Topraktan Yapılan İnşaat Malzemeleri

Kil: Genellikle 0,002 ‘ mm. den daha küçük taneli malzemeye kil adı verilir. Kil’ i meydana getiren maddeler sulu alüminyum silikatlardır. SiO2 ve Al2O3 olarak isimlendirilen bu maddeler, tabakalar meydana getirerek çeşitli şekillerde birleşirler ve kil minerallerini meydana getirirler. Böylece kil minerallerinin esas bileşimini oluştururlar.

Pişmiş kil malzemeler MÖ.3800’lü yıllarda taşın sınırlı bulunduğu Aşağı Mezopotamya ülkelerinden Babil’de kullanıldığı araştırmalar sonucu ortaya çıkmıştır. Eski çağlarda, pişmiş kille yapılan çeşitli malzemelere rastlanmaktadır. Günümüzde kil ve kilden yapılan malzeme veya eşya modern teknoloji ile büyük gelişme göstermiştir.

Kil tabiatta bol miktarda bulunan minerallerdendir. Fakat saf kili bulmak oldukça zordur. Killerin içinde en çok kalker, silis, mika, demir oksit bulunur. Kil, sarımtırak, kırmızımtırak, esmer gibi değişik renklerde bulunur. Bu özelliği ona bileşiminde bulunan yanıcı maddeler verir. Kil su çeker, bu özelliğinden dolayı dile dokundurulduğunda yapışır. Bu yüzden kil daima nemlidir. Tamamen doymuş kil su emmeyeceğinden dolayı geçirimsizdir. Bu özelliğinden dolayı toprak dolgu barajlarda çekirdek, kil dolgu ile inşa edilir.

Kilde aranan teknik özellikler

• Plastiklik,
• Su emme,
• Büzülme,
• Kesme,
• Konsolidasyon,
• Permeabilite

Kil Çeşitleri

Kaolen: Saf kildir. Rengi beyaz veya beyaza yakındır. Yüksek ısıya dayanıklıdır. Kimyasal yapısı (2SiO2. Al2O3 . H2O)’dur. Seramik işlerinde kullanılır.

Yarı Yağlı Kil: Gri, mavimtırak, yeşilimtırak ve kırmızı olur. Yarı yağlı kil içinde bilhassa kalker fazla bulunmamalıdır. Aksi halde tuğla, kiremit, künk gibi malzemeler kusurlu olurlar.

Lekeci Kil: Yağ lekelerini çıkarttığı için bu adı almıştır. Rengi maviye yakındır.

Genel olarak kilin en önemli özelliği çok incecik tanelerden (20,5m) oluşması ve suyla karıştırıldığında, istenilen şeklin verilebileceği plastik bir hamur haline gelmesidir. Pişirildiği zaman kimyasal bir olay sonucunda sertleşir.

Kilden Yapılan Yapı Malzemeleri

1. Pişirilmeden üretilen

• Kerpiç,

2. Pişirilerek üretilen

• Tuğla,
• Kiremit,
• Seramik,
• Künk,
• Cam

Kerpiç

Kumlu kilin su ile yoğrulmasından oluşan çamur kalıplanıp  şekillendirildikten sonra kurutulması yolu ile elde edilen yapı malzemesine kerpiç denilmektedir.

Kerpiç kolay bulunabilen ve ekonomik bir yapı malzemesidir.  Eski çağlardan beri  geleneksel bir yapı malzemesi olarak kullanılmaktadır. Günümüzde yeni karışımlarla mekanik ve teknik özelliği değiştirilerek üretilmekte ve kullanılmaktadır.

Kerpiç toprağı % 20-70 arasında kil ihtiva etmekle beraber en uygun oranı % 30-40 arasında kil bulunan topraktır.

Kerpicin Kullanımı

Kerpicin inşaatta kullanılması, örülmesi tuğla gibidir. Kerpiç genellikle ana ve kuzu olarak iki farklı boyutta üretilmektedir.

Kerpiçler duvarda da yine kilden yapılan harçla örülürler. Güneşte kurutuldukları için iç kısımlardaki kuruma ile dış yüzeyin kuruması eşit olmadığından çatlamalara neden olur. Bunu önlemek için bitkisel artıklar (saman, sap) gibi maddeler katılır.

