T. C. İNÖNÜ ÜNİversitesi MÜhendiSLİk faküLtesi İNŞaat mühendiSLİĞİ BÖLÜMÜ

T.C.

İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ LABORATUARI DERSİ

AGREGALARDA ELEK ANALİZİ DENEY FÖYÜ

Deney No:1

Deney Adı: Agregalarda Elek Analizi (Granülometri)

Deneyin Yapıldığı Yer: Yapı Malzemeleri Ve Tatbiki Mekanik Laboratuarı

Deneyin Amacı:

Özellikle doğal agregayı oluşturan taneler değişik boyutlardadır. Ancak, bir agrega örneğinde belirli büyüklükteki taneler daima belirli miktarda bulunur. Tane boyutu dağılımı, diğer bir deyişle granülometri bileşimi, agrega içinde boyutları belirli limitler içinde kalan tanelerin ne oranlarda olduğunu açıklar.

Bir agreganın granülometri bileşiminin, o agregayı kullanarak üretilen betonun özellikleri üzerinde olumlu veya olumsuz etkileri vardır. Kaliteli beton yapımında kullanılacak agreganın boyutsal dağılımı, söz konusu beton için istenen nitelikleri sağlamalıdır. Bu amaçla, kullanılmadan önce agreganın granülometrik bileşiminin "elek analizi" deneyi ile saptanıp, belirli sınırlar içinde kalıp kalmadığı kontrol edilmelidir. Bir agrega tanesinin geçebildiği en küçük eleğin delik çapı veya kenar uzunluğu o tanenin çapı olarak adlandırılır. Tane boyutlarına göre yapılan bu sınıflandırma ve adlandırma Tablo 1'de verilmiştir.

ELEK ÜST VE ALT BOYUTLARI	MALZEME ADI
63 mm - 31.5 mm	Balast
31.5 mm - 4 mm	İri Agrega
4 mm - 63µm	İnce Agrega
63 µm - 2 µm	Silt
2 µm ve altı	Kil

Tablo 1. Agregaların tane boyutlarına göre sınıflandırılması

Belirli bir boyuttan, örneğin 4 mm den büyük taneleri içeren köşeli veya yuvarlak, sert tanelerden oluşan agregaya iri agrega adı verilir. İri agreganın en büyük boyutunun (D_maks) seçimi, yapı tipi veya yapı elemanının durumuna bağlı olarak yapılır. Normal beton agregaları 60 µm den 31.5 mm ye kadar olan taneleri içerir. Özel kütle betonlarında daha büyük çaplı taneler de kullanılmaktadır.

Çimento, beton karışımı içindeki en pahalı bileşendir. Bu nedenle, yeterli işlenebilirliğin sağlanması koşulu ile dayanım ve kalıcılık açısından karışımdaki çimento hamuru miktarının en aza indirilmesi gerekmektedir. Karışımda kullanılacak agreganın granülometrisi, başka bir deyişle tane boyutu dağılımı, işlenebilir bir beton için gerekli olan çimento hamuru ihtiyacının belirlenmesi açısından da önemli bir karakteristiktir. Agrega tane boyutu dağılımının önemi Şekil 1 incelenerek daha iyi anlaşılabilir. Çimento hamuru miktarı, agrega taneleri arasındaki doldurulması gereken boşluk miktarı ve çimento hamuru ile sarılması gereken agrega toplam yüzey alanı ile doğrudan ilişkilidir. Agrega taneleri tek boyutlu küresel tanelerden oluştuğunda, agrega taneleri arasındaki boşluk hacmi en fazla olmaktadır (Şekil 1.a). Düzgün bir tane boyutu dağılımı kullanıldığında ise daha küçük olan taneler, kendilerinden büyük olan taneler arasında yer bulabilmektedir. Bu şekilde boşluk hacmi ve dolayısıyla çimento hamuru ihtiyacı da azalmaktadır (Şekil 1.b). Daha büyük (D_maks) kullanıldığında da yine boşluk hacmi ve çimento hamuru ile sarılması gereken agrega yüzeyi azalmaktadır. D_maks'ın belirli bir değere kadar artması, diğer koşulların aynı kalması halinde betonun basınç dayanımını arttırmaktadır. D_maks'ın yaklaşık olarak 38 mm değerini aşması halinde basınç dayanımında düşmeler görülebilmektedir.

