MALZEMELERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ
MALZEME ÖZELLİKLERİ








Teknolojik özellikler
Kimyasal özellikler
Mekanik özellikler
Fiziksel özellikler
Geometrik özellikler
Termik özellikler (Isıl Özellikler)
Akustik özellikler (Ses Obsorbsuyonu)
Elektriksel özellikler (İletkenlik, yalıtkanlık v.b )
Fiziksel özellikler









Birim Ağırlık,
Özgül Ağırlık,
Porozite,
Kompasite (doluluk),
Su Emme,
Doyma Derecesi,
Geçirimlilik,
Rötre ve Şişme,
Kapilarite (Kılcal Su Emme).
Fiziksel özellikler
Genellikle inşaat sektöründe kullanılan taş yapılı (Kagir)
malzemeler değişik tür ve büyüklükte boşluklar içerirler.
Bu boşluklar malzemenin birim alırlığını, kompozitesini,
porozitesini, su emmesini, geçirimliliğini, donmaya
dayanıklılığını, kapileritesini, mukavemetini, ısı ve ses
yalıtımını önemli derecede etkileyen bu özellikler
Fiziksel özellikler olarak adlandırılmaktadır.
Kılcal Boşluk
Kapalı Boşluk
Açık Boşluk
Birim Ağırlık
Malzemenin boşlukları dahil olmak üzere olmak üzere birim hacim
ağırlığıdır.
Düzgün şekilli malzemelerde ağırlık ve hacimler ölçülerek birim
ağırlık bulunur.
Ağırlık
P
P
Birim Hacim Ağırlık = -------------- = ----- = -----Bütün Hacim
V
v+d
v
Boşluk
V
d
Dolu
Birim Ağırlık Deneyi
 Cisim Basit Bir Geometrik Şekle Sahipse:
 Cisim, 100-105 0C etüvde değişmez ağırlığa kadar
kurutulur ve tartılır.
 Cismin boyutları ölçülerek hacmi belirlenir.
   
P0
Vg
 β : Birim ağırlık,
 P0 : Kuru ağırlık,
 Vg: Görünen hacim (axbxc)
Birim Ağırlık Deneyi
 Cisim Düzgün Şekilli Değilse:




Cisim, 100-105 0C etüvde değişmez ağırlığa kadar
kurutulur ve tartılır (P0).
Cisim suda 48 saat bekletilip, suya doygun hale getirilir
ve tartılır (P1).
Suya doygun haldeki numune su içinde tartılır (P2).
Arşimet prensibine göre, P1-P2 azalması, cisim ile yer
değiştiren suyun ağırlığına eşittir. Suyun özgül ağırlığı 1
olduğu için bu ağırlık azalması, cismin görünen hacmine
eşittir.
   



β : Birim ağırlık,
P0 : Kuru ağırlık,
P1-P2: Görünen hacim.
P0
P1  P2
Özgül Ağırlık
Özgül ağırlık dolu hacme göre hesaplandığından daima
birim ağırlıktan büyüktür. Eğer malzemede boşluk yoksa,
melallerde olduğu gibi, özgül alırlıkla birim ağırlık eşit olur.
Özgül ağırlığı ölçmek için boşluklu cisim kuru halde
öğütülerek ince toz haline getirilir, sonra 74 mikron göz
açıklıklı elekten elenir. Elekten geçen ince tozların bir
kısmı tartılarak kütlenin ağırlığı bulunur, sonra aynı kütle
içinde sıvı bulunan bir dereceli kaba (piknometre) konarak
hacmi ölçülür. Ağırlık bu şekilde bulunan hacme bölünerek
özgül ağırlık hesaplanır.
Özgül Ağırlık Deneyi
 Cismin kuru ağırlığının dolu hacme
oranıdır.
 Boşluklu cismin dolu hacmini bulmak
için:
o cisim kuru halde öğütülerek ince toz
haline getirilir,
o 74 µ göz açıklıklı elekten elenir,
o elekten geçen ince tozların bir
kısmı tartılarak ağırlığı bulunur,
o tartılan malzeme içinde inert sıvı
bulunan piknometreye konur,
o hacimdeki artış, toz malzemenin
hacmini verir.
Özgül Ağırlık Deneyi
D  
kuru ağırlık
dolu hacim

