KOMPOZİT MALZEMELER Birbirlerinin zayıf yönünü düzelterek üstün özellikler elde etmek amacı ile bir araya getirilmiş değişik fazlardan oluşan malzeme sistemine kompozit malzeme denir. Cam elyaflı polyester levhalar, çelik donatılı beton elemanlar, otomobil lastikleri bunlara birer örnektir. Kompozitler çok fazlı malzeme sayılırlar. Yapılarında sürekli bir ana faz ile onun içinde dağılmış pekiştirici bir donatı fazı bulunur. Örneğin perlitik çelikte yumuşak ve düşük mukavemetli ferrit ile sert ve gevrek sementit yan yana ince tabakalar halinde dizilir. Kompozitlere donatılı veya pekiştirilmiş malzemelerde denir.
Pekiştirici bileşenin türüne ve düzenlenme biçimine göre Taneli kompozitler, lifli kompozitler tabakalı kompozitler olarak üç gruba ayrılabilirler (Şekil 41). Tane
Taneli kompozitler için en önemli örnek betondur Taneli kompozitler için en önemli örnek betondur. Sert tanelerin sünek bir bağlayıcı madde ile birleştirilip aglomera haline getirilen kompozitlere diğer bir örnek asfalt yol kaplamalarıdır. Asfalt viskoz ve düşük mukavemetlidir, taş ise sert ve gevrektir, kütle halinde fazla şekil değiştirmeden, çatlayarak kolayca kırılabilir. Halbuki değişik boyutlu kırma taş ile asfaltın karışımından oluşan yol kaplama malzemesi hem sünek hem de yeter mukavemetlidir.
En önemli kompozitler lifli olanlardır. Gerçekte birçok malzeme lif halinde çok daha yüksek mukavemetli olurlar. Uygulamada donatı malzemesi olarak kullanılan metal lifler çoğunlukla kuvvetli kovalent bağlara sahiptirler. Aynı amaçla kullanılan metal liflerin mukavemeti de soğuk çekme ile çok arttırılmıştır. Kompozitlerin yüksek mukavemetlerinin yanında mukavemet/yoğunluk oranı da büyüktür. Aynı bir yükü, ağırlığı çeliğinkinin altıda biri olan boron epoksi ile taşımak mümkündür.
KOLLOİDAL MALZEMELER Kolloidal yapı bir ana faz ile onun içinde ince parçacıklar halinde homojen olarak dağılmış ikinci bir fazdan oluşan yapıdır. Kolloidal yapıya sahip kolloidlerin en ilginç türleri bir sıvı ve bir de katı fazdan oluşurlar. macunlar, boyalar, çimento hamuru, asfalt emülsiyonlar, killer gibi malzemeler bu tür yapıya sahiptirler. Uygulamada önemli olan kolloidler üç türdür, Sıvı içinde katı: kolloidal eriyikler Sıvı içinde sıvı: Emülsiyonlar Katı içinde sıvı: Jeller Dış fazı sıvı iç fazı katı parçacıklardan oluşan kolloidler en ilginç türdür. Bunlarda katı parçacıkların sıvılara karşı ilgileri yönünden ikiye ayrılırlar. Liyofobik kolloidler sıvıya karşı ilgisizdirler (sıvı, su ise hidrofobik denir). Liyofilik kolloidler ise sıvıya karşı ilgilidirler (sıvı, su ise hidrofilik denir).
AGREGA Genel olarak mineral kökene sahip muhtelif boyutta sert tanelerden oluşan kum, çakıl, kırma taş veya kırma çakıl gibi atıl tanelere “agrega” denir. Bu malzemeler bir bağlayıcı malzeme ile birleştirilerek sağlam kütleler oluştururlar. Çimento agrega ile kimyasal etkileşime girmeyip aralarındaki bağlantı fiziksel ve mekanik karakterlidir. Bu bağlantıya aderans , elde edilen kütleye de beton denmektedir.
Beton denildiği zaman akla ilk olarak agrega gelmektedir. Çünkü betonun taşıyıcı iskeletini oluşturduğundan dolayı betonun özelliklerinin tamamına yakınını agraganın niteliği oluşturur. Agregalar betonun iskeletini oluşturan dolgu malzemesi olarak kabul edilir ve beton hacminin %95 ini oluştururlar. Betonun işlenebilirliğine, basınç mukavemetine, dayanıklılığına, dayanma mukavemetine vb. tesir etmektedir.
