Isı – Su İzolayson Malzemelerinin Sınıflandırılması, Özellikleri, Soru ve Seçim Kriterleri

GİRİŞ
Günümüzde kimya sanayinde, özellikle Polimer kimyasındaki gelişmeler, çeşitli kimyasalların yapı teknolojisinde geniş alanda yer bulmasına neden olmuştur. Bunun sonucunda geniş bir yelpazede, değişik özelliklere sahip yalıtım malzemeleri piyasaya sürülmüş bulunmaktadır. Bu yeni özelliklere sahip olan malzemeler bazı klas.k detayların da değişimini sağlamıştır. Ancak gelişmiş ülkelerde çok yaygın ve bilinçli kullanılan yapı kimyasal ve malzemelerinin yurdumuzda ayni yaklaşımlarla kullanımında olduğunu ifade etmek zordur. Fakat yurdumuzda da yapı fiziğinin önemi, yapı özelliklerine göre yapı malzemelerinin seçimi, detayların saptanması ve uygulanmasında sağlıklı yaklaşımların varlığı memnuniyet vericidir. Buna rağmen büyük ve özellikli yapıların dışında çok büyük bir kesimde halen sağlıklı uygulamaların yapılmadığı da bir gerçektir. Bu nedenle yapı biyolojisi, yapı sağlığı ve ekonomi ile yakından ilişkili olan bu konu ile ilgili olarak uygulama alanındaki malzemelerin yapısı, özellikleri ve prensip bilgilere sahip olmak gerekmektedir.

MALZEME YAPISI VE ÖZELLİKLERİ
Uygulandığı koşullara göre seçilmemiş malzemeler, hatanın kökeni bilinmeden değiştirilse ya da onarılsa dahi bir süre sonra yine problem yaratırlar. Hatta bazı yalıtım sorunlarının tekrar giderilmesi fevkalade pahalı olmaktadır. Taşıyıcı sistemlerde meydana gelebilecek hatalar ise can ve mal kaybına bile neden olabilmektedir. Malzemeler bünye yapılarına göre özellikler taşımaktadırlar. 

Genel bir değerlendirme ile malzeme iç yapısı;

• Kristalli,
• Moleküllü,
• Karma Yapılı,

olarak üç grupta toplanmaktadır. Kristalli yapılar üç boyutlu kafes sistemindedir. Homojen, dolu, özgül ağırlıkları fazla, mukavemetli malzemelerdir. Metal malzeme gibi serbest elektron fazlalığı taşıyanlar ısı-ses- elektriği iletirler. Dövme ve ısıl işlemlerle kristal yapıları sıkışarak mukavemetlerinde bir artış görülür. Safken kristal ağırlıkları nedeni ile iç bağları daha zayıf olduğundan mukavemetleri düşüktür.

Moleküllü yapılar iki molekülün birleşmesi ile yani kondensasyon veya molekülün kendisinden küçük parçalara bölünerek büyümesi, zincir bağlarının oluşması sekli ile meydana gelir ki buna da polimerizasyon denilmektedir. Bilindiği gibi ayni tip moleküller arası bağ kohezyon; farklı moleküller arası adezyon kuvvetleri, malzeme bünyesini ayakta tutarlar. Moleküllü yapıya sahip malzemeler ahşap, bitüm -katran, doğal- yapay reçineler (plastikler) sayılabilir. Bu malzeme grubundaki ahşap boşluklu, ısı, ses ve elektriği iletmeyen bir malzemedir. Hidrokarbonlarda ise yani bitüm ve katran malzemede viskozite, yumuşama noktası düktilite özellikleri önem taşımaktadır. Polimerilerden termoplastik ve termosetler moleküllü yapılarından dolayı ısı-ses ve elektriği iletmezler. Molekül ağırlığı düşük olanlar yumuşak; yüksek olanlar sert ve ısıya daha dayanıklıdırlar. Polimeriler uzun süreli yüklemelerde, iç yapısındaki zincir bağlarının kayması ile sekil değiştirerek deforme olurlar.

Bunun sonucunda malzemede gevşeme ve sünme etkisi görülür.

