların Sınıflandırılması

Agreganın sınıflandırılması agregayı daha iyi tanımak, tarif etmek ve doğru kullanımı sağlayabilmek için yapılır.

Elde ediliş şekillerine göre;

Doğal agregalar:

Doğada agrega yataklarından alınarak gerektiğinde konkasörde kırılma, elenme, değişik boylarda sınıflara ayrılma ve yıkanma işlemlerinin dışında, doğadaki yapısında değişiklik yaratacak hiçbir işlem uygulanmadan kullanılan agregalardır. Kum, çakıl ve kırma taş en tipik ve en çok kullanılan doğal agregalardır.

Resim 3- Doğal Agrega

Resim 4-Agrega Yığını

En iyi malzemeler derelerden elde edilen malzemelerdir. Bunlar temiz ve düzgün tanelerdir.

Deniz Agregaları

Bunlar tekdüze taneli ve genellikle ince malzemelerdir. Deniz kenarındaki midye, istiridye kabukları bazı durumlarda sorun çıkarırlar. Bunlar agreganın yerleşmesini güçleştirir. Tane dayanaklığını düşürür, bazen de düşük dayanımlı taneler oluştururlar. Deniz kumu temiz olmasına rağmen bünyesinde tuz barındırır, bu tuz zamanla korozyona neden olur. Yapılarda kullanıldığı zaman rutubete neden olurlar ve dayanımları düşüktür.

Dere Agregaları

Akarsu yataklarındaki agrega ocakları en çok rastlanan ve genellikle en fazla arzu edilen kaynaklardır. Çünkü :

• Parçalar genellikle yuvarlaktır.
• Akıntı dolayısıyla agregalar ufalanmakta ve uygun bir Granülometriye sahip olmaktadır.
• Sürüklenme sırasında meydana gelen aşınmalar zayıf parçaların ufalanarak kısmen elenmesini sağlamaktadır.
• Doğal agregalardan en iyi malzemeler derelerden elde edilendir. Bunlar, temiz düzgün tanelerden oluşur.
• Kompasiteleri yüksek olduğundan beton dayanımına etkileri fazladır.

Resim 5- Dere Agregaları

Teras Agregaları

Yamaç birikintileri dik ve yüksek yamaçlardan kayan ve kopan kaya parçalarının dip kısımda birikmesiyle meydana gelir.

Buzul Agregaları

Buzul depoziteleri kuzey paralel dereceleri ile yüksek rakımlarda bulunmaktadır. Bunlar, buzul depoziteleri, gerçek ve nehir buzul depozitleri olmak üzere ikiye ayrılırlar. Gerçek buzul depoziteleri akarsu hareketlerine maruz kalmadıklarından çok fazla üniformluluk gösterirler. Dolayısıyla beton agregası olarak kullanılmaya elverişli değildirler. Nehir buzulu depozitelerinde ise, genellikle uygun agrega malzemesi elde edilebilir.

Yapay agregalar

Yapay agregaların bir diğer adı da sanayi ürünü agregalarıdır. İkinci bir işlem sonucu beton yapımında kullanılır hale getirilebilir. Genel olarak ses ve ısı yalıtımı ile hacimleri bölme amacıyla üretilirler.

Tane Şekillerine göre;

-Yuvarlak

-Köşeli

-Yassı

-Uzun

Şekillerinde bulunurlar.

Birim ağırlıklarına göre;

• Hafif agregalar
• Ağır agregalar
• Normal agregalar

Hafif agregalar:   Birim ağırlıkları 2,4 t/m3 ten küçüktür. Hafif beton elde edilmesinde kullanılır. Betonun birim ağırlıklarını azaltmak, ısı ve ses yalıtım özelliklerini arttırmak için kullanılır. EN 1097-6’ya uygun olarak tayin edilen etüv kurusu tane birim hacim kütlesi  £ 2000 kg/m3 veya EN 1097-3’e uygun olarak tayin edilen etüv kurusu yığın (boşluklu) birim hacim kütlesi  £ 1200 kg/m3 olan mineral esaslı agrega. Hafif beton elde etmek için kullanılırlar. Bu agregaları sünger taşı, (Ponza bims), volkan tüfleri, diyatamit, yüksek fırın cürufu, hızar talaşı, rende talaşı ve genleştirilmiş kil, perlit, şist vb. isimler altında sıralayabiliriz.

Ağır agregalar: Birim ağırlıkları 2,8 t/m3 ten büyüktür. Ağır beton edilmesinde kullanılırlar. Barit, manyetit, hematit, limonit, vb. agregalar örnek gösterilebilir. Ağır agregalar nükleer santral su deposu, röntgen odaları, gibi geçirimliliği az, kapasitesi (doluluk oranı) yüksek betonlarda kullanılırlar. EN 1097-6’ya uygun olarak tayin edilen etüv kurusu tane birim hacim kütlesi  ³ 3000 kg/m³ olan  agrega. İhtiyaca göre ağır beton elde etmek için kullanılırlar. Örneğin, doğal ağır agregalar arasında barit, manyetit, hematit, limonit sayılabilir. Yapay ağır agregalara ise, demir ve çelik hurdasını örnek verebiliriz.

