LEE- Yapı Bilimleri-Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19490

Gözat

Şimdi gösteriliyor 1 - 5 / 22

An approach for simulation-based multi-objective optimization of dynamic shading devices

(Graduate School, 2024-07-25) Kırımtat, Ayça ; Manioğlu, Gülten ; 502172640 ; Construction Sciences

The increase in the average temperatures across the world due to global warming increases the cooling requirement in buildings and therefore the amount of energy spent for the cooling. In the office buildings, which are far from being healthy and energy efficient with their high energy consumption profiles, the function-related planning strategies and the curtain glass facade designs mostly designed for prestige purposes. Particularly in the office buildings located in the hot climatic regions, active systems must work to maintain the comfort conditions of the office spaces at an adequate level as a result of the overheating caused by the glass facades. This situation causes high amounts of cooling energy to be consumed. Similarly, the glass facades affect the visual comfort levels in the office spaces and therefore the amount of energy spent for the lighting. In the office buildings, ensuring thermal and visual comfort with minimum energy consumption requires reconsidering the facade design with a holistic approach. It is seen that when the effect of the glass facades on the office building facades, due to the indoor comfort conditions and therefore on the energy expenditure, can be controlled with passive systems, both the user's comfort conditions can be ensured and the building energy performance can be increased significantly. Shading devices are the most important passive design strategies that are effective in preventing excessive solar radiation gain and thus overheating, thus reducing the amount of energy spent on cooling. In addition, the control of daylight, which is the primary lighting source, with shading devices contributes to providing visual comfort conditions with minimum energy. Shading devices are facade systems designed to protect the interior spaces from excessive direct and indirect solar radiation, and they are integrated into the building envelopes. Shading devices also reduce the energy and operating costs of the cooling systems by blocking the solar radiation; however, this situation creates an inverse relationship between the energy required for the cooling and the desired level of the thermal comfort. It is known that cooling has become a priority in design decisions today due to overheating and temperature increases caused by the climate change. Under these conditions, dynamic and climate-adaptive building envelope design should be considered to make building facades more than just a shell. Especially in hot climate regions, designing the glass-facade office buildings to provide thermal and visual comfort conditions while consuming minimum cooling and lighting energy has become a priority design problem. Achieving several goals with different purposes during the design process is possible with multi-objective optimization tools. Optimal values of all variables related to the design can be provided with the help of genetic algorithms that allow input data to be received and the outputs updated accordingly. Genetic Algorithm is a search and optimization method that works similar to the evolutionary process observed in nature. Therefore, this research proposes a new approach for simulation-based multi-objective optimization of dynamic shading devices for an office building located in a hot and humid climate, starting from the very beginning of the architectural design process. The approach aims to increase the thermal comfort in the interior while reducing the cooling and lighting energy consumption of a glass-facade office building located in the hot and humid climate region of Turkey.
Sahne aydınlatması bağlamında ışık ı̇le mekânsal algının ve duygu durumun değerlendı̇rı̇lmesı̇ne ı̇lı̇şkı̇n bı̇r yaklaşım

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-29) Yıldırım Aşçıoğlu, Merve ; Yener Köknel, Alpin ; 502142417 ; Yapı Bilimleri