Bu malzeme tabiattan doğrudan elde edilebildiği gibi ön kırıcılarla kırılarak.uygun kayaçlardan da elde edilirler. Agregaların sadece fiziki görünümleri beton üretiminde yeterli değildir. Beton üretiminde kullanılan agregalar, kimyasal ve petrografik yapılarına göre önemli sakıncalar doğurabildiği gibi beton iç yapısının bozulmasına ve dış etkilere zaman içerisinde dayanıklılık özelliğinin zayıflamasına sebep olabilirler.
Beton yapımında kullanılan agregalar a)Tabi Agrega: Teraslardan, nehirlerden, denizlerden, göllerden ve taş ocaklarından elde edilen yoğun yapılı agregalardır. b) Suni Agrega: Yüksek fırın curuf taşı, izabe veya yüksek fırın curufu kumu gibi sanayi ürünü olan kırılmış veya kırılmamış yoğun yapılışlı agregalardır. Sanayi ürünü agregada denilebilir. Bu tür agregalar dolgu malzemesi veya puzolon olarak kullanılabilir. Ayrıca hafif beton üretiminde de kullanılırlar.
Tabi agregalardan çakıl, kum veya mıcır gibi malzemelerin en iyileri akarsulardan elde edilenidir. Buradaki agregalar genellikle yuvarlak tanelidir. Akıntı tesiri ile taneler sürüklenirken sürtünme tesiri ile taneler yuvarlaklaşır ve ufalanarak uygun bir granülometriye sahip olurlar. Ayrıca sürtünme esnasında dayanıksız taneler ufalanarak kısmen diğer tanelerden ayrışarak bir nevi yıkanır. Akarsu yataklarında bulunan agrega ocakları çoğunlukla ekonomik agrega kaynaklarıdır. Bu ocaklar kurumuş akarsu yatakları, alüvyon deltaları da olabilir. Özellikle kurumuş akarsu yataklarındaki agregaların üzerinde beton yapımına uygun olmayan birikintiler bulunabilir. Bu gibi yerlerde gerekli temizlemeler yapıldıktan sonra kullanıma açılmalıdır.
Agrega sınıflaması TS 706
1-İNCE AGREGA İnce agrega 4 mm elek açıklı elekten geçen agregadır. Bu agrega 2mm, 1mm, 0.5 mm, 0.25 mm göz açıklıklı kare gözlü elekler üzerinde kalır. 0.25 mm göz açıklıklı kare gözlü elekten geçen ince malzemeye taş unu veya filler denir. Kumlar değişik şekillerde elde edilebilirler.Bunlar: a)Kum: Kırılmamış tanelerden meydana gelen 4mm elek açıklıklı kare gözlü elekten geçen ince agregadır. b)Kırma Kum: İri agregaların kırıcılarla kırılması sonucunda oluşan 4mm göz açıklıklı kare gözlü elekten geçen malzemedir. c)Yapay Kum: Yüksek fırın curufu gibi sanayi ürünü olan kırılmış veya kırılmamış 4mm kare gözlü elekten geçen malzemedir.
2-İRİ AGREGA İri agrega 4mm göz açıklıklı kare delikli ve daha büyük delikli elek üzerinde kalan agregadır. Bunlar: a)Çakıl: Kırılmamış tanelerden meydana gelen 4mm lik kare gözlü elek üzerinde kalan iri agregadır. b)Kırma Taş : Kırılmış tanelerden meydana gelen iri agregadır. c) Yapay Taş: yüksek fırın curuf taşı gibi sanayi ürünü olan kırılmış veya kırılmamış iri agregadır.