Kerpicin en büyük dezavantajı suya karşı direncinin düşük olmasıdır. Bu özelliğini iyileştirmek için çimentolu alçılı kerpiç, uçucu külle kerpiç üretimi araştırmaları devam etmektedir.

TS ye göre kerpiç özellikleri ve sınıfları (TS 2514/1477)

Kerpiç kalıpları rötreden dolayı kerpiç boyutundan % 3-5 daha büyük olmalı.

İçerisine çimento katılarak yapılan kerpice Çimentolu Kerpiç adı verilir. (TS 537/1985).

Kerpiç bileşiminde %5, %7, %10 çimento bulunanlar olmak üzere 3 guruba ayrılır.

Kerpiç boyutlarına göre sınıflandırılması

• Modüller kerpiç         190x  90 x 85
• Kare kerpiçler 190x190x135
• Orta kerpiçler                290x190x135
• Büyük kerpiçler 390x190x130
• Enli kerpiçler 390x290x135

Kerpiç Duvarlar

Kerpiçten yapılan duvarların yüksekliği, duvar kalınlığına göre farklılık göstermektedir.

• Duvar kalınlığı 40 cm, duvar yüksekliği 2,4 m.
• Duvar kalınlığı 47 cm, duvak yüksekliği 2,7 m.
• Duvar kalınlığı 62 cm, duvar yüksekliği 3,5 m.

Pişmiş Kil

Kiremit, tuğla, çini, fayans ve seramik ürünlerinin hepsi pişmiş kilden üretilmektedir. Killer, doğal alüminyum ve silikatların (Feltispatların) ayrışmasıyla oluşmuş malzemelerdir. Killer karakter itibariyle: Büzülme, Plastiklik, Absorbsiyon, Pişme Özelliklerine sahiptir.

Killer ne kadar saf olursa ateşe ve kimyasal etkilere o kadar iyi direnç gösterirler.

En iyi yağ alıcı madde, kuvartz taneleri ve silis kumlarıdır. Eritici malzemeler ile (feldispat), hem yağ alıcı (kalker vb.) hem de eritici maddeler karıştırılarak porselen elde edilir.

En saf kile Kaolen denir. Killer kaolenden başka kuvartz (SiO2) feldispat, mikademiroksit (Fe2O3), kalsiyum karbonat (CaCO3), kalsiyum sülfat (CaSO4) ve demir sülfür (Fe2S3) bulundururlar.

Killerin sıcaklıkla ilişkisi

100-250 ^oC’de, kil ıslaklık suyunu kaybeder, kurur. Kil tabakaları birbirine yapışır. Hacim buharlaşan su kadar küçülür, tekrar su alırsa şişebilir.

250-500 ^oC’de, kil hidratlaşma suyunu kaybeder ayrışma olur.

550-900 ^oC’de Al₂O₃ ve SiO₂ birleşerek alüminyum silikat (Al₂O₃ 2SiO₂) oluşur. Bu durumda artık pişmiştir. Su alıp eski haline dönemez.

900 ^oC’de üstünde, kilde artık Mullit adı verilen bileşik oluşur. Bu durumda serbest kalan SiO2 cam fazı oluşturur. Artık gözenek kapanarak sık dokulu hale gelir.

Tuğla – Kiremit

Killi toprak veya balçık ile kum karıştırılarak meydana getirilen hamur (gerektiğinde öğütülmüş kiremit ve tuğla tozu katılarak) tuğla ve kiremit üretiminde, hammadde olarak kullanılır.

En uygun hammadde püskürük kayaların ayrışması sonucu oluşan, yüzey killeridir. Türkiye de bol miktarda bulunmaktadır.

Kaliteli mamul için aranan özellikler

Kilin kuruma sonucu hacim küçülmesi % 12’den fazla ise, az plastiklik gösteren topraklarla karıştırılarak kullanılabilir.

Kuruma ve pişme sırasında çatlayan ve çok deforme olan topraklar tuğla ve kiremit üretiminde kullanılmamalıdır.

