Mühendislik Bilimlerinde Araştırma, Metodoloji ve Yenilik 2025 – I
Full text
MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE YENİLİK 2025 - I Editörler Duygu KAVAK Ali KILIÇER Lyon 2025
MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE YENİLİK 2025 - I Editörler Duygu KAVAK Ali KILIÇER Lyon 2025
Mühendislik Bilimlerinde Araştırma, Metodoloji ve Yenilik 2025 – I Editors • Prof. Dr. Duygu KAVAK • Orcid: 0000-0002-1189-3110 • Assoc. Prof. Dr. Ali KILIÇER • Orcid: 0000-0002-1745-854X Cover Design • Motion Graphics Book Layout • Motion Graphics First Published • October 2025, Lyon e-ISBN: 978-2-38236-905-0 DOI: 10.5281/zenodo.17342865 copyright © 2025 by Livre de Lyon All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or otherwise, without prior written permission from the Publisher. The author or authors of the relevant section are responsible for any copyright infringement that may occur due to the images and graphics used in the book. The editor or publisher does not assume responsibility in this regard. Publisher • Livre de Lyon Address • 37 rue marietton, 69009, Lyon France website • http://www.livredelyon.com e-mail • [email protected]
I ÖNSÖZ “Mühendislik Bilimlerinde Araştırma, Metodoloji ve Yenilik 2025I” başlıklı bu eser; inşaat mühendisliği, çevre mühendisliği, bilgisayar mühendisliği, kimya mühendisliği, makine mühendisliği, elektrik-elektronik mühendisliği gibi temel mühendislik alanlarının yanı sıra, bilim ve teknoloji, istatistiksel yöntemler ile yapay zekâ gibi farklı disiplinlerdeki güncel araştırmaları ve yenilikçi çalışmaları bir araya getirmektedir. Kitap, toplam on altı bölümden oluşmakta olup, her bir bölüm kendi alanında özgün ve bilimsel katkılar sunmaktadır. Eserin hazırlanma sürecine katkı sağlayan tüm bölüm yazarlarına, değerlendirmeleriyle çalışmanın bilimsel niteliğini artıran değerli hakemlere, kitabın basımını gerçekleştiren Livre de Lyon Yayınevi’ne ve yayınevi çalışanlarına teşekkürlerimizi sunarız. Bu kitabın, akademisyenler, araştırmacılar ve ilgili tüm paydaşlar için yararlı bir kaynak teşkil etmesi temennisiyle. Editörler Prof. Dr. Duygu KAVAK Doç. Dr. Ali KILIÇER
III İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ I BÖLÜM I. LİFLERİN BETONDAKİ ETKİNLİĞİ 1 FehmiÇİVİCİ BÖLÜM II. ASFALT ÇATLAK ONARIMINDA 3 BOYUTLU YAZICI TEKNOLOJİLERİNİN KULLANIMI 11 LaleATILGANGEVREK BÖLÜM III. SIVI BİYOYAKITLAR 23 BetülÇELİK&NesrinDURSUN BÖLÜM IV. YAPI SIVALARI: ÖZELLİKLERİ, İŞLEVLERİ VE KULLANIM ALANLARI 37 SelçukMEMİŞ&HasbiYAPRAK BÖLÜM V. SIĞIR KUYRUĞU BİTKİSİ MODİFİYE EDİLMİŞ KENDİNİ KÜRLEYEN HARÇLARDA HİDRATSYON SICAKLIĞI NEM ORANI VE MEKANİK DAYANIM İNCELEMESİ 71 İsmailHOCAOĞLU BÖLÜM VI. TÜRKİYE KIMYA SANAYINDE İŞ KAZALARININ DINAMIKLERI: DERIN ÖĞRENME VE İSTATISTIKSEL YÖNTEMLERLE ON YILLIK BIR ANALİZ 83 İsrafilŞABİKOĞLU&NilgünYENİL BÖLÜM VII. SERAMİK ENDÜSTRİSİ ATIK SUYUNDAN ÇAPRAZ AKIŞLI NANOFİLTRASYON YÖNTEMİYLE BULANIKLIK GİDERİMİNİN İNCELENMESİ 113 HaticeÖZBEK&DuyguKAVAK
IV MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . BÖLÜM VIII. AKILLI BİYOMALZEMELER İÇİN GÜNCEL GELİŞMELER 125 ŞevvalGÜNEŞ&İlyasKARTAL BÖLÜM IX. AKILLI MÜHİMMATLAR VE GÜDÜM KİTLERİ 137 MustafaBOZDEMİR BÖLÜM X. YORGUN MERMİLERİN HAVADAKİ HAREKETİ VE OLUŞTURACAĞI ETKİLERİ 145 MustafaBOZDEMİR BÖLÜM XI. BİTKİ TABANLI BİYOMALZEMELER 153 MelekBeyzaREYHANOĞLU&İlyasKARTAL BÖLÜM XII. GRADYAN ARTIRMALI ALGORİTMALAR İLE TİROİD KANSERİ NÜKSÜNÜN TAHMİNİNDE ÖZELLİK SAYISININ VE VERİ DENGESİNİN ETKİLERİ 183 İremŞENYERYAPICI&RukiyeUZUNARSLAN BÖLÜM XIII. ORMAN YANGINLARI İLE MÜCADELEDE YAPAY ZEKA DESTEKLİ SÜRÜ İHA KULLANIMI 199 KamilORMAN BÖLÜM XIV. RÜZGAR ENERJİ SİSTEMLERİNDE KULLANILAN GÜÇ ELEKTRONİĞİ DEVRELERİ 211 KerimKARABACAK BÖLÜM XV. KOLERA VAKALARININ TAHMİNİNE YÖNELİK ÇOK BOYUTLU BİR ANALİZ: MAKİNE ÖĞRENMESİ TABANLI BİR YAKLAŞIM 239 RukiyeUZUNARSLAN&İremŞENYERYAPICI BÖLÜM XVI. HARMONİK REDÜKTÖRLER 255 TezcanŞEKERCİOĞLU
LİFLERİN BETONDAKİ ETKİNLİĞİ 7 7 Şekil 4. % 1,5 lifli plak numunelere ait birleştirilmiş yük-sehim diyagramları. Şekil 5. % 1,5 katmanlı lifli plak numunelere ait birleştirilmiş yük-sehim diyagramları. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Şekil 5. % 1,5 katmanlı lifli plak numunelere ait birleştirilmiş yük-sehim diyagramları. Şekil 6. Lifsiz plak numunenin kırılma davranışı. Şekil 7. Lifli plak numunenin kırılma davranışı. Plak deneylerinden sonra hazırlanan kiriş numunelerin deneyleri yapılmıştır. Lifsiz kiriş numuneler küçük sehim değerlerinde ani bir şekilde iki parçaya ayrılarak kırılmışlardır. Lifli kiriş numuneler ise çatlaklar oluşmaya başladıktan sonra yük taşıma mekanizmaları devam ederek belli bir deformasyon
8 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . değerine kadar numunenin davranışı izlenmiştir. Şekil 8 ve 9 lifsiz ve lifli kiriş numunelerin kırılma davranışına ait örneklerdir. Şekil 8,9 Lifsiz ve lifli kiriş numunelerin davranışı. Lif katkılı plaklarda çatlaklar merkezden kenarlara doğru yayılmıştır. 15 mm lik sehim değerine kadar lifli numunelerde herhangi bir kırılma görülmezken lifsiz numuneler bu değerden daha önce sehim değerlerinde davranışlarını tamamlamışlardır. Lifli plakların davranışına lif narinliği ve lif içeriği etki yapmaktadır. Lif boyunun lif çapına oranı olarak tanımlanan narinlik arttıkça enerji yutma kapasitesi de artmaktadır. Lif uçlarının kancalı olması da enerji absorbe yeteneğinin artmasını sağlamaktadır. Yapılan deneylerde, liflerin herhangi bir şekilde kopmadığı gözlenmiştir. 4. Sonuçlar Ülkemizin yaşadığı depremlerden sonra can ve mal kaybı açısından büyük acılar büyük bedeller ödemiş durumdayız. Yapı stokumuz ne yazık ki; depremlerde başarılı bir sınav verememiştir. Yapılarımız depreme karşı dirençli, sünek davranış göstermeli performansları iyi olmalı ve ayakta kalabilmeleri gerekmektedir. Bu anlamda yapı kesitlerinde kullanacağımız betonlara lif katılması bir yöntem olarak betonun özelliklerini iyileştirebilmektedir. Bu amaçla yapılan doktora çalışmasından elde edilen sonuçlar özetlenmiştir. 1Lifli plak numunelerin kırılma türünün sünek, lifsiz olanların ise gevrek biçimde olduğu görülmüştür. 15 mm lik sehim değerinde lifli plaklarda herhangi bir deformasyon sonrası dağılma/parçalanma gözlenmemesine karşın lifsiz plaklar tepe yüküne ulaşıldığında çatlak genişlikleri oldukça büyüyerek kırılmaktadırlar. Bunu sebebi; liflerin kesit içinde bir köprü vazifesi görerek çatlak açılmalarını engellemesi ve durabilite kazanımıdır.
LİFLERİN BETONDAKİ ETKİNLİĞİ 9 2. Liflerin beton dayanımına katkısı aderansları kadar olmaktadır. Deneylerde liflerin kopmadığı görülmüştür. 3. Lifsiz plak numunelerin kırılma çizgileri rasgele elde edilmiştir. Bu durum deney düzeneğine bağlı gelişen hatalar ve betonun homojenliğini kaybetmesi nedeniyle olduğu, lifli plak numunelerde kırılma çizgilerinin plak kenarlarının orta noktalarında oluşmasının lifli betondaki uyuma dayandığı şeklinde yorumlanabilir. 4. Deney numunelerine ait yük-sehim eğrilerinin altındaki alan tokluk olarak tanımlanmaktadır. Lifli numunelerin tokluğunun lifsiz numunelere göre daha büyük olduğu şekil 2,3,4 ve 5’ten görülmektedir. 5. Yeni bir lif yerleştirme yöntemi olarak önerilen liflerin katman şeklinde serilmesi ile oluşturulan plak numunelerin deformasyon kapasiteleri oldukça iyidir. 6. Liflerin beton içinde homojen dağılması için özenle karıştırma işlemi yapılmıştır. Homojenliğin bozulmasına bağlı gelişen lif topaklanması beton özelliklerinin yitirilmesine neden olabilmektedir. Lif yönlenmesi iki eksenli eğilme altında plak deneylerinde çok önemli sonuçlar doğurmamaktadır. Ancak kiriş numunelerde lif yönlenmesi kesit içindeki kuvvetlerin karşılanmasında etkili olmaktadır. Sonuç olarak; çelik lif içeriği optimum seviyede kullanılarak deprem vb. yüklere karşı sünek davranış gösterebilen taşıyıcı sistem elemanları üretilebilecektir. Unutulmamalıdır ki; lifler betonarmenin temel bileşenlerinden biri olan çelik donatı gibi davranış göstermesi beklenmeyecektir. Lifler doğru ve yerinde kullanıldığı zaman betonun özelliklerini iyileştirebilen katkı malzemeleridir. NOT: Bu çalışma danışmanlığını merhum Prof. Dr. Şerif SAYLAN’ın yaptığı “İki eksenli eğilme altında lifli betonların davranışı” başlıklı yazara ait doktora tezinden üretilmiştir. Kaynakça Alparslan,U. (2015). Çelik lif uç geometrisinin beton özelliklerine etkisi İstanbul Teknik Üniversitesi. Fen Bilimleri Enstitüsü. İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı. Yüksek Lisans Tezi. İstanbul. ASTM A 820.(1996). Standart specification for steel fibers for fiberreinforced concrete. The American Society for Testing and Materials.USA. Barbero, E.J.(1999). Introduction to composite materials design. Edwards Brothers Ann Arbor.USA.
10 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Biber, S.A.(2001). Karmaşık çelik tel takviyeli betonların mekanik davranışı. Bitirme Ödevi. İ.T.Ü. İnşaat Fakültesi. İstanbul. Çivici, F.(2002). İki eksenli eğilme altında lifli betonların davranışı. Balıkesir Üniversitesi. Fen Bilimleri Enstitüsü. İnşaat Mühendisliği Anabilimdalı.Doktora Tezi. Balıkesir. Doğangün,A.(2008). Betonarme yapıların hesap ve tasarımı. İstanbul. Birsen Yayınları. pp. 67-68. EFNARC,(1999). European specification for sprayed concrete. guidelines. Ekincioğlu, Ö.(2003). Karma lif içeren çimento esaslı kompozitlerin mekanik davranışı, bir optimum tasarım. İ.T.Ü.,Yüksek Lisans Tezi. Ersoy,U.,(1975). Betonarme, cilt 1-2. İstanbul. Evrim Yayınevi ve Tic.Ltd. Şti. Güngör, E.(2013). Karma lifli betonların deneysel irdelenmesi. Balıkesir Üniversitesi. Fen Bilimleri Enstitüsü. İnşaat Mühendisliği Anabilimdalı.Yüksek Lisans Tezi. Balıkesir. Güngör,E., Çivici,F.(2016 eylül)Karma lifli betonların tokluk açısından değerlendirilmesi. Dicle Üniversitesi. Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi. Cilt: 7(3).365-376. Rilem ,(1991). Fracture mechanics test methods for concrete,edited by Shah,S.,P. And Carpinteri,A., Chapman and Hall.Great Britain. TS 10513,(1992). Çelik teller-beton takviyesinde kullanılan. TSE,Ankara. Yıldırım,S.,T.,(2002). Lif takviyeli betonların performans özelliklerinin araştırılması. Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yapı Eğitimi Anabilim Dalı, Doktora Tezi, Elazığ.
11 BÖLÜM II ASFALT ÇATLAK ONARIMINDA 3 BOYUTLU YAZICI TEKNOLOJİLERİNİN KULLANIMI* Useof3DPrintingTechnologiesinAsphaltCrackRepair* Lale ATILGAN GEVREK (Dr. Öğr. Üys.) Yozgat Bozok Üniversitesi Yozgat Meslek Yüksekokulu İnşaat Bölümü, Yozgat/Türkiye E-mail: lale.gevr[email protected] ORCID: 0000-0003-2015-9679 1. Giriş Asfalt yollarda görülen en yaygın bozulma türlerinden biri kaplama yüzeyinde oluşan çatlaklardır. Oluşan bu çatlaklara zamanında müdahale edilmediği takdirde çatlakların daha da derinleşerek asfalt kaplamaların hizmet ömrünü önemli ölçüde azaltabileceği bilinmektedir. Bu nedenle çatlak oluşumunda sorunların erken tespiti ve onarımı son derece büyük önem taşımaktadır. Geleneksel çatlak bakım yöntemleri, genellikle yoğun iş gücü ve zaman alıcı olup, yüksek maliyetler ve trafik aksamaları gibi dezavantajlara sahiptir. 3 boyutlu yazıcıların gelişimiyle beraber, geleneksel çatlak bakım yöntemlerinin yerine 3 boyutlu baskı teknolojilerinin kullanıldığı yenilikçi çatlak bakım yöntemleri geliştirilmeye başlanmıştır. Bu teknolojiler, daha hızlı, daha ekonomik ve daha etkili çözümler sunmaktadır. Son yıllarda gelişen 3 boyutlu baskı teknolojisi sağladığı esneklik ve hassasiyeti ile birçok farklı alanda geniş bir uygulama potansiyeline sahiptir. * Bu çalışma, 2nd International Symposium on Innovations in Civil Engineering and Technology (2024)’te özet bildiri olarak sunulan çalışmanın genişletilmiş halidir.
