a) Kullanış yeri ve amacına göre gruplandırma: 1) Taşıyıcı malzemeler: İnşaat mühendisliğinde kullanılan taşıyıcı malzemeler, genellikle betonarme, çelik, ahşap ve zemindir. Beton, çelik ve ahşap malzemeler üst yapı malzemeleri olup yapının taşıyıcı iskeletini oluşturmaktadır. Zemin malzemesi ise bu yapının ayakta durmasını sağlayan mesnettir. Dolayısıyla bu malzemelerin taşıma özelliklerinin, inşaat mühendisi tarafından iyi bilinmesi gerekir. Mevcut bir yapı incelendiğinde, önce yapıya ait bu temel malzemelerin özelikleri incelenir, daha sonra bu malzeme değerlerine göre yapının performansı çeşitli hesap yöntemleriyle belirlenmektedir. 1 Üst yapı malzemeleri sonlu ve genellikle şekil verilebilen malzemelerdir. Zemin malzemesi sonsuz ifade edebileceğimiz ve genellikle şekil verilmeyen bir malzemedir. Diğer malzemelere göre yapısı daha karmaşık ve değişkendir. Üst yapı malzemelerinin mukavemetini artırmak, zemin malzemesinin mukavemet değerlerini artırmaya göre daha kolaydır. 2 2) Detay (ayrıntı) malzemeleri: Genel olarak yapının taşıyıcılık dışındaki fonksiyonlarını yerine getirmek amacıyla kullanılan malzemelerdir. Bu sınıfa giren yapı malzemesi çoğunlukta olup yapılarda bölme, doğrama, kaplama ve dekoratif gibi belirli işlevleri yerine getirmek amacıyla kullanılmaktadır. Bunlara örnek olarak çatı, duvar ve döşeme kaplamaları, doğrama malzemeleri ve boyalar gösterilebilir. Diğer taraftan aynı malzeme bazen taşıyıcı malzeme, bazen de detay malzemesi olarak karşımıza çıkabilir. Bunun iyi bir örneği ahşaptır. 3 4 1
3) Koruyucu (yalıtım) malzemeler: Yapıyı olumsuz dış etkilerden koruyan, cam yünü, taş yünü, perlit, bitümlü malzemeler gibi ısı, ses ve su izolasyon malzemeleri bu gruba girerler. b) Şekil değiştirme özelliklerine göre: 1) Elastik Malzemeler: Yük etkisi altında şekil değiştirip, yük kalkınca yeniden ilk şekline dönen malzemelere elastik malzemeler denir. Elastik davranışı en iyi simgeleyen malzeme yaydır. Lastik ve kauçuk elastik malzemelere örnek olarak verilebilir. 5 6 2) Plastik Malzemeler: Yük etkisi altında şekil değiştirip, yük kalkınca yeniden ilk şekline dönmeyen, kalıcı şekil değişimi gösteren malzemelere plastik malzemeler denir. Bu davranışı gösteren en iyi örnek kildir. 3) Elasto-plastik malzemeler: Maruz kaldığı yükün/gerilmenin büyüklüğüne bağlı olarak hem elastik hem de plastik davranış gösterirler. Çelik, beton gibi bir çok yapı malzemesi bu tip davranış gösterirler. 7 8 2
c) Bünye (yapı) durumuna göre: 1) Fiziksel yapı: Fiziksel yapı özelliklerine göre malzemeler homojen, heterojen, izotrop ve anizotrop malzemeler şeklinde gruplandırılabilir. 2) Kimyasal yapı: a) Kristal malzeme (yapı): Demir, bakır, çinko b) Amorf malzeme: Cam Kaolin kili Ahşap 9 c) Bileşik/alaşım malzeme : Çelik d) Seramik malzeme: Pişmiş kil 10 d) İç yapı ve kimyasal sınıflarına göre: Metaller, polimerler, seramik ve kompozit malzemeler olarak dört gruba ayrılır. 1) Metaller: a) Demir, çelik (Alaşım) b) Alüminyum, bakır, çinko, kurşun (element) Metallerin genel karakteristik özellikleri: Element olarak veya bunların alaşımlarının kristal yapıya sahip olmaları, ısıyı ve elektriği iyi iletmeleri, diğer malzemelere göre daha dayanıklı olmaları, sünek ve plastik şekillenebilir olmaları ve darbelere dayanıklı olmaları şeklinde sayılabilir. 2) Polimerler: C,H,O,N moleküllerinin uzun zincirler formunda kovalent bağlanması ile oluşan malzemelerdir. Kimyasal oluşumlarına ve özeliklerine göre genel olarak iki gruba 11 ayrılırlar. a) Termoplastikler, uzun molekül zincirine sahip olup sünektir ve bunlara şekil verilebilir. Polietilen, naylon gibi malzemelerdir. b) Termoset polimerlerin ise daha dayanıklı olmakla beraber kırılgandırlar. Polimerlerin elektrik ve ısı iletkenlikleri düşüktür ve yüksek sıcaklıklarda bulunmaları malzeme özelliklerini etkiler. 3) Seramikler: Tuğla, cam, yüksek sıcaklığa dayanıklı refrakterler ve aşındırıcı (zımpara taşları) gibi malzemelerdir. Seramikler, metaller gibi kristal yapıya sahip olabilirler. Fakat kristal yapıya sahip olmayan pek çok seramik de vardır. Kristal yapıya sahip olmayan seramiklere genellikle cam denilmektedir. 12 3
