Taşların, kullanılmadan önce fiziksel ve kimyasal özelliklerinin bilinmesi son derece önemlidir. Böylece öncelikle taşın kullanım amacına uygun olup olmadığı belirlenir.
Sık rastlanan taşların yapısal ve mekanik özellikleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.
| TAŞIN ADI | KAYAÇ TÜRÜ | DARBE DAYANIM İNDEKSİ (Wi) | ÖZGÜL AĞIRLIK (ton/m3) | YIĞMA YOĞUNLUĞU (ton/m3) | AŞINDIRMA İNDEKSİ (Ai) | BASINÇ DAYANIMI (MPa) | GRANÜLASYON |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Andezit | Magmatik | 16±2 | 2,6-2,8 | 1,6 | 0,5 | 170-300 | İnce |
| Bazalt | Magmatik | 20±4 | 2,9-3,0 | 1,8 | 0,1-0,3 | 300-400 | İnce (<0,1mm) |
| Demir Madeni (Hematit) | Sedimanter | 11±3 | 4-5,2 | 2,4-3,1 | 0,2-0,8 | ||
| Demir Madeni (Magnetit) | Sedimanter | 9±3 | 4-5,2 | 2,4-3,1 | 0,1-0,3 | ||
| Diyabaz | Magmatik | 19±4 | 2,8-2,9 | 1,7 | 0,2-0,4 | 250-350 | Orta-Kaba |
| Diyorit | Magmatik | 19±4 | 2,7-2,8 | 1,6 | 0,4 | 170-300 | Kaba |
| Dolomit | Sedimanter | 12±3 | 2,7 | 1,6 | 0,01-0,05 | 50-200 | İnce-Orta-Kaba |
| Gabro | Magmatik | 20±3 | 2,9-3 | 1,8 | 0,4 | 170-300 | Kaba (>2mm) |
| Granit | Magmatik | 16±6 | 2,7 | 1,6 | 0,4-0,65 | 200-300 | Kaba (>2mm) |
| Kalker | Sedimanter | 12±3 | 2,7 | 1,6 | 0,001-0,03 | 80-180 | İnce-Orta-Kaba |
| Kumtaşı | Sedimanter | 18±3 | 2,7 | 1,6 | 0,3 | 150-300 | İnce-Orta |
| Kuvarsit | Metamorfik | 16±3 | 2,7 | 1,6 | 0,65-0,9 | 150-300 | Orta |
| Mermer | Metamorfik | 12±3 | 2,7 | 1,6 | 0,001-0,03 | 80-180 | Orta-Kaba |
| Porfir | Magmatik | 18±1 | 2,7 | 1,6 | 0,1-0,9 | 180-300 | Kaba (>2mm) |
| Siyenit | Magmatik | 19±4 | 2,7-2,8 | 1,6 | 0,4 | 170-300 | Kaba |
TAŞLARIN TEST EDİLMESİ
Taşların, kullanılmadan önce fiziksel ve kimyasal özelliklerinin bilinmesi son derece önemlidir. Böylece öncelikle taşın kullanım amacına uygun olup olmadığı belirlenir. Örneğin betonda kullanılması düşünülen bir taşın, çimento ile alkali-silis reaksiyonuna girme ihtimali baştan belirlenmelidir. Çünkü böyle bir durumda bu taştan üretilen agrega hiçbir şekilde hazır betonda kullanılamayacağından, ocak ve kırma-eleme tesisi yatırımının yapılması tamamen anlamsız olacaktır.
Ocaktan çıkarılan taşın kullanılabilir olması halinde, bu defa da taşın mekanik özelliklerinin belirlenmesi gerekmektedir. Taşın kırılması için seçilecek makina tipleri, kullanılacak makinalardaki kırma ve aşınma parçalarının özellikleri tamamen taşın mekanik özelliklerine göre belirlenir. Taşın özellikleri iyi test edilmeden yapılacak bir tesis dizaynında, hatalı makina seçimi neticesinde çok büyük ekonomik zararlarla karşılaşılabilir.
Firma olarak kırma-eleme makinaları ürettiğimiz için, öncelikle taşların kırma-eleme açısından önemli olan özelliklerini incelemeye çalışacağız.
ÖZGÜL AĞIRLIK: (Specific gravity)
Özgül ağırlık bir maddenin birim hacminin ağırlığıdır. Doğada en çok bulunan su, özgül ağırlık için bir referans niteliğindedir. Çünkü saf suyun özgül ağırlığı 1 gr/cm3’dür (veya 1 kg / litre veya 1 ton/m3). Diğer bütün maddelerin özgül ağırlığı suya oranla sahip olduğu yoğunluk olarak da belirtilebilir. Dolayısıyla özgül ağırlığı 1 gr/cm3’den fazla olan maddeler suda batarken, özgül ağırlığı 1gr/cm3’den az olanlar yüzer. Doğada bilinen en ağır madde civadır. Civanın özgül ağırlığı 13,5 gr/cm3’dür. Bir başka deyişle 1 litre su 1 kg gelirken, 1 litre civanın ağırlığı 13,5 kg’dır.
