MALZEMELERİN GRUPLANDIRILMASI Bünye (yapı) durumuna göre: 1) Fiziksel yapı: Fiziksel özellikleri açısından malzemeler homojen, heterojen, izotrop ve anizotrop malzemeler şeklinde gruplandırılabilir. Ham petrol, cam, metal alaşımlar Toprak, kum-su, kumçakıl
MALZEMELERİN GRUPLANDIRILMASI 2) Kimyasal yapı özelliklerine göre: Metalik malzeme (Kristal yapı): Demir, bakır, çinko v.b. metaller Amorf malzeme: Cam, plastiklerin çoğu,
MALZEMELERİN GRUPLANDIRILMASI İç yapı ve Kimyasal Sınıflarına göre: 1) Metaller: a) Demir, çelik (Alaşım) b) Alüminyum, bakır, çinko, kurşun (element) Metallerin karakteristik özellikleri: Element olarak veya bunların alaşımlarının kristal yapıya sahip olmaları, ısıyı ve elektriği iyi iletmeleri, diğer malzemelere göre daha sağlam 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. Uzun molekül zincirine sahip termoplastikler sünektir ve bunlara şekil verilebilir. Termoset polimerlerin ise dayanıklılıkları daha iyi olmakla beraber kırılgandırlar.
MALZEMELERİN GRUPLANDIRILMASI a) Tabi polimerler: Kauçuk, asfalt, ahşap b) Suni polimerler: Plastikler, yapıştırıcılar. Pek çok polimerin temel elementi hidrojen ve karbondur. Diğer elementler ise akriliklerde olduğu gibi oksijen, naylonda olduğu gibi azot, plastiklerde olduğu gibi flor ve silisyumdur. 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.
MALZEMELERİN GRUPLANDIRILMASI 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 mükemmeldir. Yeni gelişmeler sayesinde, seramikler jet motoru kanatları gibi yüksek sıcaklıkta çalışan parçaların imalinde kullanılabilmektedirler. Bazı metal ve seramik malzemelerin kullanım yerleri ve özelikleri:
MALZEMELERİN GRUPLANDIRILMASI 4) Kompozit malzemeler: İki veya daha fazla malzemeden meydana gelen malzemelerdir. Beton; çimento, agrega ve su karışımı ile betonarme, beton ve çelik donatıdan meydana gelen kompozit bir malzemedir. Ağaç, tabiatta bulunan kompozit malzemelere iyi bir örnektir. Kompozit malzemeler, hafif, dayanıklı, sünek ve yüksek sıcaklığa dayanıklılık gibi özelliklere sahip olarak üretilebilirler. Karbon fiber 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
MALZEMELERİN GENEL ÖZELİKLERİ Yapı 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.
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, tasıyıcı malzemeler için mekanik özellikler bilinmesi zorunlu değerlerdir. Malzemelerin özellikleri farklı deney yöntemleri ile belirlenir: 1) Kalite kontrol deneyleri: Belirli malzemelerin standart veya sartnamelerde belirtilen özellikleri sağlayıp sağlamadığı kontrol edilir. Bu deneyler laboratuvar veya üretim yerinde yapılabilir.
MALZEME STANDARTLARI Malzeme özellikleri belirleme yöntemlerini tanımlayan standart kuruluşları: Türk Standartları Enstitüsü (TSE) European Committee for Standardization (CEN) American Society for Testing and Materials (ASTM)
MALZEME STANDARTLARI Standartlar, kullanılacak malzemelere ilişkin özellik ve deney işlemlerini belirler. Standartların amacı: a) Test numune sayısı ve numune belirleme, b) Numune şekli ve boyutları, c) Numune hazırlanması, d) Numune süresince ısı, nem vb durumları e) Makine tipi f) Yükleme oranı g) Test sonuçları değerlendirmeleri h) Rapor hazırlanması
MALZEME ÖZELİKLERİ 2) Kıyaslama deneyleri: Belirli ortamlarda kullanılacak farklı malzemeleri aynı koşullarda 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.
2. DOĞAL TAŞ YAPI MALZEMESİ Giriş: Taş, ilk insanın, varoluşu ile ortaya çıkan barınma ihtiyacını gidermek için yerleştiği mağara evinde karşılaştığı ve şekillendirmeden kullandığı ilk yapı malzemesidir. Günümüzdeki kullanılma biçimini alıncaya farklı şekillerde kullanılmıştır; Çok az şekillendirilmiş taş bloklardan harçsız duvarlar. Alçı veya kireç harç ile şekillendirilmiş bloklar. Açıklıkların kubbe ile geçilmesinde şekillendirilmiş bloklar. 18. yy da şekillendirilmiş ve parçalı elemanlar halinde tüm yapılara girmiştir. Özellikle Selçuklu ve Osmanlı yapıları birçok güzel taş örnekleri ile bezenmiştir.