Normal agregalar: Birim ağırlıkları 2,4-2,8 t/m3 arasında olan agregalardır. Uygulamada en çok kullanılan agrega çeşididir. EN 1097-6’ya uygun olarak tayin edilen etüv kurusu tane birim hacim kütlesi 2000 kg/m³-3000 kg/m³ arasında olan agrega. Uygulamada en çok kullanılan agrega çeşididir.

Boyutlarına göre;

• İri agregalar (çakıl ):
• İnce agregalar (kum):
• Karışık(Tüvenan) Agregalar:

İri agregalar (çakıl):

Kırmataş, çakıl veya bunların karışımından elde edilen ve 4 mm çaplı eleğin üstünde kalan malzemelerdir.

İnce agregalar (kum):

• Doğal kum, kırma kum veya bunların karışımından elde edilen, 4 mm çaplı elekten alta geçen malzemelerdir.

Karışık(Tüvenan) Agregalar:

• Doğal agrega ocağından doğrudan doğruya elde edilen elenmemiş ince ve iri agrega karışımıdır. Standartlar ve şartnameler zorunlu kalmadıkça karışık agrega kullanılması istenmemektedir.

Jeolojik orijinlerine (kökenlerine) göre;

• Volkanik
• Tortul
• Metaformik

Volkanik (Püskürük) agregalar

• Magmanın yeryüzünde ya da yeryüzüne yakın yerlerde soğumasıyla oluşan taşlardır.
• İç ve dış püskürük olarak ikiye ayrılırlar.

Tortul agregalar

• Denizlerde, göllerde ve çukur yerlerde meydana gelen tortulanma ve çökelmelerle oluşan taşlardır. Bunlar da kendi aralarında; Kimyasal, organik ve fiziksel olarak üç’e ayrılır.

Metaformik agregalar

• Tortul ve püskürük taşların, yüksek sıcaklık ve basınç altında başkalaşıma uğraması sonucu oluşan taşlardır.

Mineralojik yapılarına göre;

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

Yüzey durumlarına göre;

• Düzgün
• Pürüzlü
• Kritel
• Petekli
• Granüllü

Agrega Standartları

• Tane Şekli: 8 mm üzerindeki yassı ve uzun taneler ağırlıkça %50’den çok olmamalıdır.(TS-3614).
• Tanenin en büyük boyutunun küçük boyutuna oranı 3’den büyük olan tanelere kusurlu tane denir.
• Tane Dayanımı: Bilyeli tamburla 100 dönüş sonunda ağırlıkça max %10.500 dönüş sonunda max %50 olacak (TS-3694).
• Dona Dayanıklı: (Sodyum Sülfat)İnce agregalarda  max % 15kaba agregalarda max %18 (TS-3655).
• Yıkanabilir Maddeler: 63 mikron elekten geçen 0/4 mm arası max %4, 1/4 mm arası max %3, 2/8 mm arası  max % 2, 4/63 mm arası max %0.5 (TS-3527).
• Organik Kökenli Maddeler: Sodyum Hidroksit ile yapılan deneyde sıvı rengi sarı, kahve rengi veya kırmızı olmayacak (TS-3673).
• Hafif Maddeler: Kömür veya diğer şişen malzemeler 20kg/dm 3 sıvıda yüzdürüldüğünde ağırlıkça % 0.5’den fazla olmayacak (TS-3528).
• Sertleşmeye Zarar Veren Maddeler: Şeker, mika ve çözünen tuzlar mevcut olmayacak (TS-3821). İnce agrega ile yapılan betonun basınç dayanımı, karşılaştırılmalı beton basınç dayanımının %85’inden daha düşükse, agregada betonun serleşmesine zarar veren maddeler bulunduğu varsayılır.
• Kükürtlü Bileşenler: SO3 olarak saptanan sülfat miktarı max %1 (TS-3674). Kükürtlü Bileşenler (alkali sülfatları, jips ve anhidirit gibi) betona zararlıdır.
• Çeliğe Zarar Veren Maddeler: Suda çözülen klorürler klor olarak saptandığında,max %0.2 olacak (TS-3732).
• Alkali Agrega: Alkali hidroksit ile reaksiyona girebilen silisli mineraller (kristobatit, tiridimit, opal vb. taşlar opalli kumtaşı, obsidiyen, çakmaktaşı vb) bulunmayacak (TS-3332 TS-2517).

Agregalarda Bulunabilecek Zararlı Maddeler

Agrega tanelerinin yüzeyinde veya aralarında bazı yabancı maddeler yer alabilmektedir. Bu maddelerin oranı yüksek olduğu takdirde betonun özellikleri olumsuz etkilenmektedir. Zaralı maddeler, betonun prizine(katılaşmasına) veya sertleşmesini olumsuz etkileyen, betonun dayanım ve dayanıklılığını azaltan, donatının korozyona karşı korunmasını tehlikeye düşüren maddeler olarak tanımlanmaktadır.