Şekil 1. Beton karışımlarında farklı agrega granülometrilerinin şematik gösterimi



tek boyutlu sürekli gradasyon D_maks'ın küçültülmesi

Deneyin Yapılışı:

Bir agrega örneğinin tane boyut dağılımı (granülometrik bileşimi) elek analizi deneyi ile saptanır. Elek analizinde kullanılan elekler, belirli boyutlarda, dairesel delikli veya kare şeklindeki gözleri bulunan metal (tercihen pirinç) gereçlerdir. Dairesel delikli elekler metal levha üzerinde belli "d" çaplarında delikler açılmak suretiyle yapılır. Kare gözlü elekler tellerin belirli "a" boyutlarında örülmesi sonucu oluşturulur (Şekil 2).

Şekil 2. Elek Tipleri

Agregaların granülometri bileşiminin saptanması için her ülkenin kabul ettiği elek serileri vardır. Dairesel delikli eleklerin daha gerçekçi sonuçlar verdiği söylenebilirse de yapım kolaylığı nedeniyle örgülü kare delikli elekler tercih edilmektedir.

Eleklerin dizilişi belirli bir geometrik diziyi temsil etmektedir. Özellikle betonun davranışında önemli etkileri olan küçük boyutlardaki tanelerin oranını daha iyi inceleyebilmek amacıyla, küçük delik boyutlu eleklerin sayısı daha fazla tutulmaktadır.



Tablo 2. Agrega Elek Serileri

Agregada Numune Almanın Önemi Ve Amaçları

Bir malzemenin kalitesini tayin edebilmek için, o malzemeyi tamamen temsil edebilecek malzeme numunesi üzerinde gözlemlerde bulunmak, deneysel çalışmalar yapmak gerekmektedir. Malzeme numunesi doğru seçilmemiş ise, yapılan gözlemlerin ve deneylerin fazla bir önemi kalmamaktadır. Doğru numuneyi alabilme işlemi, en az, malzeme üzerinde yürütülen deneyler kadar önemli olmaktadır.

Agreganın elde edileceği kaynaklardan numune almak işlemlerinin amaçları aşağıdaki gibi özetlenmektedir.

• 
  Agreganın elde edileceği kaynağın (potansiyel malzeme miktarı, uzaklık, ekonomiklik gibi yönlerden) kullanılabilirliğine dair ön araştırma yapabilmek,
  
• 
  Agrega kaynağında, agregayı elde edebilmek üzere kullanılan üretim yönteminin kontrolü,
  
• 
  Agreganın kullanılacağı iş yerindeki (şantiyedeki) işin kontrolü,
  
• 
  Agregayı kullanacak tarafın (satın alıcının), agregayı kabul etmek veya reddetmek için karar verebilmesi
  

Elek analizi üç aşamada gerçekleştirilir.

a) Örneğin Alınması

Deney ince agregada en az 1 kg, iri agregada en az 3 kg örnek üzerinde yapılır. Örnek agrega yığının üst ve alt kısımlarından alınmaz. Agrega yığını yaklaşık olarak eşit yükseklikli üç yatay banda ayrılır. Orta banttaki agreganın üst kısmı 5 - 10 cm atılarak, tercihen bir boru ya da ucu düz bir şaşula ile sondalanarak örnekler temiz bir torbaya alınır. Bu işlem yığının çeşitli yerlerinde tekrarlanır. Biriktirilen malzeme temiz bir yüzeye konik şekilli bir yığın oluşturacak şekilde karıştırılarak toplanır. Dört eşit dilime ayrılır. Dilimlerin karşılıklı iki tanesi atılır. Kalan malzeme karıştırılarak yeniden silindir şekline sokulup, karşılıklı iki dilimi atılır. Çeyrekleme adı verilen bu işleme, laboratuar için gerekli miktara düşünceye kadar devam edilir (Şekil 3). Kalan örnek, laboratuara geçirimsiz ve temiz bir torba içinde getirilir.