Po
Vd

Po
son okum a-ilk okum a
 Deneyde tuğlanın özgül ağırlığı bulanacaktır.
 Bunun için, 10 g öğütülmüş halde tuğla tozu
kullanılır.
 Özgül ağırlık, dolu hacme göre hesaplandığı
için birim ağırlıktan büyüktür.
 Eğer malzemede boşluk yoksa, plastiklerde,
metallerde olduğu gibi özgül ağırlıkla birim
ağırlık eşit olur
Özgül Ağırlık
Malzemenin boşlukları çıkartıldıktan sonra birim hacmine
karşılık gelen ağırlığıdır.
Ağırlık
Özgül Ağırlık = ---------------Dolu Hacim
 =
v
Boşluk
V
d
Dolu
W
d
=
W
V-v
Porozite
Malzemedeki boşluk oranına denir.
Boşluk Hacmi
v
V-d
Porozite = ------------------ p = ------- = ------- =
Bütün hacim
V
V
v
Boşluk
V
d
Dolu
d
1- ----V
Kompasite (doluluk)
Malzemedeki doluluk oranına denir.
Kompasite =
Dolu Hacim
Bütün hacim
k=
d
V
v
Boşluk
V
d
Dolu
Su Emme Deneyi
 Cismin bünyesinde ne kadar boşluk olduğuna
dair bilgi verir.
 Dona dayanıklılığı saptama yönünden önemli olan
dışa açık boşluklardır, bu boşluklar da su emme
deneyi ile ölçülebilir.
1. Ağırlıkça su emme
2. Hacimce su emme
Su Emme
Malzemenin birim ağırlık veya hacminin emmiş olduğu su yüzdesi olarak
belirtilir.
k =
Sa=
Sh=
B.H.A

P2-P1
P1
P2-P1
V
x 100 ve hacim yüzdesi olarak su emme:
x 100 =
(P2-P1)
P1/B.H.A
x 100 =
P2-P1
P1
Yani Sh = Sa x B.H.A
Sa
Sh
P2
P1
: Ağırlık olarak su emme yüzdesi
: Hacim olarak su emme yüzdesi;
: Su emdirilmiş ağırlık
: Kuru ağırlık
x B.H.A %
Doyma Derecesi
Malzemenin boşluklarının hangi oranda su ile dolduğu
gösterir.
Doyma Derecesi =
Su emme (% hacim olarak)
Porozite
= D=
Sh
P
Donan suyun hacmi yaklaşık olarak % 10 kadar genişler.
Boşluklar tamamen su ile dolmuş ise, don esnasında
meydana gelen hacim artması (buz basıncı) malzemeyi
parçalar. Malzeme %80 oranına kadar su ile dolmuş ise
suyun buz haline geçerken genleşmesi için yeterli boşluk
vardır.
Doyma derecesi %80 ve daha küçük olan malzemeler yani,
içinde % 20 veya daha fazla boşluk kalan malzemeler
genellikle dona dayanıklıdır diye kabul edilirler.
Fiziksel özellikler bağıntıları
W
B.H.A =
W
 =
d
=
W
V-v
P=
d
k=
Sh=
D=
=
V
W2-W1
V
Sh
P
V
B.H.A

x 100 =
v
V
=
V-d
V
=
W
v+d
=
1-
d
V
W2-W1
Sa= --------- x 100
W1
(W2-W1)
W1/B.H.A
x 100 =
W2-W1
W1
x B.H.A %= Sa x B.H.A
Örnek







