İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ. Malzeme

Transkript

1 İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Malzeme 1

2 Malzeme Bilimi : Atom : Elementlerin özelliklerini kaybetmeden bölünebilen en küçük parçasıdır. Atom fiziği dalındaki son gelişmeler cisimler içinde daha başka parçacıkların da bulunması olasılığını doğurmuştur. Atomlar arası bağlar : Atomlar birbirleriyle oluşturdukları bağlar sayesinde bir arada dururlar. Bu bağların sağlamlığı malzemenin sağlamlığı demektir. Örneğin kuvvetli bağların bulunduğu demir gayet sağlam bir malzemedir. Buna karşın atomları arasında bir bağ olmayan helyum bir gazdır vebunun sağlamlığı diye bir şeyden söz edilemez. 2

3 Malzemelerin özellikleri; İlim adamları daima cisimlerin özellikleri ile cismin yapısı arasında bir bağ kurmaya çalışmışlardır. Cisimlerin yapılarının belli bir sisteme veya plana göre oluşması cisimlerin özelliklerinin önceden tahmin edilebilmesine yarayacaktır. Bu özellikler; fiziksel kimyasal mekanik teknolojik olarak sınıflandırılabilirler. 3

4 Fiziksel özellikler Geometrik özellik Kütle ile ilgili özellik Isıl özellikler Akustik özellik Elektriksel özellik Optik özellik Su ile ilgili özellik (boyut, şekil, yüzey pürüzlülüğü) (özgül ağırlık, birim ağırlık, porozite) (ısı iletkenliği, ateşe dayanıklılık) (ses emme, ses iletkenliği) (direnç, manyetizma) (yansıma, kırılma) (rutubet miktarı, su emme) Kimyasal özellikler Kimyasal bileşim Kimyasal dayanıklılık (asit tesiri, korozyon) 4

5 Mekanik özellikler Çekme mukavemeti Basınç mukavemeti burulma Kayma mukavemeti Eğilme ve burulma mukavemeti ve bu hallere ilişkin özellikler Elastisite modülü Poisson katsayısı Kırılma işi Tek etki kesme çekme basınç Teknolojik özellikler Yorulma Sünme Sertlik Aşınma Çarpma Burulmadan dolayı kırılma kırılma 5

6 Yapı Malzemesi : İnsanların barınmak, çalışmak, eğlenmek kısacası yaşamak için çeşitli yapılara gereksinmesi vardır. Bu yapıların amaca uygun güzel emniyetli ve ekonomik olması gerekir. Başka bir tanımlama ile yapı hangi amaçla kullanılmak üzere tasarlanmış ise o amaçla kullanılabilmeli, yapı yıkılmadan veya aşırı derecede eğilip bükülmeden yeterli bir emniyetle ayakta durabilmeli, ancak emniyet sağlanırken yapının yeterince ekonomik olmasına da çalışılmalı, bunlara ek olarak yapı göze hoş görülmelidir. Bir yapının bütün bu koşulları sağlayabilmesi bazı diğer faktörlerin yanı sıra yapıda kullanılan malzemenin doğru seçilmesine ve uygulanmasına bağlıdır. Bir bakıma yapının tasarımı seçilen malzemenin özelliklerine göre yapılır. Bu nedenle mühendis ve mimarların yapı malzemelerini iyi tanımaları gerekir. Yapı malzemesi yapıdaki görevine göre şöyle sınıflandırılır: Taşıyıcı sistem (strüktür) malzemesi Ayrıntı (detay) malzemesi Diğerleri 6

7 Taşıyıcı sistem yapının yük taşıyan, yapıyı ayakta tutan elemanların oluşturduğu sistemdir. Bu elemanlar kolon, kiriş, duvar, döşeme, temel ve benzerleridir. Bu elemanların yapımında kullanılan malzemeye taşıyıcı sistem malzemesi denir. Bu tür malzemenin kusurlu olması veya istenen özellikleri sağlamaması yapıyı tehlikeye sokar. Bu tür malzemede özellikle mukavemet, darbelere dayanıklılık gibi mekanik özellikler arandığı gibi bunun yanı sıra yangına dayanıklılık gibi ek özellikler de aranabilir. Günümüzde bu sınıfa giren malzemelere örnek olarak beton, çelik ve ahşap gösterilebilir. Ancak tuğla, taş, özel camlar, cam lifi, takviyeli plastiklerin de taşıyıcı olarak kullanıldığı uygulamalar bulunmaktadır. 7