12 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Özellikle inşaat sektöründe, 3 boyutlu baskı teknolojilerinin kullanımı, maliyetlerinin azaltılması, üretim hızının artırılması ve çevresel etkilerin en aza indirilebilmesi sebebiyle giderek daha önemli hale gelmektedir. Sayılan bu avantajların, asfalt kaplamalı yollar için de uygulanabilirliği üzerine yapılan çalışmalar gün geçtikçe artmaktadır. Asfalt kaplamalar, hizmet ömürleri boyunca yoğun trafik ve değişen hava koşulları nedeniyle çeşitli etkilere maruz kalabilir. Bu etkiler, kaplamanın yüzeyinde ve alt katmanlarında çeşitli bozulmalara neden olabilir. Bu bozulmalardan birisi de yol yüzeyinde meydana gelen çatlaklardır. Asfalt yollardaki çatlakların onarılması, daha derin hasarların oluşumunu önleyerek yolların hizmet ömrünü uzatmanın etkili yollarından birisidir. Onarımın yapılmaması durumunda, donma-çözülme döngüsü sırasında hızla büyüyen çatlaklara su girerek, agregaların ayrışmasına ve çukurlar oluşmasına neden olmaktadır (1, 2). Eğer oluşan bu çatlaklar zamanında onarılmazsa, artan trafik yoğunluğu, zamanla malzemeler arası bağların kopması ve kaplamanın hizmet ömrünü tüketmesi ile yol bakım maliyetlerini artırabilir. Bu durumla ilgili olarak, dünya genelinde her yıl kaplama yapımı ve bakımı için 400 milyar $ harcanmaktadır (3). Ülkemizde ise; Karayolları Genel Müdürlüğü 2024 yılı devlet ve il yolları bakım işletme maliyetleri istatistiklerine göre Şekil 1’de yol bakımı için harcanan birim maliyetleri gösterilmektedir. Verilen grafiğe göre ülkemizde bulunan 17 farklı bölge müdürlüğünde yol bakımı için ciddi bütçeler ayrıldığı görülmektedir. Ülke ekonomileri için büyük harcamalar gerektiren yol bakım masraflarının, erken dönemde yapılabilecek bakımlar ile azaltılabileceği düşünülmektedir. Şekil 1. KGM Bölge Şubeleri Asfalt Yol Bakım Maliyetleri(4)
ASFALT ÇATLAK ONARIMINDA 3 BOYUTLU YAZICI TEKNOLOJİLERİNİN . . . 13 3 boyutlu baskı teknolojileri de asfalt yollarda erken dönem bakımı için geleneksel yöntemlere alternatif olarak uygulanabilir yenilikçi bir yöntem olarak görülmektedir. 3 boyutlu baskı teknolojisinin gelişmesiyle birlikte ve bu alanda yapılacak daha fazla araştırma ile asfalt yol çatlaklarının 3 boyutlu yazıcılarla bakım onarım uygulamalarının geliştirilmesi beklenmektedir. Bu kitap bölümü, asfalt çatlaklarının geleneksel onarım yöntemlerine alternatif olarak geliştirilen 3 boyutlu baskı teknolojisiyle onarımını ele almaktadır. 2. Asfalt Kaplamalarda Çatlak Onarım Yöntemleri Esnek yol üstyapısında meydana gelen çatlaklar, asfalt kaplamalar için kaçınılmaz bir sorundur ve kaplamanın bozulmasında önemli rol oynar (5). Çatlak bakım yöntemleri kapsamında, çatlakların yalıtılması ya da doldurulması uygun malzemeler kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Seçilecek malzeme ve yöntem mevcut çatlağın durumuna göre özel gereksinimlerin belirlenerek karar verilmesini gerektirmektedir. Hedeflenen çatlak tipinin genişliği ve aralığı, yalıtmanın mı yoksa doldurmanın mı yapılacağının belirlenmesinde temel esastır. Genel olarak çatlak boyutu ¾ inç’den daha az ise çatlak yalıtımı yöntemi ile hasarlı bölgeye bir dolgu malzemesi tatbik edilir. Eğer çatlak boyutu ¾ inç’den fazla ise kullanılacak dolgu malzemesi çatlak yalıtımı için kullanılacak malzemeden farklı olarak seçilmektedir (6). Kışın açılan ve yazın kapanan çalışma çatlakları diye ifade edilen aktif çatlakların onarımında çatlak yalıtımı, pasif çatlakların onarımında ise çatlak dolgusu işlemi uygulanmaktadır (5). 2.1.Çatlakyalıtımı Kauçuk içeren ve bu sayede yeterli düzeyde esnek davranabilen malzemeler kullanılarak çatlağın doldurulmasıdır. Genellikle sıcak uygulama şeklinde tatbik edilir ve yüksek yapışma özelliğine sahiptirler. Hem çakıl, toz, bitki gibi sıkışmayan yabancı maddelerin çatlak içerisine girmesini engelleyebilmekte hem de uzun süre etkili bir su yalıtımı sağlayabilmektedir. Esnek malzeme yapısı nedeniyle blok çatlak, enine ve boyuna termal çatlak ve yansıma çatlağı gibi çalışan çatlakların tamirinde etkili sonuç vermektedir (7). Bu onarım yönteminde kullanılan malzeme genel olarak iyi bir performans gösterse de uygulanması bazı tehlikeleri barındırmaktadır. Sıcak kauçuk asfalt çatlak yalıtım malzemesi kaplama yüzeyine uygulanmadan önce 177 °C sıcaklığa kadar ısıtılmalıdır ki bu zaman alıcı bir süreçtir. Çatlak yalıtım işleminin uygulanması esnasında hortumun veya başlığın patlaması veya herhangi bir malzemenin kazara çalışanların, kontrolörlerin ya da seyahat eden kişilerin üzerine gelmesi
14 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . durumunda sıcak kauçuk malzemeden kaynaklanan yanıklar ve cilt hasarları güvenlik açısından endişe verici sonuçlar doğurabilir. Ek olarak yapılan çatlak yalıtım malzemesinin kaplamaya doğru bir şekilde yapışmaması durumunda araç lastiklerine yapışarak çıkarılması zor bir hale gelebilir (8). 2.2.Çatlakdolgusu Sıvı asfalt ve asfalt emülsiyonları gibi kauçuk içermeyen malzemeler kullanılarak çatlağın doldurulmasıdır. Genellikle soğuk uygulama şeklinde tatbik edilir. Çakıl, toz, bitki gibi sıkışmayan yabancı maddelerin çatlak içerisine girmesini engeller. Çalışan çatlaklarda çatlak yüzeyinden ayrılması nedeniyle sadece kısa süreli olarak yalıtım etkisi gösterebilmektedir (7). Asfalt çatlak dolgu işlemi genel olarak ortam sıcaklığında uygulanmaktadır ve bu da asfalt çatlak yalıtımının aksine daha güvenlidir. Fakat daha uzun sertleşme süresi gerektirdiği için trafiğin yoğun olduğu alanlarda kullanımı zorlaştırmaktadır. İşlem yapılan ortamın yüksek nem içermesi durumunda ise malzemenin kür süresi yavaşlayabilir ek olarak uygulamanın hemen ardından oluşabilecek dondurucu hava koşulları da malzemenin etkinliğini olumsuz yönde etkileyebilecektir (8). 3.3.BoyutluBaskıTeknolojileri Eklemeli imalat olarak da adlandırılan 3 boyutlu baskı teknolojileri modern (alışılmamış) imalat yöntemlerinden birisidir (9). 3 boyutlu baskı ya da katmanlı üretim, dijital bir modelden hemen hemen her şekle sahip üç boyutlu katı bir nesneyi oluşturmak için ince ince katmanlar ekleyerek nesnelerin oluşumunu sağlamaktadır (10; 11;12). Son yıllarda birçok farklı alanda kullanımı bulunan 3 boyutlu baskı teknolojileri tarım, sağlık, kuyumculuk, inşaat, otomotiv ve havacılık gibi çeşitli sektörlerde uygulama alanı bulmaktadır (10). 3 boyutlu yazıcıların çalışma prensibi, mürekkep püskürtmeli yazıcıların mürekkebi kâğıda püskürtmesi gibi mekanik bir kafadan itilen maddeden bir nesnenin oluşturulması ile gerçekleşmektedir (12). 3 boyutlu baskı ile imal edilecek bir nesne için öncelikle bilgisayar destekli üretim yazılımları kullanılarak ya da görüntü işleme ile objenin taranması sağlanarak model oluşturulur. Farklı bir yazılım kullanılarak bu model için katmanlar oluşturulur ve bir bilgisayar dosyası şeklindeki model, 3 boyutlu yazıcıya gönderilir. 3 boyutlu yazıcı yazılım tarafından oluşturulmuş her bir katmanı şekillendirerek nesnenin oluşumunu sağlar ve bu şekilde üretim süreci tamamlanmış olur (13). Şekil 2’de 3 boyutlu bir yazıcı ile üretim süreçleri gösterilmiştir.
ASFALT ÇATLAK ONARIMINDA 3 BOYUTLU YAZICI TEKNOLOJİLERİNİN . . . 15 Şekil 2. 3 Boyutlu Yazıcı Üretim Aşamaları (14) Asfalt çatlak onarımı için kullanılan 3 boyutlu yazıcıların kullanılan malzeme gereği özel olarak geliştirilmesi gerekmektedir. Asfalt sıcaklığa ve yükleme süresine bağlı olarak şekil değiştirebilen bir malzeme olmasından dolayı 3 boyutlu baskı teknolojilerinde uygulanabilirliğinin artması için malzemenin kendi mekanik özelliklerinin ayrıntılı olarak bilinmesi ve çalışılması gerekmektedir. 4. Asfalt Çatlak Onarımında Geleneksel Yöntemler İle Yenilikçi Yöntemlerin Karşılaştırılması Asfalt çatlak onarımı, yol alt yapısının uzun ömürlü ve dayanıklı olmasını sağlamak için kritik bir süreçtir. Yol kaplamalarında meydana gelen çatlaklar için onarım yöntemleri genellikle çatlak yalıtımı ve çatlak dolgusu şeklinde uygulanmaktadır. Bu yöntemler manuel uygulamalara dayalı olup, yoğun iş gücü ve deneyim gerektiren, malzeme israfına ya da yetersizliğine sebep olabilen, trafik aksamalarını ortaya çıkaran olumsuz süreçler içermektedir. Akıllı ulaşım sistemleri içerisinde yer alabilecek akıllı yol bakım sistemlerinin gelişimi için 3 boyutlu yazıcı teknolojileri ile asfalt çatlak bakımı, yenilikçi yol bakımı olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu sistemlerin etkin ve verimli bir şekilde uygulanabilmesi için öncelikle hasarın türü ve boyutunun doğru bir şekilde tespit edilmesi gerekmektedir (15). 3 boyutlu yazıcı kullanılarak asfalt çatlak onarım sistemlerinin ilk adımı bozulma olan yüzeylerin 3 boyutlu olarak modellenmesinden geçmektedir. Bu bozulmaların 3 boyutlu olarak modellenmesi için yaygın olarak fotoğraf tabanlı modelleme ve lazer tarama yöntemleri kullanılmaktadır (16;17). Görüntüleme teknolojisi ve beraberinde kullanılan çeşitli algoritmalarla elde edilen 2 boyutlu görüntülerin 3 boyutlu hale
16 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . dönüştürülmesi sağlanarak bu sayede tersine mühendislik kullanılarak 3 boyutlu modeller oluşturulabilmektedir. Oluşturulan model ile doğrudan yâda dolaylı olarak onarım gerçekleştirilebilmektedir. Doğrudan onarımda 3 boyutlu yazıcı ile yerinde dolgu işlemi uygulanabilirken dolaylı onarım ile önceden üretilmiş parçaların bozulmaya uygun bir şekilde yerleştirilmesiyle gerçekleşmektedir (18;19). Geleneksel yöntemlerin aksine, 3 boyutlu yazıcı teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilen asfalt onarım yöntemleri, klasik yöntemlerin dezavantajlarını ortadan kaldırma potansiyeline sahiptir. Bu yenilikçi yaklaşım, ihtiyaca özel malzeme kullanımı sayesinde israfı azaltmakta, iş güvenliğini artırmakta ve çevre dostu veya geri dönüştürülebilir bağlayıcılarla daha sürdürülebilir ve ekonomik bir alternatif sunmaktadır. 5. 3 Boyutlu Yazıcıda Baskı Malzemesi Olarak Asfalt Asfalt, sıcaklığa duyarlı özel mekanik özelliklere sahip viskoelastikplastik bir malzemedir ve bu özellikleri sıcaklık değişimine bağlı olarak farklılık gösterebilir (20;21). Asfaltın viskoelastik durumdaki mekanik özelliklerini doğru bir şekilde tanımlamak için sertlik modülü değeri yaygın olarak kullanılmaktadır. Sertlik modülü asfaltın mekanik özelliklerini tanımlarken sıcaklık ve yükleme süresinin etkilerini de içermektedir. Sıcaklık arttıkça, asfaltın akışkanlığı ve plastik deformasyon kapasitesi artar, bu da sertlik modülünün azalmasına neden olur. Düşük sıcaklıklarda ise asfaltın viskozitesi ve şekil değiştirme direnci artmaktadır. Yükleme süresi üzerinden değerlendirilirse, yükleme süresi kısa olduğunda asfaltın sertlik modülü yükselir ve deformasyon direnci güçlenir. Sonuç olarak sıcaklık ve yükleme asfaltın mekanik tepkisini doğrudan etkileyerek farklı performans özelliklerini ortaya çıkarır (18). 3 boyutlu baskı için kullanılan malzemelerin, akışkanlık, ekstrüde edilebilirlik ve inşa edilebilirlik gibi temel baskı özelliklerine sahip olması gerekir. Akışkanlık, malzemenin besleme boyunca düzgün bir şekilde ilerlemesi ve nozula (baskı ucuna) sürekli olarak malzeme sağlama yeteneğini ifade etmektedir. Ekstrüde edilebilirlik, malzemenin nozuldan tıkanma veya damlama olmadan düzgün bir şekilde dışarı çıkabilme yeteneğini ifade eder. İnşa edilebilirlik ise, malzemenin kendi yerçekimine ve sonraki baskı katmanlarının yerçekimine deformasyon olmadan direnme ve iyi bir katmanlar arası bağlanma sağlama yeteneğini ifade eder. Asfaltın 3 boyutlu baskıya uygun bu gereksinimlerini karşılayabilmesi adına yazdırılabilirliği düzenlemek için sıcaklık kontrolü doğru bir şekilde uygulanması gerekmektedir. Yüksek
23 BÖLÜM III SIVI BİYOYAKITLAR LiquidBiofuels Betül ÇELİK1 & Nesrin DURSUN2 1 (Yüksek Lisans Öğrencisi), Ardahan Üniversitesi LEE Çevre Sağlığı Ana Bilim Dalı, Ardahan E-mail: [email protected] ORCID: 0009-0004-6316-5213 2 (Dr. Öğr. Üyesi), Ardahan Üniversitesi İnşaat Teknolojisi, Ardahan E-mail: [email protected] ORCID: 0000-0002-7463-1038 1. Giriş Dünyada, sanayileşmenin artması ve motorlu taşıtların yoğun kullanımı, fosil yakıtlara olan talebi arttırmıştır (Agarwal, 2007). Fosil yakıtların dünyada kullanılan birincil enerjinin %80’ini oluşturduğu, bu oranın büyük çoğunluğunu da sadece ulaştırma sektörünün oluşturduğu rapor edilmiştir (Escobar vd., 2009). Yenilenebilir olmayan fosil yakıtların iklim değişikliği, buzulların erimesi ve buna bağlı olarak deniz seviyesinin yükselmesi, biyolojik çeşitlilik kaybı gibi olumsuzluklara neden olduğu bildirilmiştir (Singh vd., 2010; Prasad vd., 2007; Zhao vd., 2009; Gullison vd., 2007). Bu olumsuz etkiler nedeniyle, yenilenebilir ve sürdürülebilir yakıt alternatiflerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu kapsamda, biyoyakıtlar önemli alternatiftir. Biyoyakıt, fosil türevli yakıtlar yerine kullanım potansiyeli olan genel olarak bitkisel materyallerden elde edilen yenilenebilir enerji kaynağıdır (Demirbas, 2011). Bu kapsamda, ormancılık kaynaklarından elde edilen çeşitli atıklar, gıda dışı enerji bitkileri (örneğin darı otu, okaliptüs) de dahil olmak üzere gıda bitkileriyle ilişkili tarımsal materyaller yer almaktadır. Çeşitli kaynaklardan yenilenebilir ve sürdürülebilir enerjiye küresel geçişte sıvı biyoyakıtlar önemli
24 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . bir rol oynamaktadır. Sıvı biyoyakıtlar, farklı tipte ham madde kullanılarak elde edilmesi ile sürdürülebilirliğe dayalı avantaj ve dezavantaja sahiptir (Irena, 2016). Bu ham maddelerin fırsatlar sunması önemli bir üretim potansiyeli anlamına gelmektedir. Şehirlerde, kentsel katı atıklar son derece değerli biyokütle olabilir. Bu atıklar, bulunabilir olup enerji dışı kullanımları az olduğundan üretimi daha kolaydır. Kırsal alanlarda da, tarımsal atıklar büyük bir potansiyele sahiptir, ancak hayvan yemi gibi rekabetçi kullanımlarla karşı karşıyadır (Behera vd., 2019). Sıvı biyoyakıtlar yanma verimliliğinin yüksek olması, yüksek enerji yoğunluğu, depolama ve taşıma kolaylığı sayesinde dikkat çekmektedir. Birçok ülke artık fosil yakıt bağımlılığını azaltmak için sıvı biyoyakıt üretimine öncelik vermektedir (Ge vd., 2025). Sıvı biyoyakıtlar, Şekil 1’de verilmiştir. Şekil 1. Sıvı biyoyakıtlar 2. Biyodizel Biyodizel eldesi için bitkisel yağlar, hayvansal yağlar, atık yemeklik yağlar ve mikroalgler gibi materyaller kullanılmaktadır (Wang vd., 2021; Çalışkan Eleren & Öner, 2019; Elcik & Cakmakci, 2017; Sezek, 2018). Biyokütle sıvı biyoyakıtlara, termokimyasal ve biyolojik prosesler gibi farklı yöntemlerle dönüştürülmektedir (Akia vd., 2014). Biyodizel üretiminin başarısı, belirli üretim koşulları ve parametrelere bağlıdır. Bu kapsamda, üretimde dikkate alınması gereken temel faktörler arasında ham materyalin kalitesi, reaksiyon sıcaklığı, katalizör seçimi ve miktarı, reaksiyon süresi, kullanılan alkolün tipi ve miktarı yer almaktadır (Işık & Yavuz, 2022).
