Işık geçiren beton yapı malzemeleri

Işık geçiren beton tuğlaYapı eyleminin en çok kullanılan malzemesi hiç şüphesiz betonarmedir. Betonun alışılmış donatılar (çelik, bambu vs.) dışında fibre reinforced polymer “FRP” (fiber donatılı polimer) ile takviyesi 1960’lı yıllardan bu yana uygulanmaktadır. Modern beton malzemelere ilginç bir örnek ışık geçirgen betondur. Agregasındaki cam elyafı sayesinde ışık geçirgen özellik kazanan bu beton, dayanım ve kullanım olanakları açısından alışılagelen betonlardan farklı değildir. Uygun agrega seçimi ile betona başka ilginç özelliklerde sağlanabilmektedir: örneğin, agregada grafit ve çelik lifler kullanarak elektrik akımı uygulandığı zaman ısınan beton ya da radyo dalgalarını soğuran ferrit kullanarak radarda görünmeyen beton yapmak olanaklıdır.

Yeni olanaklar sunan başka bir modern beton uygulaması ise, süper kritik karbondioksit (SCCO2) kullanarak betonun karbonlaşma sürecinin hızlandırılmasıdır. Böylece betonun korbondioksitle (CO2) reaksiyona girip kireçtaşına dönme süreci yıllar yerine (ki büyük bir beton kütle için bu süre 30.000 yılı bulabilir) birkaç dakika içinde sağlanmaktadır. Sonuçta elde edilen beton, normalin iki katı basınç dayanımına kavuşurken, çekme dayanımı da yüzde 75 oranında artmaktadır (Judge, 1997). SCCO2 normal CO2’e 31°C sıcaklık üzerinde atmosfer basıncının 73 katı basınç uygulandığı zaman elde edilmektedir. Dolayısıyla pahalı ve zor bulunur bir malzeme değildir. (Düşük beton kalitesi nedeniyle tehlike altındaki mevcut betonarme yapıların strüktürü bu yöntemle kolayca güçlendirilebilir. Türkiye’deki bu tip yapıların depreme karşı güçlendirilmesi için bu yöntem iyi bir seçenektir. Malzemenin donatı çubuklarının paslanmasına sebep olmayacağı, hattâ paslanmayı engelleyeceği düşünülmektedir.) Bu teknoloji, SCCO2 içinde çözülmüş stiren gibi hafif hidrokarbonların beton bünyesine taşınıp polistren oluşumunu sağlayan kimyasal reaksiyonların başlatılması hafif ve büküldükten sonra eski biçimine dönebilecek kadar esnek betonların üretimi için de kullanılmaktadır. Dünyada sürdürülen beton araştırmaları arasında beden zırhları, yarı iletken parçalar, helikopter kanatları gibi alışılmadık uygulama alanlarını öngören araştırmalarda görülmektedir. Bunlar içinde en ilginç olanı, betona sünek davranış kazandırabilmek için sünek çimento (ductile cement) yapımının 6 laboratuvarlık bir ağ tarafından araştırıldığı nanoconcrete projesidir (Siegel; 1999). Hattâ, yüzyıl içersinde beton kökenli malzemelerin, çelik, kağıt, ahşap vb. alışılmış malzemelerin yerini büyük ölçüde alacağı düşünülüyor . Bu oldukça iddalı bir kabul olsa da, gelecekte yeni uygulama alanlarıyla birlikte betonun, yapı malzemesi olarak hâlâ vazgeçilmez bir malzeme olacağını göstermesi açısından anlamlıdır.

