İNŞ2023 YAPI MALZEMESİ IİNŞ2023 YAPI MALZEMESİ I

Dokuz Eylül Üniversitesi

İnşaat Mühendisliği Bölümü

SERAMİKLER ve PİŞMİŞ SERAMİKLER ve PİŞMİŞ TOPRAK ÜRÜNLERİTOPRAK ÜRÜNLERİ

SERAMİKLER ve PİŞMİŞ SERAMİKLER ve PİŞMİŞ TOPRAK ÜRÜNLERİTOPRAK ÜRÜNLERİ

Dr. Öğr. Üyesi Çağlar YALÇINKAYAwww.caglaryalcinkaya.com

Seramikler bir metal veya iki metal ile birametal atomun (genellikle oksijen) belirlisteokiometrik oranlarda birleşmesinden oluşur.

Seramiklerde metaller katyon, ametaller ise anyon Seramiklerde metaller katyon, ametaller ise anyongörevi yaparak güçlü iyonsal bağlar oluştururlar.Ancak iyonsal bağ dışında seramiklerde kovalan,kristal ve amorf yapılara da rastlanır.

Kristal seramikler, silikatlar ve silikat dışıkristaller olmak üzere iki gruba ayrılabilir.

Amorf seramikler Doğal veya yapay camlardır(Bölüm 13). Normal sıcaklıkta katılaşmalarısırasında kristalleşemeyen oksitlerdir.

SERAMİKLERİN YAPISAL SINIFLANDIRMASI

Çimentolar kristal veya amorf kısımlardanoluşabilen bağlayıcı maddelerdir (YapıMalzemesi-II).

Cam bağlı seramikler kristalleri camsı birmatriksle bağlanmış pişmiş toprak ürünleri olup,bu bölümün esas konusunu oluşturur.

PİŞMİŞ TOPRAK ÜRÜNLERİ

Seramik deyince akla yalnızca bu gruba girenmalzemeler gelir. Aslında yukarıda açıklandığışekliyle seramikler çok daha geniş bir topluluğuoluştururlar.Aynı anlamda kullanılan seramik ve keramikkelimeleri, kökü Yunanca kil anlamına gelenkeramos kelimesinden türemişlerdir. Pişmiş toprakkeramos kelimesinden türemişlerdir. Pişmiş toprakmalzemesinin kullanımı kerpiç ve çamur olarak tarihöncesi devirlere kadar uzanır. M.Ö. 40. yüzyıldolaylarında, Sümerler, Akadlar ve Babilliler duvaryapımında, kanalizasyon sistemlerinde hatta yazıtabletlerinde bu malzemeyi geniş bir şekildekullanmışlardır.

Doğal taşlar kadar dayanıklı olmamasına rağmen,özellikle doğal taşların az bulunduğu bölgelerdepişmiş toprak ürünleri üretiminin kolaylığınedeniyle bir çok uygarlık tarafından başarı ilekullanılmıştır. Örneğin M.Ö. XX. yüzyıldaRomalılar ilk kiremiti, M.Ö. XIII. yüzyılda Çinlilerporseleni, M.Ö. IV. yüzyılda Türkler Orta Asya'daporseleni, M.Ö. IV. yüzyılda Türkler Orta Asya'dailk sırlı seramiği üretmişlerdir. M.S. XIII. yüzyıldaSelçuklular devrinde, M.S. XVI. yüzyılda Osmanlıdevirlerinde İznik ve Kütahya'da çiniuygulamalarında çok başarılı örnekler verilmiştir.

Cam bağlı seramiklerin ana maddesi olan kil, sedimentbir kayaçtır ve 2 µm’den küçük mineral taneciklerindenoluşur. Kil çoğunlukla Al2O3 ve SiO2 oksitleri karışımıolup, içerdiği diğer metal oksitler (demir, magnezyum,krom, alkali ve toprak alkali) nedeniyle bir çok grubaayrılabilir.

Granit, pegmatit, bazalt, siyanit gibi kayaçlarınbozulmaları sonucu oluşmuşlardır ve özellikle feldspatiçeren killer pul şeklinde yassı yapıya sahip olupiçeren killer pul şeklinde yassı yapıya sahip olupplastiklik özelliklerinin nedeni bu levhamsı yapılarıdır.

Islak halde plastik davranış gösteren killeri istenenforma sokabilmek olanaklıdır. Suyunu kaybedincerijitleşen kil yeniden ıslatılarak eski şeklinedönüştürülebilir. Bunlar ancak pişirildikleritaktirde, yeniden ıslanmaları durumunda mevcutformlarını koruyabilirler.