23x11x6 cm boyutunda bir tuğla kuru olarak tartıldığında 2600
gr. gelmektedir. 24 saat su altında tutulduktan sonra 3000 gr
gelmektedir. Bu tuğlanın bir parçası öğütülüp elekten geçen
kısımdan 50 gr. alınıp dereceli kapta hacmi 17,5 cm3 bulunuyor.
a) Birim hacim ağırlık B.H.A = ?
b) Özgül ağırlık
=?
c) Kompasite
k=?
d) Porozite
p=?
e) Su emme
Sa, Sh = ?
f) Doyma derecesi D = ?
g) Bu tuğladan donmaya dayanıklılık beklenebilir mi?
Not : Boşluklu malzemelerin donmaya karşı dayanıklı olması için
doyma derecelerinin % 80 den küçük olması gerekir.
Çözüm :















Pkuru = 2600 gr
Pyaş = 3000 gr
V= 1518 cm3
Pnumune= 50 gr.
Vdnumune = 17,5 cm3
a) B.H.A = 1,71 gr/cm3
b)  = 2,86 gr/cm3
c) k = 0,60
d) p = 1- k =1 – 0, 60= 0,40
e) Sa= 0,15
Sh = SaxB.H.A = 0,15x1.71=0,256  % 26
f) D= %64
g) D = % 64 < % 80 olduğundan donmaya dayanıklılık beklenir.
Kapilarite (Kılcal Su Emme)
Kılcal su emme malzemenin suya değen yüzünden
zamanla emilen su miktarı ile belirlenir. Çok küçük
çaplı boşluklar içinde kılcallık etkisi ile su yükselir
(Şekil a). Düşey boruda suyun yükselme miktarı
suyun yüzey gerilimi ile doğru, boru çapı ile ters
orantılıdır. Küçüldükçe su daha yükseğe emilir.
Kapilarite (Kılcal Su Emme)
a) Kapiler Emme
b) Yüzeysel emme
Kapilarite (Kılcal Su Emme)
Kapilarite (Kılcal Su Emme)
Kapilarite (Kılcal Su Emme)
Kapilarite (Kılcal Su Emme)
Kapilarite (Kılcal Su Emme)
Kapilarite (Kılcal Su Emme)
Bir taş yapılı malzemenin kılcallık özelliğini saptamak için
prizma şeklinde numunenin önce kuru ağırlığı tartılır, sonra
suyun yüzüne değecek şekilde kaba yerleştirilir. Belirli
zaman aralıklarında yapılan ağırlık ölçmeleri ile emilen su
miktarları bulunur (Şekil b).
Yapılarda kılcal etki ile emilen sular zamanla buharlaşırken
verdikleri tuzları geride bırakarak sıva ve badanayı bozarlar,
ayrıca rutubet oluşturarak sağlık yönünden sakıncalıdır. Bu
sakıncaları önlemek için suyun girdiği yüzeyler zengin
çimentolu sıvalar, boyalar, bitüm ve benzeri malzemelerle
yalıtılır.
Kapilarite (Kılcal Su Emme)
q2= k t
q= Birim alandan emilen su miktarı, (cm3/cm2)
t = Geçen zaman (sn)
k= Kapilerite katsayısı (cm2/sn)
Örnek Problem 1
30x30 cm boyunda bir beton karo, kapiler su emme
deneyinde 20 dakika su ile temasta kalmış, bu süre içinde
40 gr. su emmiş olsun kapilerite katsayısı nedir?
Q = 40 gr = 40 cm3
A = 30x30 = 900 cm2
t = 20 dakika = 1200 saniye
q 2= k t
Q2
k t = ---A2
402
k 1200 = -------9002
k=1,64.10-6
Örnek Problem 2
Bir tuğla numunesi kuru olarak tartıldığında 2400 gr geliyor. 11x23
cm boyutunda olan alt yüzü su ile temasa getirilip kapiler su emme
deneyine tabi tutuluyor. Deneyde 1 saat sonunda numune yüzeyi
kurulanarak tartılıyor ve 2725 gr bulunuyor.
a) Bu tuğlanın kapilerite katsayısını hesaplayınız.
b) Hacim oranı cinsinden su emme miktarı en çok % 26,4 olacağı
biliniyorsa, bu tuğladan yapılmış bir duvarın zeminden aldığı rutubeti
3 m yukarıdaki üst kata iletmesi için kaç günlük zaman geçecektir.