KARIŞIK AGREGA Karışık agrega kum, çakıl gibi eleme ve sınıflandırmaya tabi tutulmadan direk olara beton yapımına alınır. Tuvenan agraga olarak da isimlendirilir. Üç gruba ayrılır: a)Tabii Karışık Agrega: Agrega ocağından, konkasörden veya sanayiden doğrudan doğruya elde edilen karışık agregadır.Maksimum tane büyüklüğünden büyük taneleri ayırmak için elenmiş agregalara da tabii karışık agrega denir. b)Hazır Karışık Agrega: İnce ve iri agreganın veya birkaç tane sınıfına ayrılmış agregaların belirli tane dağılımını sağlayacak şekilde önceden birbirine karıştırılması ile hazırlanmış agregadır. c)Yerinde Karışık Agrega: İnce ve iri agreganın ve birkaç tane sınıfına ayrılmış bu agregaların belirli tane dağılımı sağlayacak şekilde beton yapımı sırasında yerinde birbirine karıştırılması ile hazırlanmış karışık agregadır.
Beton agregalarında en iyi ekonomik granülometriye sahip sert, sağlam, mekanik tesirlere dayanıklı tanelerin bulunması, kimyaca zararlı maddelerin bulunmaması, çimentonun yapılmasına zara verecek maddelerin bulunmaması gerekir. Beton agregaları TS 706 da belirtilen özelliklere uygun olmalıdır.
BETON AGREGALARINDA ARANILAN ÖZELLİKLER 1-Tane şekli 2-Tane dayanımı 3-Dona dayanıklılık 4-Zararlı maddeler -Yıkanabilir maddeler -Organik kökenli maddeler -Sertleşmeye zarar veren maddeler -Kükürtlü bileşikler -Çeliğe zarar veren maddeler -Alkali reaktivitesi oluşturan maddeler 5-Granülometrik bileşimi 6-İncelik modülü 7-Beton agregaları birim ağırlığı 8-Beton agregaları özgül ağırlığı
1-TANE ŞEKLİ Agrega şekillerinin beton mukavemeti ve özellikleri üzerine etkisi büyüktür. Agreganın şekli olabildiği kadar yuvarlak olmalıdır. Böylece agrega yığını daha iyi biçimde yerleşerek taneler arasındaki boşluklar minumuma iner. Tanenin en büyük boyutunun en küçük boyutuna oranı üçten büyük olduğu zaman şekilce kusurludur. Fazla uzun agregalar çabuk kırılacaklarından beton mukavemetini düşüreceği için beton agregalarda % 15den fazla uzun ince kısımların bulunması arzu edilmez. Beton üretiminde kullanılan agrega ile çimento arasında kuvvetli bir aderansın olması istenir.Buda agrega tane şekillerinin yüzey durumu (pürüzlülük) ile ilgilidir. Agrega yüzeyinde bulunan girinti ve çıkıntılara çimento hamurunun girmesi, agrega ile çimento hamurunun birbirinden ayrılmasını güçleştirir. Çünkü çimento agregada daha geniş yüzeye temas edecektir. Çimento ve agreganın kuvvetli bir aderans mukavemetinin bulunması, betonun mekanik kuvvetinin yüksek değerler almasına etki eder. Kısaca bir agregada aranan şekil, maksimum şekilde küre biçimli ve maksimum pürüzlülüğe sahip olmalıdır.
TANE DAYANIMI Agerga taneleri istenilen özellikteki betonun dayanıklılık şartlarına uygun olmalıdır. Bu sebeple agregada mekanik mukavemetlerin iyi olması istenir. Mekanik mukavemeti düşük olan agregadan kaliteli beton elde etmek pek mümkün olmamaktadır. Bu özellik doğal kum ve çakıllarda veya bunlardan kırılarak elde edilen agregalarda doğada uğradıkları ayıklanma olayı ile sağlanmaktadır. Agraganın mekanik tesirlere dayanıklı olması yol, hava alanı betonu gibi yerlerde aranır. Agreganın tane dayanımı, kayacın cinsi ve mevcut durumunun petrografik yönden incelenmesi ile yaklaşık olarak değerlendirilebilir. Kırma taş agregaların tane dayanımı TS 699 a göre tayin edilen taşın suya doygun haldeki küp veya çapı yüksekliğine eşit silindir basınç dayanımı en az 1000kgf/cm2 olması halinde başka bir incelemeye gerek kalmaksızın yeterli olduğu kabul edilir. Bilyalı tamburla yapılan aşınmaya karşı dayanıklılık tayini deneyinde 100 devir sonunda ağırlıkça %10 dan, 500 devir sonunda %50 den az, darbe ile aşınmaya dayanıklılık tayini deneyinde ise aşınmaya maruz beton yapımında kullanılacak agregalar için %30 dan, diğer agregalar için ağırlıkça %45 den az kayıp bulunmuş ise agrega yeterli olarak kabul edilebilir. Basınç mukavemetinin malzemenin porozitesi ile yakından ilişkisi vardır. Porozite ne kadar küçük ise bu agreganın mukavemetinin o kadar büyük olması demektir.