SIVI BİYOYAKITLAR 25 Biyodizel’in avantajları: Biyodizel, fosil yakıtlardan elde edilen dizel ile karşılaştırıldığında daha çevreci ve sürdürülebilirdir (Ghedini vd., 2021). Fosil yakıtlara olan küresel bağımlılığı azaltma ve sera etkisini hafifletme potansiyeline sahiptir (Chilakamarry vd., 2021). Biyodizel üretiminde kullanılan ham maddeler, bitkisel ve hayvansal kaynaklı olması nedeniyle biyobozunur ve toksik değildir (Gebremariam, 2023). Biyodizel daha düşük toksik emisyona sahiptir, bu da biyodizeli yeşil bir yakıt seçeneği yapmaktadır (Ghedini vd., 2021). Biyodizel, geleneksel dizel yakıta göre daha düşük karbon içeriğine sahiptir (Ghazali vd., 2015). Biyodizel, geleneksel fosil dizele göre daha iyi yağlama özelliklerine sahiptir ve bu da motorun dişlilerinin, yataklarının ve diğer mekanik parçalarının daha uzun ömürlü olmasını sağlayabilir (Gebremariam, 2023) Biyodizel yüksek setan sayısına sahip olup, bu özelliği daha iyi yanma verimliliğine işaret etmektedir (Idris vd., 2023). Biyodizel atıksu çamuru, hayvansal ve bitkisel yağlar gibi ham maddelerden üretilebilir. Bu ham madde seçeneklerindeki çeşitlilik, biyodizel üretimini daha esnek hale getirmekte ve atık bertaraf sorunlarını potansiyel olarak azaltmaktadır (Kwon vd., 2012). Biyodizel üretimi, yerel kaynakları kullanarak yeni ekonomik fırsatlar yaratma ve kırsal kalkınmaya teşvik etme potansiyeline sahiptir (Chintagunta vd., 2021). Biyodizel’in dezavantajları: Biyodizel için küresel taleple karşılaştırıldığında hayvansal yağın sınırlı erişilebilirlik özelliği bulunmaktadır (Chintagunta vd., 2021). Biyodizel, genellikle geleneksel dizel yakıttan daha pahalıdır (Gebremariam, 2023). Biyodizelin dizel yakıta göre daha yüksek viskozitesi, daha düşük enerji içeriği ve uçuculuğu vardır (Gülüm & Bilgin, 2015). Biyodizel, nispeten düşük enerji içeriği nedeniyle soğuk bölgelere uygun değildir (Gebremariam, 2023). Biyodizelin oksidatif, korozyon yapıcı, higroskopik doğası vardır. Bu özellikler, motor bileşenlerinde ve yakıt sistemi altyapısında artan aşınma ve yıpranmaya yol açabilir (Shehzad vd., 2021). Biyodizel üretimi, metanol gibi katalizörlerin kullanımını gerektirebilir (Aboelazayem vd., 2021).
26 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . 3. Biyoetanol Biyoetanol, farklı materyallerden elde edilebilir. Özellikle tarımsal atıklar, bitkisel lifler, mısır, şeker kamışı, buğday ve şeker pancarı gibi kaynaklar biyoetanol üretimi için kullanılabilmektedir (Sarkar vd., 2012; Özdemir & Günduğar, 2019; Özdemir & Kayi, 2019). Bu materyaller, fermantasyon süreciyle şekerlere dönüştürülerek biyoetanol elde edilmektedir (Özdemir & Günduğar, 2019). Biyoetanol üretimi için bazı üretim koşulları ve parametreler bulunmaktadır. Bu koşullar ve parametreler, fermantasyon sürecinin verimliliğini ve biyoetanol kalitesini etkilemektedir. Biyoetanol verimi ve fermantasyon verimliliği, kullanılan ham madde ve organizmaya bağlıdır. Optimum fermantasyon hızı ve kapsamını sağlamak için biyotik (örneğin mikrobiyal kontaminasyon) ve abiyotik faktörler (örneğin besin, iz element eksikliği) ele alınmalıdır (Tse vd., 2021). Biyoetanol’ün avantajları: Biyoetanol mısır, şeker kamışı ve selülozik malzemeler gibi biyokütle ham maddelerden üretilmektedir (Deenanath vd., 2012). Bu ham maddeler, yenilenebilir ve sürdürülebilir bir yakıt seçeneğidir. Fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltmakta ve sera gazı emisyonlarını azaltmaya katkıda bulunmaktadır. Biyoetanol konvansiyonel benzinle karşılaştırıldığında daha düşük karbon ayak izine sahiptir (Luque vd., 2008). Biyoetanol’ün üretimi ve yanması, net karbondioksit emisyonlarında azalmaya yol açarak iklim değişikliğini hafifletmeye katkıda bulunmaktadır. Biyoetanol, bir taşıma yakıtı, bir yakıt katkı maddesi veya çeşitli kimyasalların üretimi için bir öncül olarak kullanılabilir (Deenanath vd., 2012). Geleneksel yakıta kıyasla daha yüksek oktan sayısı ve daha yüksek buharlaşma ısısı nedeniyle erken ateşleme ve silindir vuruntusu önlenebilir (Deenanath vd., 2012). Biyoetanol daha yüksek oksijen içeriğine bağlı olarak hidrokarbon ve karbonmonoksit egzoz emisyonunu azaltmaktadır. İçten yanmalı bir motorda biyoetanolün daha düşük enerji içeriği, sıkıştırma oranı daha yüksek ve yanma süresi daha kısa olduğundan, biyoetanol-yakıt karışımı olarak doğrudan eklenmesine olanak tanımaktadır. Biyoetanolün geleneksel yakıtla karıştırılması veya harmanlanması mevcut motor tasarımlarıyla uyumludur (Deenanath vd., 2012).
SIVI BİYOYAKITLAR 27 Biyoetanol’ün dezavantajları: Biyoetanol üretimi, önemli miktarda arazi ve su kaynağı gerektirmektedir (Otieno & Ogutu, 2020). Biyoetanol üretimi için ham madde erişilebilirliği ve maliyeti, hava koşulları, pazar talebi ve rekabet eden kullanım gibi faktörlerden etkilenebilir (Osman vd., 2021). Biyoetanol üretimi, gıda üretimiyle rekabet edebilir ve su kaynakları üzerinde baskı yaratabilir, bu da çevresel ve sosyal endişelere yol açabilir. Biyoetanol, benzinle karşılaştırıldığında düşük bir enerji içeriğine sahiptir, bu da daha düşük yakıt verimliliği ve enerji verimliliği ile sonuçlanmaktadır (Deenanath vd., 2012). Biyoetanol ile çalışan araçlar, daha büyük yakıt tanklarına veya daha sık yakıt ikmali yapmaya ihtiyaç duyabilir. 4. Biyometanol Biyometanol, sürdürülebilir enerji bakımından umut verici bir potansiyel göstermektedir. Biyokimyasal prosesler mikrobiyal fizyoloji, normal sıcaklık ve basınç koşullarında ham maddeyi biyometanole dönüştürmektedir (Subudhi vd., 2025). Biyometanol, odunsu doku ve tarımsal atıklar gibi kaynaklardan elde edilmektedir. Biyometanol’ün avantajları: Çeşitli termokimyasal ve biyokimyasal prosesler kullanılarak, daha yüksek verim sağlamak için ön işlem adımından sonra, tarımsal atıklar, orman atıkları ve kentsel organik atıklar gibi atık biyokütlelerden biyometanol üretilebilir (Mohanty vd., 2022). Biyometanol çeşitli kimyasalların üretimi için bir ham madde olarak kullanılabilir (Parkhey, 2022; Subudhi vd., 2025). Biyometanol’ün dezavantajları: Biyometanol benzin veya dizel ile karşılaştırıldığında daha düşük enerji içeriğine sahiptir (Hanifuddin, 2023; Antony vd., 2022). Biyometanol uçucu ve toksik olup, uygun kullanım ve güvenlik önlemleri gerektirmektedir (Minteer, 2011). Biyometanole maruz kalma, insan sağlığı üzerinde zararlı etkiler gösterebilir. Bu nedenle üretim, depolama ve taşıma sırasında uygun güvenlik önlemlerinin alınması gerekmektedir.
28 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . 5. Biyobütanol Biyobütanol, çeşitli kaynaklardan türetilmektedir. Elde edilme sürecinde peynir altı suyu, mısır sapı, tatlı sorgum posası ve tarımsal yan ürünler gibi materyaller kullanılmaktadır (Becerra vd., 2015). Bu materyallerin tercihi, enerji verimliliği, çevresel sürdürülebilirlik ve ekonomik uygunluk gibi kritik parametrelere göre yapılmaktadır (Bankar vd., 2013). Biyobütanolün üretimi, genellikle ABE (aseton, bütanol, etanol) fermantasyon adı verilen metodoloji ile gerçekleşmektedir, bu süreçte seçilen mikroorganizmalarla biyokütle fermente edilmekte ve biyobütanol üretilmektedir. Fermantasyonun optimizasyonu pH, sıcaklık, besin konsantrasyonu ve oksijen miktarı gibi değişkenlere göre ayarlanmaktadır (Kaymak, 2019). Biyobütanol’ün avantajları: Biyobütanol, etanole göre daha yüksek enerji içeriğine sahiptir, bu da biyobütanolü daha verimli bir yakıt yapmaktadır (Navas vd., 2018). Bu yüksek enerji içeriği, taşımacılık yakıtı olarak kullanıldığında daha iyi yakıt tasarrufu ve performans sağlamaktadır. Biyobütanol, mevcut motorlara veya yakıt altyapısına modifikasyon yapmadan benzinle karıştırılabilen yakıt olarak kullanılabilir (Santos vd., 2022). Bu uyumluluk, yenilenebilir yakıtlara geçiş için biyobütanolü daha uygun ve uygulanabilir bir seçenek yapmaktadır. Biyobütanol geniş bir iklim ve çalışma koşulu yelpazesi için uygun bir yakıttır (Morone & Pandey, 2014). Etanolden %25 daha fazla enerjiye sahip olması, daha düşük su karışabilirliği ve daha az aşındırıcı özelliklere sahip olması nedeniyle biyobütanol önemli biyoyakıttır (Santos vd., 2022). Bu özellik, biyobütanol karışımlı yakıtların stabilitesine ve uzun ömürlülüğüne katkıda bulunmaktadır. Biyobütanol’ün dezavantajları: Aseton-bütanol-etanol (ABE) fermantasyonu gibi fermantasyon prosesleri aracılığıyla biyobütanol üretimi, diğer biyoyakıtlara göre bütanol’ü daha düşük verim ve seçicilikle sonuçlandırmaktadır (Neuling & Kaltschmitt, 2017). Biyobütanol, etanolden daha toksiktir, bu da üretim, depolama ve taşıma sırasında güvenlik açısından zorluklara neden olabilir (Navas vd., 2018). Potansiyel riskleri hafifletmek için uygun önlemler ve güvenlik tedbirleri alınması önerilmektedir.
SIVI BİYOYAKITLAR 29 Fermantasyon karışımından biyobütanol’ün ayrılması ve arıtılması, damıtma veya ekstraksiyon gibi yoğun enerji prosesleri gerektirmektedir (Kaymak, 2019). Bu prosesler, toplam üretim maliyetlerine ve enerji tüketimine katkıda bulunarak, biyobütanol üretimini ekonomik olarak daha az uygulanabilir kılmaktadır. Biyobütanol üretimi genellikle anaerobik koşullar gerektirdiğinden, mikroorganizma seçeneği sınırlılığı, fermantasyon sürecini kompleks duruma getirebilmektedir (Mai vd., 2017). 6. Biyoyağ Biyoyağ, çeşitli biyokütle materyallerinden elde edilmektedir. Biyoyağ talaş, orman atıkları, palmiye kabuğu ve mısır koçanı gibi geniş bir yelpazede lignoselülozik materyallerden türetilebilir (Tuan & Nghia, 2023). Bu materyaller lignin, selüloz, karbonhidrat ve pentozan gibi bileşenler bakımından zengin biyoyağ üretiminde kullanılan ana ham madde kaynaklarıdır (Lu vd., 2017). Biyoyağ ham maddesinin içeriği, elde edilen biyokütle bazlı yağın niteliklerini ve özelliklerini tanımlamada kritik bir role sahiptir. Biyoyağ üretiminde göz önünde bulundurulması gereken temel parametreler arasında piroliz sıcaklığı, ısıtma oranı, kullanılan katalizörler ve reaksiyon süresi yer almaktadır. Piroliz, biyokütle materyalini biyokütle bazlı yağa dönüştürme sürecinde esas olarak kullanılan yöntemdir. Piroliz aşamasındaki sıcaklık ve ısıtma hızının değişiklikleri, bu yağın verim ve kompozisyonu üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. Yüksek sıcaklıkların kullanılması, yağ veriminin artmasına katkıda bulunabilir, ancak yan ürünlerin oluşum riskini de arttırabilir (Lin vd., 2009; Gómez vd., 2018). Kül ve mineral gibi inorganik bileşenler, piroliz sürecinde katalitik etkilere sahip olabilir, yağın verimini ve kalitesini etkileyebilir (Gómez vd., 2018). Katalizörlerin kullanımı, biyoyağ üretimini optimize edebilir ve ürünün karakteristiklerini modifiye edebilir (Neumann & Hicks, 2012). Uzun süreli reaksiyonlar, yağın artan verimiyle sonuçlanabilir, ancak polimerizasyon ve bozulma riski de artabilir (Solantausta vd., 2012). Dolayısıyla, optimal reaksiyon süresinin belirlenmesi, istenilen yağ özelliklerinin elde edilmesi için hayati bir öneme sahiptir. Biyoyağ’ın avantajları: Biyoyağın en belirgin avantajlarından biri, mısır sapı gibi tarımsal kalıntılar, ormancılık ürünleri ve enerji bitkileri gibi çok çeşitli biyokütle
30 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . kaynaklarından elde edilebilir olmasıdır (Zhang vd., 2021). Bu durum, ham madde seçeneklerinde geniş bir yelpaze ve adaptasyon kabiliyeti sunmaktadır. Biyoyağın piroliz yöntemiyle üretimi, diğer biyoyakıtlara kıyasla yüksek verimlidir (Zhang vd., 2021). Biyoyağın üretim maliyeti, diğer yenilenebilir enerji türlerine göre daha avantajlıdır (Zhang vd., 2021). Bu maliyet etkinliği, biyoyağı enerji sektöründe cazip bir alternatif yapmaktadır. Araştırmalar, biyoyağın, fosil yakıtlarla kıyaslandığında daha etkin yanma karakteristiği gösterdiğini ve daha az kirletici emisyonu ürettiğini göstermiştir (Dolah vd., 2021). Biyoyağ’ın dezavantajları: Biyoyağın bazı istikrarsızlık sorunları bulunmaktadır ve bu sorun depolama ve nakliye sırasında problemlere yol açabilir (Umenweke vd., 2021). Biyoyağın yüksek viskozitesi, özellikle yakma sistemlerinde uygulama sorunlarına neden olabilir (Umenweke vd., 2021). Biyoyağın korozif nitelikleri, depolama ve taşıma sistemleri için ek önlemlerin alınmasını gerektirmektedir (Umenweke vd., 2021). Hızlı piroliz yöntemleri, biyoyağ üretimi sırasında yüksek miktarda hidrojen kullanımını zorunlu kılmaktadır (Dickerson & Soria, 2013). Ham madde (örneğin palmiye kabuğu) tipine göre elde edilen biyoyağ yüksek su içeriği, düşük kalorifik değer ve yüksek asitlik nedeniyle doğrudan yakıt olarak kullanım da daha az caziptir (Punsuwan & Tangsathitkulchai, 2014). 7. Sonuç Dünyada, küresel ısınmanın azaltılması ve ulaşım kaynaklı emisyonların sınırlandırılmasını amaçlayan uygulamalar gerekmektedir. Bu bağlamda, yenilenebilir sıvı biyoyakıtlar, ulaşım sektöründen kaynaklanan CO2 emisyonlarını azaltmada, uygulanabilir ve umut verici bir yol olarak öne çıkmaktadır. Buna göre yenilenebilir biyodizel, biyoetanol, biyometanol, biyobütanol ve biyoyağ üretiminin avantajları ve dezavantajlarına ilişkin sonuçlar aşağıda sunulmuştur. Biyodizel, üretiminde kullanılan ham maddelerin bitkisel ve hayvansal kaynaklı olması nedeniyle biyobozunur, geleneksel dizel yakıta göre daha düşük karbon içeriği, motorun mekanik parçalarının daha uzun ömürlü olması, yüksek setan sayısına bağlı olarak iyi yanma verimliliği avantajları bulunurken,
SIVI BİYOYAKITLAR 31 genellikle geleneksel dizel yakıttan daha pahalı, dizel yakıta göre daha yüksek viskozite, daha düşük enerji içeriği ve uçuculuk, metanol gibi katalizörlerin kullanımını gerektirmesi gibi dezavantajları da bulunmaktadır. Biyoetanol, genel olarak yenilenebilir ve sürdürülebilir, daha düşük karbon ayak izi, çeşitli uygulamalar ve geliştirilmiş yanma özellikleri gibi avantajlar sunmaktadır. Ancak, daha düşük enerji içeriği, arazi ve su kullanımı endişeleri, ham madde erişilebilirliği ve rekabeti, altyapı ve uyumluluk zorlukları gibi dezavantajlara da sahiptir. Bu dezavantajların üstesinden gelinmesi, biyoetanol’ün yenilenebilir ve sürdürülebilir bir yakıt olarak potansiyelini tam anlamıyla gerçekleştirmek için gereklidir. Biyometanol yenilenebilir ve sürdürülebilir olma, düşük karbon ayak izi, çeşitli uygulamalar ve mevcut altyapı ile uyumluluk gibi avantajlara sahip iken, düşük enerji içeriği, üretim zorlukları ve toksisite gibi dezavantajları da bulunmaktadır. Biyobütanol daha yüksek enerji içeriği, mevcut altyapı ile uyumluluk ve azalmış su emilimi gibi avantajlar sunmaktadır. Ancak, daha düşük üretim verimliliği, ayırma ve arıtma, toksisite ve anaerobik üretim koşulları gereksinimi gibi dezavantajları da bulunmaktadır. Biyoyağ; çeşitli biyokütle kaynaklarından elde edilebilen, yüksek verim, maliyet etkinliği ve azaltılmış emisyonlar gibi avantajları ile dikkat çekerken, termal istikrarsızlık, viskozite, koroziflik ve hidrojen tüketimi gibi dezavantajları da beraberinde getirmektedir. Kaynakça Aboelazayem, O., Gadalla, M., Alhajri, I., & Saha, B. (2021). Advanced process integration for supercritical production of biodiesel: Residual waste heat recovery via organic Rankine cycle (ORC). Renewable Energy, 164, 433-443. Agarwal, A. K. (2007). Biofuels (alcohols and biodiesel) applications as fuels for internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science, 33(3), 233-271. Akia, M., Yazdani, F., Motaee, E., Han, D., & Arandiyan, H. (2014). A review on conversion of biomass to biofuel by nanocatalysts. Biofuel Research Journal, 1, 16-25. Antony, C., Ghodke, P. K., Thiyagarajan, S., Mohanakrishnan, D., & Sharma, A. K. (2022). Advanced techniques for bio-methanol production. Patel, A., Sharma, A. K. (Edt.), Renewable energy innovations: Biofuels, solar, and other technologies.
