Ülkemiz yapı sektöründe cam elyaf esaslı ürünler kısa bir zaman aralığında geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Cam elyafı esaslı ürünler yapılarda betonu güçlendirici bir katkı olarak kullanıldıkları gibi, dekoratif amaçlı kaplama malzemesi olarak da kullanılmaktadır. Bu makale, bu tip uygulamalardan farklı olarak, cam elyaf esaslı ürünlerin dış cephelerde donatı amacıyla kullanımı üzerinedir.

Cam elyaf esaslı donatı fileleri dış cephelerde ağırlıklı olarak dış cephe ısı yalıtım sistemlerinin (DCIYS)  bir elemanı olarak kullanılmaktadır. Cam elyaf donatı bu sistem içerisinde sıva matrisinin içerine gömülüdür ve başlıca görevi sistemi dıştan gelen mekanik ve termal etkilere karşı güçlendirmektir.

Cam elyaf donatı DCIYS'lerin vazgeçilmez bir elemanıdır. Sistemin gerek statik ve dinamik yüklere karşı direnç göstermesini sağlarlar, gerekse sistemde dış sıcaklık farklarından dolayı oluşan ısısal gerilimler (tabiri caizse sistemin çalışması) dolayısıyla meydana gelebilecek çatlamaları önlerler.

Cam elyaf donatının, dış cephe ısı yalıtım sistemine bu bahsettiğimiz getirileri sağlaması için bazı asgari koşulları sağlaması gerekmektedir:

1.         Cam elyaf donatının belirli bir mekanik mukavemeti olması gerekir. (TS EN 13494 ve ETAG 004'de donatı mukavemetinin asgari 40 N/mm olması gerektiği belirtilmiştir.)

2.         Cam elyaf donatının alkalilere karşı dayanımı olması gerekmektedir. (TS EN 13494 ve ETAG 004'de, alkali muamelesi sonrası kopma mukavemetinin % 50'den daha az azalma göstermesi gerektiği belirtilmiştir.)

Uluslararası standartlarca belirlenmiş bu gereklilikler, cam elyaf donatıların cephelerde kullanımı sonucu edinilen tecrübeler ve bilimsel çalışmalar sonucunda belirlenmiştir. Makalenin bundan sonraki kısmında, önce bilimsel literatür özetlenecek, sonra cam elyaf donatı filelerinin testi hususunda TÜRKAK'da akredite olmuş bir laboratuvar olarak edindiğimiz tecrübelerden bahsedeceğiz.

BİLİMSEL LİTERATÜR

Cam elyafı, endüstrinin birçok alanında yoğun olarak tüketilen bir malzemedir. Yapı sektöründe gerek beton, gerek harç, gerekse sıva katkısı olarak yaklaşık 30 seneden beri kullanılmaktadır. Cam elyafı kullanım alanından bağımsız olarak kullanıldığı dolgu malzemesine özetle aşağıdaki katkılarda bulunur:

-         Darbe mukavemetini artırır

-          Kopma ve eğme mukavemetini artırır

-          Çatlamayı önler veya şiddetini azaltır

Kullanım alanına göre cam elyaf farklı formlarda kullanılmaktadır. Harçlar ve betonlar ağırlıklı olarak kısa ve kesik elyaf formundaki  veya gevşek dokunmuş kumaş (kısaca file) formundaki cam elyaf ürünler ile güçlendirilmektedir. Her iki formun kendine has avantajları ve kullanım alanları vardır.

Kesik cam elyaflarla güçlendirilmiş harçların ve betonların başlıca avantajı güçlendirmenin izotropik (her yöne eşit olarak) sağlanmış olması ve uygulama kolaylığıdır. Çoğunlukla harcın/betonun mukavemetini ve çatlama direncini artırmak için kullanılır.

Cam elyaf file ile güçlendirilmiş harçların/betonların avantajı ise güçlendirmenin anizotropik (belirli bir yön doğrultusunda) sağlanmış olması ve bu sayede yük istikametinde yüksek mukavemetlere erişimin mümkün olmasıdır. DCIYS'lerde kalınlığı genellikle 2 mm-6 mm arasında olan sıvayı güçlendirmek için standart olarak cam elyaf filesi takviyeler kullanılmaktadır.

