חומרי בניה/אגרגטים

אגרגט הוא חומר חלקיקי, בגודל של 0.15 מ"מ עד מספר עשרות מילימטרים, שתכונתו העיקרית, כחומר בניה היא מילוי נפח. ככול שהאגרגטים תופסים נפח רב יותר במלט או בטון, נדרשת כמות קטנה יותר של צמנט, והמלט או הבטון כלכליים יותר. יתרון נוסף של מילוי נפח על-ידי אגרגטים הוא הפחתת שינויי הנפח בבטון עקב הצטמקות עצמית, זחילה ויבוש. האגרגטים משפיעים גם על תכונות המשקל המרחבי, חוזק, עמידות וקיים של הבטון.

סוגי אגרגטים

אגרגטים לבטון צריכים לעמוד בת"י מס' 3. האגרגטים צריכים להיות קשים, חזקים, בני קיימא, נקיים, ואינרטים, כלומר אינם מגיבים כימית בסביבת הבטון. ניתן לסווג את האגרגטים ע"פ מספר קטגוריות

מקור

אגרגטים יכולים להיות ממקור טבעי או מלאכותי.

אגרגטים טבעיים הם אגרגטים שנמצאים בטבע בצורה בה משתמשים בהם, כגון: צרורות נחל (חלוקי נחל), חול דיונות וכד', או אגרגטים מסלע גרוס (נפוצים יותר בארץ). מסלע שממנו מופקים האגרגטים הוא בדרך-כלל גיר ודולומיט, אבל גם צור, בזלת, וגרניט משמשים להפקת אגרגטים רגילים לבטון

אגרגטים מלאכותיים הם מחזור של תוצר לוואי, כמו שימוש באפר פחם במקום חול, או אגרגטים בעלי תכונות מיוחדות שיוצרו במיוחד לצורך תפקוד מסוים. אגרגטים כאלה הם לרוב אגרגטים קלים כגון חרסית תפוחה, או אפר פחם מסונטר.

גודל

את האגרגטים מסווגים ע"פ גודל האגרגט. את תכונות גודל האגרגט מוצאים ע"י אנליזת ניפוי. בבדיקה זו מנפים את האגרגטים על סט נפות, שגודל העינה (חור ברשת) שלהן הולך וקטן. הנתונים המופקים מאנליזת הניפוי מצומצמים לשני נתונים: אגרגט מירבי וספרת גרגר.

שמות וכינויים

כינויי האגרגטים

גרגר מירבי (מ"מ)	כינוי ע"פ ת"י 3	שם מקובל
25	25/19	אגוזית / פוליה
25	19/14	פוליה / עדש
19	14/10	עדשית / עדש / שומשום
9.5	10/5	שומשומית / שומשום
1.18	10/0.3	חול מודרג

אגרגט שגודל הגרגר המירבי שלו הוא עד 4.75 מ"מ נקרא אגרגט דק או חול. אגרגט שגודל הגרגר המירבי שלו עולה על 4.75 מ"מ נקרא אגרגט גס, והם נקראים בשמות ע"פ החלוקה המופיעה בטבלה.

ע"פ ת"י מס' 3, כינוי גודל האגרגט הוא על-פי נפה עליונה ונפה תחתונה. הנפה העליונה היא הנפה שעוברים אותה 90% מהאגרגטים או יותר. הנפה התחתונה היא הנפה שמעליה נותרו 90% מהאגרגטים או יותר. אגרגט שהכינוי שלו הוא שתי נפות סמוכות נקרא אגרגט חד-גרגרי, ואגרגט שהכינוי שלו הוא שתי נפות שאינן סמוכות נקרא אגרגט רב-גרגרי. לצורך כינוי האגרגט מעגלים את גודל הנפה למילימטרים שלמים. לדוגמה נפה בעלת עינה של 4.75 מ"מ תכונה 5.

בשטח לא נעשה שימוש בכינויי האגרגטים התקניים אלא בשמות אחרים. שמות האגרגטים המקובלים מופיעים בטבלה. ניתן לראות ששם מסויים מיוחס ליותר מגודל אגרגט אחד, ולגודל אחד יתכן יותר משם אחד. זו בעיה של שימוש בשמות שאינם תקניים שהם אינם מאפשרים הגדרה מדוייקת של החומר. לכן בכל הזמנה של חומר יש להקפיד להשתמש בשם התקני ולא להסתפק בשם המקובל.

