Nevşehir ve Adıyaman Yöresi Yapı Taşlarının Fiziksel Özellikleri

Amaç, bölgede çok kullanılan taşların, bina yapı elemanı olarak gerçekte ne tür özelliklere sahip olduğunu belirlemektir. Bu amaçla, her taş için iki ayrı taş ocağından numuneler alınmış, kimyasal analizlerden sonra, ısıl iletkenlik, su emme ölçmeleri ve mukavemet deneyleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, öncelikle ısı transferi açısından, bilinen diğer yapı elemanları ile karşılaştırılarak irdelenmiştir.

1. Giriş

Gerek enerji ve bina yapı malzemeleri maliyetlerinin yükselmesi ve gerekse ülke genelinde olduğu gibi konut talebinin artması, her bir yörenin jeolojik yapısına bağlı olarak taşı, geçmişte olduğu gibi bugün de inşaat malzemesi olarak kullanılmasını gündeme getirebilir. Çoğunlukla taşıyıcı nadiren dolgu elemanı olarak kullanılan bu taşa, Elazığ Karakocan Taşı, Şanlıurfa’nın karga sabunu, Diyarbakır’ın Karacadağ taşı örnek olarak verilebilir. Olağanüstü bir gelişme olmadığı takdirde, enerjinin giderek daha pahalanacağı gözönüne alınırsa, zaman içerisinde ısı kayıplarının para eşdeğeri, daha uygun malzeme kullanılmasının ilk yatırım maliyetine getirdiği ek maliyetle kıyaslanmayacak ölçüde büyük olacaktır. Bu yüzden, binanın fiziki ömrü, bulunduğu yerin aylara göre dış hava sıcaklığı, nem oranı, kışın güneş alma oranı, kaçıncı derece deprem kuşağı olduğu vb. gözönüne alınarak taşın kullanılmasının uygunluğunu araştırmak gerekir. Ağırlıklı yanı ekonomik olan bu analiz, taş ocağına belirli uzaklıklara kadar taşın kullanılmasının, blok tuğla, delikli tuğla, briket, harçlı gazbeton blok gibi fabrikasyon bina elemanlarına göre daha uygun olduğu sonucunu da verebilir.

Bu çalışmada, bütün yörelerdeki yapı elemanlarına uygulanab:’~”ek bir analize basamak oluşt ak üzere, Adıyaman ili Karadağ Taşı, Alidağ Taşı ile Nevşehir ili Ürgüp taşı incelenmiştir. Taşlar beyazımsı kalker görünümünde olup, uzun yıllardan beri birçok eski binada taşıyıcı yapı elemanı olarak kullanılagelmiş olup, halk arasında çok muteber bir yapı elemanı olarak kabul görmektedir. Ancak bu itibarın, gerçekten iyi bir malzeme olmasından mı, yoksa teminindeki kolaylıktan mı kaynaklandığı belirgin değildir. Konuya açıklık getirmek amacıyla yapılan bu araştırmanın sonuçları ve varsa ekonomiye katkısı gözönüne alındığında taşlar, hem taşıyıcı yapı elemanı ve hem de betonarme karkas binalarda dolgu elemanı olarak kullanılmak üzere tavsiye edilebilecektir.

2. Malzemenin özellikleri Karadağ Taşı: Adıyaman ilinin kuzeyinde ilçeye 3 km. mesafede Pirin çayı ile Temruz köyü arasındaki mevkide bulunmaktadır. 300 m. yükseklikte olup ulaşım oldukça kolaydır. Genelde yöre halkı tarafından inşaat malzemesi olarak kullanılmaktadır. Nem oranı yüksek mukavemeti düşük olduğundan işlenmesi oldukça ko-lay^B Genelde briket yapımında kullanılmaktadır.

Alidağ Taşı: Adıyaman ilinin güneydoğusunda merkez ilçeye 10 km. mesafede bulunup Terman köyü ile Ziyaret çayı arasındaki mevkidedir. 500 m. yükseklikte olup ulaşımı kolaydır. Nem oranı yüksek ve işlenmesi oldukça kolaydır. Binalarda yapı elemanı