Şekil 3. Çeyrekleme yöntemi ile agrega örneğinin alınması

Diğer bir örnek küçültme işlemi de Şekil 4'de görülen Bölgeç adı verilen aygıt kullanılarak yapılır. Bu işlemle agrega örneği iki eşit parçaya ayrılabilmektedir.

Şekil 4. Bölgeç ile agrega örneğini yarıya indirme

Tüm agrega deneyleri için gerekli malzeme miktarı, uygulanacak deneylerin cinsi ve adedi ile agreganın en büyük tane büyüklüğüne bağlı olarak belirlenir. Pratikte, gerekli iri agrega örnek miktarı kg olarak en büyük tane boyutunun mm olarak iki katıdır. Örneğin, en büyük agrega boyutu 32 mm olan iri agrega için örnek miktarı en az 64 kg dır. En büyük tane büyüklüğü ve uygulanacak deneyler önceden bilinmediğinde numune miktarı 250 kg olmalıdır. İnce agrega için gerekli en az örnek miktarı ise 20 kg dır. Numune miktarları ile ilgili ayrıntılara TS 707 Beton agregalarından numune alma ve deney numunesi hazırlama yönteminden bakılabilir.

b) Eleme İşlemi

Laboratuara getirilen örnek değişmez ağırlığa gelinceye kadar etüvde tutulur. Etüvde kurutulan örnek, bölgeçten geçirilerek istenen ağırlığa indirildikten sonra, büyük delikliden küçük delikliye doğru sıralanmış elek dizisinin üstüne konur ve sarsılarak elenir. Üst elekten geçenler, hemen daha küçük delikli elek üstünde toplanır ve bu elekten de elenir. Bu işleme, boyutu en küçük olan eleğe kadar devam edilir. En küçük delikli elekten geçenler ise elek altı olarak isimlendirilen tepside toplanır. Eleme işlemi genel olarak elde sarsma şeklinde veya özel makinelerde yapılır. (Şekil 5)

Şekil 5. Eleme işlemi

c) Tartma İşlemi

Eleme işlemi sonunda her elek ve en son elekten geçen malzeme miktarları, istenen duyarlıkta örneğin, 0.1 g hassasiyette ölçüm yapabilen terazide tartılır. (Şekil 6)

Şekil 6. Tartma işlemi

Granülometri Eğrileri ve Düzenlenmeleri

Agrega tanelerinin boyut dağılımı granülometri eğrileri ile gösterilebilir. Bu eğriler, elek üzerinden geçen agregaların kümülatif ağırlık oranları ve karşıt gelen elek açıklığına göre çizilir.

Alınan bir agrega örneğinin elek analizi seçilen bir kare delikli elek dizisi üzerinde yapılmıştır. (Tablo 3) Tablodan görüldüğü gibi, elek üstünde kalan malzeme yüzdesi ile geçen malzeme yüzdesinin toplamı %100’e eşittir. Bu agrega örneğinin granülometri eğrisinin çizimi, elek analizi sonuçları kullanılarak hesaplanan değerlere göre yapılmıştır. Bulunan değerler, yatay eksende elek açıklığı (d), düşey eksende belirli bir boyuttan küçük olan malzeme yüzdesini (p) gösteren bir eksen takımı üzerine işlenirse, kırıklı doğrulardan oluşan granülometri eğrisi elde edilir. (Şekil 7)



Tablo 3. Granülometri Deney Çizelgesi

Eğrinin kırıklı olması, elek sayısının sınırlı olmasından kaynaklanmaktadır. Aslında çok sayıda elek üzerinde deney yapılma imkanı olsa, bu eğri kırıklı doğrular yerine sürekli olarak artan bir eğri şeklinde çıkacaktır. Eğer eğride yatay bir çizgi varsa, bu yatay çizgiye karşıt gelen elekler arasında tane yok anlamına gelir. Doğal olmayan bu tür bir granülometriye sahip olan agregalara "kesikli (süreksiz) granülometrili" agregalar denir.

