7. ÖNEMLİ YAPI MALZEMELERİ a) Bağlayıcı maddeler (Çimento, alçı, kireç) b) Taşlar
c) Metaller d) Harç ve beton e) Toprak Malzemeler f) Ahşap
g) Organik polimerler 7.1. Taşlar
Yerkabuğunu oluşturan sert ve katı kütlelere taş (kayaç) denir. Taşlar genellikle bir veya birden fazla mineralin bir araya gelmesi ile meydana gelmişlerdir. Taşlar tarih boyunca en çok kullanılan ve en iyi tanınan yapı malzemesidir. Kullanım yerleri:
Duvarlar
Kemer ve pencere kornişleri
Zemin, duvar ve çatı kaplamalarında (ince plak halinde, cilalanarak) Demiryollarında
Agrega yapımında (beton ve yol inşaatında kullanmak üzere)
Taşlar doğal ve yapay olmak üzere iki şekilde elde edilirler. Doğal taşlar, doğadan kütle olarak elde edilirler. Suni taşlar ise, küçük boyuttaki taşların herhangi bir yapıştırıcı veya bağlayıcı ile birleştirilerek istenilen boyutta ve şekilde elde edilen taşlardır (beton, karo, briket vb.).
Taşlar jeolojik yapılarına ve oluşum tarzlarına göre sınıflandırılırlar.
Tortul (Sedimanter) Taşlar: Her çeşit taş parçalarının ve minerallerinin, çeşitli sebeplerden dolayı bozulup ve dağılması, daha sonra da değişik yollarla taşınarak bir yerde çökelmesi sonucu meydana gelen taşlara denir. (dolomit, alçıtaşı, killi şist, kuvarsit, traverten, kalkarler)
Mağmatik (Püskürük) Taşlar: Mağma denilen ve yer küresi içinde bulunan kızgın ve erimiş kütleler yer kürenin zayıf bulunduğu noktalardan, özellikle yanardağlardan dışarıya püskürerek çıkarve havanın tesiri ile soğur. Katılaşarak sert bir yapıya sahip olur. Bazen de yeryüzüne çıkmadan sertleşir. Bu şekilde oluşan taşlara mağmatik taşlar veya püskürük taşlar adı verilir. (Granit, siyanit, perlit, bazalt, andezit, süngertaşı)
Başkalaşmış (Metamorfik) Taşlar: Bu taşlar daha önce mevcut olan küçük kütlelerin ısı ve basınç altında değişmesi sonucu meydana gelmişlerdir. (arduvaz, mermer, gnays)
Yapı taşlarında arana özellikler:
Basınç ve çekmeye karşı yeterince mukavemet Donmaya dayanıklılık
Kusursuz olma, boşluksuz olma ve cila tutma Harca yapışma
İşlenebilme
Aşınmaya dayanıklılık
7.2. Metal Malzemeler
Metaller üstün mekanik ve fiziksel özellikleri sebebi ile en çok kullanılan ve en önemli malzeme sınıfını oluştururlar. Metallerin elastisite modülleri diğer malzemelerinkinin (beton, ahşap ve plastikler gibi) 20-50 katı, mukavemetleri ise 5-20 katı kadardır. Ham halde yumuşak ve düşük mukavemetli olmakla beraber alaşımlandırma, soğukta şekil verme ve ısıl işlem uygulayarak sertlik ve mukavemetleri çok arttırılabilir. Ayrıca üretim sırasında plastik şekil verme, kaynak, perçin ve vida ile birleştirme gibi uygulamalara elverişlidir. Buna karşılık diğer malzemelere göre dış etkilere (korozyona) genellikle daha az dayanıklı ve daha pahalıdırlar.
Uygulamada kullanılan metallerle bunların alaşımlarının türleri binlerin üzerinde olup her biri belirli amaçlar için geliştirilmiştir. Metaller demirli metaller ve demirli olmayan metaller olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar. Demirli metallerde ana eleman demir olup bunun yanında karbon daima bir alaşım elemanı olarak bulunur. Bu nedenle bu sınıfa demir-karbon alaşımları denir.