Taşların özgül ağırlıkları genellikle 2,5-3 gr/cm3 aralığındadır. Bununla birlikte çok daha hafif taşlar (örneğin pomza taşının özgül ağırlığı 1 gr/cm3 civarındadır) veya çok daha ağır taşlar da bulunur (demir cevherinin özgül ağırlığı 5 gr/cm3 değerini aşabilir).
YIĞMA YOĞUNLUĞU: (Bulk density)
Yığma yoğunluğu (veya yığın yoğunluğu) sözlük anlamı olarak bir katı-akışkan karışımında toplam ağırlığın toplam hacme oranı olarak tanımlanır. Örneğin yukarıda anlatılan özgül ağırlıkta, 1 litre hacmindeki bir taş parçasının (10cmx10cmx10cm ebatlarında küp şeklinde kesilmiş tir taş parçası) ağırlığı o taşın özgül ağırlığını verir. Yığma yoğunluğunda ise, yine 1 litre hacmindeki bir kaba (örneğin 10cmx10cmx10cm ebatlarında küp şeklinde bir cam kap) silme olacak şekilde çakıl taşı doldurduğunuzda, kabın dara hariç tartılacak ağırlığı çakıl taşlarının yığma yoğunluğunu verir. Burada, katı-akışkan karışımında, çakıl taşları katı cisimken, taşların arasını dolduran hava da akışkandır.
İnşaat ve altyapıda agrega kullanılırken genellikle hacim hesabı yapılır. Beton m3 olarak hesaplanır veya dolgu için gerekli malzemede yine hacim hesabı kullanılır. Taş kırma tesislerindeki kapasiteler ve taşın kırılganlık, dayanım vb. özelliklerinde ise genellikle taşın kütlesi, yani ağırlığı esas alınır. Dolayısıyla yıma yoğunluğu, hacim hesabından ağırlık yani tonaj hesabına geçişteki hesaplamalarda önemli bir değerdir.
Yığma yoğunluğu kırılmış agreganın şekline, büyüklüğüne, nem içeriğine ve sıkışma oranına bağlı olarak değişiklik gösterir. İnşaat sektöründe yaygın olarak kullanılan taşlarda, yığma yoğunluğu özgül ağırlığın yaklaşık %55-65’i oranındadır. 15m3 dorse hacmine sahip bir kamyonu silme olacak şekilde yığma yoğunluğu 1,6ton/m3 olan bir agrega (örneğin 5-12mm) ile doldurduğunuzda, kamyonun tonajı 24 ton gelecektir (15×1,6).
MOHS SERTLİK SKALASI
Taşların sertliği, genel olarak üzerine yapılan basınca ya da bir başka deyişle çizilmeye karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanabilir. Avusturya’lı bir minerolog olan Friedrich Mohs, 1812 yılında bilinen mineralleri sertliklerine göre bir sıraya dizerek numaralandırmıştır. Mohs sertlik skalası olarak bilinen bu sıralamada, taşlar yumuşaktan serte doğru 10 gruba ayrılarak numaralandırılmıştır.
Mohs skalasında her bir derece, bir öncekini çizebilen minerallerden oluşur. Örneğin apatit fluoeiti çizebilirken feldspat tarafından çizilebilir. Dolayısıyla bir taşın sertlik derecesi, bilinen mineraller tarafından çizilmesine veya onları çizebilmesine göre belirlenir. Yani kuvars mineralini çizebilecek kadar sert olan ancak topaz tarafından çizilebilen bir kayacın Mohs sertliği 7 ile 8 arası olarak belirlenir.
Mohs skalasındaki derece sayıları, herhangi bir değer ifade etmemekte, yalnızca sıralamayı vermektedir. Mohs skalasındaki değeri 10 olan elmas, derecesi 9 olan yakuttan mutlak sertik olarak 4 kat daha serttir.
| Mohs Sertlik Derecesi | Mineral | Mutlak Sertlik | Çizilme Durumu |
|---|---|---|---|
| 1 | Talk, grafit, kaolin | 1 | Tırnakla ufalanabilir |
| 2 | Jips, antrasit, kayatuzu | 2 | Tırnakla çizilebilir |
| 3 | Kalsit, dolomit, barit | 9 | Bakır para ile çizilebilir |
| 4 | Fluorit, aragonit | 21 | Çakı ile kolayca çizilebilir |
| 5 | Apatit, kromit | 48 | Çakı ile kuvvetle veya cam ile çizilebilir |
| 6 | Feldspat, ortoklas, pirit | 72 | Camı kuvvetle çizebilir |
| 7 | Kuvars, agat, olivin | 100 | Camı kolayca çizebilir |
| 8 | Topaz, beril | 200 | Kuvarsı çizebilir |
| 9 | Yakut, safir, korund | 400 | Topazı çizebilir. |
| 10 | Elmas | 1500 | En sert mineraldir. Herhangi bir nesneyle çizilemez. Yalnızca çok güçlü lazerle çizilebilir. |
Mohs skalası minerallerin sertlik derecesini belirlemek için pratik bir yöntemdir. Sahada, elinizdeki bir taşın sertlik derecesini belirleyebilmek için, kolay bulabileceğiniz bir nesne ile taşı çizmeye çalışmanız yeterli olacaktır. Bunun için elinizdeki nesnenin Mohs sertliğini bilmeniz gereklidir. Sık rastlayacağınız, çoğu zaman cebinizde bile olabilecek nesnelerin Mohs sertlik dereceleri aşağıdaki gibidir.