Tablo 1. Taş Numunelerinin Kimyasal Bileşimleri

olarak kullanılmaktadır. Ürgüp Taşı: Nevşehir ili Ürgüp merkez ve civarında geniş rezev-lere sahip, beyazımsı sarı renkli bir çökelti taştır. Yörede bilhassa yığma kagir yapıların inşaasında uzun yıllardan beri yaygın şekilde kullanılmaktadır. Taşın, işlenebilmesi oldukça kolaydır. İncelenen taşlar ocaktan çıkarıldıktan sonra, içerdiği nemi kaybetmediği ve dış ortamın kimyasal tesirlerine uzun süre maruz kalmadığı sürece, diğer yapı taşlarına göre rahatça şekillendirilip işlenebilmektedir. Bu durumuyla malzeme, ahşap gibi testere ile kesilebilmekte, matkapla delinebil-mekte, sert kesiciler ile yontula-bilmekte ve hatta çivi çakılabil-mektedir. Taşın sahip olduğu bu cazip özellik, yörede inşa edilen binalarda yapı malzemesi olarak çok itibar görmesini sağlayan önemli nedenler arasında yer almaktadır. Esas itibariyle kimyasal bileşimi CaCO^ olan malzemenin yapılan kimyasal analizi sonucunda (Tablo 1) değerleri elde edilmiştir.

3. Deneysel çalışma ve deney sonuçları

Yöredeki çeşitli ocaklardan alınan taş numuneleri üzerinde laboratu-varlarda yapılan deneylerden, yoğunluğu ortalama Karadağ Taşının 1960 Kg/m’ ve Alidağ Taşının ise 220 Kg/m1 ve Ürgüp taşının ise 1500 Kg/m’ olarak belirlenmiştir.

3.1. Isıl İletkenlik

Malzemelerin ısı iletim katsayıları. Dokuz Eylül Üniversitesi, Makina Mühendisliği Bölümü Laboratuva-rında DİN 51046’ya uygun olarak “sıcak tel” yöntemine göre ölçme yapan cihaz (Shoterm-QTM) kullanılarak ölçülmüştür. Bu yöntemde, ısıtıcı tel (krom-nikel) ve bu tele orta noktasında dokunacak şekilde lehimlenmiş termo eleman (nikel krom-nikel) iki örnek arasına yerleştirilir. Üstteki örnek yalıtılmış ve iletkenliği bilinen plaka (Prob), alttaki örnek ise ısıl iletkenliği bilinmeyen ölçülecek olan numunedir [1], [2] Cihaz, 0.02 -10 W/mK aralığında %5+l basamak duyarlıkla ölçme yapabilmektedir. Bu bakımdan ölçmeler, çalışmada aranabilecek duyarlığa ve amaca uygun ölçüde sağlıklıdır. Her taş için ikişer ocaktan alınan numuneler, cihazın ölçme probuna uygun ebatlarda hazırlandıktan sonra, her numune iki noktasından ısı iletim katsayıları ölçülmüştür. 23-33 °C aralığında yapılan ölçmelerin sonuçları Karadağ Taşı için ısıl iletkenlik değeri 0.55 W/mK, Alidağ Taşı için 1.25 W/mK ve Ürgüp Taşı için ise 0.65 W/mK olarak saptanmıştır.

3.2. Özgül ısı kapasitesi

F.Ü. Kimya Müh. Bölümü Labo-ratuvarında gerçekleştirilen bu deneyde yakıtların ısıl değerlerinin tespitinde kullanılan kalorimetre kabı kullanıldı. Bu cihazda kalorimetre kabının dış ortama ısı kaybı, kabın etrafına konan ikinci bir su gömleği ile önlenmektedir. Fark sıcaklık ölçen termoelemanın bir ucu kalorimetre kabını, diğer ucu ise dış gömleği okumaktadır. Termoeleman uçları arasında gerilimi sıfırlamak için kalorimetre kabının sıcaklığındaki artışa paralel ve otomatik olarak dış gömlek sıcaklığı da artırılmaktadır. Sıcaklık potansiyelindeki fark sıfırlandığı için, kalorimetre kabından dış gömleğe ısı akışı olmamaktadır. Sıcaklığı genleşme tipi bir termometreyle de kontrol edilen bir etüvde, 84 °C sıcaklıkta yeteri kadar uzun süre bekletildikten sonra, her bir numune, kalorimetre kabına belirli miktarda ve sıcaklıktaki saf suya daldırılmıştır. Suyun başlangıçtaki sıcaklığı ile denge sıcaklığı arasındaki fark, Beckmann termometresiyle ölçülmüştür. Yapılan kalibrasyon deneyinde, bir çelik blokun (% 0.5°C) özgül ısı kapasitesi tablo değerlerine uygun şekilde 0.456 KJ/kgK olarak bulunmuştur. Böylelikle ölçme duyarlığı yeterli bulunduktan sonra, Karadağ Taşı için özgül ısı kapasitesi 1.007 KJ/kgK, Alidağ Taşı için ise 0.9775 KJ/kgK ve Ürgüp taşı için 968 KJ/kgK olarak hesaplanmıştır.