Karma yapılı malzemeler; doğal taslar, beton, pişmiş toprak, cam gibi malzemelerdir. Büyük kristallidirler ve buna bağlı olarak iyon bağları güçlü olduğundan ergime noktaları yüksektir. Ancak sert malzeme olduklarından gevrektirler. Molekül araları boşluklu olduğu için basınç mukamevetlerine oranla çekme mukavemetleri düşüktür. Her noktada ayni değerde ısınmadığından ısıl gerilmelere karşı dayanıksızdır.

Bu değerlendirmelere göre malzemenin makro strüktürü, yani gözle görülebilir yapısı önem taşımaktadır. Malzeme boşluklu ise;

•  Mukavemeti düşük,
• Isı tutuculuğu yüksek,
• Su buharı geçirimliliği fazla,
• Donmaya dayanıksız,

özelliklere sahiptir.

Ahşap, plastikler, doğal-yapay taslar, bir kısım seramikler, bitüm-katran boşluklu yapıya sahip özellikler taşırlar. Bir başka deyişle malzeme yapısı, malzemenin uygulanacağı koşullara uygun seçilmelidir. Örneğin ses geçirimsizliği için dolu malzeme, ses emicilik yönüyle boşluklu malzeme seçilmelidir. Mukavemet ve su geçirimsizlik için boşluksuz malzeme; ısı geçirimsizliği, ısı tutuculuk bakımından da boşluklu malzeme seçilmelidir.çeşitli beklentilere cevap verebilen tek bir malzeme bulunması imkansız gibidir. Bu nedenle malzemeler yeteneklerine göre hesaplanarak katmanlar halinde uygulanmaktadır. Malzemeler yalın olabileceği gibi, bazı kullanım amaçlarına göre çeşitli aglomerler kullanıma sokulmuştur. Aglomereler birkaç malzemenin bir bağlayıcı ile birleştirilmiş seklidir. Tek bir malzemeye oranla değişik özelliklere sahiptir. Tek bir malzemenin yetersizliği kompozit malzemelerin üretimini gerektirmiştir.

MALZEMEYİ DEFORME EDEN UNSURLAR
Yapının değişik yerlerinde uygulanan malzemeler, bulundukları ortam şartlarına göre değişik etmenlerle karşı karşıyadır. koşullara göre bu etmenler tek ya da birkaç etkili unsur seklinde malzemeyi zorlayabilirler.

Bu etmenler;

• Basınç-Çekme Kuvvetleri,
• Kayma-Makaslama Kuvvetleri, · Burulma,
• Eğilme,
• Burkulma,
• Çarpma,
• Yorulma,
• Sertlik,
• Aşınma

performansı ile ilgili olarak malzemeyi etkilerler.

Malzeme üzerinde min-max. yük değişimleri malzemede yorulma, sekil değişmeleri, elastik ve plastik deformasyonlar, hatta sünme ve kopmayla sonuçlanan etkilere sebep olabilirler. Ayrıca malzemede bir defo veya küçük çatlaklar, sürekli mekanik deformasyon etkisi altında derinleşip, yayılabilir.

Elastik deformasyon yapan malzemeler-termoplastiklerdir. Elastik deformasyonda malzeme etken altında kalınca yük kalktıktan sonra eski haline dönüşür. Plastik deformasyonda ise iç yapıdaki molekül ve atom bağları ka….. kopar. Ancak malzemede yeni bağlar kurulmaya çalışılır ve malzeme akmamak için direnir. Daha sonra artan gerilme ile bağlar kurulama….. malzeme kopar. Ani yüklemelerde kopma çabuk meydana gelir. Çatlak ve korozif bozukluklar kopmayı daha da çabuklaştırırlar.

Kırılma süresi uzun olan malzemeler sünek malzemelerdir. Yani termoplastikler, metal ve ahşap bu tür malzemeler arasındadırlar. Cam, beton ve seramik ise kırılma süresi kısa olan malzemelerdir. Malzemenin ısısal özellikleri de değişik değişik sıcaklıklarda malzemenin performansında çok etkilidir. Genleşme katsayıları farklı olan malzemeler yan yana getirilmemelidir. Malzemelerin; ısı geçirgenlik direnci, ısı geçirme katsayısı, ısı iletkenlik katsayılarının uygun seçilmesi çok önemlidir. Termal etkiler yanında su ve nemin yapı malzemeleri üzerinde ne denli etkili olduğunu biliyoruz. Yapıda ıslanma, basınçlı-basınçsız su etkisi, kapilarite ve hava nemi ile hidrotermik olaylar malzemeleri etkilemektedir. 

