Önsöz

Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, İNŞ 2023 Yapı Malzemesi I (3+0) dersinde kullanılmak üzere hazırlanan bu kitap, İNŞ 2024 Yapı Malzemesi II dersinde kullanılan Beton Kitabı ile bir bütün oluşturmaktadır. Bu kitap kapsamında verilmeye çalışılan lisans düzeyinde bilgiler, derslerde yapılan sayısal örnekler, laboratuvar deneyleri ve teknik geziler ile pekiştirilmektedir. Ayrıca, bu kitapta sunulan bilgilerin İnşaat Mühendislerine de meslek yaşamları boyunca yararlı olacağı umulmaktadır. Bu kitabın hazırlanmasında büyük katkıları nedeniyle, değerli mesai arkadaşlarım; Prof. Dr. Selçuk TÜRKEL, Doç. Dr. Halit YAZICI, Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN, Yrd. Doç. Dr. Hüseyin YİĞİTER, Yrd. Doç. Dr. Kamile TOSUN, Doç. Dr. Burak FELEKOĞLU, Dr. Serdar AYDIN, Yrd. Doç. Dr. Mert Yücel YARDIMCI, Doç. Dr. Ali TOPAL’a teşekkürü bir borç bilirim. Ayrıca bas ım işlerindeki titiz çalışmaları nedeni ile Yayın Bürosu personeline takdirlerimi sunarım. Ocak, 2014 Prof. Dr. Bülent BARADAN İZMİR Yapı Malzemesi A.B.D. Başkanı

İçindekiler

Sayfa

ÖNSÖZ....................................................................................................... I İÇİNDEKİLER............................................................................................. III ŞEKİLLER DİZİNİ..................................................................................... VIII TABLOLAR DİZİNİ ................................................................................... XIII 1. GİRİŞ ................................................................................................ 1 1.1. Yapı Malzemesinin Önemi .............................................................1 1.2. Yapı Malzemelerinin Gruplandırılması ............................................4 1.3. Yapı Malzemelerinin Değişik Özellikleri ve Deneyleri .......................6 2. KATI CİSİMLERİN İÇ YAPISI .......................................................... 9 2.1. Atom Yapıs ı .................................................................................9 2.2. Atom Bağları ..............................................................................10 2.3. Atomsal Yapı Türleri ...................................................................12 2.3.1. Metalik (Kristal) Yapı ...................................................................12 2.3.1.1. Metalik Kristal Bağları .................................................................16 2.3.1.2. Anizotropi ...................................................................................16 2.3.1.3. Metalik Yapı Kontrolü ve Bozuklukları ..........................................17 2.3.2. Amorf Yapı .................................................................................18 2.3.3. Bileşik Yapı ................................................................................18 2.3.4. Kolloidal Yapı .............................................................................19 2.3.5. Seramik Yapı..............................................................................19 3. MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ ................................ 21 3.1. Gerilme ......................................................................................21 3.2. Şekil Değiştirme..........................................................................26 3.2.1. Boy ve Açı Değişimi ....................................................................27 3.3. Mekanik Mukavemet Halleri.........................................................29 3.3.1. Basınç Deneyi ve Basınç Dayanım ı .............................................30 3.3.2. Çekme Deneyi ve Çekme Dayanım ı.............................................31 3.3.2.1. Çekme Kuvveti Altında Gerilme-Birim Şekil Değişimi Eğrileri .........32 3.3.2.2. Gerilme-Birim Şekil Değiştirme Eğrisinin Mekanik Özellikleri ..........34 3.3.2.3. Elastik ve Plastik Davranış Kavramları .........................................43 3.3.2.4. Bazı Cisimlerin Çekme ve Basınç Gerilmeleri Altındaki Özellikleri ..47 3.3.3. Kesme Deneyi ve Kayma Dayanım ı .............................................50 3.3.4. Eğilme Deneyleri ve Eğilme Dayanım ı.........................................56

MALZEME BİLGİSİ D.E.Ü.