3.3. Su emme ve kuruma

Bu deneyin amacı, su ile direk ilişkili olacak yapı malzemelerin de donma sonucu, bünyesindeki buz kristallerinin genleşme imkanı bulabileceği bir kuru hacim bulunabilirliğinin araştırılmasıdır. Bu özellik malzemeye donmaya karşı güvence sağlamaktadır. Numuneler üzerinde yapılan su emme deneylerinde, az da olsa biribirinden farklı su emme oranları elde edilmiştir. Bununla birlikte sonuçlar % 30 kritik değerinin aşağısında-dır |3]. [41. [5]. Yörenin iklim şartları da dikkate alındığında, donma sonucu malzemede çatlama, yüzeyde tozlanma ve kabuk halinde dökülme veya toplam kütlenin dağılması söz konusu değildir.

Deney numuneleri (105±5) °C sıcaklığa ayarlanmış etüve konularak, ağırlığın sabit olduğu görü-lünceye kadar kurtuldu. Bu şekilde değişmez ağırlığa getirilmiş numuneler üzerindeki tozlar, bir fırça ile temizlendikten sonra 0.1 gr duyarlıkta tartılarak, kuru numune ağırlıkları (Wu) tesbit edildi. Bu şekilde kurutulmuş numuneler, içinde oda sıcaklığında ve numune uzunluğunun l/4″ü kadar derinlikte su bulunan kaba yerleştirildi. Bir saat sonra numuneler yarısı ve ikinci saatin sonunda 3/4’ü su içinde kalacak şekilde kaba su ilave edildi. Başlangıçtan 24 saat sonra da numuneler tamamen su içinde kalacak şekilde kaba su ilave edildi. Bu durumda 48 saat bekletildikten sonra sudan çıkarılan numuneler, ıslatılarak sıkılmış bir bez parçası ile silinip bekletilmeden 0.1 gr. duyarlıktaki ağırlıklar bulundu (WA). BU iki ağırlığın oranı alınarak su emme yüzdesi aşağıdaki denklemle hesaplanmıştır.

S.E={(Wd-Wk)/Wk}xlOO

formülü ile. (%) olarak, hesaplandı. Şekil l”de kütle değişim değerleri zamana karşı çizilmiştir. Kuruma hızı deneyinde amaç, taşın tenefüs kabiliyetinin araştırılmasıdır. 48 saat su kabı içerisinde bekletilen numuneler sudan çıkarılıp ıslak bir bezle durulandık-lan^fcnra 20 C oda sıcaklığında dog^r kurutmaya bırakılmıştır. 24 saatlik kuruma süresindeki ağırlık kaybı ölçüm sonuçları Şekil 2’de gösterilmiştir. Kuruma malzeme yüzeyinden buharlaşma yolu ile olduğundan, burada malzeme derinliğinden yüzeye kılcal kanallar vasıtasıyla suyun hareketi söz konusudur. Şeklin incelenmesinde, malzemenin azda olsa tenefüs kabiliyetine sahip olduğu görülmektedir.

Tablo 2.Bazı Doğal Yapı Taşları ile Yapı Malzemelerinin Fiziksel Özellikleri [6]

Tablo 3.Numunelerin Dayanım Özellikleri

3.4. Dayanımlar

Numuneler üzerinde laboratuvarda TS 699 stantandardına uygun dayanım deneyleri yapılmıştır. Yapılan basınç dayanımı deneylerinde, l;^^ığ Taşı için ortalama 17.01 N/rmrr’lik, Alidağ Taşı için 49.593 N7mm: ve Ürgüp Taşı için 7.5 N/mnr basınç dayanım değeri elde edilmiştir. Aynı standarda uygun olarak laboratuvarda yapılan eğilmeden çekme dayanımı deneyinde ise çekme dayanımı ortalama olarak Karadağ Taşı için 1.44 N/mm’, Alidağ Taşı için 2.52 N/mnr ve Ürgüp taşı için 0.8 N/mnr olarak bulunmuştur. Yine. yapılan sürtünmeden aşınma deneylerinde (Böhme) deneyinde 1 10 devir için hacim cinsinden, aşınma kaybı Karadağ Taşı için % 2.35, Alidağ Taşı için % 0.49 ve Ürgüp Taşı için % 12.9 olarak tespit edilmiştir.