Seramiklerin elektrik ve ısı iletkenlikleri düşüktür; bundan dolayı elektrik izolatörleri seramiklerden yapılır. Seramikler dayanımı yüksek, sert ve kırılgan malzemedirler. Yüksek sıcaklık ve korozyonlu ortamlara dayanıklılıkları yüksektir. Yeni gelişmeler sayesinde, seramikler jet motoru kanatları gibi yüksek sıcaklıkta çalışan parçaların imalinde kullanılabilmektedirler. Bazı metal ve seramik malzemelerin kullanım yerleri ve özelikleri: 13 4) Kompozit malzemeler: İki veya daha fazla malzemeden meydana gelen malzemelerdir. Beton; çimento, agrega ve su karışımı ile betonarme ise beton ve çelik donatıdan meydana gelen kompozit bir malzemedir. Kompozit malzemeler, hafif, dayanıklı, sünek ve yüksek sıcaklığa dayanıklılık gibi özelliklere sahip olarak üretilebilirler. Karbon lif takviyeli polimerler gibi kompozit malzemeler uzay araçları ve uçak sanayinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. a) Suni kompozit malzemeler: Portland çimentosu, beton b) Donatılı kompozit malzemeler: Betonarme, takviyeli plastikler 14 MALZEMELERİN GENEL ÖZELİKLERİ Malzemelerin genel özellikleri: a) Fiziksel özellikler: Yoğunluk, Birim hacim ağırlık, porozite, geçirgenlik özellikleri. b) Mekanik özellikler: Uygulanan yüklere karşı malzeme dayanımını gösteren özelliklerdir. Çekme Basınç Eğilme Burulma Kesme c) Kimyasal özellikleri: Oksit içeriği, Karbonat içeriği, Asit-baz durumu, korozyona dayanım. d) Diğer özellikler: Isı (termal), elektriksel, akustik, optik. 15 MALZEMELERİN GENEL ÖZELİKLERİ Malzemelerin bazı özellikleri diğer özellikleri ile ilişkilidir. Örneğin, fiziksel özellikler, mekanik özellikleri doğrudan etkiler. Bazı özellikler malzemenin yapıdaki fonksiyonuna göre ön plana çıkar. Örneğin, taşıyıcı malzemeler için mekanik özellikler bilinmesi zorunlu değerlerdir. Malzemelerin özellikleri farklı deney yöntemleri ile belirlenir. 1) Kalite kontrol deneyleri: Belirli malzemelerin standart veya şartnamelerde belirtilen özellikleri sağlayıp sağlamadığı kontrol edilir. Bu deneyler laboratuvar veya üretim yerinde yapılabilir. 16 4
MALZEME STANDARTLARI Malzeme özellikleri belirleme yöntemlerini tanımlayan bazı standart kuruluşları: a) Türk Standartları Enstitüsü (TSE) b) European Committee for Standardization (CEN) c) American Society for Testing and Materials (ASTM) MALZEME STANDARTLARI Standartlar, kullanılacak malzemelere, cihazlara ilişkin özellik ve deney işlemlerini tanımlar. Standartların amacı: a) Test numune sayısı ve numune belirleme, b) Numune şekli ve boyutları, c) Numune hazırlanması, d) Numune süresince ısı, nem v.b. ortam koşulları e) Kullanılacak makine, cihazlar için mekanik yeterlilikler f) Yükleme oranı g) Test sonuçları değerlendirmeleri h) Rapor hazırlanması 17 18 MALZEME ÖZELİKLERİ 2) Kıyaslama deneyleri: Belirli ortamlarda kullanılacak farklı malzemeleri aynı koşullarda kıyaslamalı olarak denemek suretiyle uygun malzeme seçimi amacıyla yapılır. MALZEME ÖZELİKLERİ 3. Araştırma-geliştirme deneyleri: Bu tip deneyler, yeni malzemelerin geliştirilmesine veya bilinen malzemelerin bazı özelliklerinin düzeltilmesine yöneliktir. 19 20 5