900 ^oC ‘de pişen kilin sertliği 2 dereceden az ise, Tuğla, 3 dereceden az ise kiremit üretiminde kullanılmamalıdır.

900 ^oC ‘de pişen kilin su emmesi %8‘den az olanlar normal inşaat tuğlasının üretiminde %18’den fazla olanlar ise, kiremit üretiminde kullanılmamalıdır.

Kil içinde istenilen boyuttan iri tane oranı %10’dan fazla ise tuğla ve kiremit üretiminde kullanılmamalıdır.

Kuruma ve pişirme esnasında çatlama ve deforme gösteren killer üretimde kullanılmamalıdır.

Pişirme işleminden sonra rengin açık renkte olması satıh açısından tercih edilmemelidir.

Tuğla – Kiremit üretimi

Tuğla ve kiremit üretim şekliyle birbirinin aynısıdır. Bu işlem sadece kalıplamada farklılık gösterir. Tuğla ve kiremit hammaddesi şu aşamalardan geçer.

• Hammadde su ile birleştirilerek belirli bir süre dinlendirilir.
• Paletli karıştırıcılarda karıştırılarak çamur haline getirilir.
• Çamur bilyeli silindirlerden geçirilerek topak parçalar iyice ezilir.
• Belirli oranda rutubetlendirilerek kalıplamaya gönderilir.
• Kalıptan şekillenmiş olarak çıkan yarı mamul kapalı alanda sıcak hava ile veya açık havada dinlendirilerek kısmi kurutmaya tabi tutulur.
• Dinlenen yarı mamul pişirme fırınlarında pişirilir.
• Pişirme işleminden sonra depolama veya sevkıyat işlemiyle tamamlanır.

Tuğla Çeşitleri

Tuğlalar şu şekilde gruplandırılabilir.

1. İmalat şekillerine göre gruplandırma,
2. Yapım yöntemlerine göre,
3. Boyutlarına göre,
4. Delik durumlarına göre,
5. Basınç dayanımlarına göre.

İmalat şekillerine göre gruplandırma

Makine Tuğlaları : Killi toprak ve balçığın ayrı veya harman edilip gerektiğinde su, kum, öğütülmüş tuğla ve kiremit tozu, kül ve benzeri malzemeler karıştırılarak makinalarda şekillendirildikten sonra fırınlarda pişirilmesi ile elde edilen ve duvar yapımında kullanılan malzemelerdir. Bu tuğlalar düzgün yüzeyli keskin köşeli, boşluksuz bir yapı gösterirler. Su emmeleri düşüktür, en çok %18’dir. Basınç mukavemetleri 60-100 kgf/cm2 dir. En küçük boyutu 190x90x50 mm.’dir. Düşey delikli veya dolu olarak üretilebilir. (TS 705)

Klinker Tuğlaları : Sinterleşmeye kadar pişirilmiş, birimi ağırlığı ve basınç dayanımı yüksek, donmaya dayanıklı duvar tuğlasıdır. Su emmeleri oldukça azdır (%2-%3). Su içinde kalan duvarlarda kullanılır.

Sinterlerleşme tuğlaları: Şekillendirilip kurutulmuş tuğla hammaddesinin erimeye yakın bir duruma kadar pişirilmesiyle elde edilir. Camsı bir yüzey oluşturduğu için su emmesi düşüktür.

Cephe Tuğlası : Cephelerde  kullanılan dekoratif amaçlı tuğladır. Su emmesi düşük olduğu için donmaya karşı dayanıklıdır. Genellikle 190x90x50 mm. boyutlarında delikli veya dolu olarak üretilmektedir.

Ateş Tuğlası : Bu tuğlanın hammaddesi killi kuvars’dır. Ateş tuğlaları kalıplandıktan sonra uygun sıcaklıkta pişirilerek elde edilirler. Yüksek ısı (2550 oC)’ya kadar dayanıklılık gösterir. Kullanılacak yerlere göre istenilen boyutta üretilirler.