t = 1 saat = 3600 sn. Q = 2725 – 2400 = 325 gr A = 11x23=253 cm2
Q2
k t = ---A2
k = 4,5x10-4
Örnek Problem 2
b) Hacim oranı cinsinden su emme miktarı en çok % 26,4 olacağı biliniyorsa, bu
tuğladan yapılmış bir duvarın zeminden aldığı rutubeti 3 m yukarıdaki üst kata
iletmesi için kaç günlük zaman geçecektir.
A = 1 cm2
H = 300 cm olan bir sütun göz önüne alalım. Bu sütunun hacmi
V = 300 cm3 ve emeceği su miktarı Q = 300x0,264= 79,2 cm3 olacaktır.
Tuğla duvarın bu kadar suyu emmesi için geçecek zaman
Q2
k t = ---A2
4,5 x 10-4 x t = 79.22
t=1.39x107 sn = 161 Gün olur.
Şayet duvar 161 gün sürekli su etkisinde kalırsa rutubet 3 m yukarıya çıkabilir.
Geçirimlilik (Permeabilite)
 Malzemenin bir basınç farkı etkisiyle suyu bir
taraftan diğer tarafa
geçirimlilik denir.
 Bu
geçirme
yeteneğine
özellik, belirtilen koşullarda birim
alandan, birim zamanda geçen su miktarı
ile tanımlanır ve geçirimlilik (permeabilite)
katsayısı ile ifade edilir.
Geçirimlilik (Permeabilite)
 Basınç
altında
akışkanların
boşluklu
malzemelerin içinden geçmesi doğaldır. Ayrıca
basınç olmaksızın doğal koşullarda kılcal etki
nedeni ile boşluklu malzemelerde su
geçirimliliği oluşabilir.
 Gaz
veya sıvı haldeki akışkanlara karşı
malzemelerin
geçirimliliği
inşaat
mühendisliğinde önemli sorun sayılmaktadır.
Geçirimlilik (Permeabilite)
 Örneğin
genellikle yapılarda yağmur
suyunun içeriye geçmemesi, buna karşılık su
buharının içeriden dışarıya geçmesi istenir.
Bu nedenle kullanılacak boya ve sıva
malzemelerinin
su
ve
buhar
geçirimliliklerinin deneylerle saptanması
gerekir. Basınçlı su geçirimliliği su
depolarında, beton borularda ve barajlarda
kullanılan malzemeler için önemlidir.
Geçirimlilik (Permeabilite)
P
Q
q=k ---- ,
q=-----d
At
q = Birim zamanda birim alandan geçen su
miktarı, (cm3/cm2sn)
P = Su basıncı (Su sütunu yüksekliği- cm),
d = Numune kalınlığı (cm),
k = Geçirimlilik katsayısı (cm/sn)
A = Kesit alanı (cm2 )
Akustik Özellikler (Ses Absorbsuyonu)
İnsanların yaşadığı yapılarda akustik yönden konfor sağlamak için
malzeme ve yapı düzeni ile ilgili iki önemli etken vardır. Bunlardan
biri sesin yansıması veya yankı, diğeri de ses iletimi veya bunun tersi
ses yalıtımıdır.
Ses insanların algılayabildiği frekansta basınç dalgası halinde yayılır
ve rastladığı cisme basınç dalgası olarak etkir. Bu basınç dalgasının
enerjisi sesin şiddetini, frekansı da tonunu belirler. Ses enerjisi çok
küçüktür ve uygulamada desibel (dB) denen bir birimle ölçülür.
Şiddetlerine göre ses türleri
Ses kaynağının türü
Ses işitilmez
Fısıltı
Hafif alçak sesle konuşma
Özel bürolar, sessiz evler
Normal Konuşma
Sokak, büro gürültüleri vb.
Kulakta acıma hissi veren patlama
Şiddeti, dB
0
10
20
30
50
60 - 70
100 - 120
Sesin şiddetinden başka frekansı da önemli bir etkendir. İnsan
kulağı 30 Hz ile 20.000 Hz arasında kalan frekansları duyabilir. 250
Hz den aşağısı düşük, 250-1000 Hz arası orta, 1000 Hz den yukarı
olanlar yüksek frekanslı sayılır.
Ses Emilmesi
Ses dalgası havada ilerlerken bir cisme çarptığı andaki enerjisi E1