7.2.1. Demir-Karbon Alaşımları
Ham demir yumuşak ve düşük mukavemetlidir. İçine karbon katılarak sertlik ve mukavemeti büyük ölçüde arttırılır. Ham demirin çekme mukavemeti 30 kg/mm2 iken %0,8 kadar karbon katılırsa mukavemeti 100 kg/mm2 olur. Ayrıca soğuk işleme veya su verme işlemi ile bu mukavemet 180 kg/mm2’ye kadar çıkartılabilir. Ayrıca bu alaşımlar normal halde kolayca işlenip şekil verilir, sonra ısıl işlemle sertlikleri çok arttırılabilir. Bütün bu üstün özellikleri sebebi ile demir-karbon alaşımları uygulamada en önemli malzeme grubunu oluştururlar.
7.2.2. Demir Olmayan Metaller
Demir olmayan metallerin bazı üstün özellikleri sebebi ile endüstride önemli uygulama alanları vardır. Korozyona dayanıklılık, hafiflik, güzel görünüş, yüksek ısıl ve elektriksel iletkenliklere sahip olduklarından bazı hallerde demir-karbon alaşımlarına tercih edilirler. Bununla beraber elastisite modülleri, sertlik ve mukavemetleri daha düşüktür.
Endüstride kullanılan metallerin yaklaşık olarak %80-85’i demir-karbon alaşımları, %15-20 kadarı demir olmayan metallerdir. Bu metallerin en önemli sakıncaları pahalı olmalarıdır. Bu grubun en önemlileri bakır ve bakır alaşımları ile alüminyum ve alüminyum alaşımlarıdır.
Bakır ve bakır alaşımları: Arı bakır yumuşak, plastik işlenebilme özelliği yüksek ve korozyona dayanıklıdır. Yapılarda çatı kaplama malzemesi olarak kullanılır. Yüksek ısıl iletkenliği sebebi ile ısıtma ve soğutma sistemleri üretiminde, yüksek elektriksel iletkenliği sebebi ile de iletken tel üretiminde çok kullanılır. Alaşımlandırma ile mukavemeti çok arttırılabilir. Bakır alaşımları genellikle pirinçler ve bronzlar olmak üzere ikiye ayrılır.
Alüminyum ve alüminyum alaşımları: Arı alüminyum yumuşak, işlenmesi kolay ve korozyona dayanıklı, ısıl ve elektriksel iletkenliği yüksektir. Alaşımlandırma ile mukavemeti önemli derecede arttırılır. Özgül ağırlığı düşüktür (2,7 g/cm3). Bu sebeple uçak ve benzeri hafif yapılar için elverişlidir.
7.3. Toprak Malzemeler
Toprak denilince akla içinde kil, silt, kum bulunan karışık malzeme gelir. Bir toprakta en fazla hangisinden varsa onun özellikleri hakimdir. Şöyle bir sınıflandırma yapabiliriz:
Tane boyutu 0,002 mm (2 mikron) kil Tane boyutu 0,002-0,06 (2 mikron-60 mikron) silt Tane boyutu0,06 (60 mikron) kum
Killer tabii taşların içindeki feldispat, mika vs gibi bazı minerallerin su ve hava etkisi ile zamanla ayrışmasından doğmuş ve kimyasal bileşim bakımından xAl2O3ySiO2zH2O genel formülü ile ifade edilebilen bir mineral grubudur. En basit kil çeşidi Kaolonittir. Bunun formülü Al2O32SiO22H2O’dur. Killer birbirinden formül ve kristal yapısı bakımından ayrılırlar. Fakat hepsinde ortak olan husus tane boyutlarının çok ufak oluşu ve bunun meydana getirdiği özelliklerdir.
Kil gruplarının en önemli özelliği su ile karıştırıldığı zaman plastik oluşudur. Yani macun gibi olur. Bunun sebebi inceliğinin çok yüksek oluşu ve bu sebeple kolay su emmesi veya kristal yapısı dolayısıyla su emmesidir.
Kil su aldığı zaman yumuşar ve şekil alabilir. Kuruduğu vakit büzülür ve katılaşır, rötre yapar, fakat şeklini korur. Pişirildiği zaman da sertleşerek mukavemet kazanır. Kil ya olduğu gibi pişirilmeden (kerpiç), yada pişirilerek (seramik, tuğla vs.) kullanılır.
Silt grubu boyut olarak kile yakın olmakla beraber özelliği farklıdır. Kuru halde katılaşmaz.
Kum grubu daha farklı olup, bileşiminde her çeşit mineral bulunabilir. Burada yapı malzemesi olarak düşündüğümüz (toprak Malzemeler içinde) esas itibariyle kildir.