Mekân deneyimi, üç boyutlu mekânsal algı ve mekâna ilişkin duygu durumun bütünleşik deneyimidir. Mekâna ilişkin üç boyutlu algıyı ve buradan hareketle kullanıcıların tüm deneyimleriyle birlikte mekâna ilişkin duygu durumu oluşturan en temel bileşen görsel algıdır ve görsel algı da ışık aracılığıyla oluşur. Bu sebeple aydınlatma tasarımı mekânsal algıyı baştan sona değiştirebilecek güce sahiptir. Bununla birlikte ihtiyaçlara cevap verebilen, değişken ve esnek tasarım anlayışı mekânların işlevsel ve etkin kullanımı bağlamında öne çıkmaktadır. Bu noktadan hareketle; ışıkla mekânsal algının değiştirilmesi, dönüştürülmesi ve tanımlanması, mekânı üç boyutlu elemanların durağan sınırlarından kurtararak, özgür, anlık olarak dönüşebilen ve hızla ihtiyaçlara cevap verebilen dinamik ve esnek bir yapıya dönüştürecektir. Bu bağlamda tiyatro sahneleri, dekor ve ışık kurgu değişimlerinin anlık olarak oluşturulabilmesine olanak sağlayan bir mekân olarak ele alınarak, bu çalışma kapsamında, sahne aydınlatması bağlamında ışığın, mekânsal algı ve duygu durum üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesine ilişkin bir yaklaşım önerilmesi hedeflenmiş ve 'Mekânsal Algı ve Duygu Durum Değerlendirmesi (MADDD) Yaklaşımı' önerilmiştir. MADDD Yaklaşımı; tasarım değişkenlerinin belirlenmesi, değişken değerlerinin belirlenmesi, kurguların oluşturulacağı alanın belirlenmesi, değişkenlerin temsil edildiği kurguların geliştirilmesi, geliştirilen kurguların uygulanması, anketin oluşturulması, katılımcıların belirlenmesi, anketlerin uygulanması, anketlerden elde edilen verilerin istatistiksel olarak analiz edilmesi ve değerlendirilmesi sonucunda; değişkenlerin mekânsal algı ve duygu durum üzerindeki etkilerini ortaya koyan çıktıların elde edilmesi aşamalarından oluşur. MADDD Yaklaşımı kapsamında mekânsal algı ve duygu durumu değerlendirebilmek amacıyla, birbirlerinin karşıtı olan mekânsal algı kavram çiftleri; 'Aydınlık – Karanlık', 'Geniş – Dar', 'Ferah – Basık', 'Sıcak – Soğuk', 'Net – Karışık', 'Dinamik – Monoton', 'Merak Uyandıran – Sıradan', 'Güvenli – Tehlikeli', 'Eğlenceli – Sıkıcı', 'Davetkar – İtici', 'Hoş – Çirkin' olarak, duygu durum kavramları ise; 'Huzur', 'Neşe', 'Mutluluk', 'Sevgi', 'Nefret', 'Üzüntü', 'Sıkıntı', 'Korku' olarak belirlenmiştir. Bu tez çalışması kapsamında, önerilen MADDD Yaklaşımının bir örnek çalışmayla, sahne aydınlatması bağlamında uygulanmasıyla belirlenen 'ışık değişkenlerinin' ve 'ışık değişkeni değerlerinin' mekânsal algı ve duygu durum üzerindeki etkilerinin irdelenmesi; ışığın mekândaki değiştirici, dönüştürücü ve tanımlayıcı etkilerinin belirlenerek, mimari/iç mimari tasarımcılar ve sahne tasarımcıları için referans veriler oluşturulması hedeflenmiştir. Bu doğrultuda örnek çalışma için, yapılan literatür taramalarına dayanarak ve bu taramalardan elde edilen veriler genişletilerek; aydınlatmanın mekân algısına ve duygu duruma etkilerini irdelemek amacıyla aydınlatma tasarımına ilişkin değişkenler; 'ışık miktarı ve loşlaştırma', 'ışık doğrultusu', 'ışık renk sıcaklığı' ve 'ışık rengi' olarak seçilmiştir. Örnek çalışma kapsamında kurguların oluşturulacağı alan için, farklı ışık kurgularının rahatlıkla algılanabilir olması ve renk ya da karmaşık biçimler gibi farklı tasarım değişkenlerinin mekânsal algıyı ve duygu durumu etkilemesini önlemek amacıyla; olabildiğince yalın ve çoğunlukla beyaz renklerde tasarlanmış, günlük yaşamda sıklıkla kullanılabilecek bir mekânı temsil edecek bir dekor tasarımı seçilmiştir. Seçilen dekor üzerinde; 'ışık miktarı ve loşlaştırmanın', 'ışık doğrultusunun', 'ışık renk sıcaklığının' ve 'ışık renginin' değiştiği ışık kurguları oluşturulmuştur. Örnek çalışma yürütüldüğü sırada Covid-19 pandemisinin devam etmesi nedeniyle, çalışmanın dijital olarak yürütülmesine karar verilmiş, bu sebeple oluşturulan ışık kurgularının fotoğraflamaları yapılmış ve bu fotoğraflarla hazırlanan anketler dijital olarak katılımcılara iletilmiştir. Katılımcılardan anket kapsamında gösterilen 'ışık miktarı ve loşlaştırma', 'ışık doğrultusu', 'ışık renk sıcaklığı' ve 'ışık rengi' değişimlerini temsil eden ışık kurgularının fotoğraflarını, mekânsal algı ve duygu durum açısından değerlendirmeleri istenmiştir. Çalışmada ışık miktarı ve loşlaştırmanın mekânsal algı ve duygu durum üzerindeki etkilerini değerlendirmek amacıyla; genel aydınlatma kurgusunu oluşturan led lambalı, dokuz adet robot ışık; %100 - %75 - %50 - %25 oranında ışık vermek üzere kademeli olarak loşlaştırılarak, dört farklı ışık miktarı ve loşlaştırma kurgusu elde edilmiş ve farklı ışık miktarları ve loşlaştırma oranlarının mekânsal algı ve duygu duruma etkileri irdelenmiştir. Ayrıca ışık miktarı ve loşlaştırmanın mekânsal algıda dikkat çekiciliğe etkilerinin irdelenmesi için sahnede iki alan belirlenmiş ve bu iki alan iki adet profil spot ile aydınlatılıp, sonrasında bu ışıklar sıra ile loşlaştırılarak, iki alan