ise bunun E2 kadarı cismin yüzeyi tarafından yansıtılır, geri kalan
kısmı da cisim tarafından emilir veya yutulur.
Buna göre cismin yüzeyinin ses emme sayısı,
 = E1-E2 / E1 olarak tanımlanır.
Yansıma fazla olursa yankı yaparak işitme koşullarını bozar.
Yansımanın az olması için E2’nin küçük, dolayısıyla ’nın büyük olması
gerekir.
Çeşitli malzemelerin ses emme
sayıları
Malzeme
Ses Emme Katsayısı ()
Ahşap
0.10
Beton, sıva, cam,tuğla
0.02
Cam lifi levha
0.70
Kumaş, halı
0.30
Açık pencere ve boşluk
1.00
Ses emme yeteneği frekansa da bağlıdır. Halı, kumaş, sünger elyafı
gibi yumuşak malzemeler orta ve yüksek frekansları, delikli rijit
levhalar (alçı blokları) alçak ve orta frekansları emer.
Akustik Özellikler
Açık havada yansıma yoktur, ses zor duyulur. Kapalı yerlerde ise
yansıma fazla olur, sesler karışarak anlaşılamaz hale gelebilir. Bir
kaynaktan çıkan ses duvarlara çarpıp tekrar tekrar yansırsa sesin
sönmesi gecikir, buna yankılama (reverberasyon) denir. Sesin ilk
şiddetinin milyonda birine düşmesi için geçen süreye de
reverberasyon süresi denir. Odadaki yüzeylerin emme yeteneği çok
yüksek ise bu süre çok küçük olur, ses çabuk kaybolur ve duyulması
güçleşir. Eğer bu süre yüksekse sönme gecikir, yansıyarak uğultu
yapar, işitme bozulur. Oda duvarlarında ve döşenecek yüzeylerde
uygun emme sayısına sahip malzemeler kullanarak bu süre 1-2 sn.
gibi uygun sınırlar arasına getirilir.
Ses Yalıtımı
Ses dalgalarının yansıdıktan sonra geri kalan kısmı malzeme içinden
geçerken bir kısmı yutulur ve öbür tarafa zayıf olarak çıkar. Bir
duvarın ses yalıtım özelliği duvara gelen ses şiddeti Eg ve duvardan
çıkarak iletilen ses şiddeti Ei ye bağlı olarak aşağıdaki bağıntı ile
tanımlanır.
Söndürme sayısı= D = 10 log Eg/Ei
Burada D ses yalıtım sayısıdır ve birimi desibeldir. Burada giren ve
çıkan ses şiddetleri watt/cm2 cinsinden ölçülür. Normal konuşma
sesi 40 dB olduğuna göre bir duvarın ses yalıtım veya söndürme
sayısı en az 40 dB in üstünde olursa ses arka bölmedeki komşular
tarafından duyulmaz.
Termik Özellikler
Genleşme Katsayısı
Bir cismin sıcaklığının 1C artması halinde birim boyunda meydana
gelen artmaya genleşme katsayısı denir ve  ile gösterilir. Bir
çubuğun boyu ilk boyu (L0), (t) sıcaklık artışı halindeki boy uzaması
(L) ise bu;
L=. L0.t
formülü ile ifade edilir.
Yeni boy ise (L= L0 +  L) şeklinde belirlenir.
İlk boyu (L) olan bir malzemede sıcakllığın (t) kadar
artmasıyla meydana gelen;
t
=  . L 0 .  t   .  t lik
L0
Bir şekil değişimi cisim şayet
yapamayacak,
dolayısıyla
elastik
kalacaktır.
serbest
sınırlar
değilse
içinde
(t = E. t = E..t ) gibi bir gerilme meydana gelir.
Bu gerilmeler özellikle demiryolu raylarında ,beton yol ve
pistlerde meydana gelir. Bu gibi inşaatlarda kullanılma
anında sıcaklığın (t) kadar artacağı birbirine temas
edince belli bir () gerilmesini ala bileceği önceden
tahmin edilerek ara mesafe inşaat sırasında ona göre
bırakılır.
 .L0 .  t
L0
t
  .  t lik
   L t -  L