Malzemeler;

• Güneşin radyasyon,
• Yangın,
• Korozyon
• Kimyasal,
• Biyolojik,

etkileri altında kalarak yapıları ve işlevleri etkilenebilmektedir. Özellikle güneş ışınımı, dış ve iç ortam sıcaklıkları ve yapı yalıtım malzemeleri üzerinde etkilidir. yapı genellikle devamlı sıcaklık değişimleri ile karşı karşıya olduğundan dış ve iç yüzeylerde önlemler alınması gerekmektedir. sıcaklık değişimi genleşme-büzülme sonuçlarını doğurmaktadır. 

Genleşme iç gerilmelerle ilişkili olup;

• Sıcaklığın değişim hızı,
• Malzemelerin ısı iletkenlik değeri,

ile yakından ilişkilidir. Hızlı sıcaklık değişimleri, yavaş ve uzun süreli sıcaklık değişimlerinden çok daha etkili sonuçlar yaratmaktadır. Bu nedenle genleşme riski olan malzemelerde uygulama kaynak, perçin gibi sabit sistemlerle değil tam. aksine elastik yapıştırıcılarla uygulanmalıdır. Özellikle teras çatılarda güneşe yakın üst yüzeylerin alt kısma oranla daha çok genleşmesi farklı gerilmelerin oluşmasına neden olmaktadır. Bu gerilmeler özellikle kaplama ve yalıtım kaplamalarında önemli problemler ortaya çıkartmaktadır. Suya ve ısıya karşı kullanılan yalıtım malzemelerinin kaplama ile de uyumlu sonuçlar verecek biçimde detaylanması gerekmektedir. Yalıtım malzemesinin termal performansı duvarlarda da önemlidir. Burada malzemenin ısı iletkenliği performansı çok önemlidir. 

Kati malzemede ısı iletkenliği, malzemenin;

• Gözenekliliğine,
• Göz büyüklüğü, düzeni ve dağılımına,
• Barındırdığı nem oranına, göre değişmektedir.

Bilindiği gibi durgun havanın ısı iletkenliği azdır. Gözeneğin artması birim hacim ağırlığın da azalması anlamını taşır. Bu özellik malzemedeki ısı iletkenliğinin küçük olmasını sağlamaktadır. ısı iletkenliği malzemenin organik veya inorganik yapısına bağlı olarak da değişim göstermektedir. Malzemedeki ısı depolama yeteneği ise malzemenin ağırlığı ve özgül ısı ve doğru orantılıdır. Sert malzemeler ısıyı çabuk emerek çabuk vererek hızlı soğurlar. boşluklu malzemeler ısıyı hemen geri vermedikleri için ısıyı tutan malzemelerdir.

Bu tür çeşitli özellikler dikkate alınmadan yapılan uygulamalarda yapıda;

•  Yüzeysel Terleme,
• Kondensasyon,
• Donma,

sorunlarıyla karşılaşılması olasıdır. Çünkü hatalı malzeme seçiminin neden olduğu yeni ortam koşulları bileşenin ısı yalıtım yeteneğini azaltmaktadır. Tabakalar arasında meydana gelen yoğunlaşma, don etkisi ile birleştiğinde yapı elemanında önemli hasarlara neden olmaktadır. Bu etkileri bertaraf etmek için ise duvarlarda iç yüzeylerde yalıtım özelliklerine göre buhar kesici malzemelere yer verilmektedir. Buhar kesiciler yoğunlaşma riski olan duvarlarda iç mekandaki buhar etkisini engelleyerek yararlı olmaktadırlar.

Bahsedildiği gibi yalıtım pek çok parametrenin etkili olduğu zor bir konudur. Bu sorunların aşılması basta proje bazında sağlıklı detaylama, doğru malzeme seçimi ve doğru uygulama niteliklerine bağlıdır.

