2H.1) Malzemelerin sınıflandırılması

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- CaC03, Sülfat- CaS04.2H20
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.