32 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Bankar, S. B., Survase, S. A., Ojamo, H., & Granström, T. (2013). Biobutanol: the outlook of an academic and industrialist. RSC Advances, 3, 24734-24757. Becerra, M., Cerdán, M. E., & González-Siso, M. I. (2015). Biobutanol from cheese whey. Microbial Cell Factories, 14, 27. Behera, S., Koushalya, S., Kumar, S., & Jafar Ali, B. M. (2019). Potential and Prospects of Biobutanol Production from Agricultural Residues. Singh, L. K., Chaudhary, G. (Edt.), Liquid Biofuel Production, Scrivener Publishing. Chilakamarry, C. R., Mimi Sakinah, A. M., Zularisam, A. W., & Pandey, A. (2021). Glycerol waste to value added products and its potential applications. Systems Microbiology and Biomanufacturing, 1, 378-396. Chintagunta, A. D., Zuccaro, G., Kumar, M., Kumar, S. P. J., Garlapati, V. K., Postemsky, P. D., Kumar, N. S. S., Chandel, A. K., & Simal-Gandara, J. (2021). Biodiesel production from lignocellulosic biomass using oleaginous microbes: Prospects for integrated biofuel production. Frontiers in Microbiology, 12, 658284. Çalışkan Eleren, S., & Oner, B. (2019). Sürdürülebilir ve çevre dostu biyoyakıt hammaddesi: Mikroalgler. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(3), 304-319. Deenanath, E. D., Iyuke, S., & Rumbold, K. (2012). The bioethanol industry in Sub-Saharan Africa: History, challenges, and prospects. Journal of Biomedicine and Biotechnology, 416491, 1-11. Demirbas, A. (2011). Competitive liquid biofuels from biomass. Applied Energy, 88, 17-28. Dickerson, T., & Soria, J. (2013). Catalytic fast pyrolysis: A review. Energies, 6(1), 514-538. Dolah, R., Karnik, R., & Hamdan, H. (2021). A comprehensive review on biofuels from oil palm empty bunch (EFB): Current status, potential, barriers and way forward. Sustainability, 13(18), 10210. Elcik, H., & Çakmakcı, M. (2017). Mikroalg üretimi ve mikroalglerden biyoyakıt eldesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32(3), 795-820. Escobar, J. C., Lora, E. S., Venturini, O. J., Yáñez, E. E., Castillo, E. F., & Almazan, O. (2009). Biofuels: Environment, technology and food security. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13(6-7), 1275-1287. Ge, L., Ali, M. M., Osman, A. I., Elgarahy, A. M., Samer, M., Xu, Y., & Liu, Z. (2025). A critical review on conversion technology for liquid biofuel
YAPI SIVALARI: ÖZELLİKLERİ, İŞLEVLERİ VE KULLANIM ALANLARI 39 2005). Orta Çağ’da Avrupa’da ise kireç esaslı sıvalar büyük ölçüde kullanılmış, 18. yüzyıldan sonra ise alçı bağlayıcılı sıvalar yaygınlık kazanmıştır (Ashurst & Ashurst, 1988). Anadolu’da ise M.Ö. 3000–2000 yıllarına kadar giden sıva uygulamalarına rastlanmaktadır. Ersoy’a (1989) göre bu dönemde sıva harcı genellikle duvar örümünde kullanılan harç ile benzer özellikler göstermektedir. Çatlamaların önlenmesi amacıyla sıva harçlarına zaman zaman saman ve bitkisel lifler de ilave edilmiştir. Ayrıca kalın sıva tabakasının üzerine ince kilden son kat sıva uygulanmış, bu tabakanın zamanla çatlaması sonucu yüzeyler yenilenmiş ve böylece katman kalınlıkları artmıştır. Anadolu’da sur duvarlarının dahi hem içten hem de dıştan sıva ile kaplandığına dair bulgular mevcuttur. Güneydoğu ve Orta Anadolu’da, Mezopotamya uygarlıklarında kil ve saman karışımı harçların yanı sıra, kireç hamuru katkılı kil sıvaların ve kireç esaslı harçların kullanıldığı görülmektedir. Antik Mısır’da, Fenikeliler ve Hititler ’de alçı-kireç veya kireç bağlayıcılı sıvalar yaygın olarak uygulanmıştır. Benzer şekilde tüm Ege uygarlıklarında ve Roma döneminde de kireç, temel bağlayıcı malzeme olarak kullanılmış ve çeşitli harç türleri sıva olarak uygulanmıştır (Mavi, 2000; Wilkie ve Dyer 2023). Yapı sektöründe 19. yüzyıldan itibaren çimentonun kullanıma girmesiyle birlikte çimento bağlayıcılı sıva harçları geliştirilmiştir. Çimentonun sıvaya kazandırdığı yüksek dayanım ve suya karşı nispeten geçirimsiz özellikler önemli avantajlar sağlamış olsa da, çatlama eğilimi ve kireç esaslı harçlara kıyasla plastisite eksikliği önemli dezavantajlar olarak ortaya çıkmıştır. Bu sorunları giderebilmek amacıyla zamanla hibrit bağlayıcı sistemler geliştirilmiştir. Alçı– kireç, alçı–kireç–çimento ve çimento–kireç esaslı sıva harçları bu doğrultuda ortaya çıkmış ve uygulama alanı bulmuştur (Tuna, 1998; Wilkie ve Dyer 2023). 2. Sıva Uygulamaları ve Bileşenleri Sıvalar, uygulandıkları yapı elemanlarının yüzeylerini yalnızca kapatmakla kalmayıp, aynı zamanda bu yüzeylerin düzgün ve estetik bir görünüm kazanmasını sağlar. Bununla birlikte sıvaların temel işlevlerinden biri de, yapı elemanlarını atmosfer koşulları ve çevresel etkilerden kaynaklanan olumsuz etkilere karşı korumaktır. Başka bir ifadeyle sıva, yapının iç ve dış yüzeylerine uygulanan ve bina elemanlarını olumsuz dış etkenlere karşı koruyucu bir tabaka görevi üstlenen bir yapı malzemesidir (Anonim, 2025a). Bu etkiler meteorolojik, mekanik (deprem, aşınma, gazlar, sanayi), kimyasal (duman, hava kirliliği) ve biyolojik olarak sayılabilir.
40 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Sıvalar uygulama alanına göre iki temel grupta değerlendirilmektedir: iç sıvalar ve dış sıvalar. İç mekânlarda uygulanan sıvalar, yapıyı korumanın yanı sıra düzgün bir yüzey elde etmek, duvar gövdesini gizlemek, toz ve kir tutmayan bir kaplama sağlamak ve estetik katkı yapmak amacıyla kullanılmaktadır. Dış cephe sıvaları ise, doğrudan atmosfer koşullarına maruz kalan duvar elemanlarını yağmur, rüzgâr, don, sıcaklık değişimleri gibi dış etkilere karşı korumakla birlikte, yapıya mimari karakterine uygun bir görünüm kazandırmayı hedeflemektedir (TS EN 13914-1; TS EN 13914-2 ). Dış cephe sıvaları, özellikle su yalıtımı ve ısı yalıtımı açısından büyük önem taşımaktadır. Modern uygulamalarda sıvalar, su itici katkılar ve polimer modifikasyonları ile güçlendirilerek atmosfer koşullarına karşı daha dayanıklı hale getirilmektedir (Neville, 2012). İç cephe sıvalarında ise estetik değer ön planda olduğundan, son yıllarda renkli mineral katkılar, akrilik bazlı dekoratif sıvalar ve nanokaplamalar yaygın olarak kullanılmaktadır (Taylor, 2016). 2.1.SıvaKatmanları Sıva, yapı elemanlarını tamamlayan önemli bir bileşendir. Sıvayı oluşturan malzemeler, belirli oranlarda karıştırılarak “sıva harcı” elde edilir. Sıva harcı; dolgu malzemeleri (kum, çakıl, kırma taş vb.), bağlayıcılar (kireç, çimento, alçı veya sentetik bağlayıcılar), su ve bazı durumlarda boya katkılarının yerinde ya da önceden hazırlanmış karışımından oluşmaktadır. Kullanılan malzemelerin türü, miktarı ve uygulama amacına bağlı olarak farklı sıva harçları geliştirilmiştir. Bu harçlar, hem iç hem de dış yüzeylerde uygulanabilir olup, genellikle iki temel katmandan oluşmaktadır (Şekil 1) (TS EN 13914-1; TS EN 13914-2 ). Kabasıva: iri taneli kum içeren bir harçla hazırlanan ve kagir yüzeylere uygulanan ilk tabakadır. Bu tabaka, ince sıva için taşıyıcı bir altlık görevi görmekte ve duvar gövdesine bağlantıyı sağlamaktadır. Kaba sıvanın sertliği, duvar gövdesinden daha düşük veya eşdeğer olmakla birlikte, ince sıvadan mutlaka daha yüksek olmalıdır. Literatürde, kaba sıvanın ortalama dozajı 200– 300 kg/m³ arasında verilmektedir (Tuna, 1998). İncesıva: elenmiş ince kum ve sıvanın türüne uygun bağlayıcıların karışımı ile hazırlanan ikinci tabakadır. Bu tabaka, yüzeyin son görünümünü belirleyen kısımdır. Eğer ince sıvanın üzerine plastik bağlayıcılı hazır sıva uygulanacaksa, ince sıva yüzeyi düzgün bir şekilde hazırlanarak altlık görevi görmektedir (Eriç vd., 1989a; Akın, 1997).
