İNŞ2023 YAPI MALZEMESİ IİNŞ2023 YAPI MALZEMESİ I

Dokuz Eylül Üniversitesi

İnşaat Mühendisliği Bölümü

FİZİKSEL ve KİMYASAL FİZİKSEL ve KİMYASAL ÖZELLİKLERÖZELLİKLER

FİZİKSEL ve KİMYASAL FİZİKSEL ve KİMYASAL ÖZELLİKLERÖZELLİKLER

Dr. Öğr. Üyesi Çağlar YALÇINKAYAwww.caglaryalcinkaya.com

FİZİKSEL ÖZELLİKLERFİZİKSEL ÖZELLİKLER

Fiziksel özellikler, malzemenin fiziksel deneyyöntemleri ile ölçülebilen özelliklerini kapsar. Bunlar,

dış boyutlar, birim hacim ağırlık, özgül ağırlık, kompasite, porozite, su emme, kılcal su emme,

basınçlı su geçirimliliği,

ısıl özellikler (özgül ısı, ısıl iletkenlik ve termik genleşme) vb.

FİZİKSEL ÖZELLİKLERFİZİKSEL ÖZELLİKLER

Birim Hacim Ağırlık, Yoğunluk, Özgül Ağırlık

Malzemelerin çoğunda gözle görülen vegörülemeyen boşluklar vardır. Genellikleseramikler sınıfına giren taş yapılıseramikler sınıfına giren taş yapılımalzemelerde, kompozit malzemelerde vehafif yapı malzemelerinde değişik tür vebüyüklükte boşluklar bulunur.

Kapalı boşluk

Açık boşluk

Gerçek cisimlerde bulunan boşluk türleri şekilde şematikolarak gösterilmiştir. Bu boşlukların bazıları dışa açıkbazıları ise kapalıdır. Açık ve kılcal boşluklar su emme vegeçirimlilik yönünden önemlidir.

Şekilde görülen malzeme parçası içindeki dolu kısımları birtarafa, boşlukları da bir tarafa toplanmış varsayarakaşağıdaki basitleştirilmiş model elde edilir.

Açık boşluk

Kılcal boşluk

Malzemenin;

Vboş

Vdolu

Vtoplam

Kapalı boşluk

Açık boşluk

Kılcal boşluk

Malzemenin; kuru ağırlığı P, tüm hacmi V, boşluk hacmi Vb, dolu kısmının hacmi Vd olsun.

Not: Bir cismin kuru ağırlığı (P),cisim etüvde 105 C’de ağırlığısabit kalıncaya kadar (yaklaşık 24-48 saat) kurutularak belirlenir.

Malzemenin boşluklarını da içeren birim hacmininağırlığına, birim hacim ağırlık denir. Bu değerinküçük olması o cismin gözenekli ve boşluklu biryapıda olduğunu gösterir. Örneğin, polistirenköpük gibi ısı tutucu malzemelerde birim hacimağırlık en çok 35 kg/m3 iken, betonda bu değer2400 kg/m3 gibi bir düzeye ulaşır.

Birim Hacim Ağırlık = Kuru Ağırlık / Toplam Hacim

db VVPVP //

Yoğunluk = Kuru Ağırlık / Dolular Hacmi

bd VVPVP //

Basit, kusursuz geometrik biçime sahip bircismin boyutları ölçülerek V görünen hacmihesaplanabilir.

V (görünen hacim) =Vd (dolu hacim) + Vb (boşluk hacmi)

Şekli düzgün olmayan malzeme,

su emmeyen cinsten ise, havada kuru su emmeyen cinsten ise, havada kuruolarak tartılıp P1, suda tartılıp P2 bulunurve V hacmi= P1 – P2 hesaplanır.

su emen cisimlerde ise, su emenmalzemenin dış yüzünü bir parafintabakası ile yalıtım yapıldıktan sonrasuda tartmak suretiyle de yapılmaktadır.

)/( 211 PPP

ÖZGÜL AĞIRLIK, bir malzemenin yoğunluğunun, aynıhacımdaki suyun +4 °C’deki yoğunluğuna oranıdır.Özgül ağırlık birimsizdir.

Özgül Ağırlık = maddenin yoğunluğu / suyun yoğunluğu Özgül Ağırlık= havada kuru ağırlık /eşdeğer su hacminin

ağırlığı

Metrik sistemde yoğunluk ve özgül ağırlık boyutfarkı dışında aynı değerde çıkar.