8 8

9 Ayrıntı malzemesi yapının taşıyıcılık dışındaki fonksiyonlarını yerine getirmek amacıyla kullanılan malzemelerdir. Bu malzemelerin kusurlu olması yapının emniyetini tehlikeye sokmaz ancak yapının kendinden beklenen fonksiyonu tam olarak veya kısmen yerine getirilmesine engel olabilir veya sadece yapının görünümünü bozabilir. Bu sınıfa giren yapı malzemesi çoğunlukta olup bunlara örnek olarak çatı, duvar ve döşeme kaplamaları, doğrama malzemesi, boyalar gösterilebilir. Diğer taraftan aynı malzeme bazen taşıyıcı malzeme, bazen de ayrıntı malzemesi olarak karşımıza çıkabilir. Bunun iyi bir örneği ahşaptır. 9

10 Ahşap bina 10

11 11

12 12

13 13

14 Bağlayıcı Maddeler Taneli veya parçalar halindeki malzemeleri bir arada tutan yapıştırıcı özellikli malzemelere topluca bağlayıcı adı verilmektedir. Tutkal, asfalt, çimento birer bağlayıcıdır. Alçı, hava kireci, su kireci ve çimento birleşiminde çok miktarda kalsiyum bulundurduklarından bu gruba kalsiyum kökenli bağlayıcılar adı verilmektedir. Kalsiyum kökenli bağlayıcıların su ile reaksiyon sonucu sertleşen ve sertleştikten sonra su etkisiyle yumuşamayan türlerine hidrolik bağlayıcılar denir. Bu tanıma göre alçı ve hava kireci hidrolik bağlayıcı sayılmaz. Çünkü alçı su ile reaksiyon yaparak sertleşirse de suyla temas ettiğinde yumuşar. Hava kireci sertleştikten sonra su ile temas ettiğinde yumuşamaz. Ancak hava kireci suyla reaksiyon yaparak değil, havadaki CO 2 alarak sertleşir. O nedenle sadece su kireci ve çimentoları hidrolik bağlayıcılar olarak saymak mümkündür. 14

15 Alçı: Alçı, alçı taşı veya jips diye bilinen CaSO 4.2H 2 O bileşimli taşların kızdırılarak suyunun bir kısmınınuçurulması ve sonra öğütülmeleri sonucu elde edilen bir malzemedir. Bileşimi CaSO 4.1/2H 2 O dir. 15

16 16

17 17

18 alçı çimento Hava kireçleri: Kalsiyum karbonatlı taşların (kireç taşı, tebeşir) sinterleşme (istenen parça iriliğine, mukavemete ve gaz geçirgenliğine sahip duruma getirilmesi işlemidir veya atomlarının, ısının etkisi sonucu oluşan çekimle birbirine bağlanması olarak ta tanımlanabilir) sıcaklığı altında bir sıcaklıkla pişirilmesi ve su veya buharla söndürülerek ufalanması veya öğütülmesi ile elde edilen bir malzemedir. Havadan CO 2 alarak sertleşir. Su kireci: Marnlı (SiO 2,Al 2 O 3,Fe 2 O 3 içeren) kireç taşlarının pişirilmesi ve öğütülmesi ile üretilir. Bunlar söndürülmez. Çünkü suyla temas ettikleri zaman 18 reaksiyon yaparak sertleşirler. Su kireci bir hidrolik bağlayıcıdır.

19 19

20 Çimento: Çimento bir hidrolik bağlayıcıdır. Yani su ile reaksiyon sonucu sertleşir ve sertleştikten sonra suyla temas edecek olursa yumuşamaz. Çimentolar daha çok beton üretiminde kullanılmaktadır. (Kalker ve kil) 20

21 21

22 Yapıların tasarımı, inşa teknikleri ve etkisinde kalacakları ortam koşulları birbirinden farklı olduğundan, çimentonun yapı için uygun özelliklere sahip olması gerekmektedir. Çimento tipi seçilirken aşağıdaki kriterler dikkate alınmalıdır. Projede ön görülen dayanım Ortam koşulları Kalıp almasüresi Yapı elemanlarının boyutları Yapının yeri Hava sıcaklığı Bir metreküp beton bileşiminde bulunan çimento miktarına (kg olarak) dozaj adı verilmektedir. Betondaki çimento miktarı arttıkça dayanımın artacağı, azaldıkça ise dayanımın azalacağı kanısı doğru bir düşünce değildir. Yapılan birçok çalışma göstermiştir ki karışım oranları, özellikle de su miktarı değiştirilerek aynı çimento miktarı (dozaj) ile farklı basınç dayanımlarına sahip betonlar üretmek mümkündür.