YALITIM MALZEMELERİ
Yapı zeminden ve zemin üzerinden çok değişik etkenlerle karşı karşıyadır. yapı biyolojisi ve ömrü yönüyle ısı, ses, su etkenleri ideal performanslarla çözümlenmelidir. çeşitli malzemeler hem su hem de ısı etkilerine karşı kullanılmakta, ses yalıtım malzemeleri ise kendine özgü özellikler içermektedir.

Yalıtım malzemeleri genel bir değerlendirme ile;

• Organik,
• Anorganik,
• Sentetik,

esaslı malzemelerden oluşmaktadır. Organik esaslı yün, pamuk, jüt, ipek, kil, saman, ahşap yonga lifleri vs.; taneli şekilde olanlar mantar, turp vs.; toz malzeme veya köpük şekillerinde bulunmaktadırlar.

Anorganik olanlar portland çimentosu veya diğer anorganik bağlayıcılar seklinde; sentetik olanlar ise PVC, poliüretan, polisten vb. gibi plastik köpüklerdir.

Bitüm-katran malzeme
Bilinen en eski yalıtım malzemesidir. 

Elde ediliş yönleri ile;

1. Doğal Bitüm, (Asfaltit)
2. Petrol Bitümleri,
3. Kömür Katranı, seklindedir.

doğal yapıda bulunmakla birlikte petrolden ve maden kömürünün kuru destilasyonu ile elde edilmektedir.

• Yumuşama noktası,
• Durabilite,
• Düktilite,
• Vizkosite-Penetrasyon, özellikleri önemlidir.

Alkali maddeler bitümü korozyona uğratmakta, güneş ışınları molekül yapılarını bozarak parçalamakta ve suda çözünür hale getirmektedir. 

Bu malzemenin;

• Kuruma,
• Plastiklik,
• Kırılganlık,

fazları uygulanacağı ortam koşulları için önemlidir. Uzama gösteren yapıda olanlar sıcaklık değişimlerinden etkilenirler. Örneğin asfaltit bitümlerinin yumuşama noktası düşüktür. Bu nedenle çatılarda tercih edilmemelidir. Bitümler mineral agrega karışımı yani asfalt seklinde ve diğer pek çok uygulama malzemeleri imkanları ile kullanılmaktadırlar. 

Bitümler;

1.  Penetrasyon Bitümleri,
2. Okside Bitümler,
3. Polimer Bitümler,

olarak gruplandırılmaktadırlar. Kullanıldığı ortam şartlarına karşı en uygun malzeme seçimi yapılarak, uygulama koşulları da dikkate alınarak değişik alternatif çözümler önerilmektedir.

Polimer bitümler, Modifiye Polimer bitümleri olarak Termoplastik Polimer cinsine bağlı olarak;

• Plastomerik,
• Elastomerik, tiplerinde bulunmaktadır.

Plastomerik Bitümler; APP (Atactic Polypropylen) katkılı dayanıklı, sıcak iklimlerde seklini koruyan, plastik deformasyon gösteren malzemelerdir. sıcaklık değişimlerinde kararlı davranış gösteren, UV ışınlarına dayanım gösterebilme sonucu homojen yapısını koruyarak yırtılmadan görev yapabilen uzun ömürlü malzemelerdir.
Elastomerik bitümler ise SBS (Styrene Butadiene Styrene) katkılı, yaslanma direnci yüksek, soğuk iklimlerde kararlılığını koruyarak yüksek kullanım performansı olan malzemelerdir.
Bitüm, hammadde olarak su yalıtım membranları için çok uygun olmakla birlikte yaslanmaya karşı dayanıklı değildir. Elastomerik bitümler, SBS ile Modifiye edilerek Ultraviyole etkilerinden malzemeyi koruyarak ona uzun kullanma ömrü sağlayan sentetik kauçuklardır. SBS düşük sıcaklıklarda bile malzemeye sürekli bir elastikiyet sağlamaktadır. 

Kısaca Modifiye Elastomerik bitüm membranlar;

• Yaşlanmaya dayanıklılık,
• Elastikiyet, tüm yönleriyle izotropik esneklik
• Homojen yapı,
• Dinamik penetrasyon dayanımı,
• Kolay yırtılmama,
• Düşük sıcaklıklarda esneklik, vb. gibi avantajlara sahiptirler.