Özgül ağırlık, dolu hacme göre hesaplandığı içindaima birim hacim ağırlıktan büyüktür, boşluksuzbir malzemede birim hacim ağırlık ve yoğunlukbirbirine eşittir.

Porozite (p), malzemede bulunan boşlukhacminin malzemenin tüm hacmine oranıdır.

Kompasite (k) ise malzemenin dolu kısmınınhacminin malzemenin tüm hacmine oranı olaraktanımlanır.

V malzemenin tüm (boşluk dahil) hacmini, V yalnızca katı hacmini,V malzemenin tüm (boşluk dahil) hacmini, Vd yalnızca katı hacmini,Vb boşluk hacmini simgeliyorsa,

V

V

V

VVp bd

VVk d /

1 kp

Cismin birim hacim ağırlığı (Δ), yoğunluğu ()ve V hacmindeki ağırlığı (P) ise;

V

P

dV

P

VVV dd

V

V

V

VVp dd

1

/PV /PVd

/

/1

P

Pp

1p

Su Emme Oranı

Malzemenin suya doymuş ağırlığı (P2) ilekuru ağırlığı (P1) arasındaki farkın (P2-P1)kuru ağırlığına oranının yüzde olarak değeriağırlıkça su emme yüzdesini (Sa), hacmineoranı ise malzemenin hacimce su emmeoranı ise malzemenin hacimce su emmeyüzdesini (Sh) belirler.

100(%)1

12

P

PPSa 100(%)

1

12

V

PPSh

Geçirimlilik

Malzemenin bir basınç farkı etkisiyle suyubir taraftan diğer tarafa geçirme yeteneğinegeçirimlilik denir.

Bu özellik, belirtilen koşullarda birimBu özellik, belirtilen koşullarda birimalandan, birim zamanda geçen su miktarıile tanımlanır ve geçirimlilik (permeabilite)katsayısı ile ifade edilir.

Geçirimlilik olayının Darcy yasasına uygun oluştuğuvarsayılır; malzemeden birim zamanda geçen su miktarı(q), belli kesitte (F) ve kalınlıktaki (e) malzemeye etkiliolan su basıncına (P) ve malzemenin su geçirimlilikkatsayısına bağlı olarak değişmektedir

M

Numune

Manometre P

F

Basınçlı su

Numune

Geçen su

q

e

q=K(PF/e) K = geçirimlilik katsayısı (cm/s),

P = su basıncı (cm)

F = cismin kesit alanı (cm2),

q = saniyede geçen su miktarı (cm /s), q = saniyede geçen su miktarı (cm3/s),

e = suyun geçtiği cismin kalınlığı (cm).

P, F ve e büyüklükleri aynı kaldıkça bir cisimden geçen su miktarı K ile orantılıdır.

Kapilarite (Kılcallık)

Malzemenin başka bir su emme şekli de

kapiler yolla gelişir. Cismin bir yüzeyi ile

temas eden su, kılcal (mikron

mertebesinde) boşluklu cisimlerde

malzeme bünyesinde yukarı kısımlara

doğru çıkar.

Sıvı yüzeyinin katı cisim kenarında yaptığı ψ açısına ıslatma açısı adı verilir.

2r h

F

yüzey geriliminin düşey bileşeni

Cos r 2 F Burada yüzey

gerilimidir

En büyük yükseklikte denge durumu:

ghrr max2cos2

bağıntısı elde edilir. Bu sonuç Jurinyasasının ifadesi olup, bu yasaya göredüşey durumdaki bir kılcal boru içindesıvının erişebileceği yükseklik kılcal

grh

cos2

max

sıvının erişebileceği yükseklik kılcalborunun yarıçapı ile ters orantılıdır. Suyunyüzey gerilimi sabit olduğuna göre borununçapı küçüldükçe su daha yükseğe çıkar.

Kılcallık olayına maruz homojen bircisimde sıvının hareketinin Poiseuillerejimine uyduğu kabul edilebilir. Burejimde sıvının cisim içinde yükselme hızı,sıvının yüksekliği ile ters orantılıdır. Builkeden yararlanarakilkeden yararlanarak

tFc

m 100

m :emilen su miktarı (g)

F :cismin su ile temas eden yüzey alanı (cm2),

t: zaman (dakika)

Taş yapılı malzemelerin kılcallık özelliğinisaptamak için, prizma şeklindekinumunenin önce kuru ağırlığı belirlenir,sonra numune suyun yüzüne değecekşekilde kaba yerleştirilir. Belirli zamanaralıklarında ağırlık ölçümleri yapılarakemilen su miktarı bulunur.