200 yıl kadar önce keşfedilmelerine ve yerkabuğunda bolca bulunmalarına karşın, alüminyum ancak 1940’larda, titanyumsa ancak 1950’lerde ticari kullanıma girebilmiştir. Bu metaller, çelik kadar erken ticari kullanıma sunulabilseydi, hiç kuşkusuz günümüzün yapı teknolojisi bambaşka bir hal alabilirdi. Bir karşılaştırma yaparsak, 1750 yılında ticari kullanıma giren çelik, bugün 8000’den fazla alaşım içeren bir malzeme grubu haline gelmiştir. (Aslına bakılırsa, çelik ticari açıdan alüminyum ve titanyum kadar güç elde edilmediği için doğaya şükretmeliyiz. Aksi takdirde, sanayi devrimi ve bunu izleyen teknolojik gelişme büyük bir sekteye uğrayacaktı). Titanyum, atmosferik koşullara ve aşınmaya karşı üstün direnci, hafifliğine karşın yüksek dayanımı nedeniyle mimari uygulamalarda özellikle kaplama ve strüktür malzemesi olarak giderek artan bir kullanım bulmaktadır. Gelecekte, yerkürede bolca bulunan minerallerinden ayrıştırmak için daha ekonomik yöntemler bulunup ucuzladığında, titanyum çeliğin yerini alacaktır.

Işık geçiren beton

Maddenin doğası gereği bakarsak, insanoğlunun “yoktan var etme” yetisi olmadığına göre, aslında maddesel açıdan yeni bir malzeme yoktur. Malzemeleri “yeni malzeme” ya da “modern malzeme” olarak adlandırmak, bunların sentez ve üretim yöntemlerinin bulunup kullanılmasıyla ancak sanayi devrimi sonrası olanaklı olmuştur. Bugün artık pek çok malzemeye özelliklerini veren doğal mekanizmalar bilinmekte; daha da önemlisi bu mekanizmalar denetlenerek istenen özelliklerin programlanabildiği tasarlanmış malzemeler yaratılmaktadır. Bu açıdan bakıldığında yeni malzeme bulmak demek, aslında malzemeyi istediğimiz gibi işleyip kullanabileceğimiz yeni yaklaşımlar bulmak demektir.

Bugün artık, atom boyutlarında yapıları (nanostrüktür) bile istenen bir amaca hizmet edebilecek şekilde düzenleme tekniklerine (nanoteknoloji) sahibiz. Malzemenin atomik düzenleniş biçiminin, malzemenin niteliklerinde ne derece belirleyici olduğuna en bilinen örnek karbon yapılarıdır (Resim 2). Karbon saf halde, üç boyutlu (3B) elmas yapıdan, iki boyutlu (2B) yarımetalik grafite, bir boyutlu (1B) nanotüplerden sıfır boyutlu (0B) nanotoplara kadar farklı kararlı yapılara sahip olabilmektedir. Sonuçta elmas bilinen en sert malzemeyken, kurşun kalemlerde kullandığımız grafit bilinen en yumuşak malzemelerden biridir. 1990’lı yıllarda keşfedilen karbon nanotop (0B) ve nanotüp (1B) yapıların sağlamlıkları inanılmaz düzeydedir. Karbon nanotoplar içerisinde en sağlamı ve özellikleri en iyi bilineni olan C60, jeodezik kubbeyi bulan ünlü mimar Buckminster Fuller’in anısına Buckminsterfullerine ya da Buckyball olarakta anılmaktadır. Hasarsız bir C60 nanotop, kendi ağırlığının 300 milyon katı bir ağırlığa dayanabilir; bu dayanım bilinen malzemeler arasında eşsizdir. Karbon nanotüplerse tek ya da iç içe geçmiş, uçları açık ya da kapalı silindirler biçiminde değişik çaplarda olabilmektedir. Laboratuvar deneylerinde tek duvarlı küçük çaplı karbon nanotüplerin gerilme mukavemeti 45.000 Mpa olarak belirlenmiştir (Erkoç, 2001). Bir fikir vermesi açısından belirtmek gerekirse, en sağlam çelik alaşımları 2 Mpa’da kopar. Üstelik karbon nanotüpler düğüm yapılabilecek kadar esnektir. Gelecekte karbon nanotüp demetleriyle yapılan karbon nanotüp lifler, üstün dayanımları ve esneklikleri ile süper malzemeler olacaktır. Bu liflerle dokunacak süper membranlar çok geniş yüzeylerin, hattâ kentlerin üzerini örtebilir. Karbon nanotüp liflerin, beton ve yapı plastikleri içerisinde güçlendirme malzemesi olarak kullanıldığı süper karma malzemelerle inanılmaz mimarlık ve mühendislik yapıları inşa edilebilir. Bu noktaya kadar aşılması gerekli engeller de yok değil. Öncelikle karbon nanotüplerin maliyetinin azaltılması (günümüzde maliyet 1000$/gram civarında) ve daha da önemlisi nanotüp yüzeylerinin fazla düzgün ve pürüzsüz olması nedeniyle matris malzeme içinden kayma probleminin giderilmesi gerekiyor. Karbon nanotoplarsa yapı malzemelerinin yüzeyinde nanometre kalınlıkta kaplama (nanokaplama) olarak kullanıma girmiştir. Bunlarla kaplanan yüzeylerde karbon nanotopların düzgün ve pürüzsüz yüzeyleri nedeniyle yabancı madde tutunamaz ve nanotopların olağanüstü sağlamlıkları nedeniyle kaplanan yüzey çizilmez. Günümüzde, malzeme niteliklerini iyileştiren başka kaplamalar da kullanıma sokulmuştur. Örneğin: ısı koruyucu PCC (Protective Ceramic Coating-Koruyucu Seramik Kaplama). NASA’nın uzay araçlarını atmosfere girişlerinde sürtünmeden korumak üzere geliştirdiği zar kalınlığında bir ısı kalkanı olan bu kaplama, seramik, ahşap, çelik, plastik, cam elyafı gibi her türlü malzeme yüzeyine yangından koruyucu olarak sürülerek uygulanmaktadır (Kushnir; 2001).