דרוג ואנליזת ניפוי

אנליזת ניפוי היא שיטה לקביעת פילוג גודל האגרגטים. פילוג גודל האגרגטים נקרא דרוג אגרגטים. בתהליך הניפוי מעבירים את האגרגטים דרך נפות שגודל העינה שלהן הולך וקטן. מחלקים את משקל האגרגטים שנותר על כל נפה במשקל הכולל בבדיקה על-מנת לקבל את דרוג האגרגטים באחוזים. נהוג להציג את פלוג האגרגטים בצורה גרפית כאשר בציר האנכי מופיע השיור הסכומי, כלומר המשקל הכולל שנותר מעל לנפה (סכום המשקלים שעל כל הנפות הגדולות מהנפה ועוד המשקל שנותר על הנפה, באחוזים). השיור הסיכומי הגרף הוא אפס אחוזים בחלקו העליון ומאה אחוזים בחלקו התחתון (ראה ציור).

כדי להפחית את כמות הנתונים שנמצאת בדרוג האגרגטים, משתמשים בשני מספרים: גרגר מירבי וספרת גרגרים. גרגר מירבי הוא הנפה שעוברים אותה לפחות 85% מהאגרגטים ועל נפה מתחתיה נותרים פחות מ- 15% מהאגרגטים. ספרת גרגר היא הסכום של השיורים הסכומיים של הנפות התקניות בדרוג האגרגטים. ספרת הגרגר מהווה אינדיקציה למידת ה"גסות" של האגרגט.

מקובל להניח שקיים דרוג אגרגטים מיטבי. ניתן להתקרב לדרוג כזה ע"י יצירת תערובת של אגרגטים בעלי דרוג שונה. ניתן למצוא את התערובת האופטימלית על-ידי קומבינציה ליניארית של האגרגטים הזמינים השונים.

השפעה על תכונות הבטון

דרוג אגרגטים משפיע על עבידות הבטון. הגרגר המירבי צריך להיות קטן דיו על-מנת לאפשר לבטון לזרום ברווחים שבין מוטות הזיון והטפסות. אגרגטים דקים דרושים על-מנת לשמור על לכידות הבטון. ככול שהאגרגטים דקים יותר, שטח הפנים שלהם גדול. לכן, אגרגטים דקים מאוד ואבקות גורמים לצריכת מים מוגברת לצורך שמירה על הסומך בבטון ללא מוספים, אבל מונעים הפרשת מים. דרוג נכון של אגרגטים דרוש כדי למנוע סגרגציה של האגרגטים הדקים והגסים (הפרדה בין האגרגטים הגסים והדקים בבטון הטרי). בבטון הקשוי בעל חוזק רגיל (מתחת 60 מגפ"ס) אזור המגע בין העיסה הצמנטית לאגרגט הוא נקודת החולשה. אזור זה נקרא הפן-הבייני או באנגלית interfacial transition zone - ITZ. היחס מים לצמנט בפן הביני גבוה יותר מאשר הממוצע בעיסה הצמנטית, ולכן מתפתחים בו חללים רבים יותר. הסדקים בבטון מתפתחים מהחללים שלאורך הפן הבייני. בקצות הסדקים נוצר ריכוז מאמצים. המאמצים בקצה סדק יכולים להיות גבוהים בעשרות מונים על המאמץ הממוצע בבטון. ככול שהסדק ארוך יותר, ריכוז המאמצים משמעותי יותר. לכן שימוש באגרגטים גדולים יכול ליצור בטון חלש יותר מבטון זהה בהרכבו, למעט גודל האגרגטים הגסים.

צורה

אגרגט יכול להיות עגלגל או זוויותי, מאורך, פחוס, קובי או כדורי. ככול שצורת האגרגט סוטה מהצורה הכדורית, האגרגט יצור בטון בעל תכונות זרימה נחותות יותר. אגרגטים פחוסים ומאורכים כולאים ביניהם חללים רבים וגורמים לעליה בכמות האויר הכלוא והקטנת חוזק הבטון.