arasında ışık miktarı ve loşlaştırma farkı %0, %25, %50 ve %75 olacak şekilde kurgular oluşturularak, ışık miktarı ve loşlaştırmanın mekânsal algıda dikkat çekiciliğe etkileri irdelenmiştir. Işık doğrultusunun mekânsal algı ve duygu durum üzerindeki etkilerini değerlendirmek amacıyla, dokuz adet robot ışıkla oluşturulan genel aydınlatmanın ve iki adet yer ışığı ile oluşturulan önden doğrultulu aydınlatmanın, bir adet profil spot ile oluşturulan arkadan doğrultulu aydınlatmanın, iki adet par ışıkla oluşturulan yanlardan doğrultulu aydınlatmanın ve iki yer ışığı, bir profil spot ve iki par ışıkla oluşturulan ön-yan-genel doğrultulu aydınlatmaların mekânsal algı ve duygu duruma etkileri irdelenmiştir. Işık renk sıcaklığının mekânsal algı ve duygu durum üzerindeki etkilerini değerlendirmek amacıyla doğrusal bir renk sıcaklık artışı sağlamak amacı ile; 3200K renk sıcaklığındaki tungsten halojen lambalı armatürlerle, 5200K renk sıcaklığındaki led lambalı ve 3200K renk sıcaklığındaki tungsten halojen lambalı armatürlerin bir arada kullanılmasıyla yaklaşık 4200K renk sıcaklığında, 5200K renk sıcaklığındaki led lambalı armatürlerle ışık kurguları oluşturulmuştur. Böylelikle, 3200K – ~4200K – 5200K renk sıcaklıklarındaki ışık kurguları kullanılarak, ışık renk sıcaklığının mekânsal algı ve duygu duruma etkileri irdelenmiştir. Bunlara ek olarak, ışık renklerinin mekânsal algı ve duygu durum üzerindeki etkilerini değerlendirmek amacıyla, led lambalı robot armatürlerle, üç temel ışık rengi olan; kırmızı, mavi ve yeşil renkli ışıklar ve beyaz ışık ile genel aydınlatmada ışıkla boyama yapılarak, ışık renginin mekânsal algı ve duygu duruma etkileri irdelenmiştir. Sonuç olarak örnek çalışmada, 'ışık miktarı ve loşlaştırma', 'ışık doğrultusu', 'ışık renk sıcaklığı' ve 'ışık rengi' değişkenlerinin farklı değerleri kullanılarak, belirlenen sahne dekoru üzerinde ışık kurguları oluşturulmuş, bu kurguların fotoğraflamaları yapılmış ve bu fotoğraflarla mekânsak algı ve duygu durum değerlendirmesi için bir anket hazırlanmıştır. Katılımcılardan, hazırlanan anket aracılığıyla, bu ışık kurgularının oluşturduğu mekânsal algıyı; belirlenen 'karşıt mekânsal algı kavram çiftleri' üzerinden ve 'mekânsal algıda dikkat çekicilik' bağlamında sahnenin iki alanından hangisinin daha dikkat çekici olduğu üzerinden beşli Likert ölçeği ile değerlendirmeleri istenmiştir. Bununla birlikte, katılımcılardan, hazırlanan anket aracılığıyla, bu ışık kurgularının oluşturduğu duygu durumları, belirlenen duygu durum kavramları üzerinden beşli Likert ölçeği ile değerlendirmeleri istenmiştir. Işık miktarı ve loşlaştırma on bir mekânsal algı kavramının beşi üzerinde etkili olarak; mekânsal algı kavramlarının %45,45'ini etkilemiştir. Işık miktarı ve loşlaştırma on bir duygu durum kavramlarının hiçbiri üzerinde etkili olmamıştır. Işık doğrultusu on bir mekânsal algı kavramının dokuzu üzerinde etkili olarak; mekânsal algı kavramlarının %81,81'ini etkilemiştir. Işık doğrultusu sekiz duygu durum kavramından beşi üzerinde etkili olarak; duygu durum kavramlarının %62,5'inde etkili olmuştur. Işık renk sıcaklığı on bir mekânsal algı kavramının onu üzerinde etkili olarak; mekânsal algı kavramlarının %90,90'ını etkilemiştir. Işık renk sıcaklığı sekiz duygu durum kavramından beşi üzerinde etkili olarak; duygu durum kavramlarının %62,5'inde etkili olmuştur. Işık rengi on bir mekânsal algı kavramının on biri üzerinde etkili olarak; mekânsal algı kavramlarının %100'ünü etkilemiştir. Işık rengi sekiz duygu durum kavramının sekizi üzerinde etkili olarak; duygu durum kavramlarının %100'ünde etkili olmuştur. Sonuç olarak, bu çalışmayla; aydınlatma tasarımı değişkenlerinin farklı değerleri, sahne mekânı üzerinde, 'Mekânsal Algı ve Duygu Durum Değerlendirmesi Yaklaşımı ile irdelenmiştir. Yapılan örnek çalışma ile belirlenen ışık değişkenleri ve ışık değişkeni değerleri ile mekân algısı ve duygu durumu değiştirmek ve tanımlamak için referans verilere ulaşılmıştır. Elde edilen veriler mekânsal algının ve duygu durumun; ışık miktarı ve loşlaştırma, ışık doğrultusu, ışık renk sıcaklığı ve ışık rengi gibi ışık değişkenleriyle anlık olarak değiştirilip dönüştürülebileceğini göstermiştir. Dolayısıyla bu çalışmayla; farklı ışık tasarımı parametrelerinin mekân tasarımında etkin kullanımıyla değişen, dönüşebilen, esnek mekân tasarımına yeni bir bakış açısı getirilebileceğini 'Sahne Aydınlatması Bağlamında Işık ile Mekânsal Algının ve Duygu Durumun Değerlendirilmesine İlişkin Bir Yaklaşım Önerisi' ile ortaya konmuştur.