Buhar Geçirimliliği

Belirli bir sıcaklıktaki doymuş havanınbasıncına doymuş buhar basıncı adıverilir. Değişik koşullarda iki farklı hacimarasındaki buhar basıncı da farklı değerlerverir. Sıcaklık derecelerine bağlı olarakverir. Sıcaklık derecelerine bağlı olarakfarklı değerler gösteren buhar basıncı,yüksek basınçtan alçak basınca doğru birakım oluşturur. Bu buhar basıncı sonucumalzemelerin bünyelerinden buhar akımıgeçirmelerine difüzyon denir.

Malzemede oluşan yoğuşma (buharın su halinedönüşmesi) malzeme yüzeyinde terleme vebünyesinde gizli yoğuşma (kondansasyon)şeklinde kendini gösterir. Yapı fiziği açısından buşeklinde kendini gösterir. Yapı fiziği açısından buolay sıcaklık ve nemin yoğun olduğu bölgelerdegerekli önlemler alınmadığı takdirde önemlisorunlar yaratabilir.

Termik Genleşme Malzeme molekülleri ufak genlikli titreşim

hareketi yaparlar. Sıcaklık derecesininartmasıyla, malzemedeki atomlar dengekonumları etrafında daha hızlı titreşimleryaptıkları için atomlar arası uzaklıkyaptıkları için atomlar arası uzaklıkartmaktadır. Bu da cismin boyutlarınındaha büyük değerler almasına yol açar

Sıcaklığın 1 oC artması ile cismin birimboyutunda oluşan artış, termik genleşmekatsayısıdır.

Termik genleşme katsayısı olan, L1

boyunda bir cisim t oC 'den t oC' ye kadarboyunda bir cisim t1 oC 'den t2 oC' ye kadarısıtılırsa, cismin boyundaki uzama miktarı(ΔL);

121 ttLL

Isı artımı yapılarda,

EttEL

LE )(. 12

mertebesinde gerilmeler doğurabilir

EttEL

E )(. 121

Termik İletkenlik

Malzemeler arasındaki ısısal geçirimlilik, malzemelerin bulunduğu ortamlara göre;

Kondüksiyon, Kondüksiyon,

Konveksiyon,

Işınım (radyasyon) olmak üzere üç farklı şekilde oluşur.

Kondüksiyon (ısı iletimi), bir malzemeninbünyesinde veya bağlantılı bulunduğufarklı sıcaklıktaki bir malzeme ile molekülerfarklı sıcaklıktaki bir malzeme ile moleküleryapıdaki kinetik enerji iletişimidir. Özelliklekatı cisimlerde veya hareketsiz sıvı veyagaz akışkanlarda görülür.

Konveksiyon (ısı taşınımı), ısı enerjisininsıvı ve gaz gibi akışkanlardaki geçiş şeklidir.Bu olay sonucunda, yüksek seviyeden düşükseviyeye enerji taşınacağından yüksek enerjiseviyeli cismin enerjisi azalacak veseviyeli cismin enerjisi azalacak vesoğuyacaktır. Örneğin, bu olay kışmevsiminde pencere önündeki havanın bumekanizmayla soğuyarak sıcaklığın düşmesibiçiminde kendini gösterir.

Işınım (radyasyon), ısı enerjisinin,radyasyon yolu ile, herhangi bir arataşıyıcıya gerek olmaksızın,taşıyıcıya gerek olmaksızın,elektromanyetik dalgalar şeklinde oluşanve malzemeye geçiş sağlayan ısısaliletişim şeklidir.

Bir metre kalınlığındaki cismin iki tarafındakisıcaklık farkı 1 °C iken, 1 m2 alandan 1saatte kilo kalori cinsinden geçen ısı miktarı,cismin yapıldığı malzemenin ısı iletkenlikkatsayısıdır. Bu tanım aşağıdaki şekildeformüle edilebilir: formüle edilebilir:

Ftte

Q )( 12

Q :ısı akım miktarı, e : cismin kalınlığı (m), (t2 - t1) sıcaklık farkı (°C), F malzeme alanı (m2) λ termik iletkenlik katsayısı (kilokalori / m.saat.°C).