23 Agrega: Çeşitli büyüklüklerde taş yapılı tanelerden oluşan malzemeye agrega denir. En çok bulunan agrega türleri kum ve çakıldır. 23

24 24

25 25

26 26

27 27

28 28

29 29

30 30

31 31

32 Deniz suyunun karışım suyu olarak kullanılması durumunda, * Genel kanı beton basınç dayanımının %8-15 arasında azaldığı yönündedir. * Betonlar bir süre sonra lekelenmekte ve yapı elemanının görünüşünü olumsuz yönde etkilemektedir. * Tuz içermesinden dolayı donatının korozyonuna neden olur ya da korozyonu hızlandırmasıdır. Karışıma yeterli miktarda su konmazsa, beton çok katı olacağından; Betonun kalıp köşelerine ve donatı aralarına yerleşmesi zorlaşmakta, İşlenebilirliği azalmakta, Malzemelerinayrışma riski artmakta, çimentonun hidratasyonu için gerekli su karşılanamaz hale gelmektedir. Karma suyunun fazla olması durumunda ise; Fazla suyun buharlaşması sonucunda büzülme artmakta, Çatlaklar oluşmakta, Boşluklu bir beton elde edilmekte, Beton dayanımı olumsuz yönde belirgin bir şekilde etkilenmekte, Beton-donatı kenetlenmesi zayıflamaktadır. Görüldüğü gibi karma suyunun miktarının belirlenmesi oldukça hassas bir konudur.

33 Beton: Agrega, çimento, su karışımından oluşur ve bileşiminde bazen katkı maddeleri de katılır. Bütün bu malzemelerin elle veya mekanik karıştırıcılarla karıştırılmasıyla elde edilen malzemeye taze beton adı verilir. Taze beton plastik haldedir. Beton plastik halde taşınır, kalıba yerleştirilir ve sıkılanır. Çimentonun priz yapmaya başlamasıyla beton önce katılaşır, yani plastikliğini kaybeder, sonra zamanla sertleşir yani mukavemet kazanır. Mukavemetini kısmen de olsa kazanmış betona sertleşmiş beton adı verilir. Bir betonda taze ve sertleşmiş haller için farklı özellikler aranır. 33

34 34

35 Betonun Kürü Hava koşullarına göre beton korunmalıdır Beton yüzeyindeki korumanın etkisi

36 Su Göleti Oluşturmak: Suyun kapalı bir alanda hapis kalması için etrafına kumdan yada topraktan setler oluşturulur. 5 cm lik bir su tabakası yeterli olur. Su Püskürtmek: Sürekli olarak beton yüzeyine su püskürtülür. Belirli aralıklarda yapılıyorsa beton yüzeyi kuru kalmamalıdır. Islak Örtüler Sermek: Telis bezi ve diğer su tutucu örtüler kullanılabilir. Örtülerin sürekli olarak nemli olmaları sağlanmalıdır.

37 Polietilen Örtüler Kullanmak: Düşey elemanlarda kalıp söküldükten sonra en geç yarım saat içinde döşemelerde ise beton yeteri kadar sertleşince uygulanmalıdır. Spreyleme: Kimyasal kür malzemeleri beton yüzeyine püskürtülerek ince bir koruyucu tabaka oluşturulur. Bu tabaka buharlaşmayı çok düşük seviyelere indirir.