Yapım Yöntemlerine Göre Tuğlalar

1. Sinterleşmemiş tuğlalar,
2. Klinker tuğlaları

Boyutlarına göre

1. Normal tuğla,
2. Modüler tuğla,
3. Blok tuğla

Delik durumlarına göre

• Dolu tuğla,
• Düşey delikli tuğla,

1. Seyrek delili tuğla,
2. Az delikli tuğla,
3. Çok delikli tuğla,

• Yatay delikli tuğla,

1. Hacim ağırlığı 0.8 kg/dm³
2. Hacim ağırlığı 0.5 kg/dm³

Basınç dayanımlarına göre.

Dolu Tuğlalar: Bu tuğlaların yoğunluğu 1.80 kg/dm³ dür. Basınç dayanımlarına göre ise, 80- 120 -200 kgf/cm² olmak üzere üç çeşittir.

Seyrek delikli tuğlalar: Bu tuğlaların yoğunluğu 1.40 kg/dm³ dür. Basınç dayanımlarına göre ise, 80- 120 -200 kgf/cm² olmak üzere üç çeşittir.

Az delikli tuğlalar: Bu tuğlaların yoğunluğu 1.20 kg/dm³ dür. Basınç dayanımlarına göre ise, 60- 100 -150 kgf/cm² olmak üzere üç çeşittir.

Çok delikli tuğlalar: Bu tuğlaların yoğunluğu 1.00 kg/dm³ dür. Basınç dayanımlarına göre ise, 50 – 80 kgf/cm² olmak üzere iki çeşittir.

Tuğlaların Özellikleri

Görünüşleri dikdörtgenler prizması şeklinde olmalıdır. Tuğla yüzleri düzgün ve köşeleri dik açılı olmalıdır.

Tuğla kenarlarına gönye tutulduğunda tuğla yüzlerinde gönye kenarlarından ayrılma hiçbir yerde 5 mm’den büyük olmamalıdır.

Delikler, delikli tuğlaların yüzlerine olabildiğince eşit aralıklarla ve simetrik olarak dağılmalıdır. Delik eksenleri bu yüzlere dik olmalı ve bütün tuğla boyunca veya yüksekliğince uzanmalıdır. Delikler şaşırtmaca düzenlenerek ısının akım yolu uzatılmak suretiyle ısı iletkenliği azaltılabilir.

Delik boyutları delikli klinkerler ile yatay delikli tuğlalarda sınırlandırılmamıştır.

Kiremit

• Kiremitler, içinde kireç ve organik madde bulunmayan ekşitilmiş lüleci çamurundan yapılırlar. Çatlamaları önlemek için kil hamuru içine bir miktar kum katılır. Kiremitlerde pullanma, çarpılma çatlama gibi özürlerin olmaması istenir.
• Bir metalle vurulduğu zaman iyi bir kiremit, tiz bir ses çıkarmalıdır.
• Kiremitlerin yapıldıkları kil tuğla yapmakta kullanılan kilin hemen hemen aynısıdır. Ondan biraz daha yağlı ve incedir.
• İçinde yabancı maddelerin bulunmamasına daha çok ehemmiyet verilir. Kilden kiremit yapılış şekli de tuğlalarda olduğu gibidir. Tuğlalardan farklı tarafları, kalıplanmaları yani şekillendirilmeleri dir. Kalıplanan hamur kurutulduktan sonra kalıcı tuğla fırınlarında veya özel kiremit fırınlarında pişirilmek suretiyle kiremit elde edilir.

Kiremit Çeşitleri

• Düz kiremitler,
• Yerli kiremitler,
• Makine kiremitleri.

Bunların içinde düz ve yerli kiremitler çok az kullanılır. En çok kullanılan Makine kiremitleridir.

Makine Kiremidi ve Üretimi

Makine kiremitleri  (Oluklu TS 562): Türkiye’ye ilk defa Marsilya’dan geldiği için bu kiremitlere halk arasında Marsilya kiremitleri denir. Bu kiremitler basınç altında makinalarda kalıplanırlar, yerli kiremitlerden daha sıkı ve az gözenekli olurlar.

Makine kiremitlerinin yapılmasında kullanılan kil tuğla yapımında kullanılan kilin aynısıdır. Bu kiremitler, kalıplandıktan sonra kurutulur. Kurutma işlemi açık havada veya üstü kapalı sundurmalarda yapılır. Kurutulan kiremitler sürekli ve süreksiz fırınlarda pişirilerek elde edilir.