Türkiye'deki mevcut konut binalarının enerji verimliliği iyileştirmeleri ile nSEB'e dönüştürülmesi: Finansal bariyerler ve çözüm önerileri

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-01-17) Diker, Begüm ; Yazıcıoğlu, Fatih ; 502172649 ; Yapı Bilimleri

İklim değişikliği, küresel ısınma ve çevresel tahribat sorunları, son dönemde etkilerine doğrudan maruz kaldığımız seviyelere ulaşmıştır. Özellikle sanayileşme sonrasında, kentlerdeki insan kaynaklı emisyonların ve enerji ihtiyacının dramatik seviyelerde artış göstermesi ulusal ve uluslararası birçok platforma konu olmuştur. Kentlerdeki binaların enerji tüketiminde ve küresel emisyonlarda önemli bir paya sahip oluşu ise binalarda enerji performansının iyileştirilmesine yönelik çalışmalara ivme kazandırmıştır. Bu kapsamda, Avrupa Birliği başta olmak üzere pek çok dünya ülkesi, binalarda enerji tüketiminin dengelenmesi ve emisyonların azaltılmasına yönelik çalışmalar yürütmektedir. 2010 yılında Avrupa Komisyonu tarafından yayımlanan Bina Enerji Performans Direktifi ile 'neredeyse sıfır enerjili bina (nSEB)' kavramı literatüre girmiş ve binaların enerji performansının iyileştirilmesi sürecinde üye devletlerin maliyet etkin çözüm önerilerine odaklanılması istenmiştir. Direktife göre ülkelerin, kendi koşullarına uygun nSEB seviyelerini belirlemeleri; bunun için gerekli mevzuat düzenlemeleri yapmaları ve binalarda enerji verimliliği uygulamalarını finansal araçlarla desteklemeleri gerekmektedir. Türkiye'de, 2007 yılı itibarıyla enerji verimliliğine yönelik yasal düzenlemeler oluşturulmuştur; ancak nSEB tanımı 2022 yılında mevzuata girmiştir. Binalarda enerji verimliliği uygulamalarına yönelik finansal destekler ise oldukça kısıtlıdır. Bu nedenle, mevcut binalarda enerji performansını iyileştirmeye yönelik uygulamaların önündeki en önemli zorluklardan birinin, bu uygulamaların finanse edilmesi olduğu düşünülmektedir. Bu çalışmada, Türkiye'deki mevcut bina stokunun önemli bir bölümünü oluşturan konut binalarının, yapılacak enerji verimliliği iyileştirmeleri ile nSEB'e dönüştürülmesi probleminden yola çıkılmış ve bu kapsamda alınabilecek teknik önlemlerin belirlenmesi, karşılaşılabilecek finansal bariyerlerin tanımlanması ve bunlara ilişkin çözüm önerileri getirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, 2007-2019 yılları arasında yapı ruhsatı aldığı ve İstanbul'da (2. İklim bölgesi) olduğu kabul edilen 4 katlı bir mevcut konut binasını temsil eden referans binaya ilişkin gerekli tüm istatistiksel veriler toplanmış ve DesignBuilder programına aktarılarak modellenmiştir. Referans binanın nihai ve birincil enerji tüketimi cinsinden enerji performansı dinamik simülasyon yöntemi ile saatlik bazda hesaplanmıştır (EnergyPlus). Buna göre, referans binada ısıtma, soğutma, aydınlatma, sıcak su sistemi ve elektrikli ev aletlerine ilişkin birincil enerji tüketimi 165,71 kWh/m2y'dir. Bir sonraki adımda, referans binanın enerji performansını iyileştirmeye yönelik tekil önlemler ve önlem paketlerinden oluşan toplamda 41 adet senaryo belirlenmiştir. Önlemler ve önlem paketlerinin her biri enerji verimliliği, ilk yatırım maliyeti, yıllık enerji maliyeti ve 30 yıllık küresel maliyetler üzerinden değerlendirilmiştir. Enerji verimliliği bakımından yapılan değerlendirmelerde, yapı kabuğunda ele alınan senaryolarda (S1-S8) en fazla %3 oranında iyileştirme sağlanmıştır. En verimli tekil önlemler, %14,61'lik iyileştirme oranı ile yerden ısıtma sistemi (ISITMA-DS) ve %14 iyileştirme oranı ile fotovoltaik sistem (PV) senaryolarıdır. Yapı kabuğunda ele alınan önlemlere ek olarak ısıtma, aydınlatma sistemleri ile yenilenebilir enerji entegrasyonlarının çalışıldığı senaryolarda ise (S9-S22), referans binaya oranla en fazla %45,53 oranında iyileştirme sağlanmıştır. Küresel maliyeti referans binaya oranla düşük olan tek önlem 1652,94 TL/m2 ile PV senaryosudur (%1,34 daha düşük). Yapılan değerlendirmeler sonucu, referans binaya uygulanan enerji verimliliği önlemlerinin yüksek maliyetli uygulamalar olduğu görülmüştür. Bu uygulamaların, bina sahiplerine ya da son kullanıcıya yüklendiği ve herhangi bir teşvik ya da hibe ile desteklenmediği durumlarda yatırımın finanse edilmesi oldukça zorlaşmaktadır. Bu bağlamda, Türkiye'de halihazırda mevcut binalardaki enerji verimliliği iyileştirmelerini kapsamayan finansman sistemine bir öneri getirilmiş, -Avrupa'daki öne çıkan uygulama örneklerinden de yararlanılarak- Türkiye şartları için finansal bir model uyarlaması yapılmıştır. Bu uyarlama yapılırken, mevcut literatürdeki tekil önerilerden beslenilmiş ve bütünleşik bir yaklaşım ile mevcut binaların nSEB kriterleri doğrultusunda enerji verimli dönüşümünün sağlanması hedeflenmiştir. Önerilen finansal model uyarlaması, enerji verimliliğinin finanse edilmesinde görev alacak kurum ve paydaşlar ile birbirleri arasındaki ilişki ağını ortaya konması ve uygulanacak finansal araçların belirlenmesi ile bütünleşik bir bakış açısı sunmaktadır. Gelecekteki çalışmalar için, binalarda enerji verimliliğinde uygulanabilecek finansal araçların (ESCO, EVYS ve devlet teşvikleri gibi) küresel maliyete etki oranlarının, nicel analiz yöntemi ile araştırılması ve önem derecelerinin belirlenmesi önerilmektedir. Ayrıca, konut binalarında enerji verimliliği tekil örnekler üzerinden ele alınarak, uygulanabilecek finansal teşvik seçeneklerinin bina özelinde etkilerinin değerlendirilmesi yapılabilir.
Mevcut aydınlatma sistemi yenileme sürecine ilişkin bir yaklaşım önerisi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-10-05) Uyan, Faruk ; Yener Köknel, Alpin ; 502092024 ; Yapı Bilimleri

Binalardaki mevcut yapma aydınlatma sistemlerine ilişkin yenileme gereksinimine odaklanan bu tez çalışmasındaki başlıca amaç, aydınlatma sistemlerini yenileme işine ilişkin aşamaların, sorumluların ve görevlerin tanımlandığı bir proje yaklaşımının oluşturulmasıdır. Önerilen yaklaşımın çıktısı, "bilimsel yöntemlerle hazırlanmış ve aynı zamanda sektör pratiğine uygun bir rehber" olarak hedeflenmiştir. Önerilen yaklaşımın üç önemli özelliği bulunmaktadır. Birincisi, ele alınan mevcut aydınlatma sistemini yenilemeye olan gereksiniminin değerlendirilmesidir. Bu değerlendirmenin hangi konular bağlamında yapılacağı tez çalışmasının ikinci bölümünde anlatılmıştır. Mevcut aydınlatma sistemlerini yenileme gereksinim nedenleri, görsel konfor şartları, kullanıcı memnuniyeti, enerji tüketimi, çevresel etki, yaşam ömrü ve teknoloji konuları bağlamında irdelenmiştir. Önerilen yaklaşımın ikinci önemli özelliği, yenileme işini bir proje kapsamında ele alacak şekilde kurgulanmasıdır. Bu nedenle, tez çalışmasında "proje" kavramının özellikleri araştırılmış ve tasarım projelerindeki süreçler incelenmiştir. Türkiye, İngiltere, Avrupa ve Amerika örnekleri üzerinden mimari proje süreçleri ve aydınlatma tasarımı süreçleri araştırılmış ve önerilen yaklaşıma örnek olmaları için analiz edilmiştir. Yapılan araştırma ve analizlere dayanan