IV

4. CİSİMLERİN DİĞER MEKANİK ÖZELLİKLERİ ............................ 65 4.1. Sertlik ........................................................................................ 65 4.1.1. Sertlik Ölçüm Metotları ............................................................... 67 4.1.1.1. Sertlikle Mukavemet Arasındaki İlişki ........................................... 79 4.2. Aşınmaya Dayanıklıl ık ............................................................... 80 4.2.1. Metallerde aş ınma olay ı ve deneyi............................................... 81 4.2.2. Taş yapıl ı cisimlerde aşınma olayı ve deneyi ................................ 82 4.3. İşlenebilme ................................................................................ 84 4.4. Tokluk ve Darbeye Dayanıklıl ık .................................................. 85 5. ÇEVRE VE KULLANIM KOŞULLARININ MALZEME ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ............................................................................................... 91 5.1. Sıcaklık ..................................................................................... 91 5.2. Yapı Koşulları ............................................................................ 92 5.3. Yükleme Hızı ............................................................................. 93 5.4. Dalgalanan Gerilmeler ................................................................ 93 5.5. Korozyon ................................................................................... 93 5.5.1. Korozyondan Korunma Yöntemleri .......................................... 103 5.6. Bozulma .................................................................................. 109 6. MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞİMİNİ ÖLÇME TEKNİĞİ ........... 111 6.1. Şekil Değişimi Ölçüm Aygıtları .................................................. 112 7. GERİLME, ŞEKİL DEĞİŞİMİ VE ZAMAN İLİŞKİLERİ ................. 117 7.1. Reoloji ve viskoelastisite ........................................................... 117 7.2. Reoloji teriminin ortaya çıkış ı .................................................... 119 7.3. Şekil Değiştirme Türleri ............................................................. 121 7.4. Reoloji Modelleri ...................................................................... 124 7.5. Cisimlerde Sünme (Krip) Olayı .................................................. 128 7.5.1. Sünme Deneyi ........................................................................ 129 7.6. Gevşeme (Rölaksasyon) .......................................................... 132 7.7. Sıvıların Reolojisi ve Sıvılarda Viskozite..................................... 134 8. PERİYODİK YÜKLEME VE YORULMA ....................................... 141 8.1. Yorulma Dayanımına Etki Eden Faktörler ................................... 144 8.2. Periyodik Yükleme Halleri ......................................................... 145 8.3. Yorulma Deneyleri ve Yorulma Sınırları ..................................... 148 9. EMNİYET GERİLMELERİ VE GÜVENİLİRLİK ............................. 157 10. MALZEMELERİN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ....... 161 10.1. Fiziksel Özellikler ..................................................................... 161 10.1.1. Birim Hac ım Ağırlık, Yoğunluk, Özgül Ağırlık .............................. 163 10.1.2. Porozite ve Kompasite .............................................................. 166

D. E. Ü MALZEME BİLGİSİ

V

10.1.3. Suyun Varl ığı İle İlgili Özellikler .................................................. 168 10.1.4. Termik Genleşme ..................................................................... 176 10.1.5. Termik İletkenlik........................................................................ 178 10.1.6. Akustik Özellikler ..................................................................... 183 10.2. Kimyasal Özellikler ................................................................... 187 11. MALZEME BİLGİSİNDE İSTATİSTİKSEL YÖNTEMLER .......... 191 11.1. Kalite kontrolu ile ilgili istatistiksel kavramlar ............................... 192 11.1.1. Dağıl ım .................................................................................... 192 11.1.2. Sıklık (Frekans) poligonu ve histogramı ...................................... 193 11.1.3. Olasıl ık yoğunluk fonksiyonu ..................................................... 195 11.1.4. İstatistiksel parametreler ........................................................... 196 11.1.4.1. Kümelenme Parametreleri ......................................................... 196 11.1.4.2. Dağıl ım Parametreleri ............................................................... 199 11.1.5. Değişkenlik (Varyasyon) Katsayısı ............................................. 200 11.2. Gauss (Normal) dağılımı ........................................................... 200 11.3. Ortalama Dayanım Güven Sınırları ............................................ 208 11.4. t-dağıl ım ı ile güven sınırlarının tesbiti ......................................... 211 11.5. Üretim değerlerinin kıyaslanması ............................................... 216 11.6. Regresyon Analizi ve Korelasyon............................................... 218 11.6.1. Regresyon Analizi ..................................................................... 218 11.6.2. Basit doğrusal regresyon analizi ................................................ 219 11.6.2.1. Korelasyon ............................................................................... 219 11.6.2.2. Regresyon doğrusu ................................................................... 221 12. MÜHENDİSLİK METAL VE ALAŞIMLARI ................................ 225 12.1. Katılaşma ................................................................................. 230 12.1.1. Katılaşma Olayı ........................................................................ 230 12.2. Denge Diyagramları .................................................................. 231 12.2.1. Bir bileşenli denge diyagramları ................................................. 233 12.2.2. İki Bileşenli Denge Diyagramları: ............................................... 234 12.2.2.1. Sıvı ve Katı Halde Tam Çözünürlük ............................................ 234 12.2.2.2. Sıvı Durumda Tam Çözünürlük, Katı Durumda Tam Çözünmezlik 236 12.2.2.3. Sıvı Durumda Tam Çözünürlük, Katı Durumda Sınırlı Çözünürlük 237 12.3. Demir ve Alaş ımları................................................................... 238 12.3.1. Demir – Karbon Denge diyagram ı .............................................. 238 12.3.2. Demir Karbon Denge Diyagram ındaki Fazlar .............................. 241 12.3.3. Soğuma Esnasında Çelik Ve Dökme Demirlerdeki Faz Değişimleri

................................................................................................ 244 12.4. Çelik Üretimi ............................................................................. 247 12.5. Metallerin Mekanik Özelliklerini Değiştirme Yöntemleri ve Çeliklerin

Isıl İşlemleri .............................................................................. 250 12.5.1. Tane Boyutunun Azaltılmas ı ...................................................... 251 12.5.2. Basit Alaşım Etkileri .................................................................. 251

MALZEME BİLGİSİ D.E.Ü.