7.3.1. Kerpiç
Kil, su ve kum karışımından elde edilen, havada kurutulmak suretiyle sertleştirilen yapı malzemesine kerpiç denir. Bu malzemede kil bağlayıcı madde, kum da dolgu maddesi vazifesini görür. Kerpiç yapmaya elverişli toprakta %30 kil, %70 kum ve gerekli su bulunmalıdır.
Kerpiçlerde çatlama olmaması için saman karıştırılır. Kerpiçler itinalı yapılırsa 20 kg/cm2’lik mukavemetler elde edilebilir. Kötü yapılanlarda ise mukavemet 5 kg/cm2’ye kadar düşebilir. Kerpiç sudan çok kolaylıkla etkilenir. Sıcağa ve soğuğa karşı iyi izolandır. Yer sarsıntılarına dayanamazlar. Modern bir yapı sistemi değildir.
7.3.2. Tuğla, Kiremit
Islatılarak şekil verilmiş ve kurutulmuş killi toprağı pişirmek suretiyle çanak, çömlek yapmak eskiden beri bilinen bir metottur. Pişme sırasında fiziksel ve kimyasal değişikliğe uğrayan killi toprak, tekrar ıslandığı zaman yumuşamayan, mukavemetli bir taş haline geçer.
Bu yolla üretilen yapı malzemeleri arasında en önemlileri tuğla ve kiremitlerdir.
Tuğla, kiremit üretiminde uygun killi toprak rezervi seçildikten sonra toprak, bir havuzda dinlendirilerek bütün topakların çözünmesi sağlanır. Buradan alınan toprak özel değirmenlerde yoğrulur ve homojen bir hamur haline getirilir. Sonra şekil verme cihazlarına gelir. Şekil verme makinesinden çıkan yaş tuğla veya kiremitler kurutma kısmında sıcak hava akımı ile yeterli bir süre kurutulduktan sonra fırın kısmına sevk edilir. 800oC’nin üstünde pişirilir.
Tuğla ülkemizde önemli yeri bulunan bir yapı malzemesidir. Duvar yapımında kullanılan tuğlalar ikiye ayrılır.
a) Harman tuğlası: İlkel olarak el ile kalıplanıp açık havada kurutulduktan sonra pişirilerek imal edilirdi. Artık üretimi yoktur.
b) Fabrika tuğlası: Tuğla hammaddesi makinelerde ezilir, suyla karıştırılarak yoğrulur ve gene makinelerde kalıplanarak açık havada ya da özel ısı tertibatlı galerilerde kurutulur, özel fırınlarda pişirilerek imal edilir.
Tuğlalar üç tipte imal edilir:
a) Dolu tuğla: Artık kullanılmadığı için üretimi de yapılmamaktadır.
b) Düşey delikli tuğla (DDT): Delikleri, alt ve üst yüzeylerine dik bulunan tuğladır.
Yığma yapılarda ve taşıyıcı duvarlarda kullanılır. Boyutları: 19x13,5x8,5 cm ve 29x19x13,5 cm.’ dir. (40 cm’lik duvarda ikisi beraber kullanılır.)
c) Yatay delikli tuğla (YDT): Delikleri, alın yüzeyine dik bulunan tuğladır. Karkas yapılarda ve taşıyıcı olmayan duvarlarda kullanılır. Boyutları: 19x19x8,5 cm (10 cm.lik duvar) ve 19x19x13,5 cm. (20 cm ve 15 cm duvar) dir.
Tuğlaların kullanılacağı yere göre uygun olup olmadığı laboratuar testlerinden geçirildikten sonra tesbit edilir. Ancak bu testlerin yapılması her zaman mümkün olmayabilir.
Tuğlanın iyi olup olmadığı hakkında şantiyede yapılan basit gözlem ve deneylerle de fikir edinilebilir. Bunları şöyle sıralayabiliriz:
Tuğla homojen, kesif (yoğun) ve ince taneli olmalıdır. İyi pişmiş, kenar ve yüzeyleri düzgün olacak şekilde düzgün kalıplanmış olmalı, çatlak, yarık ve boşluklar bulunmamalıdır.
Tuğla yanık olmamalı, 1,50 m yükseklikten sert bir zemine bırakıldığında, ikiden fazla parçaya ayrılmamalıdır. Üzerine çekiçle vurulduğunda tiz ve berrak bir ses vermelidir. Ayrıca su içinde 12 saat bekletildiğinde, ağırlığının %20’sinden fazla su emmemiş olmalıdır.