Killer yüksek sıcaklıklara dayanıklılıklarıaçısından üç gruba ayrılabilir.

a) Refrakter Killer - Yüksek oranda Al2O3 (% 40)içerirler. Ergime sıcaklığı 1600 °C'nin üzerinde olup, ateştuğlası üretiminde kullanılırlar.

b) Yüksek Ergime Dereceli Killer - 1350 – 1600 °Cb) Yüksek Ergime Dereceli Killer - 1350 – 1600 °Cergime sıcaklığı olan bu killerde, düşük oranlardakuvartz, mika ve kalker vardır. Bu tip killer, yer döşemetuğlası, dış cephe kaplama tuğlası yapımında kullanılır.

c) Düşük Ergime Dereceli Killer - Ergime sıcaklığı 1350°C'nin altında olan bu killer; kum, kalker, demir oksitler,mika ve diğer yabancı maddeleri içerebilirler. Bunlarnormal tuğla ve kiremit yapımında kullanılırlar.

Tuğla yapımı için en uygun killer illit ve kaolinittürü killerdir. Montmorillinit ve Halloysit cinsikiller su aldıklarında, fazla şekil değişimiyaptıklarından keramik yapımı için uygundeğillerdir.

Kilin içinde bazı yararlı ve zararlı yönleri olabilecek şuyabancı maddeler bulunabilir:

1. Kum - Kilin içinde bulunan çok ince kum fazla1. Kum - Kilin içinde bulunan çok ince kum fazlaplastisiteyi önlediğinden yararlıdır. Tuğla yapımında kiliniçerisinde % 20 - % 30, kiremit yapımında % 10 - % 20kum bulunması arzu edilir. Gereğinde dışarıdan kum,şamot, uçucu kül ve öğütülmüş cüruf gibi maddelerplastisiteyi kontrol amacıyla katılır. Bu tip maddelere yağalıcı maddeler denir. Bunlar aynı zamanda ergimesıcaklığını da düşürürler.

2. Demir – Kil içinde demir sülfat ve demir oksithidratları şeklinde bulunur. Pişmiş toprak malzemeyekırmızı rengini verir. Demir oranı % 8 ile % 10mertebesini aşarsa, keramik malzemede pişirmesırasında şişme ve çatlamalar, tuğla yüzeyindeçiçeklenme, boya akmaları görülebilir. Demirbileşikleri ateşe dayanıklılığı düşüren öğelerdir.bileşikleri ateşe dayanıklılığı düşüren öğelerdir.

3. Kalker - Killerde ince malzeme olarak bulunanCaO miktarı % 8'i aştığı takdirde, tuğlanın rengisarıya dönüp, şekil bozuklukları ve çatlamalargörülür. Az miktarlarının ise bir zararı yoktur.

4. Organik maddeler - Killerin mavi, gri, yeşil vesiyah renklerde bulunması içerisindeki organikmaddelere bağlıdır. Pişme sırasında bu organikmaddeler 400 °C den önce tamamen yanıp, geriyesiyah karbon kalıntıları bırakır. Organik maddelerinfazlalığı, malzemenin görünümü ve dayanımıaçısından olumsuz etki yapar.

5. Suda eriyici tuzlar - Killerde genellikle sülfatve klorür tuzları bulunur. İyi kalitede tuğla vekiremit yapımı için bu tuzların oranı % 1.5’tan azolmalıdır. Fazla miktarda eriyici tuzlar malzemeyüzeyinde, çiçeklenme ve pullanma yapar.

SERAMİK ÜRETİMİ ÜÇ AŞAMADA OLUR :1- Karışımın Hazırlanması - Bu aşamada

çıkartılan hammadde bekletilerek kararlı birdurum alması sağlanır. Bu sürece "çürütme" adıverilir. Olgunlaşan kil içindeki yabancı maddelerayrılır. Gerekirse katkı maddeleri ile birlikte kilkarıştırılarak ve öğütülerek hammadde halinegetirilir. Homojen hale gelmiş karışım, kullanılanşekillendirme yöntemine uygun miktardaşekillendirme yöntemine uygun miktardanemlendirilir.