Agregaları oluşturan mağmatik ve metamorfik kayaçların kuvars-kuvarsit mineralleri beton yapımına uygun, kalsedon,tridimit-kristoballit, opal,feldspatlar, mika ve kloritler, amfibol-piroksen,serpantin, zeolitler,pirit,markasit mineralleri ise beton yapımında kullanılması uygun değıldir. Mağmatik ve metamorfik kayaç türlerinden granit,siyenit, diyorit, gabro, bazalt, amfibolit, kuvarsit,mermer kayaları uygun, mikaşistler ise uygun değildir. Sedimanter kayaçlardan kalsit, dolomit mineralleri uygun, illit, kaolinit, montmorillonit, jips, anhidrit mineralleri uygun değildir. Bunlardan kalkerler silisli kalkerler,dolomitler kil damarları içermedikleri zaman agrega olarak kullanılabilirler. Yumuşak kalkerler,marn ve şistler suya duyarlı olduklarından agrega olarak kullanılması uygun değildir. Şeyller yumuşak, hafif, zayıf ve absortif olduklarından dolayı iyi agrega malzemesi değildirler. Orjini itibariyle ince tabakalar hallinde teşekkül eden şeyller kalın ve düz dilimli biçimde parçalanarak kum ve çakıl haline gelirler. Konglomeralarda işlenme ve aşınma sırasında daha küçük parçalara ayrılmaya eğimli oldukları için agrega olarak pek elverişli değildirler. Çört ve filintler ise agrega olarak kullanılmaya elverişlidir.
DONA DAYANIKLILIK Çapı 0,005mm den küçük boşlukları ihtiva eden orta geçirgenlikteki agregaların don ve çözülme sonunda parçalandıkları gözlenmiştir. Donma esnasında bu boşluklarda kalan su ve içeriden hidrostatik basınç yaparak kırılmalara sebep olur. Bu sebeple agregaların su emme yüzdelerinin az olması istenir. Kırma taş agregalarda su emme oranının %0,5 den büyük olmaması veya taşın suya doygun haldeki küp basınç dayanımı en az 1500 kgf/cm2 olması halinde genellikle yeterli dona dayanıklılığa sahiptirler. Agergaların hava tesirlerine karşı, özellikle don olayına karşı duyarlılığını porozitesi ve su emme kabiliyeti, termik genleşme katsayısı göz önünde tutularak incelemek gerekir.Porozitenin veya su emmenin fazla olması agreganın donmaya karşı dayanıklılığını azaltmaktadır. Ayrıca agregaların yüzey durumları hava tesirlerine karşı önem kazanmaktadır. Agrega ile çimentonun yüksek aderans sağlaması ile donmaya ve diğer hava tesirlerine karşı beton daha mukavim olmaktadır.
Agrega içerisinde bulunan ve betonun özelliklerini olumsuz yönde etkileyen zararlı maddeler aderansı azaltan, katılaşmasına veya sertleşmesine zarar veren, betonun mekanik tesirlerine zara veren , çimento hamurunda zararlı kimyasal reaksiyonlara yol açan, donatının korozyona karşı korunmasını tehlikeye düşüren maddeler olarak sıralanabilir. Bu yüzden beton içinde bu tür maddeler istenmediği için agregalar üzerinde yeterlilik deneyleri uygulanmalıdır.