YAPI SIVALARI: ÖZELLİKLERİ, İŞLEVLERİ VE KULLANIM ALANLARI 41 Şekil 1. Sıva katmanları Sıva altlığı: bazı özel durumlarda, özellikle duvar gövdesinin sıvayı taşıyamadığı koşullarda ya da özel kesitli duvarlarda, “sıva altlığı” adı verilen ek bir tabaka uygulanmaktadır. Bu tabaka, sıvanın yüzeye daha iyi tutunmasını sağlayarak hem mekanik hem de estetik performansın artmasına katkıda bulunmaktadır (Eriç vd., 1989b). Modern uygulamalarda kaba ve ince sıvanın yanı sıra, özel fonksiyonel sıvalar da geliştirilmiştir. Örneğin, ısı yalıtım sıvaları, ses yalıtım sıvaları, nem dengeleyici sıvalar ve polimer katkılı dekoratif sıvalar günümüzde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır (Neville, 2012; Taylor, 2016). Ayrıca, sürdürülebilirlik odaklı çalışmalarda uçucu kül, silis dumanı, genleştirilmiş perlit veya vermikülit gibi mineral katkılar da sıva harçlarında kullanılmakta, hem mekanik hem de ısıl performansın iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. 2.2.SıvaÜretimindeKullanılanMalzemeler Sıva malzemeleri, yapımında ve uygulamasında kullanılan yardımcı malzemeler olarak iki ana grupta değerlendirilebilir. Sıva uygulamasında kullanılan malzemeler, sıva işleminin doğru ve düzgün bir şekilde gerçekleştirilebilmesi için gerekli olan mala, kürek, tarak, gönye, terazi ve şakül gibi el aletleri yardımcı araçlardır. Bu araçlar, harcın hazırlanması, yüzeye uygulanması, yüzeyin düzeltilmesi ve ölçü kontrolünün sağlanmasında önemli rol oynamaktadır. Sıva harcı yapımında kullanılan malzemeler ise sıvanın esas bileşenlerini oluşturmaktadır. Bunlar bağlayıcılar, ince agrega, karışım suyu ve özel harç katkıları olmak üzere dört temel başlık altında incelenmektedir (Ertorun, 2005). Modern uygulamalarda sıva harçlarına, performansı artırmak amacıyla polimer katkılar, nano-silika, uçucu kül, silis dumanı, genleştirilmiş perlit ve vermikülit gibi katkılar da eklenmektedir. Bu katkılar, sıvalara hem mekanik dayanım hem de ısıl ve nem kontrol özellikleri kazandırmaktadır (Neville, 1995;
42 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Taylor, 2013). Özellikle dış cephe sıvalarında su itici katkılar (hidrofobik ajanlar) ve elastikiyet artırıcı polimerler tercih edilerek çatlama eğilimi azaltılmakta ve atmosfer koşullarına karşı dayanıklılık artırılmaktadır. 2.3.SıvaÇeşitleri Sıva çeşitleri 4 ana başlık altında incelenebilir (Taymaz 1977,Akın 1997, Mavi 2000). 6 Binalarda sıva çeşitleri yukarıdaki gibi 4 ana başlık altında sınıflandırılabilse de Türk standartlarına göre, dış sıva ve iç sıva yapımında kullanılan harç esas alınarak sınıflama yapılmıştır. Buna göre dış sıvalar özelliklerine veya kullanımına göre (Memiş, 2007): 1. Çok amaçlı sıva harcı 2. Dış kullanımlarda tek tabaka sıva harcı 3. Hafif sıva harcı 4. Yenileme harcı 5. Renkli sıva harcı 6. Isı yalıtımlı sıva harcı İç sıvalar ise : Kategori Alt tür/Açıklama Çimento – kum karışımlı sıva Çimento –kireç - kum karışımlı sıva Kireç – kum karışımlı sıva Alçı Sıva A sınıfı (adi ) alçı sıva B sınıfı (katkılı adi) alçı sıva C Sınıfı (susuz) alçı sıva D sınıfı alçı sıva Püskürtme yüzey arttırıcı sıva Sıva mƌĞƚŝŵ şekillerine göre 'ĞůĞŶĞŬƐĞů Hazır Bağlayıcı özelliklerine ŐƂƌĞ DŝŶĞƌĂů ^ĞŶƚĞƚŝŬ Uygulandığı yüzey şekline ŐƂƌĞ <ĂŐŝƌLJƺnjĞLJ Ahşap yüzey Bağdadi veya kamış üzeri ZĂďŝƚnjƺnjĞƌŝ ƵǀĂƌďƺƚƺŶƺŶĚĞ uygulandığı yere ŐƂƌĞ İç sıva Dış sıvĂ Binalarda sıva çeşitleri yukarıdaki gibi 4 ana başlık altında sınıflandırılabilse de Türk standartlarına göre, dış sıva ve iç sıva yapımında kullanılan harç esas alınarak sınıflama yapılmıştır. Buna göre dış sıvalar özelliklerine veya kullanımına göre (Memiş, 2007): Çok amaçlı sıva harcı Dış kullanımlarda tek tabaka sıva harcı Hafif sıva harcı Yenileme harcı Renkli sıva harcı Isı yalıtımlı sıva harcı
YAPI SIVALARI: ÖZELLİKLERİ, İŞLEVLERİ VE KULLANIM ALANLARI 43 İç sıvalar ise : Kategori Alt tür/Açıklama Çimento – kum karışımlı sıva Çimento –kireç - kum karışımlı sıva Kireç – kum karışımlı sıva Alçı Sıva A sınıfı (adi ) alçı sıva B sınıfı (katkılı adi) alçı sıva C Sınıfı (susuz) alçı sıva D sınıfı alçı sıva Püskürtme yüzey arttırıcı sıva X ışınlarından koruma sıvası Akustik Sıva Alçılı veya çimentolu hazır sıva Isı yalıtkan sıva 2.3.1. Üretimşekillerinegöresıvalar 2.3.1.1.Yerindekarışımıyapılansıvalar Karışımları, uygulama yapılacak yerde (şantiyede) veya kullanılma yerine iletilme süresi oldukça kısa olacak uzaklıkta hazırlanan sıvalardır. Geleneksel sıvaların başlıca bağlayıcı maddeleri çimento, kireç, çimento-kireç ve alçı olabilir. Karışım içindeki malzeme, uygulama yöntemleri ve yüzey görünümlerine göre değişik isimler alırlar (Akın 1997, Anonim 2025b). Bunlar; · Düz sıva · Püskürtme sıva · Serpme sıva · Sistre sıva · Teronava sıva · Çarpma-mala sıva · Merdane sıva · Delikli sıva · Yaprak Sıva · Mozaik Sıva · Mermer sıva · Perlitli sıva · Mozaik sıva · Hazır renkli sıva · Hazır renkli serpme sıva · Alçı sıva · Silme sıva · Anibella sıva · Perdahlı sıva
44 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . a. Düz sıva Sıvalar, genellikle ortalama 2 cm kalınlığında kaba sıva tabakası üzerine yaklaşık 0,8 cm kalınlığında ince sıva uygulanarak iki katmanlı biçimde yapılmaktadır. Kullanılan harca katılan bağlayıcı türü ve miktarı, sıvanın adlandırılmasında belirleyici rol oynamaktadır (Akın, 1997). Farklı kriterlere bağlı olarak çeşitli adlarla anılan bu sıvalar: · Bağlayıcı miktarına göre: 250/300 çimento dozlu harçlı düz sıva, 250/400 çimento dozlu harçlı düz sıva, 350/500 çimento dozlu harçlı düz sıva. · Bağlayıcı türüne göre: Kireç harçlı düz sıva, alçı sıva, kumlu alçı sıva, kumlu kireç alçı sıva, kireç-çimento karışımlı harçlı düz sıva. · Katkı malzemelerine göre: Kireç harçlı keçi kıllı tek kat düz sıva, renkli mermer tozlu sıva, mermer pirinç katkılı suni taş sıva. · Destekleyici altlıklara göre: Bağdadi sıva, kamış hasır üzerine yapılan sıva, rabitz sıva. Uygulama yöntemlerine göre: Serpme sıva, edelputz sıva, püskürtme sıva. b. Püskürtme sıva Püskürtme sıva, yüzeyi temizlenmiş dış duvar yüzeylerine, özel alet veya makine yardımıyla yaklaşık 3 mm kalınlığında uygulanan bir sıva türüdür. Homojen bir yüzey ve düzgün bir kalınlık elde edebilmek amacıyla üç tabaka olarak uygulanmaktadır Püskürtme sıva, modern yapılarda en sık kullanılan sıva çeşitlerinden biridir. Uygulama öncesinde kireç ezilip süzülür, ardından koyu kıvamdaki kireç içine su ile şerbet haline getirilmiş çimento ilave edilir. Akıcı kıvam elde edilene kadar mermer tozu katılır. Renkli sıva hazırlanacaksa, kullanılacak solmayan madeni boya önce suda eritilip süzülür ve ardından karışıma eklenerek iyice karıştırılır. Hazırlanan sıva harcı, özel püskürtme makinesi ile katkılı kaba sıva üzerine uygulanır. Bu sıva, içerdiği kireç, çimento, kum, iri ve ince agrega sayesinde Şekil 2. Düz sıva Şekil 3. Püskürtme sıva
YAPI SIVALARI: ÖZELLİKLERİ, İŞLEVLERİ VE KULLANIM ALANLARI 45 oldukça sert ve dayanıklı bir yapı malzemesi niteliği kazanır. Renkli harçların homojen bir görünüm sağlaması için yüzeylere katman katman uygulanması tercih edilmektedir. Püskürtme sıvanın yüzeye iyi yapışabilmesi ve zamanla dökülmemesi için uygulama yüzeyinin pürüzlü olması önemlidir. Bu nedenle ince sıva tabakasında kullanılacak mil kumun 2–3 mm göz açıklığına sahip elekten geçirilmiş, dişli yapıda olması gereklidir. Bu tür sıvalarda 2 mm’den iri tanelerin kullanılmaması zorunludur; zira iri taneler yüzeye uygulanmadan ya da çarptıktan hemen sonra düşerek sıvanın homojenliğini bozmaktadır. Deneysel ve uygulama bulgularına göre püskürtme sıvalarda iki kısım iri, bir kısım ince agrega karışımı ideal oran olarak kabul edilmektedir (Ercan, 1972). Püskürtme sıvalar, uygulama kolaylığı ve estetik çeşitlilik sağlaması nedeniyle modern cephe kaplamalarında yaygın şekilde kullanılmaktadır. Ayrıca bu sıvalar, yüzeye yüksek aderans sağlamaları ve atmosfer koşullarına karşı dayanıklı olmaları nedeniyle özellikle dış cephelerde tercih edilmektedir (Neville, 2012). Günümüzde, klasik püskürtme sıvalara ek olarak akrilik reçine katkılı, ısı yalıtım özellikli veya mineral dolgulu dekoratif püskürtme sıvalar da geliştirilmiştir. Böylece hem estetik hem de fonksiyonel performans sağlanmaktadır (Taylor, 2016). c. Serpme sıva Yeni yapılmış ya da temizlenmiş yüzeyler üzerine, serpici araçlarla kuvvetli bir şekilde çarptırılarak tek kat halinde uygulanan sıva türü, yüksek dozlu sıva olarak tanımlanmaktadır. Bu sıva, genellikle su basman kotunun altında kalan yüzeylerde, betonarme perdelerde ve taş duvarlarda kullanılmaktadır. Tek katman halinde ve yoğun kıvamlı uygulanması nedeniyle yüzeye güçlü bir aderans sağlamakta ve koruyucu bir kaplama işlevi görmektedir (Mavi, 2000). Yüksek dozlu bu sıvalar, özellikle nem ve suya maruz kalan bölgelerde tercih edilmektedir. Bu sıva türü, yüzeye daha dayanıklı bir kaplama kazandırdığı için su basman düzeyinde önemli bir işlev üstlenir.Modern uygulamalarda bu sıva türü, genellikle su itici katkılar veya çimento oranı artırılmış karışımlar ile güçlendirilerek nem, su ve kimyasal etkilerden korunması sağlanmaktadır (Neville, 2012). Şekil 4. Serpme sıva
46 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . d. Sistre (tarak - edelputz) sıva Dış etkenlere karşı yüksek dayanım göstermesi nedeniyle en çok tercih edilen sıva türlerinden biri olup, özel agrega ve bağlayıcılarla hazırlanır. Bu sıvada, homojen renk ve tane boyutuna sahip, elenmiş özel agrega ile karışımda ayrıca söndürüldükten sonra en az bir ay dinlendirilmiş kireç ve çimento bulunmaktadır. Hazırlanan sıva harcı, yüzeye tek kat halinde uygulanır. Sonra yüzeye doku kazandırmak amacıyla sıva, “sistre” adı verilen özel aletlerle kazınarak işlenir. Bu sıva türü de genel prensiplere uygun olarak kaba sıva ve ince sıva olmak üzere iki tabaka halinde uygulanmaktadır. İlk tabakada kum, çimento, sönmüş kireç ve sudan oluşan kaba sıva harcı kullanılır ve duvar yüzeyi düzleştirilir. Daha sonra yüzey testere dişleri veya mala ucu ile pürüzlendirilerek aderans artırılır. Yüzeyin hafif kuruyup yeterli sertlik kazanmasının ardından ikinci tabaka olan ince sıva uygulanır. İnce sıva; kaya ve mermer parçaları, çimento, beyaz mermer kireci, madeni boya ve sudan oluşan bir karışımla hazırlanır. Sıva tamamen kuruduktan sonra sistre aletiyle kazınarak yüzeydeki çimento tabakası soyulur ve iri-ince agregalar görünür hale getirilir. Böylece hem oldukça pürüzlü hem de estetik bir yüzey elde edilmektedir. Bu yöntemle yapılan sıvalar, dayanıklılık ve dekoratif görünümün birlikte sağlanması açısından tercih edilmektedir (Özçelik, 1965). Bu sıva türü, literatürde genellikle sistre sıva veya kazıma sıva olarak adlandırılır. Günümüzde modern versiyonları çekiçlenmiş yüzey sıvalar ya da dekoratif mineral sıvalar şeklinde uygulanmaktadır. Çimento, kireç ve özel agrega kullanımı, bu sıvayı hem atmosfer koşullarına dayanıklı hem de uzun ömürlü hale getirmektedir. Özellikle dış cephe kaplamalarında tercih edilmesinin nedeni budur (Neville, 2012; Taylor, 2016). e. Silme sıva Silme sıva, mermer kökenli malzemeler ve renkli katkılarla hazırlanan özel bir sıva türüdür. Belirli oranlarda 3 veya 4 numaralı mermer pirinci, mermer tozu, kireç, toz boya ve çimento karıştırılarak elde edilen harç, katkılı kaba sıva üzerine uygulanmaktadır. Bu uygulamada, sıva yüzeyi hazırlanırken üzerine kuru halde renkli taş veya cam kırıntıları tahta mala ile bastırılır; ardından yüzey ıslatılıp perdahlanarak sıvaya son şekli verilir (Akın, 1997). Hazırlanışında, mermer tozu, mermer pirinci, çimento, kireç ve istenilen renkte pigmentler bir araya getirilir. Karışıma ayrıca renkli taş ve cam Şekil 4. Sistre sıva Şekil 5. Silme sıva
YAPI SIVALARI: ÖZELLİKLERİ, İŞLEVLERİ VE KULLANIM ALANLARI 47 d. Sistre (tarak - edelputz) sıva Dış etkenlere karşı yüksek dayanım göstermesi nedeniyle en çok tercih edilen sıva türlerinden biri olup, özel agrega ve bağlayıcılarla hazırlanır. Bu sıvada, homojen renk ve tane boyutuna sahip, elenmiş özel agrega ile karışımda ayrıca söndürüldükten sonra en az bir ay dinlendirilmiş kireç ve çimento bulunmaktadır. Hazırlanan sıva harcı, yüzeye tek kat halinde uygulanır. Sonra yüzeye doku kazandırmak amacıyla sıva, “sistre” adı verilen özel aletlerle kazınarak işlenir. Bu sıva türü de genel prensiplere uygun olarak kaba sıva ve ince sıva olmak üzere iki tabaka halinde uygulanmaktadır. İlk tabakada kum, çimento, sönmüş kireç ve sudan oluşan kaba sıva harcı kullanılır ve duvar yüzeyi düzleştirilir. Daha sonra yüzey testere dişleri veya mala ucu ile pürüzlendirilerek aderans artırılır. Yüzeyin hafif kuruyup yeterli sertlik kazanmasının ardından ikinci tabaka olan ince sıva uygulanır. İnce sıva; kaya ve mermer parçaları, çimento, beyaz mermer kireci, madeni boya ve sudan oluşan bir karışımla hazırlanır. Sıva tamamen kuruduktan sonra sistre aletiyle kazınarak yüzeydeki çimento tabakası soyulur ve iri-ince agregalar görünür hale getirilir. Böylece hem oldukça pürüzlü hem de estetik bir yüzey elde edilmektedir. Bu yöntemle yapılan sıvalar, dayanıklılık ve dekoratif görünümün birlikte sağlanması açısından tercih edilmektedir (Özçelik, 1965). Bu sıva türü, literatürde genellikle sistre sıva veya kazıma sıva olarak adlandırılır. Günümüzde modern versiyonları çekiçlenmiş yüzey sıvalar ya da dekoratif mineral sıvalar şeklinde uygulanmaktadır. Çimento, kireç ve özel agrega kullanımı, bu sıvayı hem atmosfer koşullarına dayanıklı hem de uzun ömürlü hale getirmektedir. Özellikle dış cephe kaplamalarında tercih edilmesinin nedeni budur (Neville, 2012; Taylor, 2016). e. Silme sıva Silme sıva, mermer kökenli malzemeler ve renkli katkılarla hazırlanan özel bir sıva türüdür. Belirli oranlarda 3 veya 4 numaralı mermer pirinci, mermer tozu, kireç, toz boya ve çimento karıştırılarak elde edilen harç, katkılı kaba sıva üzerine uygulanmaktadır. Bu uygulamada, sıva yüzeyi hazırlanırken üzerine kuru halde renkli taş veya cam kırıntıları tahta mala ile bastırılır; ardından yüzey ıslatılıp perdahlanarak sıvaya son şekli verilir (Akın, 1997). Hazırlanışında, mermer tozu, mermer