L0
 

  t      t . . 
E

1. Uzunluğu 5 m olan bir betonarme kiriş +10 0C de dökülmüştür.
a) Yazın hava sıcaklığı 55 0C olduğunda,
b) Kışın -20 0C sıcaklıkta kirişte meydana gelecek şekil
değiştirme ve gerilmeler ne olur.
α = 10x10 -6 1/0C , E = 3x10 5 kgf/cm2
2. Bir Apartmanda 100 m2 alanlı ara kat Dairenin sıcaklığının + 20 0C de
sabit kalması istenmektedir. Dairenin üst katındaki daire boş ve sıcaklığı
– 5 0C , alt dairenin ise + 10 0C dir. α dış =25 kcal/m.h.C , α iç
yukarıya doğru = 8, aşağıya doğru =6 verilmektedir. Döşeme kesiti
aşağıda verildiğine göre bu daireden kaçan günlük ısı kaybı ne olur.
Döşemeye 2 cm kalınlığında Halı serilirse ısı kaybı ne olur. Her iki
durumda ısı kaybını önlemek için m3 ü 3500 kcal veren doğal gazdan kaç
m3 yakmak gerekir.
Malzeme
λ: Kcal/m.c.h
Beton
.….. 0.90
Sıva
…….. 0.70
Parke
…… 0.70
Halı
……
0,04
3. 30 m boyunda , 1 m genişliğinde ve 6 m yüksekliğinde kışın +5 0C
derecede inşa edilen beton bir istinat duvarının yazın sıcaklık +40 0C
olduğunda hacminde meydana gelen değişimin yüzdesi ne olur. Duvar her
iki taraftan tutulursa ne çeşit ve ne kadarlık bir gerilme oluşur. (αt =
12x10 -6 1/ 0 C , E= 300000 kgf/cm2 ).
Termik Özellikler
Isı iletkenlik katsayısı
Bir malzemenin iki tarafında farklı bir sıcaklık
var ise sıcaklığın yüksek olduğu taraftan az olan
tarafa doğru bir sıcaklık akımı (difüzyon)
meydana gelir. Birim zaman ve birim alanda
malzeme içinden geçen ısı miktarı, ısı iletkenlik
katsayısı ile orantılıdır.
Aşağıdaki şekilde lamda (  ) ısı iletkenlik
katsayısı, alanı 1 m2 ,kalınlığı 1 m. olan tabakanın
iki tarafı arsındaki ısı farkı 10 °C iken 1 saatte
geçen ısı miktarıdır.
Birim ağırlığı küçük olan malzemelerin ısı iletkenlik
katsayısı da küçüktür. Buna etki eden ikinci sebep
rutubet olup, rutubet arttıkça ısı iletkenliği de
artar. Isı iletkenlik katsayısının küçük olması
daima aranır. Bu nedenle ısı kaybı az olacak ve o
malzeme
izolasyon
malzemesi
olarak
kullanılabilecektir.
Download

Fiziksel özellikler