| El tırnağı | 2 – 2,5 |
| Bakır | 3 |
| İnşaat çivisi | 4 |
| Cam | 5,5 |
| Çakı | 5 – 6,5 |
| Kuvars | 7 |
Tabloda kuvars mineralinin sertliği özellikle verilmiştir. Çünkü doğada, birkaç adım etrafınızda bir kuvars mineraline rastlama ihtimaliniz son derece yüksektir.
DARBE DAYANIM İNDEKSİ (Work Index) (Wi)
Taşların darbe ile kırılmaya karşı direncinin belirlenmesinde kullanılan bir test metodudur. Bu metod Amerkan Allis-Chalmers firmasının teset laborantı Fred C. Bond tarafından geliştirilmiştir ve günümüzde de taşların kırılma direncini belirlemede yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bir taşın kırılabilirliği veya kırılmaya karşı olan direnci, taşı kırabilmek için harcanması gereken enerjinin ölçülmesi ile bulunur. Bu özellik, kırıcı tip ve ebatlarının doğru seçilebilmesi için son derece önemlidir.
Bu test için 70x70mm kare bir delikten geçebilecek, ancak 55x55mm bir delikten geçmeyecek büyüklükte 30 adet, olabildiğince kübik şekilli taş numunesi gereklidir. Bu numuneler, ayrı ayrı test düzeneğine yerleştirilerek test edilir. Test düzeneği 2 adet çekiçten oluşur. Bu çekiçler taş numunesine iki tarafından aynı anda çarparak kırmaya çalışır. Çekiçler belli bir yükseklikten serbest bırakılır ve sarkaç hareketi ile dönerek taş numunesine çarpar. Taş numunesi kırılana kadar çekiçler giderek daha yukarıdan bırakılır. Taş numunesini kırmak için gerekli olan enerji taşın darbe dayanımı olarak isimlendirilir ve aşağıdaki formülle bulunur.
(N)
m: her bir çekicin kütlesi (kg)
g: Yerçekimi katsayısı (9,81 m/s2)
h: çekicin bırakıldığı yükseklig (m)
c: taşın en küçük ebatı (m)
Darbe dayanım indeksi (Work Index), darbe dayanımı kullanılarak aşağıdaki formülle bulunur.
Wi = Darbe dayanım indeksi
a: darbe dayanımı (N)
d: taşın özgül ağırlığı (ton/m3)
Taşlar darbe dayanım indeksi değerlerine göre kırılabilirlik olarak aşağıdaki gibi sınıflandırılır:
| Darbe Dayanım İndeksi (Wi) | Kırılabilirlik |
|---|---|
| <10 | Çok yumuşak |
| 10-14 | Yumuşak |
| 14-18 | Orta |
| 18-22 | Sert |
| >22 | Çok sert |
AŞINDIRMA İNDEKSİ (Ai)
Taşların aşındırıcılığı, kırıcı makina seçiminden kırıcıların yedek parça tasarımına, agreganın kullanımında taşla temas edecek bütün ekipmanların parametrelerine kadar etki edecek bir özelliğidir. İlk olarak Amerikan Pennsylvania Crusher Corp. Şirketi tarafından kullanılan aşındırma indeksi, günümüzde taşların aşındırıcılık özelliğinin belirlenmesinde yaygın olarak kabul görmektedir.
Bu test için 300mm çapında bir tamburun içine toplam 400 gr 12-19mm ebatlarında taş numunesi yerleştirilir. Tamburun merkezinde 110mm çapında bir rotor ve bu rotora bağlı belli ebatta bir çelik kanat vardır. Tambur ve rotor aynı yöne çevrilir ancak rotorun dönüş hızı tamburunkinin 10 katıdır. Döndürme işlemi 15 dakika süreyle devam ettikten sonra tambur durdurularak içindeki taş numunesi alınır ve aynı özelliklerde numune tekrar tambura yerleştirilir. Bu işlem 4 defa tekrarlanır. Dolayısıyla kanat toplam 1 saat boyunca taş numunesi ile temas etmiş olur. Bu işlemin ardından çelik kanat tartılır. Teste başlarkenki ağırlığıyla test sonundaki ağırlığı arasındaki fark, gram olarak belirlenir. Bu rakam test edilen taşın aşındırma indeksi olarak kabul edilir.