pirinci, çimento, kireç ve istenilen renkte pigmentler bir araya getirilir. Karışıma ayrıca renkli taş ve cam Şekil 4. Sistre sıva Şekil 5. Silme sıva kırıkları da dâhil edilir. Su ile uygun kıvama getirilen harç, sistre sıvada olduğu gibi yüzeye vurularak uygulanır. Yaklaşık 1,5 cm kalınlıkta mastarlanarak düzeltilen yüzeye çelik mala ile hafif perdah çekilir. Bu aşamada henüz taze olan yüzeyin üzerine renkli taş ve cam parçaları kuru halde serpilir ve malzemenin yüzeye yapışması sağlanır. Daha sonra yüzey tekrar perdahlanarak taş ve cam kırıntılarının daha sağlam şekilde gömülmesi sağlanır (TS EN 13914-1.). Son perdahın ardından yüzey hafifçe sertleşmeye bırakılır. Tam kurumadan önce geniş badana fırçası ile yüzeye hafif veya güçlü şekilde su serpilerek, üstte kalan macun tabakası kısmen yıkanır. Böylece renkli taş ve cam parçaları yüzeyde belirgin hale gelir ve karakteristik silme sıva görünümü elde edilir. Silme sıva, özellikle estetik ve dekoratif amaçlı dış cephe kaplamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüzeye gömülen taş ve cam parçaları, sıvaya hem görsel çeşitlilik hem de mekanik dayanıklılık kazandırmaktadır. Bu sıva türü, günümüzde mozaik sıva veya cam mozaik sıva olarak da bilinmekte olup, farklı renklerde mineral agregalarla estetik cephe çözümleri sunmaktadır (Neville, 2012; Taylor, 2016). f. Teronava sıva Hem iç hem de dış yüzeylerde kullanılabilen bir sıva türüdür. Uygulama sırasında mala ile perdahlanan yüzey, ardından tarama işlemi ile açılarak karakteristik görünüm kazandırılır. Bu sıvada genellikle tane çapı 1–3 mm veya 1–5 mm arasında değişen kum ile mermer tozu kullanılmaktadır. Teronava sıvanın astar kaba sıvası, edelputz sıvada olduğu gibi hazırlanır ve uygulanır (Gürdal & Ersoy, 1987). Sıva kalınlığı yaklaşık 1–1,5 cm arasında olup, uygulama yöntemi bakımından edelputz sıvaya benzemektedir. Ancak teronava sıva, daima renkli olarak hazırlanmakta ve yüzeyin dekoratif özellik kazanması sağlanmaktadır. Perdahlanan tabaka, demirci testeresi ile yaklaşık 0,5 cm derinliğe kadar taranarak işlenir ve böylece edelputz sıvaya göre daha küçük pürüzlere sahip bir yüzey elde edilir. Şekil 6. Teronava sıva
48 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Bu sıva türünde mastarlama işlemi yapılmamaktadır. Yüzeyde eşit kalınlık elde edebilmek için, mastar ucuna sıva kalınlığına uygun çıtalar çakılmakta ve böylece sıva uygulaması boyunca kalınlığın homojen olması sağlanmaktadır. Bu uygulama, yüzeyin estetik görünümü yanında dayanıklılığını da artırmaktadır (Gürdal & Ersoy, 1987). Teronava sıvalar, özellikle estetik görünüm, yüzey dokusu ve renk çeşitliliği sağlamaları nedeniyle dekoratif sıvalar arasında değerlendirilir. Mermer tozu ve ince taneli agregaların kullanımı, bu sıvaya hem parlaklık hem de yüksek yüzey dayanımı kazandırmaktadır. Modern uygulamalarda, teronava sıvalar genellikle renk sabitliği artırılmış pigmentlerle üretilmekte ve dış cephelerde atmosfer koşullarına dayanıklı dekoratif kaplama olarak kullanılmaktadır (Taylor, 2016; Neville, 2012). g. Çarpma mala sıva Çarpma sıva, püskürtme sıvaya benzemekle birlikte daha fazla katkı içermesi nedeniyle farklılık göstermektedir. Genellikle yapıların su basman kotlarında uygulanmaktadır. Su basman düzeyinde yapılacak sıvaların çimento esaslı olması ve bu bölgelerin nem ile suya daha fazla maruz kalması nedeniyle, kullanılan harcın katkılı hazırlanması zorunludur. Bu bağlamda kaba sıva, yaklaşık 500–600 kg/m³ dozajlı çimento esaslı harçtan, çarpma sıva ise kireçsiz ve 550–660 kg/m³ dozajlı bir harçtan üretilmektedir (Eriç, 2002). Çarpma sıva, belirli oranlarda karıştırılan malzemelerden hazırlanan bir kaba sıva tabakası ile bunun üzerine uygulanan ince sıva tabakasından oluşmaktadır. İnce sıva, yüzeye çelik mala ile çarptırılarak uygulanır ve bu yöntem sayesinde yüzeye yüksek aderans sağlanır. Böylece sıva, su basman düzeyinde hem koruyucu hem de estetik işlev üstlenmektedir. Çarpma sıvalar, özellikle nem ve suya karşı dayanıklılık gerektiren bölgelerde kullanıldığından, modern uygulamalarda harca su itici katkılar, polimer modifikasyonları ve su geçirimsizlik sağlayıcı katkılar eklenmektedir. Bu sıva türü, literatürde kimi zaman “çekiç sıva” veya “mala vurma sıva” olarak da adlandırılmaktadır. h. Merdane sıva Merdane sıva, özellikle bina yüzeylerinde düzgün ancak belirli ölçüde pürüzlü bir yüzey elde edilmek istendiğinde tercih edilen sıva türüdür. Perdahlanmış yüzey üzerine, merdanenin aşağıdan yukarıya doğru çekilmesiyle uygulanır ve bu işlem sonucunda sıva, renkli ya da renksiz olarak farklı yüzey görünümlerine sahip olabilir. Şekil 7. Merdane sıva
YAPI SIVALARI: ÖZELLİKLERİ, İŞLEVLERİ VE KULLANIM ALANLARI 55 Bağlayıcı özelliklerine göre sıvalar Sıva karışımlarında kullanılan bağlayıcılar genel olarak üç ana grupta incelenebilir. Bunlardan ilki mineral bağlayıcılar olup; kireç, çimento ve alçı gibi geleneksel malzemelerden oluşmaktadır. İkinci grup ise sentetik bağlayıcılardır. Üçüncü grup ise, her iki bağlayıcı türünün özelliklerini bir arada barındıran, mineral esaslı fakat sentetik katkılarla modifiye edilmiş bağlayıcılardır. Bu sınıflandırma, sıva teknolojisinde kullanılan bağlayıcıların işlevsel çeşitliliğini ortaya koymaktadır. Mineral bağlayıcılar, doğal kaynaklı ve geleneksel olmaları nedeniyle uzun süredir kullanılmaktadır. Sentetik bağlayıcılar, özellikle elastikiyet, su iticilik ve UV dayanımı gibi modern performans gereklilikleri için tercih edilmektedir. Mineral esaslı sentetik katkılı bağlayıcılar, günümüzde özellikle ısı yalıtım sistemlerinde kullanılan hazır sıvalarda yaygın olarak görülmektedir (Neville, 2012; Taylor, 2016). 2.3.1.3.Mineralbağlayıcılısıvalar Bağlayıcı bileşeni alçı, kireç veya çimentodan en az birini (gerektiğinde birkaçı birlikte) içeren sıva türleridir. A. Kireç bağlayıcılı sıvalar Kireç sıva, harcında bağlayıcı olarak kireç hamuru ya da sönmüş torba toz kireç kullanılan sıva türüdür. 1985 tarihli Genel Teknik Şartname’ye göre bu kireç, kuyuda söndürülerek en az üç hafta dinlendirilmiş, yüksek kaliteli kireçten hazırlanmalıdır. Kireç sıvalar iki tabaka halinde uygulanmaktadır: İlk tabakada orta kum, ikinci tabakada ise ince perdah kumu kullanılmaktadır (Ersoy, 1989). Kireç sıvaların en önemli özelliği, esnek yapısı sayesinde yapıda meydana gelen küçük hareketlere çatlamadan uyum sağlayabilmesidir. Bu tür sıvalar yüksek aderansa sahip olmakla birlikte, sertlik ve mekanik mukavemet açısından düşüktür. Gözenekli ve hafif yapısı, çevre nemini kolayca emmesine ve geri vermesine imkân tanır. Bu nedenle özellikle iç mekânlarda tercih edilmektedir. Aderans özelliği yüksek olduğu için tavan sıvalarında da sıkça kullanılmaktadır. Ayrıca yüksek nem geçirimliliği sayesinde nemli veya buharlı iç hacimlerde olumlu sonuçlar vermektedir (Tuna, 1998). Şekil 11. Kireç bağlayıcılı sıva
56 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Kireç sıvalar, donma-çözülme döngülerine ve olumsuz hava koşullarına karşı belirli bir dayanım sergiler, bu sayede yapıda nem dengesinin korunmasına katkıda bulunur. Bununla birlikte, gözenekli ve su emici yapısı nedeniyle su basman kotunun altındaki bodrum ve temel duvarlarında veya aşırı yağış alan bölgelerde dış cephe sıvası olarak kullanılması önerilmez. Böyle durumlarda, kireç sıvanın suya karşı korunabilmesi için su itici katkılar veya ek yüzey kaplamaları ile birlikte uygulanması gerekmektedir. Kireç sıvalar, nefes alabilen yapıları sayesinde günümüzde özellikle restorasyon çalışmalarında tercih edilmektedir. Modern uygulamalarda, kireç sıvalar bazen hidrolik kireç veya puzolanik katkılar ile güçlendirilerek dış cephelerde de kullanılabilmektedir (Neville, 2012; Taylor, 2016). Tarihsel yapılarda kireç sıva, sadece estetik değil, aynı zamanda nem regülasyonu sağlayarak yapının korunmasına da katkı sunmuştur. B. Alçı bağlayıcılı sıvalar Alçı sıva, bağlayıcı olarak alçının kullanıldığı sıva türüdür ve iki farklı biçimde uygulanmaktadır: 1. Alçı harcı ile yapılan sıvalar, 2. Saf alçı hamuru ile yapılan sıvalar. Alçının gözenekli yapısı, içerisine nem alabilme özelliği kazandırmakta ve bu sayede iç mekân nemliliğini düzenleyici bir rol üstlenmektedir. Kolay işlenebilirliği, çabuk priz alması ve kolay şekil verilebilmesi nedeniyle alçı sıva, özellikle iç mekânlarda uygun bir kaplama malzemesi olarak değerlendirilmektedir. Saf alçının yanı sıra, günümüzde alçı–kum karışımlı sıvalar da kullanılmaktadır. Bu tür sıvalar, gözenekli ve tutucu yapıları sayesinde iç mekânlarda tercih edilmektedir. Ayrıca, alçı sıvalar doğal taş unu ile renklendirilebilmekte, kireç ilavesiyle de aderans özellikleri artırılabilmektedir. Alçı sıvalar yüksek mukavemete sahip olmamakla birlikte, çatlamalara karşı dayanıklı ve belirli ölçüde deformasyon yeteneği göstermektedir. Ancak alçının suya karşı yeterli dayanıklılığa sahip olmaması ve bir miktar çözünmesi nedeniyle, bu sıva türü ıslak hacimlerde veya dış cephelerde yağışa maruz kalan bölgelerde kullanılmamaktadır (Ersoy, 1989). Şekil 12. Alçı bağlayıcılı sıva
YAPI SIVALARI: ÖZELLİKLERİ, İŞLEVLERİ VE KULLANIM ALANLARI 57 Alçı sıva uygulamalarında TS EN 13279-1 ve TS EN 13279-2 standartlarına uygun alçı kullanılmalıdır. Çabuk priz alma özelliği bulunan alçı harcına, priz başladıktan sonra tekrar su eklenerek kullanılmaya çalışılmamalıdır. Gerekli durumlarda ise priz süresini uzatmak için priz geciktirici katkılar kullanılabilmektedir. Uygulama esaslarına göre, alçı sıva mevcut kaba sıva üzerine 5–7 mm kalınlığında uygulanmaktadır. Düzgün yüzeyli betonlarda ise altlık sıva yapılmaksızın 8–12 mm kalınlığında tek tabaka halinde uygulanabilmektedir. Sıva yüzeyinde pürüzsüzlük istenildiğinde, alçının asidik etkisine karşı dayanıklı olan galvanizli mala ile yüzey perdahlanabilmektedir. Alçı sıva, günümüzde özellikle iç mekân duvar ve tavan kaplamalarında kullanılmakta olup, aynı zamanda ısı ve ses yalıtımı açısından da avantaj sağlamaktadır. Modern uygulamalarda alçı sıvalar, katkılarla geliştirilerek yangına dayanıklı, hafif ve yüksek yüzey kalitesi sağlayan malzemelere dönüştürülmektedir C. Kireçalçı bağlayıcılı sıvalar Kireç–alçı bağlayıcılı sıvalar, bileşen olarak kum, kireç ve alçı kullanılarak hazırlanan sıva türleridir. Gözenekli yapıları sayesinde yüksek aderans sağlarlar ve belirli ölçüde esneme kabiliyetine sahiptirler. Bu özellikleri nedeniyle hem iç yüzeylerde hem de tavanda uygulanabilmektedir Sıva hazırlığında, kaba veya ince sıva türüne göre uygun kaba kum ya da ince mil kumu, alçı ile kuru halde karıştırılır. Daha sonra bu karışım, belirli oranlarda kireç eritilmiş su içerisine katılarak, istenilen kıvam elde edilinceye kadar karıştırılır. Şartnamelere göre, harçta kullanılacak su miktarı alçı ağırlığının %80’ini ve kum ağırlığının %25’ini geçmemelidir. Bu oranların aşılması, hem priz sürecini hem de sıvanın mukavemetini olumsuz etkilemektedir (Ersoy, 1989). Hazırlanan kaba sıvalar en fazla 15 mm kalınlığında uygulanmakta; bunun üzerine ise genellikle 5–7 mm kalınlığında ince sıva tabakası çekilmektedir. Böylece yüzey, hem mekanik dayanım hem de estetik açıdan daha uygun hale gelmektedir. Kireç–alçı bağlayıcılı sıvalar, kirecin esnekliği ve alçının hızlı priz alma özelliği sayesinde dengeli bir performans göstermektedir. Gözenekli yapısı nedeniyle nem regülasyonu açısından avantajlıdır; ancak suya karşı dayanıklılığı düşük olduğundan ıslak hacimlerde veya dış cephelerde Şekil 13. Kireç-Alçı bağlayıcılı sıva
58 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . doğrudan uygulanması önerilmemektedir. Günümüzde bu sıvalar, çoğunlukla restorasyon çalışmalarında veya iç mekân dekoratif sıva uygulamalarında kullanılmaktadır. D. Çimentokireç bağlayıcılı sıvalar Çimento–kireç bağlayıcılı sıvalar, üst yüzey özellikleri bakımından en çok tercih edilen sıva türleri arasında yer almaktadır. Yüksek mukavemet ve aşınma direnci göstermeleriyle birlikte, deformasyonlardan önemli ölçüde etkilenmezler. Her türlü duvar yüzeyine uygulanabilen bu sıvalar, genellikle çimento katkısı ile hazırlanarak sertlikleri ve aderans özellikleri artırılmaktadır. Çimento–kireç sıvalar, belirli ölçüde elastikiyet göstermekte; düşük nemlenme eğilimi ve nem atma kapasitesi sayesinde hem iç hem de dış yüzeylerde rahatlıkla kullanılabilmektedir. Ancak dış sıva olarak çok yağış alan veya hâkim rüzgâra açık cephelerde kullanıldığında, karışıma kılcallığı azaltıcı katkılar ilave edilmesi önerilmektedir. Buna karşın, su basman kotunun altında, özellikle bodrum ve temel duvarlarında bu sıvaların uygulanmaması gereklidir (Eriç, 1989). Dış duvarlarda sıva uygulamasına geçmeden önce, yüzey hazırlığının yapılması büyük önem taşır. Duvar yüzeyinin özellikleri ve çevresel koşullar dikkate alınarak serpme tabakası uygulanması genellikle olumlu sonuç vermektedir. Özellikle, sıva suyunu hızlı emen ya da neredeyse hiç emmeyen yüzeylerde ve aderans sağlamayan çok düzgün yüzeylerde, yaklaşık 3 mm kalınlığında serpme tabakası ile yüzey hazırlanmalı ve sıvanın tutunması güvence altına alınmalıdır. Çimento–kireç sıvalar, kirecin sağladığı işlenebilirlik ve esneklik ile çimentonun sağladığı dayanım ve aderans özelliklerini bir araya getirerek dengeli bir performans sunmaktadır. Bu sıva türü, günümüzde özellikle konut yapılarında dış cephe sıvası olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Modern uygulamalarda çimento–kireç sıvalara, su itici katkılar ve polimer modifikasyonları eklenerek performansları artırılmakta ve uzun ömürlü çözümler elde edilmektedir E. Çimento bağlayıcılı sıvalar Çimento bağlayıcılı sıvalar, 1 m³ kum, 400 kg çimento ve yaklaşık 150 L su karıştırılarak hazırlanan sıva türleridir. Uygulamada ilk olarak 2 cm kalınlığında Şekil 14. Çimento-Kireç bağlayıcılı sıva