İç yüzey

Dış yüzey

tiç

Kaplama

İç sıva Tuğla duvarDış sıva

ti tdt1 t2 t3 t4

e1 e2 e3 e4

tdış

İçerideki havada 1 oC’lik sıcaklık farkında, 1m2 alandan 1 saatte geçen ısı miktarı 8k.kalori ve cisimdeki ısının dış havayaakması halinde ise bu ısı miktarı 15 k.kaloriolarak saptanmıştır.

Farklı tabakalardan oluşan bir sistemdesıcaklıklar içten dışa doğru ti, t1, t2, t3 ve tdolsun. Isı akımı bakımından bir rejimoluştuktan sonra her tabakanın 1 m2’likalanından geçen ısı miktarlarının birbirineeşit olması gerekir.

di tttte

tte

tte

tt 4433

332

2

221

1

11 158

15/1///8/1

4

33

43

22

32

11

211 di tt

e

tt

e

tt

e

tttt

Bu eşitlik şu şekilde yazılabilir :

Bu denklemleri toplamakla elde edilen değer 1 m2 alandan geçen toplam ısımiktarıdır.

15

1

8

1

2

21

4211

ee

ttttttQ

i

di

Paydadaki toplam, termik mukavemet (r) olarak adlandırılır. Toplam ısı miktarı (Q)

r

ttQ di

r

Termik mukavemet r, ne kadar büyükseduvarın ısı kaybı o kadar az olur. Tersi (1/r)ise duvarın toplam termik iletkenlikkatsayısı olur.

CİSİM α x 10-6 λ (k.kalori/m.saat.oC)

DOĞAL TAŞ :MermerSert GreGranitArduvaz

4 - 165 - 116 - 9

9.1 - 12

1.7 - 31.671.902.40

BETON :C 18C 14Hafif BetonSıva (Kireç + Çimento)

1410-

8 - 10

1.61.2

0.3 - 0.70.6 - 1.0

SERAMİK MALZEME : 9 0.74 - 0.86SERAMİK MALZEME :Tuğla,Kiremit

9 0.74 - 0.86

CAM : 9.1 1.05

METALLER :ÇelikAlüminyumKurşunBakırÇinko

1223.86

291640

501903011095

ORGANİK MALZEME:Ahşap (Liflere paralel)

(Liflere dik)Mantar

4 - 930 - 50

-

0.12 - 0.180.12 - 0.180.04 - 0.06

Akustik Özellikler

Yapılarda akustik yönden konfor sağlamakiçin malzeme ve yapı düzeni ile ilgili ikiönemli etken vardır;önemli etken vardır;

sesin yansıması veya yankı,

ses iletimi veya bunun tersi ses yalıtımıdır.

Ses bir dalga hareketi ile yayılır ve yayılmasırasında birim alana gelen ses enerjisinindeğerine ses şiddeti (L) denir ve desibel (dβ)büyüklüğü ile gösterilir. Saniyedeki tekrar sayısıda ses tonunu ve frekansını oluşturur. Aşağıdakibağıntı ile ses şiddeti hesaplanabilir.

log10 EEL 0log10 EEL

L = ses şiddeti (dβ)E = birim alana gelen ses enerjisiEo = işitilebilen en zayıf ses enerjisi = 10-16 WATT/cm2‘dir.

Bir mekanda ses konforu açısından, seskaynağı kesilince sesin iç yüzeylerce yutulupçabuk sönmesi gerekir. Aksi takdirde binaiçinde yankı oluşur ve işitme şartlarını bozar.Tersine ses tamamen yüzeylerce emilirse busefer de ses duyulmaz.sefer de ses duyulmaz.

Ses kaynağı kesildikten sonra, ses şiddetininbaşlangıçtaki değerinin milyonda birineinmesi için geçen süreye reverberasyonsüresi denir.

Eğer bir odada iç yüzeylerin ses emmekabiliyeti çok fazla ise, reverberasyonsüresi çok küçüktür. Bu takdirde sesinşiddeti çok çabuk söneceğindenodadakilerin sesi duymaları çok zor olur.Bunun tersine eğer bir odada iç yüzlerinBunun tersine eğer bir odada iç yüzlerinses emme kabiliyeti çok az ise,reverberasyon süresi uzundur, ve sözcününçıkardığı seslerden daha biri sönmeden,diğeri yetişeceği için, sözler karışarakanlaşılmaz bir hal alır.