Şekillendirmede kullanılan yöntemler:

Presleme - Toz halinde veya uygun plastik kıvamdaki kilin özel kalıplarda basınçaltında sıkıştırılması. Ateş tuğlaları, izolatör fincanları, oto bujileri vb. üretimi

Ekstrüzyon - Belirli bir basınç altında, hazırlanan karışım, kalıplardansıkıştırılarak geçirilir. Kıyma makinasına benzer yöntemle, sonsuz boyda kalıptangeçirilen hamur, dönen bir tel ile istenen boyutta kesilir. Ekstrüzyon yöntemi ile

2. Şekillendirme ve Kurutma - Hazırlanan karışım değişik yöntemlerleistenen forma getirilir. Şekillenen karışım uygun iklim koşullarında açıkhavada, gölgede kurutulur. Daha modern kurutma yöntemi ise nemi kontrolederek yaklaşık 80 °C'de belirli sürede kontrollü olarak kurutmaktır.

geçirilen hamur, dönen bir tel ile istenen boyutta kesilir. Ekstrüzyon yöntemi ilesabit kesitli ürün imali yapılır. Bu yöntemle düşey ve yatay delikli tuğla üretilir.

Döndürme - Merkezkaç kuvvet ile plastik kıvamdaki kile form verilir. Daha çoktesti, saksı vb. malzeme bu yöntemle üretilir.

Kalıplama - Alçı, ahşap veya metal kalıplara konulan kil hamuruna sıkıştırılarakistenilen form verilir. Düşük kaliteli harman tuğlası, kiremit vb. üretimi

Dökme - Kil süspansiyon haline getirilir ve içine dağıtıcı deflokülant maddelerkatılır. Kararlı hale getirilen süspansiyon yavaşça alçı kalıplara dökülür. Alçı suyuemer ve kil çepere yapışır. Sıhhi tesisat malzemeleri (lavabo, eviye vb.),çaydanlıklar bu yöntemle şekillendirilir.

Bazı tip seramiklerin yüzeylerine geçirimsizliğisağlamak üzere sırlama yapılır. Bu yöntememetallerde (korozyondan koruma amaçlı) emayedenir.

Sır ve emayeyi oluşturan silikat camları (Na2O -CaO - SiO2) ergitildikten sonra daldırma, sürmeveya püskürtme yolu ile, istenen yüzeye uygulanır.Sır uygulandıktan sonra yaklaşık 650 °C’deSır uygulandıktan sonra yaklaşık 650 °C’defırınlanan eleman yüzeyinde cam oluşmaktadır.

Sırdan önce veya sonra uygulanan çıkartmayöntemi ile ürün üzerinde değişik desenler eldeedilebilir.

3- Pişirme - Pişirmeden yapılan tuğlalara kerpiçdenir. Pişirme işlemi özen gerektiren teknik birişlemdir. Özellikle çatlama meydana gelmemesiiçin sıcaklığın kontrollü bir biçimde yavaşyükseltilip, alçaltılması gerekir. Üretimdekullanılan fırın tipleri sürekli çalışan (tünelfırınlar) ve aralıklı işleyen olmak üzere iki tiptir.Elektrikli, akaryakıtlı ve kömürlü olmak üzere üçayrı yakıt türü kullanan fabrikalarda daha kalitelifabrika tuğlası ve diğer pişmiş toprak ürünleriayrı yakıt türü kullanan fabrikalarda daha kalitelifabrika tuğlası ve diğer pişmiş toprak ürünleriüretilir.

Daha kalitesiz olan harman tuğlaları, açık havadakalıplanıp kurutulmuş malzemenin aralarınakömür tozu dizilmesi ve dıştan sıvanarakyakılması ile elde edilir.

Pişirme işleminin üç amacı vardır.- Malzemeyi yeteri derecede sertleştirip,

sağlamlaştırmak.- Bazı çeşitlerini su geçirmez hale dönüştürmek.- Sır karışımının (emayenin) eriyerek camsı tabakayı

ve renkleri oluşturması. Bu işlemde sıcaklık kontrolü önem taşır.- Düşük sıcaklıklarda hamur iyi pişmeyeceğinden

malzeme yeterince sert olmaz. - Yüksek sıcaklıklarda ise malzeme şişer, şekil ve

renklerini kaybeder.

Pişirme sıcaklığı ürün tipine bağlı olarakfarklılıklar gösterir.

Drenaj künkleri, seramik filtreler, harmantuğlaları için 800-950 °C

Sert tuğla ve kiremitler için 1000 °C Fayans ve ince mutfak porselenleri (Çin Fayans ve ince mutfak porselenleri (Çin

porselenleri) için 1100-1250 °C , Porselen sıhhi tesisat malzemeleri, elektrik

izolatörleri için 1300 – 1450 °C değerlerindepişirme sıcaklıkları gereklidir.

