Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESİ - I YRD.DOÇ.DR. KAMİLE TOSUN FELEKOĞLU 1. Giriş 1
KAYNAK KİTAP: Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yayınları Yayın No : 307 İnşaat Mühendisleri için MALZEME BİLGİSİ Prof. Dr. Bülent BARADAN Temmuz 2003 İZMİR 2
Materials of Construction Turhan Y. Erdoğan ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayıncılık Materials Science (Introduction to for Civil Engineering) Turhan Y. Erdoğan, Mustafa Tokyay İ. Özgür Yaman, Sinan T. Erdoğan ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayıncılık 3
1. GİRİŞ 2. KATI CİSİMLERİN İÇ YAPISI 3. MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ 4. CİSİMLERİN DİĞER MEKANİK ÖZELLİKLERİ 5. ÇEVRE ve KULLANIM KOŞULLARININ MALZEME ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ 6. MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞİMİNİ ÖLÇME TEKNİKLERİ 4
7. GERİLME, ŞEKİL DEĞİŞİMİ VE ZAMAN İLİŞKİLERİ 8. PERİYODİK YÜKLEME ve YORULMA 9. EMNİYET GERİLMELERİ ve GÜVENİLİRLİK 10. MALZEMELERİN FİZİKSEL ve KİMYASAL ÖZELLİKLERİ 11. MALZEME BİLGİSİNDE İSTATİSTİKSEL YÖNTEMLER 12. MÜHENDİSLİK METAL ve ALAŞIMLARI 5
13. CAMLAR 14. POLİMERLER 15. SERAMİKLER ve PİŞMİŞ TOPRAK ÜRÜNLERİ 16. BİTÜMLÜ MALZEMELER 17. AHŞAP 6
- DERS UYGULAMA ŞEKLİ: TEORİK + LABORATUVAR UYGULAMALARI - DERSE DEVAM :%70 teorik %80 uygulama - SINAV: SAYISAL + SÖZEL 7
DAYANIM DAYANIKLILIK (DURABİLİTE) YAPI EKONOMİK İŞLEVSEL- FONKSİYONEL ESTETİK MÜHENDİS - MİMARIN GÖREVİ ve AMACI 8
Malzemenin az veya çok bakım gerektirmesi özellikle yapının ömrü boyunca işletme giderlerini önemli ölçüde etkiler. Örneğin, ucuz bir malzeme, belirli bir süre sonra sürekli bakım veya yenileme gerektirebileceğinden, ilk fiyatı daha fazla olan bir malzemeye kıyasla ekonomik olmayabilir. 9
10
DOĞRU MALZEME SEÇİMİ İŞÇİLİK YAPI DOĞRU PROJELENDİRME Malzemenin özelliklerini bilmek 11
Yapı malzemelerinin fiziksel, mekanik ve kimyasal özelliklerini, üretim şekillerini, kullanım sırasındaki davranışlarını, ama- ca uygun malzeme seçimini ve geliştirilmesini araştıran ve öğreten bilim alanına Yapı Malzemesi bilim dalı adı verilir. Sürekli yeni ürünler 12
Genelde bir yapının inşaat bedelinin yaklaşık % 65-75'ini malzeme giderleri oluşturur. malzeme işçilik Tasarım, projelendirme, kontrol vb. diğer giderler 13
14
15
İlk yapı malzemeleri: ağaç, taş, çamur İkinci aşamada: basit araç ve gereçlerle malzemelerinşekillendirilmesi Üçüncü aşama: Doğadaki malzemelerin fiziksel ve kimyasal değişikliklere uğratılarak kullanılması (metal eriyikleri, alaşımlar, pişmiş toprak ) Dördüncü aşama: Doğada bulunmayan yapay malzemelerin üretimi (plastik, betonarme vb.) 16
İnsanlık tarihi boyunca malzeme türlerinin önem kazandığı dönemler 17
Yapı malzemelerinin gruplandırılması Kullanılış yer ve amacına göre gruplandırma (3) 1. Taşıyıcı malzemeler 18
2. Detay malzemeleri (işlev ve görsellik) Dekoratif amaçlarla kullanılan cilalı taş, boya vb. cephe ve çatı kaplamaları 19