Sesin Malzeme İçinde İletilmesi Ses dalgası havada ilerlerken bir malzeme

yüzeyine çarptığı zaman bir miktarı emilir,bir miktarı yansır, bir miktarı da malzemeninöbür yüzündeki havaya iletilir. İletilen sesenerjisi, girene kıyasla daha az olacağı içinsesin bir kısmı malzeme tarafındansöndürülmüş olur. Gelen ses enerjisinin,iletilme oranına malzemenin sessöndürme katsayısı (D) denir.

iletilengiren EED log10

Herhangi bir E şiddetindeki ses dalgası havada ilerleyipmalzeme yüzeyine çarpınca, bu sesin α ((E1-E2)/E1) kadarbir kısmı malzeme tarafından yutulur. Bir kısmı mekan içineyansır, diğer bir kısmı ise malzemenin diğer yüzeyine geçer.

E1:malzeme yüzeyine gelen enerji, E2: malzeme yüzeyinden yansıyan enerji

MALZEME α

Beton 0.02BetonSıvaCamTuğlaÇelikAhşapHalıCam YünüMantarHava Boşluğuİnsan

0.020.01 - 0.220.02 - 0.04

0.020.010.100.300.700.701.00

0.20 - 0.30

Sesin söndürülmesi yapı malzemelerinin ağırlığınabağlıdır. Ağır malzemeler Tablodan görülebileceğigibi daha fazla ses söndürürler.

Ses Söndürme Katsayıları

Malzeme Ağırlığı (kg/m2) 3 12 100 500

D (dβ) 20 28 40 50

Diğer açılardan gerek olmasa bile ses izolasyonu açısından dolu duvarlar 19 cm (1 tuğla), betonarme döşemeler 10 cm’den az kalınlıkta yapılmamalıdır.

Kimyasal Özellikler

Yapı malzemelerinin kimyasal olarakbirbirlerinden etkilenmeleri, ortamda subulunuyorsa daha kolay olur.Su, bünyesinde içerdiği ve çözerek Su, bünyesinde içerdiği ve çözerekbünyesine aldığı maddelerin etkisiyle asit,baz ya da nötr şekillerde bulunabilir.

Malzemenin kimyasal bileşimi ile mekaniközellikleri arasında önemli bir etkileşimvardır.

Bazı durumlarda, kimyasal bileşim mekanikdayanımı etkileyen en önemli faktördür.Örneğin, çeliklerde karbon miktarınınartması mekanik özelliklerde çok önemliÖrneğin, çeliklerde karbon miktarınınartması mekanik özelliklerde çok önemlideğişikliklere yol açar. Çekme dayanımı vesertlik karbon miktarı ile artarken,deformasyon yapma kabiliyeti azalır.

Kimyasal etkileşimin yol açtığı önemli bir sorunbetonarme yapılarda görülür. Beton ve donatınınbir arada bulunduğu betonarme sistemlerdeçimentonun hidratasyonu sırasında açığa çıkanserbest kireç, beton içinde ortamın pH değeriniyükselterek donatının paslanmasının önler. Fakat,teknolojisine uygun üretilmeyen betonarmeteknolojisine uygun üretilmeyen betonarmeelemanların pas payı bölgesindeki betonunhavadaki CO2 ile karbonatlar haline dönüşmesi ileortamın pH değerinin düşmesi sonucu donatıpaslanmaya başlar.

Benzer şekilde diğer bir kimyasal olay alçı iletemasta bulunan donatının paslanmasıdır.Korunmamış (yani galvanize edilmemiş demir),alçı katmanları arasında bulunduğu zamanalçı katmanları arasında bulunduğu zamanortamın asit karakteri ve alçının nem tutabilmesidemirin paslanmasına, sarı renkli pas lekelerininalçının yüzeyine çıkmasına neden olur.

İNŞ2023 YAPI MALZEMESİ IİNŞ2023 YAPI MALZEMESİ I

Dokuz Eylül Üniversitesi

İnşaat Mühendisliği Bölümü

FİZİKSEL ve KİMYASAL FİZİKSEL ve KİMYASAL ÖZELLİKLERÖZELLİKLER

FİZİKSEL ve KİMYASAL FİZİKSEL ve KİMYASAL ÖZELLİKLERÖZELLİKLER

Dr. Öğr. Üyesi Çağlar YALÇINKAYAwww.caglaryalcinkaya.com