Şekil 7. Granülometri Eğrisi

Bu eğri üzerinde koordinatları (d₁, P₁) olan bir A noktası alınırsa bu noktada şöyle bir durum vardır. Agrega içinde boyutları d₁’den küçük olan tanelerin ağırlık cinsinden miktarının, toplam malzeme miktarına oranı P₁’e eşittir. Örneğin, Şekil 7’den görülebileceği gibi, söz konusu malzemede, 4 mm den küçük çaplı malzemelerin oranı %36.3’tür. Diğer bir deyişle malzemenin %36.3’ü ince agrega, %63.7’si iri agregadır.

Agregaların granülometri eğrileri, ince agrega, iri agrega veya kum-çakıl karışık olarak belirli elek dizilerini kullanarak çizilebilir. Her agrega türü için granülometri eğrilerinin belirli sınırlar içinde kalması istenir. Granülometri eğrisi P=100 yatay doğrusuna yakın ise, bu eğriye ait agregada fazla miktarda ince tane bulunmaktadır. Eğrinin yatay eksene yaklaşması durumunda ise, agregada fazla miktarda iri agrega bulunduğu anlaşılır.

Granülometri bileşimi ile betonda kullanılan agreganın su gereksinimi, betonun yoğunluğu ve işlenebilirliği arasında yakın ilişki vardır. Beton üretiminde kullanılan agrega tanelerinin çimentoya yapışabilmesi için, yüzeylerinin ince bir su filmi ile ıslanması gerekir. Tane boyutları küçüldükçe tanelerin toplam yüzeyi artar. Buna bağlı olarak da bu yüzeyleri ıslatmak için gerekli su miktarı artacaktır. Ancak ıslatma suyu beton sertleştikten sonra buharlaşır ve yeri boş kalır. Çünkü bu su çimentonun hidratasyonu ve sertleşmiş çimento jelindeki jel suyu için gerekli sudan çok fazladır ve çimentoya bağlanmaz. Beton kütlesinde bu fazla suyun bünyeyi terk etmesi sonucu oluşan boşluklar, dayanımı düşürür ve geçirimliliği arttırır. Bu nedenle agreganın granülometrisinin ince olmaması gerekir. Tanelerin aralarında kalan boşluklar da granülometrinin bir fonksiyonudur. Aynı çapta veya büyüklükte (ince veya kalın) agrega ile doldurulmuş bir kaptaki boşluk hacmi, uygun granülometride karışık boyutlardan oluşan agreganın doldurduğu aynı hacimdeki kabın içindeki boşluklardan daha fazladır. (Şekil 1) Örneğin Şekil 1a da görülen eşit çaplı kürelerden oluşan bir bilye yığınından sağlanabilecek en fazla doluluk %74 oranında olabilir. Ancak küreler arasındaki boşlukları daha küçük çaplı kürelerle doldurarak en aza indirmek mümkündür. Boşluğun en az olması halinde betonun çimento ve su gereksinimi en alt düzeyde kalacaktır. Böylece daha ekonomik ve daha dayanıklı bir beton üretimi de mümkün olabilecektir.

Taze betonun taşıma ve kalıbına yerleştirme sırasında, kohezyonunu ve homojenliğini kaybetmeden kalıplarda kolaylıkla yayılarak, en az boşluk bırakacak şekilde donatıyı kaplama özelliklerinin tümüne, betonun işlenebilme özelliği adı verilir. Çok fazla iri agrega içeren betonların işlenmesi zordur. Aşırı oranda iri tanelerin varlığı, betonun ayrışma (segregasyon) olasılığını arttırır. Ayrıca, bu tip betonlarda düzgün yüzey elde edebilmek için yapılan perdahlama işlemi daha zor olmaktadır. Bu nedenle işlenmesi kolay bir beton elde edebilmek için agrega içinde bir miktar 0.2 mm den küçük tanelerin yer alması gerekir.

Beton üretimi için ideal agrega granülometrisi; taze betonun karıştırılması, taşınması, yerleştirilmesi ve sıkıştırılması işlemleri boyunca, iri ve ince tanelerin ayrışmasına neden olmayarak, istenilen işlenebilmenin ve yoğunluğun elde edilmesini sağlayacak olan tane boyutu dağılımıdır. İdeal tane dağılımının nasıl olması gerektiği konusundaki çalışmalardan en dikkate değer olanı, en fazla sıkılığı (birim hacim ağırlığı) sağladığı söylenen Fuller bağıntısıdır;

P=100.