3. Koruyucu malzemeler (olumsuz dış etkiler) xps ısı, ses ve su izolasyon malzemeleri 20
Çoğu malzeme çift işlevlidir. Detay malzemeleri Koruyucu malzemeler 21
Yapı malzemelerinin gruplandırılması Şekil değişimine göre gruplandırma (3) 1. Elastik malzemeler Model: yay Lastik ve kauçuk 22
2. Plastik malzemeler 1. Giriş Bu davranışa en iyi örnek kildir. 23
3. Elasto-plastik malzemeler Gerilme Göçme Plastik bölge Elastik bölge Birim şekil değiştirme yükün seviyesine bağlı olarak hem elastik, hem de plastik Çelik, beton gibi birçok yapı malzemesi 24
Yapı malzemelerinin gruplandırılması Fiziksel yapıya göre gruplandırma (1.karışım) HOMOJEN KARIŞIMLARA ÖRNEKLER : Tuzlu su Şekerli su (Şerbet) Hava Çelik Petrol HETEROJEN KARIŞIMLARA ÖRNEKLER : Zeytinyağı-su Kum-su Sis Şeker-tuz Süt-su Demir tozu-su 25
Yapı malzemelerinin gruplandırılması Fiziksel yapıya göre gruplandırma (2. bileşik) Bileşik, iki ya da daha fazla cinste atomun bir araya gelerek oluşturduğu maddedir. Bileşiklerin en küçük yapı taşı moleküllerdir. Bileşiklerin özellikleri 1 Bileşiği oluşturan elementler belirli oranlarda birleşirler. Karışımların özellikleri 1 Karışımı oluşturan maddeler rastgele oranlarda karıştırılabilirler. 2 Saf ve homojendirler. 2 Saf değillerdir. Homojen ve heterojen olabilirler. 3 Erime ve kaynama noktaları sabittir. 3 Erime ve kaynama noktaları sabit değildir. 4 Kimyasal yöntemlerle elementlerine ayrışırlar. 4 Fiziksel yöntemlerle karışanlarına ayrılırlar. 5 Belirli formülleri vardır. 5 Formülleri yoktur. 6 Bileşiği oluşturan elementler bileşik içinde özelliklerini kaybederler. 6 Karışanlar özelliklerini karışım içerisinde de korurlar 26
Yapı malzemelerin gruplandırılması 27
Yapı malzemelerin gruplandırılması Fiziksel yapıya göre gruplandırma (izotrop- anizotrop) Mikro boyutta Anahtar kelime: eksenel yönlenme Kristal yapılı 28
Yapı malzemelerin gruplandırılması Fiziksel yapıya göre gruplandırma (izotrop- anizotrop) 29
Yapı malzemelerin gruplandırılması Fiziksel yapıya göre gruplandırma (izotrop- anizotrop) grafit 30
Yapı malzemelerin gruplandırılması Fiziksel yapıya göre gruplandırma (izotrop- anizotrop) Kaolen kili 31
Yapı malzemelerin gruplandırılması Makro boyutta anizotropi (şeyl benzeri kayaçlar) 32
Yapı malzemelerin gruplandırılması Kristal yapıya göre gruplandırma Metalik (kristal) yapı Amorf yapı 33
Yapı malzemelerin gruplandırılması Kristal yapıya göre gruplandırma (kristal-amorf) amorf) Record / Erase process in DVD-RAM. Stage I and II: recording process, stage III: erasing process. Polikarbonat yüzeyde Ge 2 Sb 2 Te 5 (Germanyum, Antimon, Tellur) 34
Yapı malzemelerin gruplandırılması Kimyasal Kristal yapıya göre göre gruplandırma (kristal-amorf) amorf) BD Blu Ray Disk HD video, PS-3 Tek tabaka: 25 GB, çift 50 GB kapasite Teorik üst limiti: belirsiz. Farkı kristal yapıyı amorf yapıya dönüştürmek için kullanılan lazer: DVD: 650 nm dalga boylu kırmızı lazer Blu-ray: 405 nm dalga boylu mavi (ultraviyoleye yakın)