19. yy dan itibaren beton malzemenin ortaya çıkmasıyla eski önemini kaybetmiştir. Ancak günümüzde geçmiş yüzyıllarda yapılmış olmasına rağmen halen ayakta duran yapılar ömürlerini taş malzemenin özelliklerine borçludurlar. Doğal taşlar, sert bir yapı malzemesi olduklarından iklim koşullarından ve ısı değişikliklerinden aşırı derecede etkilenmezler. Cilalı ürünler uzun yıllar parlaklığını koruyabilen bir yapıya sahip oldukları için herhangi bir bakım gerektirmezler ve temizlikleri oldukça kolay uygulanabilmektedir. Bu nedenle doğal taşlar servis ömürleri bakımından diğer yapı malzemelerine karşı belirgin bir üstünlüğe sahiptirler.
Doğal taşlar; Yapıya belli bir ağırlık getirmeleri, İşleme ve kullanılma olanaklarının zorluğu ile birlikte yer kaybına neden olmaları, Malzeme teknolojisinde meydana gelen gelişmeler nedeniyle günümüzde ancak özel amaçlarla ince levhalar halinde kaplama malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte ülkemizin belli kesimlerinde yöresel malzeme olarak yapıdaki önemini korumaktadır.
Taş: Yer kabuğunu meydana getiren kayaçların (kütlelerin) çeşitli etkenler ile oluşturduğu doğal, kristal iç yapılı ve inorganik esaslı yapı malzemeleridir. Doğal taşlar, genellikle bir veya birden fazla mineralin bir araya gelmesi ile oluşurlar. Mineraller ise kayaçlar içinde bulunan özellikleri değişmeyen inorganik kimyasal elementler veya kompleks bileşiklerdir. Örneğin; Granit, gabro, siyenit gibi taşlar (kayaçlar) çeşitli minerallerden, Mermer, kireçtaşı (kalsit) ve kuvarsit gibi kayaçlar, tek bir mineralden, Çakıl taşı, farklı tip ve çeşitlerdeki kum taşlarından oluşur.
Doğal taşları meydana getiren bileşikler: a) Kalsiyum esaslı bileşikler: Karbonat- CaC0 3, Sülfat- CaS0 4.2H 2 0 b) Silisyum esaslı bileşikler: Kuvars (sertlik), Feldispat (sağlamlık), Mika, Anfibol, Piroksen v.b. SINIFLANDIRMA: Doğal taşlar, kendilerini meydana getiren maddelerin (minerallerin) cinsine ve dış tesirlerin durumuna göre farklı iç yapılarda olurlar. Doğal taşları; oluşumlarına, elde edilişlerine, işleniş şekillerine ve sertliklerine göre gruplara ayırmak mümkündür. a) Oluşumlarına göre: Doğal taşlar, kökenlerine ve oluşum şartlarına göre üç gruba ayrılır. Bunlar; 1) Magmatik Taşlar, 2) Sedimanter (tortul) Taşlar 3) Metaformik (başkalaşım) Taşlar
Doğal taşların oluşum döngüsü
1) Mağmatik (Püskürük, volkanik) taşlar: Litosferin derinliklerindeki mağmanın derinliklerde, yüzeye yakın derinliklerde veya çeşitli tektonik olaylar sonucu yeryüzüne çıkarak değişik şekil ve oranlarda soğuması sonucu katılaşarak sertleşen homojen ve izotrop yapılı taşlardır. Soğumanın yeryüzünde veya derinliklerde meydana gelmesi püskürük taşların yapısı üzerinde önemli rol oynar. Soğuma derinde olursa katılaşma yavaş olduğu için kayaçlar genellikle sert ve iri kristalli (taneli) olarak oluşur. Buna karşılık soğumanın hızlı olduğu kayaçlar yumuşak, ince kristalli veya camsı (amorf) yapıdadır. Magmatik taşlar; yapılarına, mineral içeriklerine ve oluşumlarına göre sınıflandırılabilir. Yapılarına göre: İnce ve iri kristalli olabileceği gibi amorf yapıda olanları da vardır.