Akıllı malzeme özelliği gösteren kaplamalara ilginç bir örnek, New Castle Üniversitesi’nde geliştirilen piezoelektrik bir madde olan zirkonat titanat (PZT) içeren boyalardır. Piezoelektrik maddeler, üzerlerine güç uygulandığı zaman uygulanan güçle orantılı elektriksel bir gerilim oluşturur. Çelik konstrüksiyonlu binalarda yüzeye püskürtülerek uygulanan bu boya, uygulandığı malzemedeki basınç ve çekme gerilmelerindeki artışa bağlı olarak çevreye elektrik gerilimi vermektedir. Bu gerilimin izlenmesiyle yapının strüktürel davranışı izlenebilmektedir. Bu boya İngiltere’de Gateshead Milenyum Köprüsü’nde (2000) bu amaçla kullanılmıştır.

Uygulandığı malzemenin gerilimini izlemek dışında, ışıkla kendini temizlemek ya da sıcaklıkla renk değiştirmek gibi ilginç özellikler gösteren akıllı boyalar da üretilmiştir. Bu tip akıllı malzemeler sanatçılara da ilham vermektedir. Etkileşimli heykel sanatında bir öncü olan Japon Kiyoyuki Kikutake bu sanatçılardan biridir. Sanatçının Tokyo Modern Sanat Müzesi’nin önünde duran “Dünya” isimli paslanmaz çelik heykelinin bir kısmı, sıcaklığa bağlı olarak rengi kendiliğinden sarı ve kırmızı arasında değişen özel bir boya ile boyanmıştır. Heykel özellikle yaz aylarında, gün doğumundan gün batımına kadar çevre sıcaklığıyla etkileşerek önce sarıdan kırmızıya sonra tekrar sarıya dönmektedir. Gelecekte, geliştirilecek akıllı süper kaplamalar sayesinde, sıradan yapı malzemeleri bile dikkate değer özellikler kazanacaktır. Geleceğin yapıları için kendini temizleyen, bakım gerektirmeyen, çizilmez cepheler ya da yangına karşı yüksek güvenilirlik sıradan özellikler haline gelecektir.

One comment to “Işık geçiren beton yapı malzemeleri”

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Open chat