Pişirme derecesi özellikle tuğlalar için çokönemlidir. Kil tam saf bir malzeme olmadığından,tuğla tam camlaşmış bir seramik değildir. Aslındaböyle olması da istenmez. Örneğin, tuğla aşırıpişmişse mor-siyah renk alıp, tannan bir sesverir. Su emmesi az olduğundan duvar harcıylaiyi bağ kuramaz.iyi bağ kuramaz.

Tersine, az pişmiş tuğlalar camlaşma yetersizkaldığından, toprak görünümünde, çok suemen bir yapıda olurlar. Su emincedağılabilirler. Düşük mekanik özellikleresahiptirler.

Pişmiş Toprak Ürünleri Türleri- İnşaat tuğlaları - Tuğlalar, el ile, mekanik el

aletleri ile veya tamamen mekanik araçlarlakalıplanırlar. İçi dolu veya kısmen boş dikdörtgenbiçimindedirler. Tuğlalar fabrika veya harmantuğlası olarak ikiye ayrılırlar. Harman tuğlalarışöyle tanımlanabilir: "Kil, killi toprak ve balçığınayrı ayrı veya harman edilip gerektiğinde su, kum,öğütülmüş tuğla ve kiremit tozu ve benzerleriöğütülmüş tuğla ve kiremit tozu ve benzerlerikarıştırılarak el ile veya aletlerleşekillendirildikten sonra kurutulup genellikleharmanlarda pişirilmesi ile elde edilen ve duvaryapımında kullanılan malzemedir". Harmanyerine, ocaklarda pişirilenler de harman tuğlasısayılır.

- Fabrika tuğlaları ise aynı karışımın, genelliklesun'i olarak kurutulduktan sonra fırınlardapişirilmesi ile elde edilen ve duvar yapımındakullanılan malzemelerdir.

- Şekillendirilmiş tuğla ham maddesi erimeye yakın- Şekillendirilmiş tuğla ham maddesi erimeye yakınbir duruma kadar pişirilirse, birim ağırlığı ve basınçdayanımı yüksek ve dona dayanıklı dış duvartuğlaları elde edilir. Bu işleme sinterleşme, bu tiptuğlalara da klinker tuğlaları denir. Fabrikatuğlaları klinker tipi, dolu, düşey delikli ve yataydelikli olarak çeşitli boyutlarda imal edilir.

- Özel tip tuğlalar :

Hafif tuğlalar - Hamur içine pişme sırasındayanabilen saman, talaş vb. malzemeler karıştırılır. Butip malzemeler yanınca tuğla içinde boşluklar oluşur.Bu tip tuğlalar daha çok izolasyon amacıyla kullanılır.

Cilalı tuğlalar - Yüzeyi pişirme anında tamamen veyakısmen camlaştırılmış tuğlalardır. Normal inşaattuğlalarına kıyasla daha dayanıklı olup, çok daha azsu emerler. Yapıların dış yüzeyinde sıvasız olarakkullanılırlar.

Beyaz tuğlalar - Kumlu killerden yapılırlar. Basınçdayanımı yüksek ve don olayına iyi dayanıklıdırlar.

Döşeme Tuğlaları - Taşıyıcı döşeme içindebetonarme kirişler arasına asmolen ve reks adıaltında özel formlarda fabrika tuğlaları yerleştirilir.altında özel formlarda fabrika tuğlaları yerleştirilir.Bu malzemelerin kullanım amacı, döşemeyihafifletmek, ısı ve ses yalıtımı sağlamak, kalıpişçiliğinden ekonomi yapmak ve kirişlerisaklayarak düz bir tavan görünümü elde etmektir.

Dolu Tuğla Düşey Delikli Tuğla

8,5’luk Fabrika Tuğlası

13,5’luk Fabrika Tuğlası

Baca Tuğlası

Düşey Delikli Tuğla İle Duvar Örülmesi

Kiremit pişmiş toprak sınıfına giren bir çatı örtümalzemesidir. Yapım tekniği bakımından tuğla yapımınabenzer. Ancak hamuru daha ince öğütülmüş veyoğrulmuştur.

Çeşitli tiplerde imal edilir. En önemlileri yerli tip (Osmanlıtipi) ve Marsilya tipi kiremitlerdir.

Yerli tipler bir ucu diğerine kıyasla dar yarım silindirşeklindedir. Bunlar üst üste bindirilerek kullanılır.şeklindedir. Bunlar üst üste bindirilerek kullanılır.