מצד שני, בניגוד לאגרגטים מעוגלים, אגרגטים גרוסים יוצרים עיגון מכני עם העיסה הצמנטית. לכן בטון מאגרגט מועגל יכול להיות חלש בכדי 10% מבטון זהה עם אגרגט גרוס.

מצבי רטיבות

ספיגות האגרגט נובעת מהחללים שבאגרגט. רטיבות האגרגט יכולה להיות מורכבת ממים שנמצאים בתוך האגרגט, ומרטיבות פנים (מים הנמצאים על-פני האגרגט). אגרגט יבש בתנור הוא אגרגט שאינו מכיל מים חופשיים בכלל. אגרגט רווי יבש פנים הוא אגרגט שכל החללים הפנימיים שלו רווים במים, ופני השטח שלו יבשים. אגרגט רווי רטוב פנים הוא אגרגט שכל החללים הפנימיים שלו רוויים ויש שכבה של מים חופשיים על פניו. אגרגט יבש באויר הוא אגרגט שמכיל כמות כל שהיא של מים בחללים הפנימיים שלו. אגרגט יבש באויר ואגרגט יבש בתנור יספגו מים כאשר יכניסו אותם לתערובת בטון, בעוד אגרגט רווי רטוב פנים מוסיף מים לתערובת.

נקודת היחוס הטבעית למדידת רטיבות האגרגט היא מצב יבש בתנור (כלומר ללא מים בכלל). אבל לצורך שימוש באגרגטים לבטון, משתמשים במצב האגרגט הרווי יבש פנים כאל מצב יחוס (מכיוון שבמצב זה האגרגט אינו מוסיף או גורע מים מהתערובת). הספיגות הכוללת של האגרגט היא ההפרש בין תכולת המים במצב היבש בתנור למצב הרווי יבש פנים. ספיגות האגרגט היא ההפרש בין מצב הרטיבות הנתון של האגרגט למצב הרווי יבש פנים. כאשר הרטיבות נמוכה מהרטיבות במצה הרווי יבש פנים, האגרגט סופג והרטיבות שלילית. כאשר האגרגט במצב רווי רטוב פנים הרטיבות חיובית.

צפיפות

משקל סגולי מרחבי

משקל סגולי מרחבי של אגרגטים לבטון נמדד במצב רווי יבש פנים. כלומר, משקל האגרגט, כולל המים שיביכולתו לספוג, חלקי נפח האגרגט, כולל החללים הפנימיים שבו. המשקל הסגולי המרחבי של אגרגטים רגילים לבטון הוא בסביבות 2.6 עד 2.7 ק"ג לליטר. אגרגטים כבדים משמשים לבטון כבד המשמש לחסימת קרינה וליסודות במקרים מיוחדים. אגרגט כבד נפוץ הוא הבריט, בעל משקל סגולי מרחבי של כ- 4 ק"ג לליטר. אגרגטים קלים, בעלי צפיפות של פחות מ מ- 2 ק"ג לליטר (במצב רווי יבש פנים) משמשים להכנת בטון קל. אגרגטים קלים נפוצים הם: חרסית תפוחה, פומיס וסקוריה.

משקל מרחבי

משקל מרחבי הוא המשקל של אגרגטים בצובר בעל נפח ידוע. הוא משמש, לדוגמה, כדי לחשב קיבול של משאיות. נפח הארגז של המשאית ידוע, והמשקל המרחבי של האגרגט מאפשר לחשב כמה טון אגרגט ניתן להעמיס לארגז. בדיקת המשקל המרחבי נעשית ע"י חלוקת משקל האגרגט בנפח הכלי בו הוא נמצא. נפח זה כולל הן את הנפח של האגרגט עצמו, והן את נפח החללים שבין האגרגטים.