a) Yıkanabilir Maddeler: Agrega tane yüzeylerine yapışan kil, silt, taş unu gibi malzemeler aderansı sıfıra indirirler. Ayrıca agrega içerisinde çok ince toz halinde veya topak halde linyit ve kömür topakları, kil, silt topakları bulunabilir. Bu gibi maddelerin beton içinde bulunması istenmez. Agreganın yıkanması ile , silt, kil topakları bir kısım ince serbest mika, taş unları, kolay çözülen tuzlar ve hafif organik maddeler ayrılabilir. Eğer taneler çok iri değilse kömür de yıkama ile atılabilir. b)Organik Kökenli Maddeler: Taneli halde bulundukları zaman renk değişimine veya şişerek betonun yüzeyinde patlamalara neden olabilirler. Organik maddelerin zararlı etkileri iki nedene dayanmaktadır. Birincisi bazı organik maddelerin bir kısmının suyu itmesi; ikincisi bazı organik maddelerin çözünmeyerek çimentoda hidrate kristallerin oluşması önlemesidir. Agrergada organik maddelerin fazla miktarda bulunması bunlarla üretilen betonun mukavemetinin %50 azalmasına neden olmaktadır. Tabi agregada bulunan kömür veya diğer şişen organik maddelerin yoğunluğu mineral kökenli agrega tanelerinin yoğunluğundan genellikle daha düşük olur. Bu nedenle görünümüne göre ayıklanarak bulunan veya bunun yeterli sayıldığı hallerde 3 kg/dm3 yoğunluklu sıvıda yüzdürülerek bulunan taneli organik maddeler miktarı ağırlıkça %0,5 ten çok olmamalıdır.
c)Sertleşmeye Zarar Veren Maddeler: Sertleşmeye zarar veren maddelerin az miktarda bulunması bile betonun prizini ve sertleşmesini değiştirebilir veya bunlara zarar verebilir. Agregaların içerisinde mukavemeti çok düşük elemanlar bulunabilir. Bunlar kömür, kil topakları ve muhtelif yumuşak maddeler olabilir. Bu gibi malzemelerin içindeki su miktarının azalıp çoğalması ile hacimlerinde büyük değişiklikler olur. Hava tesirlerine karşı da oldukça dayanıksız olan bu malzemeler betonun sertleşmesine zarar verdiği gibi mukavemetini önemli ölçüde zayıflatabilirler. Özellikle denizlerden elde edilen agregalrda fosil ve deniz hayvanları kabukları, ayrışmış silt taneleri vb. yumuşak taneler bulunabilir.
d) Kükürtlü Bileşikler: Kükürtlü bileşikler cinslerine, agrega içindeki miktarlarına ve yapının içinde bulunduğu ortam koşuluna bağlı olarak betonda zararlı değişikliklere neden olabilirler. Burada kükürtlü bileşiğin cinsi ve dağılışı önemlidir. Örneğin iyi sıkıştırılmamış betonlarda hava akımı ve rutubet vasıtasıyla oksitlenen sülfürler ve sülfatlar ( alkali sülfatları, jips, anhidrit gibi ) zararlı olabilir. Sülfatlar betondaki kireç ve alüminyum bileşikleri ile reaksiyona girerler ve zamanla büyüyen kristaller meydana getirerek betonun parçalanmasına neden olurlar. SO3 olarak hesaplanan sülfat miktarı ağırlıkça %1’ den çok olmamalıdır. Sülfatların agregalar içinde bulunması bu maddenin çimento ile sülfo-alüminat denilen genişleyen bir tuzun oluşmasına yol açması bakımından zararlıdır.
e) Çeliğe Zarar Veren Maddeler: Donatılı betonlarda kullanılacak agregalarda donatının kohezyona karşı kullanılmasını tehlikeye sokan-örneğin nitratlar halojeninler (florürler hariç) gibi tuzlar zararlı miktarda bulunmamalıdır. Ön geçirmeli beton için kullanılacak agregalarda suda çözünen klorürler klor olarak hesaplandığında ağırlıkça %0,2’ den fazla olmamalıdır.
Alkali Agrega Reaktivitesine Neden Olan Faktörler Betonda alkali agrega reaktivitesine neden olan faktörler 3 ana grupta toplanabilir: 1 – Çimentonun alkali oksit miktarı çimentodaki alkali oksit (Na2O + 0,66 K2O) %0,6’ dan büyük ve agregada alkali agrega reaktivitesine duyarlı opal gibi mineraller bulunuyorsa uygun deneyler yapılmalıdır. Çünkü çimento hammaddesi içinde sodyum oksit, potasyum oksit gibi alkali oksitler bulunabilir. Bu alkali oksitler agrega içerisinde aktif silis bulunursa bir silikat jeline dönüşürler. Sodyum, potasyum, kalsiyum silikatı olan Bu jel şişme ve genişleme yaparak bir iki sene geçtikten sonra beton kütlesinde önemli çatlaklar oluşturur ve beton mukavemeti belirgin şekilde azalır. 2 – Çevre şartları alkali agrega reaktivitesinin meydana gelmesinde çevre şartlarının de önemli yeri vardır. Zararlı alkali reaksiyonu sıcaklığın yaklaşık olarak +10 derece ile +60 santigrat derece arasında bulunması halinde meydana gelmektedir. Çevre şartlarının en büyük etkisi rutubettir. Yeterli rutubetin bulunması halinde alkali reaksiyonundan dolayı reaksiyon oluşabilir.