4. Sonuç

Yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar, diğer yapı malzemelerinin tablo değerleriyle çeşitli yönlerden kıyaslanmıştır. Gerek sürekli ve gerekse zamana bağlı rejimde ısı transferi gözönüne alındığında Karadağ Taşı, 0.55 W/mK ısıl iletkenlik ve 2.79xl0’7 nr/s yayılma katsayısı değerleriyle granit, mermer, kalker ve kumta-şına göre daha iyi görünmektedir. Bunların yanı sıra 17.01 N/mnr’lik basınç ve 1.44 N/mnr’lik çekme dayanımı gözönüne alındığında, yüksek daya-nımlı doğal yapı taşlarına göre düşük olmasına karşılık beton, briket, tuğla, gazbeton gibi yapay malzemelerle yaklaşık eşdeğer dayanıma sahiptirler. % 2.35’lik aşınma kaybı, merdiven, parke gibi fazla aşınmaya maruz yapı elemanı olarak da kullanılabileceğini göstermektedir. Alidağ Taşı ise 1.25 W/mK ısıl iletkenlik ile granit, kumtaşı, mermer ve kalkerden iyi ve beton değerlerine yakın iken yayılma katsayısı değeri ola-ak bu malzemelerin bazılarının değerlerinden küçüktür. Su emme oranın % 30’dan küçük olması taşların nemli ortamlarda kullanılabileceğini ve kuruma hızlarının incelenmesi halinde taşların tenefüs kabiliyetine az da olsa sahip olduğunu göstermektedir. Ürgüp Taşı, 0.65″V/mK ısıl iletkenlik ve 4.48 x 10-7 m/s ısıl difüzyon katsayısı değerleriyle granit, mermer ve kumtaşına göre daha iyi görünmektedir. Bunların yanı sıra 7.5 N/mnr’lik basınç ve 0.8 N/mnr’lik çekme dayanımı gözönüne alındığında, yüksek daya-nımlı doğal yapı taşlarına göre daha zayıf olmasına karşılık beton, briket, tuğla, gazbeton gibi yapay malzemelerle yaklaşık eşdeğer dayanıma sahiptir. % 12.9’luk aşınma kaybı, merdiven, parke gibi fazla aşınmaya maruz yapı elemanı olarak kullanılmasını engellemektedir.

Söz konusu taşlar birçok yapı elemanına kıyasla kolayca işlenebilmesi, elektrik ve su tesisat kanalları açmak amacıyla delinebil-mesi, kesilebilmesi. yontulabilme-si, çivi ve vida kullanılmasına izin vermesi büyük avantajdır. Doğal bir yapı malzemesi olan bu taşlar, çevrede oldukça fazla miktarda bulunması ve bina yapı elemanı olarak maliyetinin ucuz olması sebebiyle tercih edilebilir. Özellikle Karadağ ve Ürgüp taşlarının bulunduğu ocaklara yakın yerlerde kurulacak basit kesme atelyelerinde, taş kesilerek, seri halde ytong tuğlaya benzer türde bina yapı malzemesi üretilebilir. Bu üretimde, kesme işlemi haricinde herhangi bir işleme gerek yoktur. Dolayısıyla maliyet yönünden benzeri malzemelere göre oldukça avantajlıdır.

Kaynaklar

[1] BİÇER. Y.. TANYİLDIZI. V.. PEHLİVAN, V? YILDIRIM. Ş.. “Fırat Havzasında Bulunan Doğal Yapı Taşlarının Bazı Fiziksel Özelliklerinin Araştırılması” Çukurova Üniversitesi Fen ve Mühendislik Dergisi Cilt 8. Sayı 2. Sayfa 53-60 ADANA 1993.

[2] BİÇER. Y.. TANYİLDIZI. V.. YILDIRIM. Ş., “Çukurova Yöresinde Bulunan Doğal Yapı Taşlarının Bazı Fiziksel Özelliklerinin Araştırılması” 3. Ulusal Soğutma ve Betimlendirme kongresi, Sayfa 285-292. 4-6 Mayıs 1994 Çukurova Üniversitesi. ADANA.

[3] BİÇER. Y.. YILDIZ. C. “Afyon ve Civarında Bina Yapı Elemanı Olarak Kullanılan Yapı Taşlarının Bazı Fiziksel Özellikleri” 10. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi. Cilt 2. Gazi Üniversitesi, Ankara, sh 1491-1501. 6-8 Eylül 1995

[41 T.S.E. (704.705, 699)

[5] Yapı Malzeme ve Elemanları. Özellikleri-Kullanma Yöntemleri. Ytong, İstanbul. 1985

[6] TOKSOY, M. “Endüstriyel malzemelerin Isıl İletkenlik katsayıları” T.M.M.O. Mühendis ve Makina Dergisi. Sayı 347. sh 12-15. 1988.

Yaşar BIÇER-Cengiz YILDIZ

Fırat Üniv.Müh.Fak.Mak.Müh.Böl.