bir çalışma ile yaklaşım önerisi, bir proje süreci olarak ortaya konmuştur. Önerilen yaklaşımın üçüncü önemli özelliği ise, yenileme gereği ortaya konan bir mevcut aydınlatma sistemi için, yenileme önerilerinin oluşturulmasından, uygulama ve sonrasına kadar uzanan aşamaları tanımlamasıdır. Mevcut bir aydınlatma sistemini yenileme işine ilişkin sürecin, tanımlı bir başlangıcı ve tanımlı bir sonu olan bir proje olarak kurgulandığı yaklaşımda, tüm aşamalar için, o aşamanın amacı, sorumluları, yapılacak işler, o işlerin yapılması için gerekli yöntemler, ilgili yönetmelik/standartlar ile girdi ve çıktılar tanımlanmıştır. Sürecin tamamı için genel ve her bir ayrı aşama için de özel akış diyagramları oluşturulmuştur. Bu yolla önerilen yaklaşımın sektör pratiği ile uyumlu bir rehber olarak kullanılabileceği düşünülmüştür.
Geleneksel doğal çimentonun killi kireçtaşı (MARN) ile üretim olanakları ve performans özelliklerinin belirlenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-27) Özer, Nazife ; Özgünler Acun, Seden ; 502182410 ; Yapı Bilimleri

Tarih boyunca çok çeşitli organik (bitüm vb.) ve inorganik (alçı, kireç vb.) kökenli bağlayıcı malzemeler yapılarda kullanılmıştır. Hidrolik bağlayıcıların bulunmasına kadar volkan külleri ya da tuğla tozu gibi bağlayıcılığı olmayan ancak puzolanik aktivitesi olan çeşitli malzemeler hava kireci ile karıştırılarak yapılarda özellikle suyla teması olan yerlerde kullanılabilmiştir. 18. yüzyılda doğal hidrolik kireç ve doğal çimento üretilmeye başlanmıştır. 1970 yılında son doğal çimento fabrikasının kapatılmasından sonra bu bağlayıcının yeniden üretimi için 21. yüzyılın başlarında Amerika ve Avrupa'da çeşitli projeler yapılmış ve konferanslar düzenlenmiştir. Tarihi taş ocaklarından alınan çimento kayası olarak adlandırılan hammaddeler ile üretim yapılmaya başlanmıştır. 19. yüzyıl sonu 20. yüzyıl başında Türkiye'ye satıldığı İstanbul'da yapılmış olan yapıların cephelerinde kullanıldığı bilinen doğal çimentonun ülkemizde üretimi olmadığından yüksek bütçelerle ithal edilmektedir. Doğal çimentonun günümüz çimentosuna oranla daha esnek, düşük difüzyon direncine sahip ve üretiminde daha az enerji gerektiren bir malzeme oluşu ile çağdaş yapıların iç ve dış cephelerinde kullanımı önerilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında Mersin ve Adana illerinden alınan killi kireçtaşları laboratuvar koşullarında 750-850-950-1050 oC sıcaklıklarda kalsine edilerek bağlayıcı malzemeler üretilmiş ve yapılan deneylerde ticari ürün olan doğal hidrolik kireç (NHL3,5 ve NHL 5) ile karşılaştırılmıştır. Hammaddeler Mersin ili Gülnar ilçesinden ve Adana Çimento Fabrikası taş ocağından temin edilmiştir. Hammaddeler değişen oranlarda kil içermektedir. Yapılan ön çalışmalara göre M1 ve A6 kodlu kayaçların bağlayıcı üretiminde kullanılabileceği belirlenmiştir. Kayaçlarda yapılan deney sonuçlarına göre; M1 kodlu kayaç %90 kalsit, <%5 kil ve %5-10 kuvars içeren az silikatlı biyomikritik killi kireçtaşıdır. A6 kodlu kayaç grimsi renkli, ince tane boyutlu, homojen görünümlü, %25-40 kil, %40-45 kalsit, %10-15 dolomit ve %10-15 kuvars içeren bir killi kireçtaşı olduğu tespit edilmiştir. Seçilen hammaddeler ile eş koşullarda üretim sağlanabilmesi için fırın içinde oluşturulan havuza her kalsinasyon işleminde 1800 gr hammadde koyulmuştur. Bu miktar havuz içine sığabilecek maksimum miktara göre belirlenmiştir. Kalsinasyon sıcaklıkları literatür çalışmaları dikkate alınarak 750-850-950-1050 