Marsilya tipi basık ve karmaşık geçme tiplidir.Şekillendirme yalnızca makinalarda yapılır.

Marsilya Tipi Yerli Tip (Osmanlı)

Kiremitlerde aranan teknik özellikler:- Dokusu homojen olmalı, kireç vb. parçalar içermemeli,- Fazla su emmemeli (en fazla % 8),- Görünümü düzgün ve rengi kırmızı olmalı (alacalı

olmamalı),- Sağır ve çatlak ses vermemeli,

Kullanılacakları yerlere uygun,mahya ve dere tipi kiremitler devardır.

- Sağır ve çatlak ses vermemeli,- Geçme yerleri yüksek olmayıp kalınlığın 2/3'ünü

aşmamalı,- Dona dayanıklı olmalı,- 100 kg ağırlığa dayanabilmelidir.

Kerpiç: Kilin su ile yoğrularak güneştekurutulması sonucu elde edilen toprak blokmalzemeye kerpiç adı verilir. Kerpiç insanlığınkullandığı en eski ve ekonomik yapı malzemesidir.

Refrakter Malzeme: Yüksek sıcaklıklaradayanıklı olan malzemeye refrakter malzemedenir. Değişik biçim ve boyutlarda yapılırlar.denir. Değişik biçim ve boyutlarda yapılırlar.Genellikle 1500-1800 °C sıcaklıklara dayanmalarıgerekir. Refrakter malzemeler en zorlu işlerdekullanılır. Mekanik dış etkilere, en yükseksıcaklıklara dayanıklı olması, aynı zamandakorozyondan etkilenmemesi gerekir. Yapılardaşömine, ocak ve fırın yapımında kullanılırlar.

Refrakter malzeme bir kaç grupta toplanabilir:

- Ateş tuğlaları: plastik ateş kili, çakmaktaşı kili ve şamottan elde edilir. Pişirme sıcaklıkları diğer seramiklere kıyasla çok daha yüksektir (1700 °C). Ayrıca kullanılacak kilin yapısında da mümkün olduğu kadar az mika, feldspat ve alkali bulunması gerekir. Buna karşın Al O miktarları normal gerekir. Buna karşın Al2O3 miktarları normal tuğlalara kıyasla çok fazladır (% 30-% 46).

- Silika tuğlaları

- Manyezi-krom tuğlaları

- Özel refrakter tuğlalar

Çini (fayans) - Hamuru gözenekli vepişmiş toprak görünüşünde olup, yüzeyisırlanmış seramik eşyaya çini veya fayanssırlanmış seramik eşyaya çini veya fayansadı verilir. Çini hamuru içinde kil, kum,kalker ve alkali karakterli maddelerbulunur. Dekorlu seramikler de gözenekli,yüzeyi sırlanmış pişmiş toprak ürünleridir.

Gre - Seramiğin dokusu gözenekli olmayan sınıfıdır.Porselenden farkı tamamen saydam olmayışı verenkli olmalarıdır. Greler çok sert olup, asitleredayanıklıdır. Mutfak eşyası, ev eşyası yanında küvet,banyo, lavabo gibi sıhhi tesisat malzemesi olarakyapılarda kullanılır. Ayrıca grelerden düz renkli veyaçeşitli renkli şekillerle süslenmiş her türlü döşeme,kaplama işlerinde kullanılan karolar yapılabilir.

Porselen - Porselen hamuru gözeneksiz olup, Porselen - Porselen hamuru gözeneksiz olup,hammaddesi kaolindir. Yüksek sıcaklıklarda (1300-1480 °C) pişirilir. Camlaşma özelliği grelerden dahafazladır. Porselenlerin hamuru sert ve yumuşakolmak üzere iki türlüdür. Sert porselenlerde dahafazla Al2O3 bulunur. Porselen, elektrik tesisatlarındaizolatör olarak kullanılır.

İNŞ2023 YAPI MALZEMESİ IİNŞ2023 YAPI MALZEMESİ I

Dokuz Eylül Üniversitesi

İnşaat Mühendisliği Bölümü

SERAMİKLER ve PİŞMİŞ SERAMİKLER ve PİŞMİŞ TOPRAK ÜRÜNLERİTOPRAK ÜRÜNLERİ

SERAMİKLER ve PİŞMİŞ SERAMİKLER ve PİŞMİŞ TOPRAK ÜRÜNLERİTOPRAK ÜRÜNLERİ

Dr. Öğr. Üyesi Çağlar YALÇINKAYAwww.caglaryalcinkaya.com