YAPI SIVALARI: ÖZELLİKLERİ, İŞLEVLERİ VE KULLANIM ALANLARI 59 kaba sıva yapılır. Bunun üzerine, perdah kumu kullanılarak hazırlanan harçla ince sıva uygulanır. İnce sıva tabakasının kurumaya başlamasının ardından, yüzey badana fırçası ile hafifçe ıslatılır ve ahşap mala ile perdahlanarak düzgün bir yüzey elde edilir (Özçelik, 1965). Çimento bağlayıcılı sıvalar, beyaz çimento ve inorganik boyalar kullanılarak renklendirilebilir. Ayrıca sıva harcına mermer parçaları katılarak yüzeye sertlik, geçirimsizlik ve dolgunluk kazandırmak mümkündür. Bu tür yüzeylerde tarak sıva uygulamaları yapılarak dekoratif görünümler elde edilmektedir (Eriç, 1989). Çimento esaslı sıvalar, yangına karşı dirençli, yüksek mekanik mukavemet ve düşük su geçirgenliği özelliklerine sahiptir. Ancak düşük elastikiyet göstermeleri nedeniyle yapı kabuğunda meydana gelen ısısal ve mekanik hareketlere karşı hassastırlar; bu sebeple çatlama ve rötre (büzülme) oluşumu görülebilir. Bu nedenle çimento sıvaların, özellikle hafif yapı malzemelerinden yapılmış duvarlarda kullanılması uygun değildir. Buna karşın, su basman kotunun altında, bodrum ve temel duvarlarında ve mekanik etkilere maruz kalan bölgelerde güvenle uygulanabilmektedir. İşlenebilirlik ve aderans özelliklerini geliştirmek amacıyla, uygulamalarda çimento harcına bir miktar kireç ilave edilmesi tavsiye edilmektedir (Tuna, 1998). Çimento sıvalar, yüksek dayanımları sayesinde günümüzde en yaygın kullanılan sıva türlerinden biridir. Ancak düşük elastikiyetleri nedeniyle ısı yalıtım sistemleriyle birlikte kullanılmaları, çatlama riskini azaltmak açısından önerilmektedir. Modern uygulamalarda, çimento sıvalara polimer katkılar veya su itici bileşenler eklenerek performans artırılmaktadır 2.3.1.4.Mineralbağlayıcılı,sentetiktakviyelisıvalar Mineral bağlayıcılı, sentetik katkılı sıvalar, mineral esaslı bağlayıcıların performansını geliştirmek amacıyla sentetik katkı maddeleri ve polimer emülsiyonları ile zenginleştirilmiş sıva türleridir. Bu sıvaların bileşimi; mineral bağlayıcılar, sentetik emülsiyonlar, dolgu maddeleri ve renk verici pigmentlerden oluşmaktadır. Genellikle ön karışımlı ürünler şeklinde üretilirler. Üretim tesislerinde tüm bileşenler toz formunda bir Şekil 15. Mineral sıva Şekil 15. Çimento bağlayıcılı sıva
60 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . araya getirilir ve uygulama sırasında yalnızca su ile yoğrularak kullanıma hazır hale getirilir (Tuna, 1998). Bu sıva türleri, alçı yüzeyler hariç olmak üzere hem iç hem de dış yüzeylerde, çoğunlukla son kat kaplama olarak uygulanır. Uygulama yöntemleri arasında rulo, spatula veya kompresör ile püskürtme teknikleri yer almaktadır. İnce tabaka halinde tatbik edilen bu sıvalar, yüzeye estetik bir görünüm kazandırmanın yanı sıra, mineral bağlayıcının sağladığı dayanıklılık ile sentetik katkıların sunduğu esneklik, aderans ve su iticilik gibi özellikleri bir araya getirir. Bu sıvalar, özellikle modern cephe kaplamalarında tercih edilmektedir. Sentetik katkılar sayesinde çatlama riski azalır, renk kalıcılığı artar ve yüzeyin atmosfer koşullarına karşı direnci geliştirilir. Geleneksel çimento–kireç sıvalara kıyasla daha uzun ömürlü ve dekoratif çözümler sunar. 2.3.1.5.Sentetikbağlayıcılısıvalar Sentetik bağlayıcılı sıvalar, mineral esaslı yüzeylerin kaplanmasında kullanılan, bağlayıcı olarak organik kökenli sentetik maddelerin tercih edildiği kaplama malzemeleridir. Hem iç hem de dış yüzeylerde uygulanmaya uygun tipleri bulunmaktadır. Mineral bağlayıcılı sıvalara kıyasla çok daha ince tabakalar halinde uygulanabilen bu sıvaların kalınlığı, uygulama yöntemine bağlı olarak genellikle 1–3,5 mm arasında değişmekte; bazı özel türlerde ise 6 mm’ye kadar çıkabilmektedir. Fabrikalarda önceden hazırlanarak piyasaya sunulan bu sıvalar, su ile inceltilerek doğrudan kullanılabilmektedir. Bağlayıcı malzemeler arasında polivinil asetat (PVA), akrilik polimerler ve kopolimerler yer almaktadır. Ayrıca, performansın artırılması amacıyla astarlama ürünleri ve çeşitli katkı maddeleri ile birlikte uygulanmaları mümkündür. Bu sıvalar, dispersiyon özelliği sayesinde buhar geçirimine izin verirken, suyun yüzeyden geçmesine engel olmaktadır (Ersoy, 1989). Sentetik bağlayıcılı sıvalar, uygulama yöntemine göre dekoratif özellikler kazanabilmekte ve farklı renk seçenekleri ile estetik çeşitlilik sağlamaktadır. Bu ürünler; mala, rulo veya püskürtme yöntemi ile ince tabakalar halinde uygulanabilmektedir. Bu sıvalarda kullanılan bağlayıcı, malzemenin ana bileşenini oluşturmakta ve agregaları bir arada tutarak sıvanın yüzeye yapışmasını sağlamaktadır. PVA, akrilik polimer, akrilik kopolimer, Şekil 16. Sentetik bağlayıcılı sıva
YAPI SIVALARI: ÖZELLİKLERİ, İŞLEVLERİ VE KULLANIM ALANLARI 61 akrilonitril, poliester, poliüretan ve epoksi gibi malzemeler bu grupta yer almaktadır. Uygulamada kullanılan agregaların boyutu ise, genellikle mikron ölçeğinden 1–2 mm’ye kadar değişmektedir. Dolgu maddeleri olarak kullanılan mineral kökenli ince taneler, sıvanın kıvamına, örtücülüğüne, işlenebilirliğine, kuruma sonrası fiziksel özelliklerine ve dokusuna doğrudan etki etmektedir. Böylece sıvanın sertliği, aşınma direnci, genleşme davranışı, ısı ve nem geçirgenliği dolgu bileşimine bağlı olarak farklılaşmaktadır. Renk verici maddeler ise genellikle pigmentler şeklinde olup, metal oksitler veya metil bileşiklerinden oluşmaktadır. İnceltilme amacıyla en yaygın olarak su kullanılmakla birlikte, bağlayıcının türüne bağlı olarak farklı çözücüler de kullanılabilmektedir. Ayrıca, bu sıvalara zaman zaman özel katkılar eklenerek yeni özellikler kazandırılabilmekte veya mevcut özellikleri kontrol altında tutulabilmektedir. Sentetik bağlayıcılı sıvalar, yüksek dış etken direnci, kısa kuruma süresi, yeterli elastisite ve güçlü aderans özellikleri ile öne çıkmaktadır. Yüzeyde su itici katkılar kullanıldığında, suyun yüzeyde tutunması engellenmekte ve yağmurla birlikte kolayca temizlenen kirlenmeye dirençli pürüzlü yüzeyler elde edilmektedir. Ayrıca, kuvars kumu veya doğal taş kırıkları eklenerek farklı doku ve desenler oluşturulabilmektedir. Homojen renk karışımları sayesinde uzun süre estetik görünümünü koruyan bu sıvalar, aynı zamanda duvarın nefes almasına imkân tanıyan gözenekli bir yapı sergilemektedir (Tuna, 1998). Ayrıca mineral sıvalara kıyasla daha ince uygulanmaları, hafiflik ve ekonomik avantaj sağlar. Sentetik reçine esaslı sıvalar, modern cephe tasarımlarında yüksek dekoratif değer sunar. Polimer katkıları sayesinde, bu sıvalar çatlamaya karşı daha dirençli, suya karşı geçirimsiz ancak buhar geçirgenliği yüksek özellik göstermektedir. Sonuç olarak, sentetik bağlayıcılı sıvalar; bağlayıcı türüne göre sentetik bağlayıcılı sıvalar ve sentetik reçine esaslı sıvalar olmak üzere iki ana grupta sınıflandırılmaktadır. A. Sentetik bağlayıcılı İç ve dış mekânlarda farklı tipleri uygulanabilen bir sıva grubudur. Uygulama ortamında bağıl nemin %90’ın altında olması gerekir. Sürme yöntemleri mala, rulo ya da püskürtme şeklindedir. Başlıca bağlayıcı türleri PVA, akrilik kopolimer, saf akrilik ve akrilonitril esaslı formülasyonlardır. Bu sistemlerin, doğal taş pirinci (granül) içeren ve içermeyen olmak üzere iki alt varyantı bulunur (Ersoy 1989).
62 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Sentetik bağlayıcılı hazır sıva sınıfları · Akrilik kopolimer bağlayıcılı doğal taş pirinçli sıva · Akrilik polimer bağlayıcılı doğal taş pirinçli sıva · Akrilik polimer bağlayıcılı emülsiyon sıva · Akrilonitril bağlayıcılı doğal taş pirinçli sıva · Akrilonitril bağlayıcılı emülsiyon sıva · PVA kopolimer bağlayıcılı doğal taş pirinçli sıva · PVA kopolimer bağlayıcılı emülsiyon sıva B. Sentetik reçine bağlayıcılı Sentetik bağlayıcılı sıvalar, temel olarak mineral esaslı yüzeylerde, özellikle de dış cephelerde kullanılır; ahşap ve metal alt yüzeylere uygulanmaları uygun değildir. Su buharı geçirgenlikleri, klasik sentetik emülsiyon esaslı sıvalara kıyasla genellikle daha düşüktür. Bu tür bağlayıcıların sağlıklı uygulanabilmesi için, ortamın bağıl neminin ≤ %75 olması, yüzeyin kuru bulunması ve nem almaması gerekir. Isı ve buhar geçişi prensiplerine uygun biçimde tasarlanmış havalandırmalı cephelerde (örneğin belirli derzlerden hava sirkülasyonuna izin veren dış yüzeylerde) tercih edilir. Uygulama, rulo ya da püskürtme yöntemlerinden biriyle yapılabilir (Ersoy, 1989). Sentetik reçine bağlayıcıların başlıca türleri: · Poliester bağlayıcılı sıva · Poliüretan bağlayıcılı sıva · Epoksi bağlayıcılı sıva 2.3.2.Uygulandığıyüzeyşeklinegöresıvalar Sıvalar, uygulanan duvar yüzey malzemesinin fiziksel ve kimyasal özellikleri yanı sıra yüzey şekillerine göre de sıva harcının hazırlanması ve uygulanması evresinde farklılıklar gösterir (Taymaz 1977). 2.3.2.1.Kagiryüzeylereyapılansıvalar Yığma ya da iskelet sistemli yapılarda sıva uygulanacak yüzeyler farklı malzemelerden oluşabilir. Malzeme çeşitliliği oldukça geniş olmakla birlikte, başlıca örnekler aşağıda özetlenmiştir. A). Beton duvar yüzeylerinde sıva: Sıvanın uygulanacağı beton yüzeyler; perde duvarlar ile iskelet sistemdeki kolon, kiriş, lento gibi elemanların
YAPI SIVALARI: ÖZELLİKLERİ, İŞLEVLERİ VE KULLANIM ALANLARI 63 yüzeyleridir. Betonun doğal olarak düşük pürüzlülüğü, sıvanın aderansı açısından olumsuzluk yaratır. Hazır sıvalar kullanılmadığı sürece yüzeyin pürüzlendirilmesi önerilir. Hazır sıva malzemeleri tercih edildiğinde ise ek pürüzlendirme çoğu durumda gerekli değildir. Betonun düşük su emmesi, uygulama ve servis performansı bakımından olumlu bir özelliktir. B). Tuğla duvar yüzeylerinde sıva: Tuğla yüzeylere yapılacak sıvalarda, harcın kapiler su emme davranışı ile yüzeyin kapiler emmesi uyumlu olmalıdır. Sıva, tuğla derzleri sayesinde mekanik kenetlenme sağlamalı; taşıyıcı duvarın yoğunluk ve sertliği, sıvanınkinden daha yüksek olmamalıdır. Ayrıca yağmur suyunu emebilen tuğla duvarın gözenekli yapısı, suyun zarara yol açmadan bünyede depolanmasına ve uygun iklim koşullarında dışarıya atılmasına imkân vermelidir. C). Gazbeton duvar yüzeylerinde sıva: Gazbeton ve benzeri boşluklu malzemelerle düzgün duvar yüzeyleri elde edilebilir. Serpme/çarpma gibi ön kat uygulamaları, aderansı artırmak için etkilidir. Bu malzemeler yüksek su emiciliğe sahip olduğundan, sıva öncesinde yüzeyin ıslatılarak suya doyurulması, harç suyunun altlığa hızla çekilmesini önleyerek uygulama kalitesini yükseltir. D). Yalıtım malzemesi kaplı duvar yüzeylerinde sıva: Isıl ya da su yalıtımı amacıyla kaplanan duvar yüzeylerinde, sıva çoğunlukla duvar yüzeyi veya parapet üstü gibi yükseltilmiş kısımlara uygulanır. Kullanılan yalıtım malzemesinin türüne bağlı olarak, sıvanın tutunmasını artırmak için donatı tekstilleri, metal ya da ahşap destek elemanları tercih edilebilir (Tuna, 1998). 2.3.2.2.Ahşapiskeletlibinaduvarlarınayapılansıvalar Ahşap, nem değişimleri ve sıcaklık farklarına duyarlı, çalışan (boyutsal değişime uğrayan) bir yapı malzemesidir. Ayrıca, su emme oranı oldukça yüksek olduğundan, doğrudan üzerine sıva uygulanması durumunda çeşitli olumsuzluklar ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle ahşap yüzeylere doğrudan sıva yapılması, hem sıvanın aderansını hem de dayanıklılığını olumsuz yönde etkilemektedir. Bununla birlikte, ahşap iskelet arası tuğla veya özel kagir bloklarla oluşturulan duvar yüzeylerine sıva uygulaması yapılabilmektedir. Ancak bu tip yüzeylerde de iskeleti oluşturan ahşap bölümlere sıva doğrudan tutunamadığından, bazı önlemler alınmalıdır. Öncelikle ahşap yüzey, sıva harcının suyunu emerek bozulmaya yol açmaması için önceden ıslatılmalıdır. Ayrıca, sıvanın boyutsal değişimlerden dolayı çatlamaması veya ayrılmaması için, yüzeyin çentiklenmesi ve sıva teli veya geniş başlı çiviler kullanılarak
64 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . sıvanın tutunmasının desteklenmesi gerekmektedir (Şekil 2.3). Ahşap yüzeylerde sıva uygulaması yapılacaksa, günümüzde genellikle tel örgü (rabitz teli) veya galvanizli sıva filesi kullanılmaktadır. Bu tür önlemler sıvanın hem aderansını artırır hem de ahşabın hareketlerinden kaynaklanan çatlama riskini azaltır. Özellikle ahşap karkas yapılarda bu yöntem, geleneksel bir çözüm olarak sıklıkla tercih edilmektedir. Şekil 17. Ahşap iskeletli bina yüzeyi üzerine yapılan sıva (Guelberth and Chiras 2006) 2.3.2.3.Rabitzüzerineyapılansıvalar Doğrudan sıva uygulamasına uygun olmayan yüzeylerde, sıvanın tutunabilmesi için önce metal sıva taşıyıcısı yerleştirilmekte, ardından sıva uygulaması yapılmaktadır. Bu amaçla kullanılan taşıyıcı elemanlar, uygulamada genellikle rabitz teli, sıva teli veya metal deplüvaye olarak adlandırılmaktadır. Metal sıva taşıyıcısı üzerine yapılan uygulamalar, genellikle üç tabakadan oluşmaktadır: serpme sıva, kaba sıva ve ince sıva. İlk tabaka olan serpme sıva, yüzeyi sıvaya hazırlamak, aderansı artırmak ve yüksek emiciliğe sahip yüzeylerin harç suyunu çekmesini önlemek amacıyla yaklaşık 2 mm kalınlığında uygulanır. Serpme sıva harcı hazırlanırken; 1,2 m³ dişli kum, 475 kg çimento ve isteğe bağlı olarak 40 kg sönmüş toz kireç kullanılmaktadır. Serpme tabakasının ardından, sırasıyla kaba sıva ve ince sıva uygulanarak yüzeyin istenilen düzeyde sağlam, düzgün ve estetik bir görünüm kazanması sağlanır. Ancak burada önemli bir husus, asit karakterli alçı esaslı harçların ve sıvaların bu tür metal taşıyıcılar üzerinde kullanılmamasıdır. Aksi takdirde, metal taşıyıcıda korozyon oluşabilir ve sıvanın aderansı zayıflayarak yüzeyde bozulmalar meydana gelebilir. Günümüzde bu tür uygulamalarda galvanizli rabitz tel veya paslanmaya karşı korumalı sıva filesi tercih edilmektedir. Bu yöntem, Şekil 18. Rabitz sıva