Tuğlalardan beklenen teknik özellikler, yeterli bir basınç dayanımı, boyutlarda az değişme, şekil düzgünlüğü, hafiflik, dış etkilere dayanıklılıktır. Tuğlaların elastisite modülleri basınç dayanımlarına dayanılarak tahmin edilebilir. Standartlar;
E=1000fc
Bağıntısını önermektedir.
fc=tuğlanın basınç dayanımı
Poisson oranı ise tuğlalar için 0,18-0,25 arasındadır.
7.4. Organik Polimerler
Organik polimerlerin sınıfına giren başlıca yapı malzemeleri bitümlü maddeler, plastikler ve boyalardır.
7.4.1. Bitümlü Maddeler
İnşaatta kullanılan asfaltlarla, katranlara bitümlü maddeler adı verilir. Bunların karbon sülfürlerde eriyen kısmına bitüm, bitümün suni veya tabii mineral dolgu maddeleri ile karışımına asfalt adı verilir.
Bitümlü maddeler siyah renkli ve reçine karakterinde organik maddelerden meydana gelmiştir. Isıtıldıkları vakit katı halden sıvı hale geçiş yavaş ve yumuşama yolu ile olur. Katı halde bile bunlar belirli bir plastikliğe sahiptir. Üzerine sürüldükleri katı cismin yüzeyine
yapışırlar. Suya dayanıklı, su geçirmeyen, asit ve tuzlarla reaksiyon yapmayan, izolasyon kabiliyeti yüksek maddelerdir.
7.4.2. Plastik Maddeler
İşlenmelerinin veya üretimlerinin belirli bir safhasında yumuşak, yani plastik olan organik maddelerdir. Bütün plastik maddeler sıcakta ve yumuşakken işlenirler. Soğuyunca veya sertleşince aldıkları şekli muhafaza ederler. Tutkal, levha, boru, profiller, vernik, macun tecrit maddesi, kaplama, cila vs olarak kullanılırlar.
7.4.3. Boyalar
Bu grup yapı malzemelerinin içinde badana, boya, vernik ve cilalar vardır. Vazifeleri örtmek, korumak ve güzelleştirmektir. Bileşimlerine renk ve örtü maddeleri ile sulandırıcı ve bağlayıcı maddeler girer.
Çeşidi Kullanıldığı Yer
Badana İç ve dış işlerde, betonda
Yağlı boya İç ve dış işlerde, tahta veya metallerin boyanmasında Vernikli boya Parlak görünüşlü dış ve iç boyalar
Metal boyası Metal yüzlerin pastan korunmasında Yaldız boyası Işığı, ısıyı aksettirir, Metal yüzleri korur
Zehirli boya Gemi gövdelerini yosun ve deniz hayvanlarına karşı korur Ateşe dayanıklı boya Yangına karşı önleyici
Kimyasal etkiye dayanıklı boya Kimyasal etkilere karşı koruyucu olarak
7.5. Ahşap
Ahşap en eski yapı malzemesidir. İnsan oğlunun eski çağlardan beri barınma ve korunma amaçlı olarak ahşabı kullandığı bilinmektedir. Günümüzde ormanların çeşitli sebeplerle azalması, yerine yenisinin yetiştirilmemesi veya geç yetişmesi ahşabın kıymetini arttırmıştır. Çağımızda ahşap yerine plastik, metal, alüminyum, beton ve çimento gibi malzemelerin kullanılmasına rağmen ahşap, görünüş, izolasyon ve istenilen şeklin kolayca verilmesinden dolayı yine tercih edilen bir malzemedir. Fakat çatı dışında binalarda ve köprülerde artık taşıyıcı malzeme olarak ahşap kullanılmamaktadır.
7.6. Harçlar
Kum, çimento veya kireç gibi bir bağlayıcı ile suyun birlikte karıştırılarak plastik kıvama getirilmesiyle elde edilen malzemeye harç denir. Harç yapılırken bazı özelliklere dikkat edilmelidir.
1) Birleştirici malzemenin cinsi: Harcın kullanılacağı yere göre birleştirici seçilmelidir.
2) Birleştirici malzemenin miktarı: Birleştirici malzeme az olursa harç dayanıksız olur. Fazla olursa ekonomik olmaz.
3) Kum cinsi: Kumlar temiz, boşluksuz ve dayanıklı olmalıdır.
4) Yoğurma suyu özelliği: Harç karışımında kullanılacak su, zararlı maddeler ihtiva etmemeli ve gereğinden fazla su kullanılmamalıdır.
5) Harçların korunması: Yapılmış harçların sıcaktan, rüzgardan, yağmurdan ve şiddetli dondan korunması gerekir.