38 38

39 39

40 40

41 41

42 42

43 43

44 44

45 Prof Awad S. Hanna

46 Bozuk beton Kaliteli beton

47 Katkı Maddeleri Betona bazı özellikler kazandırmak amacıyla karışıma kimyasal ya da mineral bazı maddeler katılmaktadır. Bu maddelere katkı maddeleri adı verilmektedir. Beton üretiminde amaca uygun katkı maddeleri seçilmeli ve uygulaması bilinçli yapılmalıdır. Aksi durumda bazı katkı maddeleri betonun bazı özelliklerini iyileştirirken diğer özelliklerini olumsuz etkileyebilmektedir. Çok farklı amaçlar için kullanılan katkı maddeleri vardır bunlardan bazıları, Priz hızlandırıcı katkı maddeleri: Erken kalıp alınması istenen işlerde, soğuk havada beton dökümü gibi uygulamalarda kullanılır. Priz geciktirici katkı maddeleri: Sıcak havalarda beton dökümünde ve kütle betonlarının üretiminde kullanılmaktadır. Hava sürükleyici katkı maddeleri: Bu maddeler, taze betonun hava miktarını arttırarak ve hava boşluklarının birbirinden ayrı boşluklar halinde üniform olarak dağılmasını sağlayan ve bu boşlukların kararlılığını beton prizini tamamlayıncaya kadar sürdüren katkı maddeleri olarak tanımlanmaktadır. Betonun işlenebilirliğini ve dona karşı dayanıklılığını arttırırken basınç dayanımını azaltma ihtimali yüksektir. Geçirimsizliği arttırıcı katkı maddeleri: Sıvı ve nem geçirimliliğini azaltan katkı maddeleridir. Su indirgeyici katkı maddeleri: Beton kıvamını su miktarını arttırmadan akışkan hale getiriler. Ancak dayanımın azalmasına ve büzülmenin artmasına neden olabilirler.

48 BETONARME 48

49 Malzeme olarak çelik: Çelik demirdeki karbon oranlarının değiştirilmesi ile meydana gelir. Karbon miktarının azaltılmasıyla mekanik olarak işlenebilen yani dövülerek, preslenerek, haddeden geçirilerek şekil verilebilen çelik elde edilir. Çeliğin bünyesinde % oranında karbon bulunur. Karbon miktarı arttıkça çeliğin hem mukavemeti hem de sertliği artar. Çelik konstrüksiyon elemanları, ulaşım olanaklarına bağlı olarak mümkün olduğunca büyük parçalar halinde, kaynaklı bileşimler yapılmak suretiyle atölyelerde hazırlanır ve bu kısımlar şantiyede kaynaklı ya da bulonlu montaj birleşimleriyle birleştirilerek çelik konstrüksiyon tamamlanır. 49

50 50

51 51

52 52

53 53

54 54

55 55

56 56

57 Donatılar

58 Çubuklar yaygın olarak 12 m boyunda çubuk, kangal ya da firkete olarak piyasaya arz edilir. Donatı çapları ile gösterilmekte olup, 16 çapı 16 mm olan çubuk anlamına gelmektedir.

59 59

60 60

61 61

62 62

63 63

64 Tuğla Kilden yapılan bir yapı malzemesidir. Ham kil suyla karıştırılarak istenilen kıvama getirilir. Çeşitli kalıplara konup şekil verilir. Daha sonra yüksek sıcaklıkta pişirilir. 64

65 Ahşap Genellikle konut yada ticari yapılarda kullanılır. Çelik yada beton kadar dayanımın yüksek değildir. Nem içeriği, türü ve lif yapısına göre dayanımı değişiklik gösterir. Lif doğrultusunda dayanımı yüksek, life dik doğrultuda düşüktür. 65

66 Kimsayal etkilere dayanımı düşüktür Böceklerden etkilenir. Yeniden kullanılabilir. Isı iletkenliği çok düşüktür, ancak yangın dayanımı yok denecek kadar azdır. Hafif malzemedir. Akustik özelikleri iyidir. 66

67 Lamine Ahşap Uzun açıklıkları geçmek için kullanılan küçük boyuttaki ahşapların tutkal gibi çeşitli kimyasallarla birleştirilmesi ve preslenmesi ile oluşturulurlar Bu şekilde kalınlıkları ve boyu arttırılabilir. Dolayısıyla normal ahşaba göre dayanımı da artar 67

68 Asfalt Asfalt damıtılmış petrol ürünleri içerisinde daha katı kıvama sahip bir üründür. Agregayla karıştırılarak yol yapımında kullanılır 68