משקל סגולי

הינו תכונה של חומר המבטאת את צפיפות החומר ביחס לצפיפות המים

דרישות התקן מאגרגטים לבטון

דרישות לתכונות האגרגט הגס לבטון לפי ת"י 3 לפי גיליון תיקון מפברואר 2023

התכונה	% בסוג א'	% בסוג ב'
תכולה מירבית של גרגרים פחוסים	20	30
תכולה מירבית של גרגרים מאורכים	35	45
תכולה מינימלית של אגרגטים גרוסים באגרגט מצרורות נחל	80	50
שיעור גריסות מירבי של אגרגט שכינויו 14/10	23	28
ספיגות מירבית של אגרגט גיר או דולומיט	2.5	4
תכולת דקים מירבית	1.5	2
תכולת בולי חרסית מירבית	0.5	1

תקן ישראלי מס' 3 דורש שאגרגטים לשימוש בבטון יהיו קשים, חזקים, בני-קיימא, נקיים ושלא יהיה עליהם קרום של חרסית או כל ציפוי אחר. אסור שהאגרגטים יכילו חומרים הפוגעים בהתקשרות, חוזק או קיים הבטון, לרבות פגיעה בברזל הזיון או בהגנה עליו. האגרגטים צריכים להתאים ליצור בטון תקני ע"פ מבחן התוצאה (כלומר על הבטון לעמוד בתקן).

ת"י 3 דורש התאמה של עקום הדרוג של האגרגטים לתחומים, תכולה מירבית של אגרגטים פחוסים ומוארכים, שיעור גריסות מירבי, ספיגות מירבית, תכולת אבק מירבית ותכולת חרסית מירבית. בארץ, תכולת האבק שנוצר בתהליך הגריסה היא לעיתים הפרמטר הבעייתי בעמידה בתקן. אבק מוגדר כגרגרים שעוברים דרך נפה בעלת עינה בגודל 0.075 מ"מ (75 מיקרון).

בדיקות תקניות

מרבית הבדיקות התקניות לאגרגטים מפורטות בת"י 1865 חלק 2. בדיקת דרוג אגרגטים פורטה למעלה. מרבית הבדיקות נעשות ע"מ לבדוק עמידה בתקן. הצפיפות הממשית במצב רווי יבש פנים (נקראת גם משקל סגולי מרחבי) אינה מוגבלת ע"פ התקן, אך מהווה ערך שידיעתו הכרחית לצורך תכנון תערובת בטון.

תכולת אבק

אבק באגרגטים, לרוב, מקורו בתהליך הגריסה של האגרגטים. האבק נצמד לשטח הפנים של האגרטים בשכבה דקה, ולכן תכולתו משמעותית ביותר באגרגטים דקים, להם שטח פנים סגולי גדול. האבק פוגע בהכנת הבטון בשתי צורות:

1. הגדלת תצרוכת המים, כלומר כמות המים הדרושה לקבלת סומך.
2. פגיעה בחוזק ההדבקה של האגרגט לעיסה הצמנטית. תופעה זו יכולה להיגרם משכבת אבק שעוטפת את האגרגט ומונעת מגע ישיר בין העיסה הצמנטית לפני האגרגט.

הבדיקה התקנית לתכולת אבק נעשית באנליזת ניפוי. מיבשים דוגמת אגרגט לבדיקה, בטמפרטורה של 105 מע"צ למשך 24 שעות. שוקלים את הדוגמה, ולאחר מכן שוטפים את הדוגמה מעל נפה 75 מיקרון. את הדוגמה השטופה מיבשים בטמפרטורה של 105 מע"צ למשך 24 שעות. שוקלים את הדוגמה השטופה היבשה. תכולת האבק היא הפרש המשקלים חלקי משקל הדוגמה היבשה המקורית.

עם השנים חלו שינויים בדרישות תכולת האבק באגרגט הדק. בת"י 3 בשנת 1998 תכולת האבק המותרת המקסימלית באגרגט דק גרוס היתה 3% לסוג א' ו- 5% לסוג ב'. כבר ב- 2006 יצא גיליון תיקון שבו תכולת האבק המותרת גבוהה יותר, ונכון לכתיבת שורות אלה כמות האבק המותרת היא 20%. הסיבות לכך הן:

1. מחסור באגרגט דק שעומד בדרישות התקן בגרסתו המקורית
2. פיתוח של מוספים לבטון שמאפשרים ליצור בטון יציק גם עם תכולת אבקות גבוהה
3. אבק שמוסף לבטון בזמן הערבוב אינו מצפה את האגרגט הגס, כך שהדבקות העיסה הצמנטית לאגרגט הגס אינה נפגעת.