Yapı malzemelerin gruplandırılması Kimyasal Kristal yapıya göre göre gruplandırma (kristal-amorf) amorf) yarıiletken Kristal Fe Amorf polyoxyethylene oligomer Kristal Fe 36
Yapı malzemelerin gruplandırılması Kimyasal yapıya göre gruplandırma (bileşik, kolloidal, seramik) 2. Bölümde 37
Yapı malzemelerinin değişik özellikleri bilinmeli 1. Mekanik 2. Fiziksel 3. Kimyasal 4. Fiziko-kimyasal 5. Termal 6. Elektriksel 7. Akustik 8. Optik ilişkili taşıyıcı malzemeler 38
Yapı malzemelerinin değişik özellikleri 39
Yapı malzemeleri deneyleri 1. Kalite kontrol deneyleri: Belirli malzemelerin standart veya şartnamelerde belirtilen özellikleri sağlayıp sağlamadığı kontrol edilir. Bu deneyler laboratuvar veya üretim yerinde yapılabilir. 40
Standardizasyon ve kalite kontrol yöntemleri TSE EN AB üyesi ülkelere malzeme satmak için şart ISO 9000 9001 Kalite kontrol std. 41
Standardizasyon ve kalite kontrol yöntemleri ASTM DIN JS Endüstriyel standartlar 42
Malzemenin kalitesi konusunda kuramsal ve matematiksel kavramlar 43
Yapı malzemeleri deneyleri 2. Kıyaslama deneyleri: farklı malzemeler aynı koşullar deney uygun malzeme seçimi 44
Yapı malzemeleri deneyleri 3. Araştırma-geliştirme deneyleri: mevcut malzeme yeni malzeme modifikasyon deney Hedef özellik deney sağlandı sağlanmadı Hedef özellik sağlandı sağlanmadı 45
Malzeme çeşitleri - metaller ve alaşımları - polimerler - seramikler - kompozitler 46
Metaller ve alaşımları Çelik, alüminyum, magnezyum, çinko, dökme demir, titanyum, bakır Kristal yapılıdır.* Isı ve elektriği iletir. Diğer malzemelere göre daha sağlamdır.* Sünek* ve şekillendirilebilirdir. Darbelere dayanıklıdır.* *istisnalar var 47
Metaller 1. Giriş 48
Polimerler Polimerizasyon yöntemiyle organik veya inorganik moleküller kullanılarak üretilir. - Plastikler, kauçuk, silikon türevleri ve yapıştırıcılar 49
Polimerler 50
Polimerler - Düşük elektrik ve ısı iletkenliği. - Termoplastikler sünektir ve tekrar şekillendirilebilir. Yüksek sıcaklığa dayanıksızdır. - Termoset polimerler daha dayanıklı ancak kırılgandır. - Plastikler metallere göre hafif ve ucuzdur. 51
Seramikler - Kristal ve/veya amorf yapılı - Dayanımı yüksek, sert ve kırılgan - Yüksek sıcaklık ve korozyona dirençli - Elektrik ve ısı iletkenlikleri düşük 52
Seramiklerin optik özellikleri tane boyutu ile ilişkilidir. TEK KRĐSTAL POLĐKRĐSTAL POLĐKRĐSTAL + BOŞLUKLAR Tek kristal ve polikristalin yapılı Al 2 O 3 seramiği Katılaşma sırasında kontrollü soğutma 53
Seramikler 54
Kompozit yapı malzemeleri A B A B A B + Taşıma gücü, hafiflik, dayanıklılık, süneklik Beton Betonarme Polyester ile camyünü (GFRP) Karbon fiber takviyeli polimerler (CFRP) Ahşap 55
Türkiye inşaat malzemeleri sektörü bölgedeki en büyük üretim üssü özelliğini taşımaktadır. 56
Türkiye inşaat malzemeleri sektörü bölgedeki en büyük üretim üssü özelliğini taşımaktadır. (milyon ton) 57