3 – Alkaliye duyarlı agrega tanelerinin bulunması belirli kökenli agregalar, reaksiyon yapabilen silisten oluşan bileşikleri içerebilirler. Sertleşmiş betonda zamanla yüzeye yakın bulunan alkaliye duyarlı agrega tanelerinin çiçeklenmesine, ayrışmasına, kabarmasına veya betondan parçaların kopmasına neden olur. Ayrıca ince çoğunlukla çok derine gitmeyen ağımsı veya ışığımsı yayılan çatlaklara ve aşırı halde betonun parçalanmasına neden olur. Bu olayların oluşmasına tanelerin boyutları, agreganın porozitesi gibi daha bir çok faktörlerin rolü vardır. Aktif silis içeren agrega türleri ise opal, tiridimit, kristoballit, volkanik cam, riyolit ve tüfleri, andezit ve tüfleridir. Dolomit ve kalker karışımı taşlarda hacim genişlemesi olayına rastlanır. Ancak bu olayın agrega reaktivitesi ile bir alakası yoktur. Dolamitin esas maddesi olan magnezyum karbonat su etkisi ile magnezyum hidroksite dönüşmekte buda suda çözünerek suyun taş içine girmesini sağlamaktadır. Taşın iç kısmında jeolojik devirlerden kalma kil damarları zamanla su ile temas edince şişmekte ve agregaları patlatmaktadır.
GRANÜLOMETRİK BİLEŞİM Agrega tane dağılımı TSE 130’da belirtilen elek analiz deneyi ile tespit edilir.. En büyük tane çapı bir agrega karışımının eleme işlemi sırasının tamamının geçtiği en küçük elek göz açıklığıdır. Burada amaç mevcut agregadan en iyi betonu elde edebilmektir. Bunun için betonun bünyesine giren her sınıf malzeme kendinden bir üst sınıf irilikte malzemedeki boşlukları dolduracak miktarda olmalıdır. Beton üretiminde agrega ile çimento bağlanabilmesi için tane yüzeylerinin su ile ıslanması gerekir. Taneler küçüldüğü zaman tane yüzeylerini ıslatacak suda artacaktır. Bu su beton prizini aldıktan sonra buharlaşacak ve yeriniş boş bırakacaktır. Fazla su nedeniyle oluşan boşluk betonun özelliklerini zedeler, mukavemetini düşürür, geçirimliliğini artırır. Çünkü su miktarı fazla olduğundan çimentoyu bağlamaz. Tanelerin iri olması halinde agrega ile çimentonun yapışması zorlaşacak ve beton kalitesine önemli ölçüde etki edecektir.
İNCELİK MODÜLÜ İncelik modülü elek takımında ardışık eleklerde kalan agreganın yığılımlı ağırlık yüzdeleri toplamının yüze bölümünden elde edilen sayıdır.. TS706 ya göre betonda kullanılacak kumun incelik modülü 2,3’den az 3,1 den çok olmalıdır. İri agreganın incelik modülü ise 5,5 ile7,5 arasında olmalıdır.
BETON AGREGALARDA BİRİM AĞIRLIĞI Birim ağırlık belirli bir hacmi dolduran agregaların ağırlığıdır. Belirli bir hacim agrega tanelerinin işgal ettiği hacim ile tanelerin arasındaki tanelerin oluşturduğu toplam hacimdir. BETON AGREGALARIN ÖZGÜL AĞIRLIĞI Özgül ağırlık agreganın işgal ettiği gerçek birim hacmine isabet eden ağırlıktır. Agreganın özgül ağırlığı agrega içindeki su miktarına bağlıdır.