Marsilya tipi kiremitler birbirlerine dörtkenarlarından geçmeli olarak birleşirler. Kiremidin alt kısmında, tel geçirmek için ince bir deliği bulunur. Döşenirken bu delikten demir tel ile çatıya bağlanır. Yerli kiremide nazaran daha ucuza mal olurlar.

Seramikler

Seramikler bir veya birden fazla metalin, metal olmayan element ile kombinasyonu olarak tanımlanabilir. Bazı seramiklerde kısmen iyonsal, kısmen kovalent bağ bulunabilir. Değişik türde eleman içeren karmaşık bileşiklerin yapıları ve özellikleri de çok farklıdır. Bazıları amorf, bazıları da kristal yapılıdır. Çoğunlukla çok sert ve gevrektirler. Isıl ve elektriksel yönden yalıtkandırlar. Ergime sıcaklıkları yüksektir. Kimyasal yönden kararlı ve dış etkilere karşı dayanıklı olurlar.

Seramiklerin Gruplandırılması

1. Geleneksel Seramikler

Bunlar kil, kaolen ve feldispat gibi minerallerin yüksek sıcaklıkta pişirilmesi ile elde edilirler. Bileşimlerinde değişik türde silikatlar, alüminatlar ve bunların yanında bir miktar metal oksitleri bulunur. Cam, tuğla, kiremit, aşındırma tozları, porselen, beton, taş ve refrakterler gibi uzun yıllardır kullanılan malzemeler bu gruba girerler.

2. İleri Teknoloji Seramikleri

Bunlar yeni veya modern seramikler de denir. Bu tür seramikler genellikle arı bileşikler olup başlıca oksitler, karbürler, ve nitrürlerden oluşurlar. Bunların iyonsallık ve kovalanlık nitelikleri bileşimlerindeki elemanların elektronegatiflik dereceleri arasındaki farka bağlıdır. Örneğin MgO %73 iyonsal ve %27 kovalan, SiO2 %51 iyonsal ve %49 kovalan, SiC ise, %11 iyonsal ve %89 kovalan eğilimlidir. Yüksek mukavemet, rijitlik ve sertlik, aşınmaya kimyasal etkilere ve yüksek sıcaklığa dayanıklılık, boyutlarda kararlılık gibi üstün özellikleri nedeni ile uçak ve uzay endüstrisinde son yıllarda büyük ölçüde kullanılmaktadırlar. Bazı seramikler yarı iletkenlik, dielektrik, piezoelektrik, manyetik ve süper iletkenlik özelliklerine sahip olduklarından eloktronik endüstrisinde çok değişik amaçlarla kullanılırlar.

Seramiklerin Mekanik Özellikleri

Seramikler sert ve gevrek malzemelerdir. Basınç mukavemetleri oldukça yüksek, çekme mukavemetleri düşüktür. İçyapı kusurlarını azaltacak şekilde üretilen camın çekme mukavemeti cam çubukların mukavemetinin yüz katı kadar olabilir.  Gevreklikleri, içyapı kusurları, çentikler, çizikler,  mikroçatlaklar ve gerilme yığılmasına neden olurlar. Seramiklerde istenirse basınç mukavemetleri yükseltilebilir. Yumuşama noktasına kadar ısıtılıp hızla soğutulursa camın mukavemeti üç katına kadar çıkarılabilir.

Seramiklerde kayma direnci çok yüksektir ve kırılgandırlar. Bazıları çok sert olduklarından aşındırıcı malzeme olarak geniş ölçüde kullanılırlar. Seramik ve metal tozlarından meydana gelen karışım ergime sıcaklığına kadar ısıtılırsa, ergiyen metal katı parçacıkların arasını doldurur ve basınç uygulanarak boşluklar azaltılır ve sermetler oluşturulur. Sermetler, %20 metal ve %80 seramik içeren malzemelerdir ve sermetlerin elde edilişinde uygulanan yönteme de toz metalurjisi yöntemi denir. Bunlar çok sert malzemelerin kesilmesi ve aşındırılması işlerinde kullanılırlar.