Cam elyaf donatının çimento bazlı malzemeler içerisinde kullanımının kendi içinde birçok detayları mevcuttur. Bunların başlıcası, cam elyafının alkalilere karşı dayanımının düşük olması gibi ciddi bir handikaba sahip olmasıdır. Camın alkalilere karşı dayanım problemi, cam katkılı yapı ürünlerinin kullanım ömrü (> 30 yıl olarak kabul edilebilir) göz önünde bulundurulduğunda daha önem kazanmaktadır. Zira havacılık, otomotiv ve doğa sporları gibi endüstrilerde kullanılan cam elyaf katkılı kompozit ürünlerden beklenen dayanım, istisnalar olmakla beraber genellikle yapı endüstrisinde kullanılan cam elyaf katkılı ürünlerden beklenen dayanımdan çok daha kısadır. Bu sektörlerde elde edilen tecrübeler doğrultusunda yanılgıya kapılmamak gerekir; zira cam elyaf donatı ile güçlendirilmiş yapının göreceli olarak uzun kullanım ömrü boyunca ilk günkünden çok düşük bir performansa sahip olmaması beklenir.

Yapı sektöründe genellikle iki farklı çeşit cam elyaf kullanılmaktadır:

-          "E" tipi cam

-          Zirkonyumdioksit (ZrO2) emdirilmiş cam

"E" tipi cam, endüstride en yaygın kullanılan cam tipidir. Ancak yapısal olarak alkalilere karşı oldukça dirençsizdir. Çimento bazlı malzemelerle kullanımını mümkün ve mantıklı kılmak için "E" tipi cama alkali dayanımı veren kaplamalar uygulanır. Ülkemizde "E" tipi cam elyafı üretimi mevcuttur.

ZrO2 emdirilmiş cam, yapısal olarak alkalilere karşı kısmen dirençlidir. Bu özelliğini yapısındaki yüzde 16-20 miktarındaki ZrO2'ye borçludur. Ülkemizde ZrO2 emdirilmiş cam üretimi bilgimiz dahilince mevcut değildir ve "E" tipi cama göre fiyat dezavantajı vardır.

Çimentoyu alkali dayanımı olan cam ile güçlendirme ihtiyacı, çimentonun alkali özelliğinin yüksek olmasından kaynaklanmıştır. Çimentonun içerisinde serbest halde bulunan alkali oksitlerinin, su ilavesiyle birlikte suyun pH'ını ciddi derece artırdıkları bilinmektedir. Çimentonun sertleşmesi ile beraber bu alkaliler kapilar gözenekler içerine kalan suyun pH'ını 13,7'ye kadar yükseltebilmektedir  [1]; ki bu seviyede alkalik bir ortam "E" tipi cam elyafı için şiddetli korozyona uğratma gücüne sahiptir.

Çimentodaki alkalik ortamın oluşumuna bir katkı da çimentonun uzun yıllar boyunca süren hidrasyonudur. Çimento hidrasyona uğradıkça kireç (Ca(OH)2) oluşur; ki, oluşan kireç cam elyaf donatı için oldukça agresif bir ortam oluşumuna katkıda bulunur.  

DENEYSEL ÇALIŞMA

Bu çalışma kapsamında ülkemiz piyasasında bulunan ve DCIYS'lerde kullanılan cam elyaf esaslı donatı filelerinin kopma mukavemetleri ve alkali dayanımları test edilmiştir. Burada alkali dayanımından kasıt, ürünlerin belirli bir alkali çözeltisinde belirli koşullarda şartlandırılması sonrası kopma mukavemetinde meydana gelen % azalmadır.

Deneylerde TS EN 13496 standardında belirtildiği ve ETAG 004 kılavuzunda tavsiye edildiği üzere Ca(OH)2, NaOH ve KOH tuzları kullanılmıştır. Standartlarda, bu tuzların tavsiye edilmesinin sebebi çimentonun içerisindeki alkali ortamın oluşumundan, ağırlıklı olarak bu tuzların sorumlu olduğu tespitidir.