Plastik malzemeler
H, A, 02 ve C; organik bileşiklerinden doğada bulunmayan bağlar oluşturularak elde edilen yeni maddeler; plastik reçinelerdir. 

Plastikler;

1. Termoplastikler, (Isıl Plastikler)
2. Termosetler, (Isı Dengeli Plastikler) olarak ikiye ayrılmaktadırlar.

Termoplastikler belirli sıcaklıktan sonra yumuşar, tekrar soğuyunca bulunduğu son halini alırlar. Tekrar ısıtıldığında, yeniden yumuşarlar. Kesim ve islenmeleri kolay olan malzemelerdir. Termosetler ise bilindiği gibi yüksek sıcaklıklarda erimezler ancak karbonlaşırlar ve ısı karşısında tekrar sekil değişimi göstermezler. Kesilme ve islenmelerinde döküntü meydana getirirler.

Plastiklerin ana maddeleri; stren, asetilen, polisten, poliasetilen,poliüretan, fenol, formaldehit gibi maddelerdir. Dolgu olarak da sentetik mum, fitalit ester, pigmenter, asbest, cam lifleri, fenol bileşikleri, odun tozu, kağıt kırpıntısı vs. malzeme kullanılmaktadır. Plastik membranlar Termoplastik Hammadde ile üretilirler. 

Bu hammaddeler;

• Polivinil Klorid (PVC),
• Etilen Kopolimer Bitümen (ECB)
• Polietilen (PE)

kimyasallarıdır. PVC gereken membranın üretiminde gerekse de tekstil ve film gibi güçlendirici bir tabakanın sıvanmasında kullanılmaktadır. PVC rijit bir polimerik yapıya sahiptir ancak içerisine plastifiyanların katkısı ile yüksek esneklikte bir malzeme haline de dönüştürülmektedir.

Polietilenin ise üç ana grubu bulunmaktadır;

•  Alçak yoğunluklu,
• Lineer alçak yoğunluklu,
• Yüksek yoğunluklu, çeşitliliktedir. Bu membranlar;
• Ekstruzyon, (Eritme, kaliplama)
• Şişirme ile film çekme,
• Kalıpsız Ekstruzyon, (Calendering)
• Geotekstillerin laminasyonu ve sıvanması,

yolları ile elde edilmektedirler. Fışkırtıcı memeden geçen Polimer bir baskı makinesi ile geotekstilin üzerine uygulanmaktadır. Daha sonra sıvanmış malzeme merdanelerden geçirilerek soğutulmaktadır. Sıvama işlemi birkaç katli yapılabilmektedir. Sıvanın malzeme ile geotekstilin erime noktası birbirine yakın ise kaplama işlemi basarili olmaktadır. Polietilen ve Modifiye Polietilen membranların ana ham maddeleri polivinil kloridin’dir. Bu malzeme çok düşük geçirgenliktedir. Film veya tekstil ürünleri ile yukarıdaki örnekte bahsedildiği gibi güçlendirilmektedir. Topraktaki çeşitli kimyasallara, UV ışınlarına uzun süre dayanıklı, gaz-sıvı için geçirimsiz malzemelerdir.

ISI TUTUCU MALZEMELER
Genelde ısı yalıtımı sağlayan malzemelerdir. Su yalıtımının sağlanmasındaki girift parametreler gibi, ısı transferinin dengelenmesinde de karmaşık faktörler söz konusudur. Tüm etmenlere cevap verebilen tek yetenekli malzeme olmadığından yapı fiziği dikkate alınarak ayrı ayrı malzeme katmanları ile bütün saptanmak zorundadır. ısı tutucu malzemeler boşluklu yapıya sahiptirler. Yoğunlukları düşük olmak zorundadır. ıslandıkları zaman ısı tutucu özelliklerini kaybetmeye başlarlar. Genellikle uygulamada sadece su veya sadece ısıya karşı yapılan yalıtım azdır. Genelde bir arada kullanılırlar. Bu nedenle ısı tutucu malzemeler su ve nemden etkilenmeyecek biçimde detaylanmalıdırlar. Bunun yanında malzemeden istenen değişik beklentiler bulunmaktadır.