Bünyelerinde bulunan minerallere göre: Dokusu büyük taneli olanlar (tam kristalli); granit, diyorit, gabro kayaçlardır. Dokusu küçük taneli olanlar (Yarı kristalli); riyolit (granit ve siyenit karşılığı), andezit (diyorit karşılığı), bazalt (gabro karşılığı) kayaçlardır. Dokusu irili ufaklı (İrili ufaklı kristalli)olanlar; granit porfir, siyenit porfir,
Oluşum yeri ve soğuma hızına göre üç gruba ayrılır. a) Derinlik Taşları: Mağmanın, yerkabuğunun derinliklerinde yavaş soğuma nedeniyle iri kristalli olarak oluşan taşlardır. Örnek: Granit, diyorit. Granitin esasını kuvars, feldispat ve mika mineralleri oluşturur. Sert ve sağlam bir taştır. Yoğunluğu 2600-2800 kg/m3 arasındadır. Basınca karşı dayanımları 1600-2400 kg/cm2 arasındadır. Sert oluşları nedeniyle işlenmeleri zordur. Merdiven basamağı, moloz taşı, kaba yonu taşı, döşeme kaplamaları, kaldırım ve bordür taşı ve mıcır (agrega) imalinde kullanılır. İyi cila tutarlar. Bileşimlerinde yer alan demir ve mangan minerallerinden dolayı granitlerin renkleri sarımtıraktan kahverengiye kadar değişmektedir. b) Damar (yarı derinlik) taşları: Orta soğuma nedeniyle ince kristalli veya karma (ince ve çok iri) yapılı olarak oluşan taşlardır. Örnek: Granit porfir, gabro porfir.
c) Volkanik (Yüzey) taşlar: Hızlı soğuma nedeniyle camsı hamur içinde dağınık ince kristal yapılı olarak oluşan taşlardır. Örnek: Bazalt, andezit, perlit. Genellikle sert ve basınç mukavemetleri büyüktür. Dış etkilere dayanıklı fakat işlenmeleri zordur. İnşaat malzemesi olarak temellerde, rıhtım, iskele, dalgakıran, köprülerde, parke taşı ve mozaik, bordür taşı ve balast şeklinde yol inşaatlarında kullanılırlar. Bazalt: Yoğun, homojen, çok sert ve ağırdır. Renkleri koyu gri, mavi ve siyaha yakındır. Granite yakın sertliktedir. Yollarda parke bordür ve kırma taş olarak kullanılırlar. Boşluklu ve hafif çeşitleri de vardır. Hafif ve kolay işlenenleri ocaktan kolaylıkla çıkartılabildikleri için yapıda kullanılırlar. Asitlere ve hava tesirlerine dayanıklıdırlar. Temellerde, yol, köprü ve rıhtım gibi yerlerde kullanılır.
Andezit: Ankara taşı olarak tanınır. Renkleri pembe, mor, eflatun, esmer, yeşil ve gridir. İyi bir yapı taşıdır, kolay işlenir kesme taş haline gelebilir. Heykel yapımında tercih edilirler. Yollarda kaldırım ve parke taşı olarak kullanılırlar. Ocaklarda işlenmeleri kolaydır ve cila kabul etmezler.
2) Tortul (sedimanter) Taşlar: Püskürük ve başkalaşmış kütleler zamanla çeşitli atmosferik ve tektonik olaylar nedeniyle fiziksel ve kimyasal ayrışma sonucu parçalanarak dağılırlar. Ayrışmış olan taşların değişik yollarla taşınarak göl, akarsu havzası ve denizlerde tabakalar halinde birikmesine tortullaşma (sedimantasyon) denir. Tortullaşan malzemelerin birbiri ile karışarak bir bağlayıcı ile yeninden sertleşmesi sonucu meydana gelen boşluklu ve fosil yapılı taşlardır. Bunlar genellikle tabakalı olarak bulunurlar ve içerlerinde organizma kalıntıları (fosil) bulundururlar. Tortul kayaçlar, yeryüzünde çok görülen kayaçlardır. Dünya'nın yerkabuğunun yaklaşık yüzde 75'ini, hacim olarak yerkürenin yaklaşık yüzde 5'ini kaplarlar.
En yaygın olanları, akarsu yataklarında çökelme sonucu doğal olarak birbiriyle yapışıp tek kütle haline gelenlerdir. Bu taşlarda gözeneklik ve tabakalaşma görülür. Tabakaların yönü ve bağlayıcının cinsi, dayanımı ve su geçirimliliği etkileyen faktörlerdir. Bağlayıcının silis esaslı olması mukavemeti artırmaktadır.