Her bir deneyde 50 mm x 300 mm boyutlarında 28 adet numune test edilmiştir. Bu 28 adet numunenin 14 adedi (7 atkı, 7 çözgü yönünde kesilmiş) alkali şartlandırması öncesi, diğer 14 adedi alkali şartlandırması sonrası çekme testine tabi tutulmuştur. Alkali şartlandırmasında, alkalik çözeltiye daldırılan donatı fileleri sıcaklığı (60 ± 2) °C'ye ayarlanmış etüvün içerisinde 24 saat boyunca bekletilmiştir. Çekme işlemi 10 N?luk bir ön yükleme sonrası 50 mm/dk ile gerçekleştirilmiştir.

Deneyde kullanılan numuneler tarafımızdan Türkiye piyasasında kolaylıkla temin edilebildiği, beyan gramajları 160 g/m2 olan numuneler olup, RMI'nın tarafsız konumu gereği markaları deşifre edilmemiştir. Deneylerin sonuçlarında, belirli bir menşeiye sahip filelerin birbirine yakın mukavemete ve alkali dayanımına sahip olduğu tespit edilmiştir.

Bu sebepten, deney numunelerinin menşeilerinin belirtilmesinde tarafımız bir sakınca görmemektedir. Zira cam elyaf donatı fileleri piyasa için yeni bir ürün olduğundan Bayındırlık Bakanlığı?nın Yapı Malzemeleri Yönetmeliği (89/106/EEC) çerçevesinde yürüttüğü piyasa denetimi ve gözetimi dahilinde değildir. Bu durumun ve günümüzde oldukça yoğun tüketilen bu malzemelerin kalite problemlerinden dolayı son kullanıcıyı mağdur etmesinin olası olduğunu düşünmekteyiz ve bu konuda yürüttüğümüz çalışmaların bilinçlendirici yönde olmasını temenni etmekteyiz.

DENEY SONUÇLARI

Test edilen numuneler, "Avrupa Menşeili" ve "Uzakdoğu Menşeili" olmak üzere iki gruba ayrılmıştır.

Avrupa menşeili ürünlerin neredeyse tamamının mukavemeti 40 N/mm ile 50 N/mm arasında iken, Uzakdoğu menşeili ürünlerde mukavemeti 20 N/mm ile 50 N/mm arasında geniş bir aralığa yayılmıştır.

Uzakdoğu menşeili ürünlerde ise azalma  %10-60 gibi daha geniş bir aralıktadır.

SONUÇLAR VE YORUMLAR

Türkiye piyasasından bulunan 24 adet Avrupa menşeili ve 31 adet Uzakdoğu menşeili cam elyaf donatı filelerinin kopma mukavemetleri ve alkali dayanımları test edilmiştir. Avrupa menşeili filelerin TS EN 13499?da belirtilen şartları sağladığı tespit edilirken, Uzakdoğu menşeili filelerin çoğunluğunda ilgili şartların sağlanmadığı belirlenmiştir. Uzakdoğu menşeili filelerin ülkemizde yoğun olarak tüketildiği varsayılırsa, bu ürünlerin uzun vadede dış cephe ısı yalıtım sistemleri piyasasına zarar vermesi yüksek bir olasılıktır. Akredite bir laboratuvar olarak cam elyaf ürünler üzerine yaptığımız yüze yakın test sonucu edindiğimiz deneyimlere dayanarak cam elyaf filelerin, gerek Avrupa gerekse Uzakdoğu menşeili olsun, mukavemet ve alkali dayanım testlerinin yapılmasının sektördeki ilgili bütün firmalar için bir gereklilik olduğunu düşünüyoruz.

Doç. Dr. Engin Bağda - Güneş İnan
Dr. Robert Murjahn Enstitüsü (RMI Türkiye) 

KAYNAK

1.         Purnell, P., Degradation of    Fibre-Reinforced Cement      Composites içinde: Page,       C.L., Page, M.M. (editörler), Durability of Concrete and         Cement Composites, s.317-363, Woodhead, 2007