İnce maddeler(Yıkanabilir maddeler); Tane boyutu 0.063mm (63mikron) den küçük olan taneler ince maddeler olarak tanımlanır. Bazı standartlarda ince madde büyüklüğü, 0.075 den küçük maddelerdir. Yıkanabilir ince maddeler agregalarda bulunması kısıtlanan maddeler olup bunlardan en zararlısı kildir. Kil, silt ve taş unu gibi 63 mikrondan daha ince taneli malzeme agregada topaklanmış halde veya toz halde dağılı veya tanelerin yüzeyine yapışmış olarak bulunurlar. En kötüsü yüzeye yapışmış halde olanıdır. Çünkü bu durumda agrega ile çimento hamuru arasındaki bağ (aderans) çok zayıflayabilir ve sonuçta betonun dayanımı önemli ölçüde düşebilir. Diğer yandan kil ve siltin çok fazla olması betonun karışım suyu ihtiyacını artıracağından, dayanım yine olumsuz yönde etkilenecektir. Kil topakları betonun hacimsel kararlığını bozarlar, zira bunlar su aldığında şişerler, ayrıca hiçbir dayanıma sahip olmadığından beton içinde boşlu gibi davranırlar. Avuç içinde ezilerek, ele yapışma durumu ve kokusuna bakarak kil oldukları anlaşılır. Bunların varlığı çökeltme deneyi veya 63 mikronluk elekten ıslak elenmek suretiyle yıkama deneyi ile belirlenir. Elek boyutu dikkate alınırsa belirlenen değer kil+silt olmaktadır. Standartlarda ince malzemenin kumlarda %5 den, iri agregalarda %2 den fazla olması istenmez. Özellikle eski göl ve nehir yataklarından elde edilen agregalarda ince madde miktarları fazla olabilir. Bu agregalar, ancak çok iyi bir şekilde yıkandığında kullanılabilirler.

Organik maddeler; Organik kumlar daha çok kumlarda rastlanır ve zayıf asit karakterindedir. Çürümüş bitki kökleri, turbalık zeminler, humus toprakları agregaya karışabilir. Organik maddeler betonun prizini ve sertleşmesini geciktirerek dayanımın düşmesine neden olmaktadırlar. Bunun dışında betonun yüzey görünümünü de bozmaktadırlar. Agregalarda organik maddenin varlığını anlamak için %3 konsantrasyonlu (sodyum hidroksit-NaOH) eriyiği hazırlanır ve agrega bu eriyik içerisine konarak iyice karıştırılır. Çözeltinin içine karışan organik madde sıvının rengini değiştirecektir. Eriyiğin rengi 24 saat sonunda değişecektir. Renk koyu sarı, kahve rengi olursa agregadaki organik madde içeriği (hümik asit) zararlı düzeyde olduğu kabul edilir. Renk açık sarı veya açık renk tonlarında ise organik maddenin olmadığı veya zararsız düzeyde olduğu varsayılır.

Hafif madde; Agregalarda bulunabilecek hafif maddeler; kömür, fosil, deniz hayvan kabukları, odun parçacıkları gibi yoğunlukları normal agregaya göre daha hafif olurlar. Bunlar mekanik dayanım yönünden yetersizdirler ve beton içinde bulunmaları istenmez. Bunlar suyu aldığında şiştiklerinden hacim sabitlikleri bulunmaz. Bu maddelerin agregalarda fazla bulunması betonun dayanım ve dayanıklılığını olumsuz etkiledikleri gibi betonun yüzey görünümünü de bozarlar.

Alkali – agrega reaksiyonu; Alkali-agrega reaksiyonu (ASR), betonda çatlamalara yol açan kimyasal bir reaksiyondur. Bu reaksiyon betonda kullanılan bazı agregalarda bulunan aktif silis ile çimentodan gelen sodyum ve potasyum alkaliler arasında oluşur. Betonun hacim sabitliğini bozar ve ağ şeklinde sık çatlaklar meydana getirerek hasara neden olur. Bu olay uzun yıllar sonra meydana gelmektedir. ASR nin oluşması üç faktöre bağlıdır;

1. Çimentodaki alkali oksitler (Na2 O + K2 O) miktarı % 0.6 dan büyük ise,
2. Agregada alkaliye duyarlı silissi mineraller bulunuyor ise, alkaliye duyarlı tanelerin; opalli kumtaşı, diğer opalli taşlar, çakmak taşı gibi,
3. Betonda yeterli miktarda rutubet bulunuyorsa,

ASR iki aşamada zararlı etkisini gösterir;

Alkali + Silika → Jel (alkali silikat çözeltisi)

Jel + Rutubet   → Genleşme

Meydana gelen genleşme çatlamalara yol açarak, betonu hasara uğratır. Agregalarda (kumlarda) bu tür bir reaksiyona yatkın olup olmadığını anlamak üzere standardına uygun harç çubukları hazırlanarak 6 ay ve 1 yıl süreyle sabit bağıl nemde ve sıcaklıkta tutulur. Boylardaki uzama oranları 6 ayda % 0.5 den, bir yılda % 1.0 den büyükse alkali reaktivitesinin varlığına karar verilir.