oC olarak ve her sıcaklık için maksimum sıcaklıkta bekleme süresi 300 dakika olarak belirlenmiştir. Kalsine edilmiş kayaç kırıklarının soğutma işlemi fırın içinde ve yavaş şekilde yapılmış, daha sonra öğütülmüş ve elenmiştir. Hammaddenin fırına yüklenmesinden soğumasına kadar geçen toplam süre ortalama 24 saattir. M kodlu bağlayıcılarda yapılan X-ışını difraksiyon (XRD) analizi sonucuna göre kalsinasyon sıcaklığı arttıkça bağlayıcı içerisindeki kalsit (CaCO3) oranı azalırken larnit (C2S + C3S) oranı artmaktadır. Kalsinasyon sıcaklığı arttıkça kalsine olmamış kayaç kalıntılarının azaldığı belirlenmiştir. A kodlu bağlayıcılarda sıcaklık arttıkça vollastonit (CaO.SiO2) oranının arttığı görülmektedir. A kodlu bağlayıcılarda anhidrit (CaSO4) olduğu belirlenmiştir. Puzolanik aktivite deneyi sonucuna göre; kireç katkısının killi malzeme oranı yüksek A kodlu bağlayıcıların mekanik özelliklerini iyileştirdiği anlaşılmaktadır. A850 ve A950 kodlu örneklerin kendi başına da bağlayıcılık özelliği göstermesinden dolayı bu bağlayıcılar puzolan olarak sınıflandırılması mümkün değildir. A750 kodlu örneğin kendi başına bir bağlayıcılık göstermemesinden ve puzolanik aktivite deneyinde basınç dayanımının 4 N/mm2 değerinden yüksek olması dolayısıyla yapay puzolan olarak isimlendirilebilir. Harçlarda yapılan deney sonuçlarına göre; M850 kodlu bağlayıcı ve ticari ürün olan NHL3,5 ve NHL5 kodlu hidrolik kireçler ile hazırlanan harçların benzer fiziksel ve mekanik özellikler taşıdığı belirlenmiştir. M950 kodlu bağlayıcının su ile karıştırılması sırasında harcın hafif ısındığı (44,7 oC) ancak M1050 kodlu bağlayıcının su ile karıştırılması sırasında yüksek ısı (68,7 oC) oluştuğu (ekzotermik reaksiyon) gözlenmiştir. Söz konusu durumun bu tip bağlayıcıların şantiye uygulamalarında zorluk yaratacağı düşünülmektedir. M750 kodlu bağlayıcı ile üretilen harçlarda 91. günden sonra basınç ve eğilme dayanımında azalma tespit edilmiştir. Bu durumun harç içerisindeki serbest kirecin (kalsiyum hidroksit) zamanla uğradığı hacim artışına bağlı olduğu düşünülmektedir. M kodlu harçlarda bağlayıcının kalsinasyon sıcaklığı arttıkça basınç dayanımı artmaktadır. A kodlu harçların X-ışını difraksiyonu (XRD) analizi sonucunda hidrolik fazlar (C2S ve C3S) izlenmemektedir. Ancak mukavemet artışının su, killi maddeler (SiO2, Al2O3 ve Fe2O3) ve hidrate kirecin (Portlandit, Ca(OH)2) reaksiyonu ile kalsiyum hidrate silikat (C-S-H) ürünleri oluşmasından kaynaklı olduğu düşünülmektedir. A750/Y14,5, A850/Y14,5 ve A950/Y14,5 kodlu harçlarda 6. aydan sonra dayanımlarında düşüş olmuştur. Yüksek nem ortamında kürlenen A kodlu harçların mukavemet kayıplarının anhidritin yavaş hidratasyonu sırasında zamanla uğradığı hacim artışına bağlı olduğu düşünülmektedir. Sabit kıvamlı (Y14,5) M kodlu harçlar için bağlayıcının pişme sıcaklığı arttıkça su/bağlayıcı oranı artarken, A kodlu harçlarda bağlayıcının pişme sıcaklığı arttıkça su/bağlayıcı oranı azalmaktadır. NHL3,5 ve NHL5 ile karşılaştırıldığında üretilen bağlayıcılarla hazırlanan sabit kıvamlı (Y14,5) harçların su/bağlayıcı oranı daha yüksektir. M850, M950, A850, A950 ve NHL3,5 kodlu bağlayıcılarla sabit kıvamda (Y14,5) üretilecek harçların durabilite (donma-çözülme, ıslanma-kuruma, tuz kristalizasyonuna direnç) özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca durabiliteyi etkileyen kılcallık katsayısı, serbest rötre, elastisite modülü ve aderansı dayanımı belirlenmiştir. Buna göre; serbest rötre