לכלוכת אורגנית

לכלוכת אורגנית היא חומרים אורגנים מסיסים, בעיקר חומצות פלביות והומיות, שפוגעים בתהליך ההידרציה של הבטון. הפגיעה יכולה לבוא לידי ביטוי בעיכוב התקשרות וחוזק סופי נמוך. מקור חומרים אלו הוא תהליכי ריקבון של שיירי צמחים ובעלי חיים. מסיבה זו הלכלוכת האורגנית מהווה בעיה בעיקר באגרגט דק.

הבדיקה התקנית ללכלוכת אורגנית: מערבבים כמות שקולה של חול לבדיקה עם תמיסת סודה קאוסטית בריכוז 3%. את הצבע המתקבל מודדים בקולורימטר, או משווים לצבע של תמיסות סטנדרטיות. ככול שהצבע יותר כהה, כך ריכוז הלכלוכת יותר גבוה.

ספיגות

ספיגות הינה מדד ליכולת האגרגט לספוג מים. היא תוצאה של חללים באגרגט, ושל מדת הקישוריות שבין החללים. הספיגות נמדדת יחסית למשקל האגרגט היבש. מוגדרים שני מצבי ספיגות:

1. ספיגות כוללת
2. רטיבות חופשית

הספיגות הכוללת היא יכולת הספיגות של האגרגט ממצב יבש בתנור למצב רווי יבש פנים. הרטיבות החופשית היא ההפרש בין הרטיבות של הגרגט במצבו הטבעי (כלומר כפי שמתקבל במפעל הבטון) לביןהרטיבות של האגרגט במצב רווי יבש פנים. כדי להגדיר את מצב הרטיבות של האגרגט יש לדעת קודם את הספיגות הכוללת של האגרגט.

מדידת הספיגות של אגרגט. מביאים את האגרגט למצב רווי יבש פנים. שוקלים את האגרגט. מיבשים את האגרגט בתנור בטמפרטורה של 105 מע"צ למשך 24 שעות (למצב יבש בתנור). שוקלים שנית את האגרגט. הספיגות היא הפרש המשקלים חלקי המשקל היבש בתנור.

אגרגט גס מביאים למצב רווי יבש פנים ע"י הספגה במים למשך 24 שעות, ולאחר מכן ניגוב פני השטח לצורך הגעה למצב רווי יבש פנים. אגרגט דק, לאחר ההספגה במים מיבשים תוך כדי ערבוב על שהוא מאבד את הלכידות. הלכידות נבדקת ע"י היכולת לשמור על צורה של קונוס תקני, לתוכו דוחסים את האגרגט. כאשר פני השטח של האגרגט יבשים, אין כוחות מתח פנים שישמרו את האגרגט לכיד, וצורת הקונוס מתפרקת.

משקל סגולי מרחבי

המשקל הסגולי מרחבי נועד לצורך חישוב הנפח שיתפוס האגרגט בתערובת בטון. מאחר והאגרגט מכיל חללים פנימיים, אין טעם למדוד את הצפיפות שלו באמצעות המשקל הסגולי. גם המשקל המרחבי אינו מתאים לצורך זה מאחר והוא כולל את הנפח הכלוא בין האגרגטים, נפח שיתמלא בעיסה צמנטית. לפיכך, נוצרה מידת צפיפות שבה הנפח הוא הנפח שיתפוס האגרגט בבטון. מידה זו היא המשקל הסגולי המרחבי. מאחר שמשקל האגרגט תלוי במצב הרטיבות שלו, ומאחר שלוצרך חישובים, נוח להשתמש באגרגט שלא יספוג ולא יוסיף מים לתערובת הבטון, את המשקל הסגולי מרחבי של האגרגט מודדים במצב רווי יבש פנים.

לצורך מדידת המשקל הסגולי המרחבי שוקלים את האגרגט במצב רווי יבש פנים. מדידת הנפח נעשית ע"י שימוש בחוק ארכימדס. שוקלים את האגרגט בשנית מתחת לפני המים. האגרגט מאבד ממשקלו כמשקל המים שהוא דוחה. מכיוון שצפיפות המים היא 1 ק"ג\ליטר, ניתן להמיר את הפרש המשקלים בק"ג לנפח האגרגט בליטר, כך שהחישוב הוא: משקל האגרגט באויר חלקי הפרש המשקלים.