VI

12.5.3. Deformasyon Sertleştirilmesi ..................................................... 252 12.6. Isıl işlem .................................................................................. 253 12.6.1. Tavlama .................................................................................. 253 12.6.2. Sertleştirme ............................................................................. 255 12.6.3. Yüzey Sertleştirme işlemleri ...................................................... 258 12.6.4. Termomekanik İşlemler ............................................................ 260 12.7. Yapılarda Kullanılan Çelikler ..................................................... 261 12.8. Özel Çelikler ........................................................................... 273 12.9. Fontlar..................................................................................... 274 12.10. Bakır ....................................................................................... 275 12.10.1. Bakır Alaşımları (Bronz ve Pirinçler) .......................................... 277 12.11. Çinko....................................................................................... 278 12.12. Kurşun..................................................................................... 278 12.13. Alüminyum ve Diğer Hafif Metaller ......................................... 279 12.13.1. Alüminyum ve Alaş ımları......................................................... 279 12.13.2. Diğer Hafif Metaller................................................................. 280 12.14. Diğer Önemli Metaller ............................................................. 281 13. CAMLAR....................................................................................... 285 13.1. Cam ın Özellikleri ..................................................................... 286 13.1.1. Fiziksel Özellikler ..................................................................... 286 13.1.2. Camların Diğer Fiziksel Özellikleri ............................................. 286 13.1.3. Kimyasal Özellikler ................................................................... 287 13.1.4. Mekanik Özellikler .................................................................... 287 13.2. Cam Üretimi ............................................................................. 288 13.2.1. Cam Hammaddeleri ................................................................. 288 13.2.2. Eritme ve Arıtma ...................................................................... 290 13.2.3. Şekillendirme ........................................................................... 291 13.2.4. Soğutma ve tavlama................................................................. 292 13.3. Camların Bileşimleri ................................................................. 292 13.4. Camların Sınıflandırılması ve Kullanım Yerleri ........................... 293 13.4.1. Güneş Kontrol Camları ............................................................. 295 13.4.2. Hava Tabakal ı Camlar .............................................................. 295 13.4.3. Güvenlik Camları...................................................................... 295 13.4.4. Cam Lifi ................................................................................... 298 13.4.5. Silisyum Oksit Silikatları .......................................................... 299 14. POLİMERLER............................................................................... 301 14.1. Polimerizasyon......................................................................... 302 14.2. Plastiklerin Mühendislikte Kullanım ı ve Özellikleri ....................... 304 14.3. Plastik Katkı Maddeleri ........................................................... 311 14.4. Lif donat ıl ı plastik kompozitler ................................................... 312 14.5. Lastik ...................................................................................... 314 14.6. Organik Kaplamalar, Boyalar .................................................... 314 14.6.1. Yapıda Kullanılma Yeri ve Şekli................................................. 316

D. E. Ü MALZEME BİLGİSİ

VII

15. SERAMİKLER VE PİŞMİŞ TOPRAK ÜRÜNLERİ........................ 319 15.1. Pişmiş Toprak Ürünleri .............................................................. 321 15.2. Seramik Üretimi ....................................................................... 325 16. BİTÜMLÜ MALZEMELER ........................................................... 337 16.1. Asfalt ....................................................................................... 338 16.1.1. Doğal Asfaltlar ......................................................................... 340 16.1.2. Petrol Asfalt ı............................................................................. 341 16.1.3. Sıvı Asfaltlar ............................................................................ 343 16.1.3.1. Katbek Asfaltları (CUT-BACK ASPHALTS) ................................ 343 16.1.3.2. Asfalt Emülsiyonları .................................................................. 345 16.1.4. Asfalt Deneyleri ....................................................................... 347 16.2. Yol Katranları (Road Tars) ......................................................... 349 16.3. Modifiye Bitümler (veya Modifiye Asfaltlar) .................................. 353 16.4. Dolgulu Malzeme ..................................................................... 355 16.5. Bitümlü Malzemelerin İnşaat Mühendisliğinde Kullanım Alanları ... 356 17. AHŞAP ......................................................................................... 359 17.1. Ahşabın Teknik Özellikleri ......................................................... 363 17.2. Ahşabın Korunmas ı ................................................................. 370 17.2.1. Yıpratıc ı Etkenlere Karş ı Korunma Yöntemleri ............................ 370 17.2.2. Kurutma Yöntemleri ................................................................. 372 17.3. Ağacın Mekanik İşlenmesi ....................................................... 373 EK A BİRİM DÖNÜŞÜMLERİ ............................................................. 379 Tablo 1. Yunan alfabesi ........................................................................... 379 Tablo 2. Temel SI birimleri ....................................................................... 379 EK B PERİYODİK TABLO ................................................................. 383 YARARLANILAN KAYNAKLAR ................................................................ 385 SÖZCÜK DİZİNİ ...................................................................................... 389