deformasyonu ve ağırlık kaybı laboratuvar koşullarında kürlenen harçlarda kür kabininde kürlenen harçlara oranla daha yüksektir. M kodlu bağlayıcılarla üretilen harçlarda blaine değerleri dikkate alındığında incelik arttıkça laboratuvar koşullarında serbest rötresi artmaktadır. NHL5 bağlayıcısı içeren harç diğer harçlara oranla daha yüksek aderans dayanımına sahiptir. A850 bağlayıcısı içeren harç NHL3,5 bağlayıcısı içeren harca oranla fabrika tuğlası, harman tuğlası ve gazbeton altlıkta daha yüksek aderans dayanımı gösterirken beton panel altlıkta eşit aderans dayanımı, kireçtaşı altlıkta daha düşük aderans dayanımı göstermektedir. M kodlu ve A kodlu bağlayıcılar için pişme sıcaklığı arttıkça statik elastisite modülü ve basınç dayanımı artmaktadır. A kodlu bağlayıcılarla üretilen harçlar M kodlu bağlayıcılarla üretilen harçlara oranla daha rijittir. NHL 3,5/Y14,5 kodlu harcın elastisite modülü A ve M kodlu bağlayıcılarla üretilen harçlara oranlara daha düşüktür. A850 ve A950 bağlayıcısıyla üretilen sabit kıvamlı (Y14,5) harçların tokluğu benzerdir. M850/Y14,5 kodlu harcın tokluğu M950/Y14,5 kodlu harca oranla daha yüksektir. Durabilite deney sonuçlarına göre; donma-çözülme deneyinde M950/Y14,5 7. çevrimde, M850/14,5 21. çevrimde dağılmıştır. A850/Y14,5 ve A950/Y14,5 kodlu harçlarda çatlak gözlenmemiş, yüzeysel dökülmeler olmuştur. Bunun nedeninin A kodlu bağlayıcıların içeriğindeki vollastonit olduğu düşünülmektedir. Islanma-kuruma deney sonucuna göre; en çok ağırlık kaybı M950 kodlu harçlarda olmuştur. En az ağırlık kaybı M850 kodlu harç numunelerinde olmuştur. M kodlu harçlarda bağlayıcıların pişme sıcaklığı arttıkça ıslanma-kuruma deneyi sonucunda numunelerin ağırlık kaybı artmaktadır. A kodlu harçlarda bağlayıcıların pişme sıcaklığı arttıkça ıslanma-kuruma deneyi sonucunda numunelerin ağırlık kaybı azalmaktadır. Tuz kristalizasyonuna direnç deneyi sonucuna göre; M850, M950 ve NHL5 içeren harç numuneleri 8. çevrimde dağılmıştır. NHL3,5 ve A950 içeren harç numuneleri 4. çevrim sonunda dağılırken, A850 içeren harç numuneleri 6. çevrim sonunda dağılmıştır. Sonuç olarak; Mersin ve Adana'dan getirilen killi kireçtaşları ile çeşitli doğal hidrolik bağlayıcılar üretilmiştir. M850 kodlu bağlayıcının hem tarihi yapılarda onarım ve koruma işlerinde hem de çağdaş yapılarda iç ve dış sıvalarda bağlayıcı olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. M950 ve M1050 kodlu bağlayıcıların hidratasyon sırasında ısınmaları nedeniyle şantiye uygulamalarında zorluk yaratacağı düşünülmektedir. A750 kodlu bağlayıcı ile üretilen harç numunesi içerdiği serbest kirecin zamanla hacim artışına uğraması nedeniyle 91. günden sonra dayanım kaybı yaşanmıştır. A750, A850 ve A950 kodlu yüksek kil içeren bağlayıcıların kireç katkı ile mekanik özellikleri iyileştiği görülmektedir. A750 kodlu toz malzemenin yapay puzolan olduğu belirlenmiştir. A850 ve A950 kodlu bağlayıcıların larnit (C2S ve C3S) fazı içermemesine rağmen suyla birlikte killi maddelerin (SiO2, Al2O3 ve Fe2O3) hidrate kireci (portlandit, Ca(OH)2) bağlayarak kalsiyum hidrate silikat (C-S-H) ürünleri oluşturarak bağlayıcılık özelliği kazandığı düşünülmektedir. A1050 kodlu toz malzemenin bağlayıcılık özelliği belirlenememiştir. A750/Y14,5, A850/Y14,5 ve A950/Y14,5 kodlu harçlarda 6. aydan sonra dayanım kayıplarının yüksek nemli kür ortamında anhidritin yavaş hidratasyonu sırasında zamanla uğradığı hacim artışına bağlı olduğu düşünülmektedir.

Gözat

Son Başvurular