Burada d elek boyutu, P söz konusu elekten geçen (%), D agreganın en büyük boyutudur. Fuller bağıntısında en fazla birim hacim ağırlık elde edebilmek için n katsayısının 0.5 alınması gerektiği belirtilmiştir. Böylece bağıntı;

P=100

şeklini alır. Bu bağıntının dairesel gözlü elekler için geçerli olduğu unutulmamalıdır.

Şekil 8'de, aşağıda verilen ve en büyük tane büyüklüğü farklı agregalar için gösterilen tane dağılımları Şekil 1, Şekil 2, Şekil 3 ve Şekil 4‘ de gösterilen 3 numaralı ve 4 numaralı bölgelerde bulunacak şekilde seçilmelidir. 3 numaralı bölgeye düşecek tane dağılımları, uygun bölge olduğu için, tercih edilmelidir. Bunun mümkün olmaması halinde 4 numaralı kullanılabilir bölgeye düşen tane dağılımları kullanılmalıdır. Zorunlu durumlarda 2 numaralı bölgeye düşen kesikli tane dağılımları da kullanılabilir. 5 numaralı bölgeye düşen tane dağılımları kullanılmamalıdır.

Genellikle doğada bulunan malzemeler bu granülometri değerlerine uymaz. Ancak biri fazla kalın, diğeri fazla ince iki malzemeyi belirli oranlarda karıştırarak, istenen sınırlarda kalan bir karışım elde edilebilir. Bazen istenen granülometride karışım elde edebilmek için, dört-beş ayrı malzemenin belirli oranlarda karıştırılması gerekebilir. Sorun bu agregaların hangi oranlarda karıştırılacağını bulabilmektir. Ancak elek ve malzeme sayılarının değişebilmesi nedeniyle, istenen granülometride karışım elde edilebilmesi için, karışım oranları cebirsel denklemler kurularak çözülemez. Bu oranlar deneme sınama yöntemiyle bulunabilir.

Şekil 8. En büyük tane çapına bağlı agrega granülometri sınır eğrileri

Aşağıda 3000 gr numune üzerinde yapılan bir deneyin sonuçları ve değerlendirmesi verilmiştir.

Tablo: Bir granülometri tayinine ait deney sonuçları ve değerlendirilmesi.

Elek gözü açıklığı (mm)	Elek üstünde kalan (yığışımlı) malzeme (gr)	Elek altına geçen (yığışımlı) malzeme (gr)	Elekten geçen (%)	Elek üstünde kalan (%)
31,5	25	3000-25=2975	100*2975/30000=99,1	0,9
16	900	3000-900=2100	70	30
8	1510	3000-1500=1490	49,6	50,4
4	2080	3000-2080=920	30,6	69,4
2	2260	3000-2260=740	24,7	75,3
1	2570	3000-2570=430	14,3	85,7
0,5	2690	3000-2690=310	10,3	89,7
0,25	2860	3000-2860=140	4,6	95,4

İncelik Modülü

Agregaların bileşimini gösteren diğer bir karakteristik de incelik modülüdür. İncelik modülü, agreganın inceliği veya kabalığı hakkında genel bir fikir vermesine rağmen, agreganın tane dağılımı hakkında bir bilgi vermemektedir. Bir başka deyişle, farklı gradasyona sahip agregalar aynı incelik modülü değerine sahip olabilir. Bu nedenle, bir agregada tane dağılımı en iyi granülometri eğrileri ile belirlenir.

Birbirini izleyen standart elek serisi üzerinde kalan kümülatif malzeme yüzdelerinin toplamının yüze bölümü o malzemenin incelik modülü diye adlandırılan karakteristiğini oluşturur. Taneler inceleştikçe ve boyutları küçük olan tanelerin miktarı arttıkça bu karakteristik küçük değerler almaktadır. Malzemede iri tanelerin miktarının artması ise, incelik modülünün büyük değerler almasına neden olur.