7.6.1. Harç Çeşitleri
Genel olarak harçlar, kullanıldıkları yere göre 3 grup altında toplanırlar. Bunlar: duvar harcı, sıva harcı ve şaplardır.
7.6.1.1. Duvar Harcı
Duvarı meydana getiren elemanların birbirine bağlanması ve duvar elemanlarının yatay ve düşey boşluklarının doldurulması amacıyla kullanılır. Yapının cinsine, zemin gerilmesine, duvarın taşıyıcı olup olmadığına göre harçta kullanılan bağlayıcı madde miktarı ve çeşidi farklılık gösterir. Harçlar şu fonksiyonları yerine getirmelidir:
- Harç, yatay veya yataya yakın durumda iken duvar elemanlarına gelen kuvvetleri bitişik sıralara kolayca aktarabilmelidir.
- Harç, düşey veya düşeye yakın durumda iken duvar elemanlarına gelen kuvvetleri alt sıralara kolayca aktarabilmelidir.
Bu özelliklerin sağlanabilmesi için, yeteri kadar plastik, yeteri kadar mukavemetli, ve yüksek kompasiteli olmalıdır.
Yapılışına göre harçları üç gruba ayırabiliriz:
a) Kireç harcı: Taşıyıcı olmayan basit duvarların örülmesinde kullanılır. Kum ile kirecin suyla karıştırılması sonucu elde edilen bir malzemedir. Kireç harçları en fazla 4 kg/cm2 yük taşıma özelliğine sahiptir. Bileşim oranları tabloda verilmiştir.
b) Melez (Takviyeli Harç): Melez harçta bağlayıcı olarak kireç ve çimento belirli oranlarda beraber kullanılır. Bu harç en yaygın ve en çok kullanılan harçtır. Bütün duvar örme işlerinde, tamirat ve tadilat işlerinde, taşıyıcı duvar elemanlarının yatay ve düşey derzlerini doldurma işlerinde kullanılır. Melez harcın bileşenleri ve karışım oranları tabloda verilmiştir. Melez harcın içinde bulunan birleştiricinin oranını arttırarak veya eksilterek farklı yerlerde kullanmak mümkündür. Bu oranlar duvar için veya sıva için farklılık gösterir.
c) Çimento harcı: Önemli yapılarda, rutubete maruz duvarlarda diğer harçlara göre daha güvenilirdir. Kullanıldığı yerler; başlıca taşıyıcı duvarlar, fayans, karo, bahçe duvarı, sütunlar ve taş kaplamalardır.
Harç Türü
Karışım Oranları (%)
Kum Çimento Kireç Kireç harcı 75 - 25
Melez harç 75 15 10
Çimento harcı 80 20 -
7.6.1.2. Sıva Harcı
Sıva harcı kaba ve ince olmak üzere iki grup altında toplanır.
Kaba sıva harcı: 3 mm’lik elekten geçen kum ile bağlayıcılar, su ile birlikte karıştırılarak elde edilirler. Kaba sıva iki tabaka halinde yapılır. Birinci tabaka, duvar yüzeyine harcın kolay yapışması için ince, fakat çimento oranı yüksek, kalınlığı 1-1.2 cm civarında olan sıvadır. İkinci tabaka, birinci tabakanın üzerine yapılan ve toplam kalınlığı 2
0.5 cm civarında olan sıvadır. İç duvarlarda kireç harcı veya takviyeli harç kullanılır. Dış
duvarlarda ise genellikle takviyeli harç kullanılır. Bu harçlarda, çimento miktarı değişkenlik gösterebilir. Bu değişkenlik hava koşullarına ve rutubete bağlıdır.
İnce sıva harcı: 1 mm’lik elekten geçen ve piyasada “mil” ismiyle tanımlanan kum ile bağlayıcının, su ile karıştırılmasıyla yapılır. İnce sıva, aynı zamanda kaba sıvadan meydana gelen boşlukları doldurmak ve yüzeyi perdahlamak için yapılır. Genellikle kireç veya takviyeli harç kullanılır. Kalınlığı ise en fazla 10 mm’dir.
Harçlar genel olarak basınca belirli dayanım gösterirken çekme ve kesme kuvvetlerine herhangi bir dayanım göstermezler.
7.6.1.3. Şaplar
Genellikle suya karşı yapılan plastik kıvamlı çimento harcıdır. Şaplar suyun sızmasını engellemek için yüksek dozajda çimento ilave edilerek yapılır.