71 BÖLÜM V SIĞIR KUYRUĞU BİTKİSİ MODİFİYE EDİLMİŞ KENDİNİ KÜRLEYEN HARÇLARDA HİDRATSYON SICAKLIĞI NEM ORANI VE MEKANİK DAYANIM İNCELEMESİ InvestigationofHydrationTemperature,Humidity RatioandMechanicalStrengthinSelf-CuringMortars ModifiedwithMulleinPlant İsmail HOCAOĞLU (Doç. Dr.), Afyon Kocatepe Üniversitesi, Bolvadin Meslek Yüksek Okulu, Afyonkarahisar E-mail: [email protected] ORCID:0000-0001-9294-1120 1. Giriş imento, dünya genelinde en yaygın kullanılan yapı malzemelerinden biri olup, özellikle hidrolik bağlayıcı özelliği sayesinde inşaat sektöründe geniş bir kullanım alanına sahiptir (Vahabi ve diğ., 2022). Dünya genelinde sınırlı enerji kaynaklarının giderek tükenmesi ve çimento üretimi sürecinde atmosfere salınan yüksek miktardaki karbondioksit emisyonları, araştırmacıları beton üretiminde çevre dostu ve sürdürülebilir alternatif malzeme arayışına yönlendirmektedir. (Acar, 2022). Betonun döküm süreci kadar, yerleştirme sonrasındaki bakım uygulamaları da, nihai dayanım ve performans özelliklerinin sağlanmasında kritik bir rol oynamaktadır. Betonun sertleşme sürecini takiben, hidratasyon reaksiyonlarının sağlıklı bir şekilde devam edebilmesi için ortamda yeterli miktarda suyun bulunması gerekmektedir. Özellikle çimento esaslı malzemenin sertleşmesinden sonra, ilk 7 gün, malzemenin mekanik dayanım kazanması açısından büyük önem Ç
72 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . taşımaktadır. Bu süreçte çimento esaslı malzeme uygun kür koşullarında kür edilmelidir (BS EN 12390-2, 2019). Çimento esaslı malzeme kür edilmediği durumda telafi edilemeyecek hasarlara (çimento esaslı malzemenin çatlamasına, C-H ve C-S-H jellerinin yeteri kadar sıklıkta oluşmamasına, dayanım ve dayanıklılık kayıplarının yaşanmasına) neden olabilmektedir. Çimento esaslı malzemelerde en yaygın ve etkili kür yöntemi kireçli su kullanımı (Ravikumar ve diğ., 2019) olsa da, bilim insanları bu yönteme alternatif olabilecek çeşitli yenilikçi yaklaşımlar geliştirmiştir. Kendi kendini kürleyebilen çimento esaslı sistemler üretebilmek amacıyla; polimerler, süper emici malzemeler, hafif agrega türleri, odun tozları ve büzülme azaltıcı katkı maddeleri gibi çeşitli malzemeler kullanılmaktadır (Lokeshwari ve diğ., 2021; ACI (308-213) R-13, 2022; Kamal ve diğ., 2018). Vimela ve diğ. (2025) hidratasyon süresi boyunca iç nemin korunabilmesi amacıyla kimyasal katkı maddesi olarak Polietilen Glikol (PG) kullanılmışlar ve PG’ nin çimentolu sistemlerin nemini arttırmasında etkili olduğu sonucuna ulaşmışlardır. Yapılan araştırmalar PG, süper emici polimerler ve hafif agregalar olmak üzere üç farklı malzemenin kullanımı sonucu betonun fiziksel, mekanik, dayanıklılık ve işlevsel özellikleri üzerindeki etkileri, etki mekanizmaları, avantajları ve sınırlamaları hakkında derinlemesine bir analiz sunulmaktadır (Kiran ve diğ., 2025). Tsivolas ve arkadaşları (2025), pomza ve metakaolin katkılı betonların kendi kendini kürleme potansiyelini araştırmışlardır. Yapılan çalışmalar sonucunda, metakaolinin erken yaşta meydana gelen rötreyi (çekmeyi) hafifçe artırdığı, ancak ilerleyen yaşlarda kuruma kaynaklı rötreyi azalttığı gözlemlenmiştir. Bu durum, metakaolinin betonun uzun vadeli dayanım ve dayanıklılık performansına olumlu katkılar sunduğunu ortaya koymaktadır. Hocaoğlu ve Topçu (2024), 300 dozajlı ve %0, %1.5, %3, %4.5 ile %6 oranlarında SKB katkısı içeren harç numunelerinde doğru akım (DC) uygulamasının etkilerini incelemişlerdir. Çalışma sonucunda, SKB yüksek su emme kapasitesi sayesinde, çimento esaslı malzemelerin sertleşme sürecinden hemen sonra bünyesinde depoladığı suyun bir kısmını serbest bırakabildiği belirlenmiştir. Bu özellik, iç kürleme açısından SKB potansiyel taşıyan doğal bir katkı malzemesi olabileceğini göstermektedir. Çimentonun icadından bu yana, çimento esaslı malzemelerin kürlenme süreci, yapı sektöründe hem zaman hem de maliyet açısından önemli bir yük oluşturmaktadır. Geleneksel kür yöntemleri, uygulama sırasında iş gücü ve donanım gerektirmesi nedeniyle sürecin verimliliğini azaltmakta, aynı zamanda ekonomik sürdürülebilirliği de olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Bu durum, araştırmacıları hem daha verimli hem de daha az maliyetli alternatif kürleme
SIĞIR KUYRUĞU BİTKİSİ MODİFİYE EDİLMİŞ KENDİNİ KÜRLEYEN . . . 73 yöntemleri geliştirmeye yöneltmiştir. Ancak geliştirilen alternatif yöntemlerin birçoğu (özellikle kimyasal katkı maddelerinin ve nonoteknoloji ile üretilen malzemelerin kullanılması gibi) yüksek maliyetli olmaları nedeniyle yaygın uygulama açısından sürdürülebilir olmamaktadır. Bu durum, hem ekonomik hem de çevresel açıdan daha uygun maliyetli ve erişilebilir çözümlerin gerekliliğini ortaya koymaktadır. Bu çalışmada 250 dozajlı (1 m3 harç üretmek için kullanılan çimento miktarı) harçlara farklı oranlarda SKB konulduğunda, SKB’ nin harç iç sıcaklığına, nem oranına ve mekanik dayanımına etkileri araştırılmıştır. 2. Deneylerde Kullanılan Malzemeler 2.1.Çimento Deneylerde Afyon Çimento fabrikasının üretmiş olduğu CEM I 32,5 R tipi çimento kullanılmıştır. Deneysel çalışmalarda kullanılan çimentonun 28 günlük basınç dayanımının 35,25 MPa olduğu belirlenmiştir. Çimentoya ait bazı fiziksel özellikler Tablo 1’ de sunulmuştur. Tablo 1. Çimentonun fiziksel özellikleri Fiziksel Özellikler PÇ 32.5R Özgül ağırlık (gr/cm2) 2,89 Toplam şişme (Le chatelier) mm 3,99 Priz başlangıç (dak.) 205 Priz bitiş (dak.) 305 2.2.Kum Deneylerde en büyük dane çapı 4mm olan kırma kum kullanılmıştır. Deneylerde kullanılan kırma kumun özgül ağırlığı 545 kg/m3 olup incelik modülü 1,35 olarak ölçülmüştür. 2.3.SığırKuyruğuBitkisi Çalışma kapsamında kullanılan SKB doğrudan doğadan temin edilmiştir. SKB’ nin kopartılıp, oda koşulunda 2 gün süreyle bekletilmesinden sonra bir etüvde 105 °C’ de 24 saat kurutulmuştur. Daha sonra bir öğütücü vasıtasıyla (yaklaşık 3 dakika süreyle) küçük parçalar haline getirilmiştir. SKB’ nin doğal görünümü, kurulduktan sonraki görünümü, öğütüldükten sonraki görünümü ve SEM görüntüsü Şekil 1’ de sunulmuştur. SEM görüntüsü incelendiğinde SKB’ nin dallı bir yapıya sahip olduğu gözlenmiştir. Laboratuvar analizleri sonucunda
74 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . SKB’ nin su emme oranının yaklaşık olarak %20 olduğu belirlenmiştir. SKB’ nin öğütüldükten sonra yüksek su emme potansiyeline sahip olması ve dallı bir yapıya sahip olması, çimento esaslı malzemelerde sertleştikten sonra emmiş olduğu suyun bir kısmını ortama salması fikrini ortaya çıkarmıştır. Şekil 1. SKB’ nin görünümü (a-doğal durumu, bkurutulması ve öğütülmesi, c-SEM görünümü) Deneylerde kullanılan çimento, kırma kum ve SKB’ ye ait bir fotoğraf Şekil 2’ de sunulmuştur. Şekil 2. Deneylerde kullanılan malzemeler (a-çimento, b-agrega, c-sığır kuyruğu bitkisi) 3. Harç Üretimi ve Yapılan Deneyler Harçlar, su/çimento oranı 1,00 ve 250 kg/m³ çimento dozajıyla üretilmiştir. Harç karışımı yapılırken öncelikle çimento ve kırma kum bir çırpıcı yardımıyla (2 dakika) karıştırılmıştır. Hazırlanan karışım su ile karıştırılmıştır. Son olarak
SIĞIR KUYRUĞU BİTKİSİ MODİFİYE EDİLMİŞ KENDİNİ KÜRLEYEN . . . 75 SKB eklenerek harçlar üretilmiştir (Şekil 3a). SKB’ nin hidratasyon sıcaklığına, nem oranına, mekanik dayanıma etkisini araştırmak amacıyla sırasıyla çimento yerine %0, %1, %2 ve %3 SKB konulmuştur. Üretilen harçlar 4cm x 4cm x 16cm’ lik ahşap kalıplara yerleştirilmiştir. Taze haldeki harçların hidratasyon sıcaklıkları ve nem oranları veri kaydediciye ilk bir gün kaydedilmiştir. Oda koşullarında üretilen farklı oranlarda SKB katkılı harçlar 1 gün sonra kalıplardan çıkartılarak 7 ve 28 gün kirece doygun suda kür edilmiştir (Şekil 3b). Şekil 3. Harçların karıştırılması ve kür edilmesi (a-harcın hazırlanışı, b-28 gün süreyle kür edilmesi) Daha sonra TS EN 12390-3, 2019 standardına göre eğilme ve basınç dayanımı testlerine tabi tutulmuştur (Şekil 4). Şekil 4. Harçlara eğilme ve basınç testi uygulanması 1 m3 harç üretmek için kullanılan malzeme miktarı Tablo 2’ de sunulmuştur.
76 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Tablo 2. 1 m3 harç üretmek için kullanılan malzeme miktarı SKB (%) Çimento (kg/m3) Kum (kg/m3) SKB (kg/m3) Su (lt/m3) 0250,00 1641.20 - 250.00 1 247,50 1641.20 2,50 247,50 2245,00 1641.20 5,00 245,00 3 242,50 1641.20 7,50 242,50 4. Sonuçlar ve Tartışma 4.1.SığırKuyruğuBitkisininHidratasyonSıcaklığınaEtkisi Şekil 5 farklı oranda SKB katkılı harçların hidratasyon sıcaklığına ve priz bitiş süresine etkisini araştırmak için hazırlanmıştır. Daha önceki çalışmalarda çimento esaslı malzemelerde hidratasyon sıcaklıklarının tepe yaptığı dakikaların hemen hemen priz bitiş süresi olduğu sonucuna varılmıştır (Hu ve diğ., 2014; Kosmatka ve diğ., 2016; Hocaoğlu 2022; Xia ve diğ., 2023). Şekil 5 incelendiğinde harç içerisindeki SKB oranının artmasıyla hem iç sıcaklıkta azalma hem de priz süresinde gecikme gerçekleşmiştir. Çimento yerine ağırlıkça %1, %2 ve %3 oranlarında SKB konulması ile priz süresinin yaklaşık olarak 206, 273 ve 396 dakika geciktiği gözlenmiştir. Özellikle sıcak havalarda beton döküm işlerinde rötre çatlaklarının oluşmaması için hidrtasyon sıcaklığını azaltmak, priz bitiş süresini geciktirmek büyük önem arz etmektedir. Bu doğrultuda, SKB’ nin, söz konusu olumlu etkileri dikkate alındığında, sıcak hava koşullarında gerçekleştirilen beton döküm uygulamalarında kullanılabilirliği potansiyel bir avantaj olarak değerlendirilmiştir. Şekil 5. SKB’ nin harç iç sıcaklığına ve priz bitiş süresine etkisi
SIĞIR KUYRUĞU BİTKİSİ MODİFİYE EDİLMİŞ KENDİNİ KÜRLEYEN . . . 77 4.2.SığırKuyruğuBitkisininHarçNemOranınaEtkisi Şekil 6 farklı oranlarda SKB modifiyeli harçların hidratasyon başlangıcından itibaren bir gün süreyle yüzeysel nem oranlarındaki değişimleri incelemek için oluşturulmuştur. Hocaoğlu (2022) çimento esaslı malzemelerde nem oranının en düşük seviyelere ulaştığında C-S-H jellerinin oluştuğunu gözlemlemiştir. Şekil 6 incelendiğinde özellikle %2 ve %3 SKB katkılı harçlarda birkaç kez negatif pikin oluştuğu gözlenmiştir. Bu durum SKB içeren harçlarda sertleşme sonrasında SKB’ nin bünyesinde absorbe ettiği (emmiş olduğu) suyun bir kısmını bırakması ve C-S-H jellerinin oluşması ile açıklanabilir. Bir diğer yandan hidratasyon reaksiyonunun ilk aşamalarında harç içerisindeki SKB’ nin artması ile nem oranının düştüğü gözlenmiştir. Bu durum ise, yüksek su emme potansiyeline sahip SKB’ nin hidratasyon suyunun bir kısmını emmesi ile açıklanabilir. Şekil 6. SKB’ nin harç nem oranına etkisi 4.3.SığırKuyruğuBitkisininEğilmeDayanımınaEtkisi Farklı SKB oranlarına sahip harçların 7-gün ve 28 gün kürlenme durumlarına göre eğilme dayanımlarındaki değişimi incelemek için Şekil 7 oluşturulmuştur. 7 gün kürlenen harçlar için çimento yerine %1 SKB konulduğunda eğilme dayanımının yaklaşık olarak %34,71 oranında arttığı belirlenmiştir. 28 gün kür edilen harçlarda ise eğilme dayanımının referans numuneye göre yaklaşık %154,76 oranında arttığı sonucuna ulaşılmıştır. Ancak çimento yerine konulan SKB oranının daha fazla arttırılması eğilme dayanımını
78 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . (hem 7 gün kürlenen hem de 28 gün kürlenen harçlarda) azaltmıştır. Bunun nedeni SKB’ nin puzolonik aktivite göstermemesi ile açıklanabilir. Şekil 7. SKB’ nin harç eğilme dayanımına etkisi 4.4.SığırKuyruğuBitkisininBasınçDayanımınaEtkisi Farklı SKB oranlarına sahip harçların 7-gün ve 28 gün kürlenme durumlarına göre basınç dayanımlarındaki değişimi incelemek için Şekil 8 oluşturulmuştur. Basınç dayanımı açısından hem 7 gün kürlenen hem de 28 gün kürlenen harçlarda optimum konulması gereken SKB oranının %1 olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Örnek olarak %1 SKB katkılı 28 gün kürlenen harcın basınç dayanımı referans (SKB katkısız) harca göre yaklaşık olarak %9,22 daha yüksek değerler almıştır. Aslında SKB’ nin puzolonik aktivite göstermemesinden dolayı mekanik dayanımı düşüreceği beklenmektedir. Ancak çalışma kapsamında yüksek su/ çimento (1,00) tasarımı yapılması nedeniyle SKB’ nin hidratasyon suyunun bir miktarını emmesi, karışımın su/çimento oranını azaltarak olumlu bir etki ortaya koymuştur. Daha yüksek oranlarda SKB konulan harçlarda ise SKB oranı arttıkça basınç dayanımının azaldığı gözlenmiştir. Bu durum SKB’ nin yüksek oranda (yaklaşık %20) su emme potansiyeline sahip olması ile açıklanabilir.
SIĞIR KUYRUĞU BİTKİSİ MODİFİYE EDİLMİŞ KENDİNİ KÜRLEYEN . . . 79 Şekil 8. SKB’ nin harç basınç dayanımına etkisi 5. Sonuç Dünyada en çok kullanılan yapı malzemesinin beton olduğu bilinmektedir. Ancak beton sertleşmesinden hemen sonra kür edilmesi maliyetli olması ve zaman kaybına neden olmaktadır. Bu çalışmada çimento esaslı sistemlerde SKB kullanımının ekonomik olması ve güvenilirlik açısından çalışmanın büyük öneme sahip olduğu düşünülmektedir. Çalışma kapsamında elde edilen bulgular aşağıda maddeler halinde sunulmuştur. · Çimento yerine ağırlıkça %1, %2 ve %3 oranlarında SKB konulması sonucunda priz bitiş sürelerinin yaklaşık olarak 206, 273 ve 396 dakika geciktiği gözlenmiştir. · SKB katkılı harçların nem oranları incelendiğinde %2 ve %3 SKB katkılı harçlarda birkaç kez negatif pikin oluştuğu rapor edilmiştir. Bu durum SKB içeren harçlarda sertleşme sonrasında SKB’ nin hidratasyon sırasında emmiş olduğu suyun bir kısmını bırakması ve C-S-H jellerinin oluşmasına katkı sunması ile açıklanabilir. · 7 gün kürlenen harçlar için çimento yerine %1 SKB konulduğunda eğilme dayanımının yaklaşık olarak %34,71 oranında arttığı gözlenmiştir. 28 gün kür edilen harçlarda ise eğilme dayanımının referans numuneye göre yaklaşık %154,76 oranında arttığı sonucuna ulaşılmıştır.
80 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . · Basınç dayanımı açısından hem 7 gün kürlenen hem de 28 gün kürlenen harçlarda optimum konulması gereken SKB oranının %1 olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Örnek olarak %1 SKB katkılı 28 gün kürlenen harcın basınç dayanımı referans (SKB katkısız) harca göre yaklaşık olarak %9,22 daha yüksek değerler almıştır. Kaynaklar Acar, M.C. (2022). Usability of Kayseri volcanic slags as filling material on flexible paved roads, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37(1), 47-56. ACI (308-213) R-13 (2022). Report on Internally Cured Concrete using Pre-Wetted Absorptive Lightweight Aggregate. BS EN 12390-2 (2019). Testing hardened concrete making and curing specimens for strength tests. Hocaoğlu, I., Topçu, I.B. (2024). Properties of self-curing and self-cooling eco-friendly novel green cementbased mortar, Revista de la Construcción. Journal of Construction, 23(2), 436-456. https://doi.org/10.7764/RDLC.23.2.436 Hocaoğlu, İ. (2022). Investigation of the effect of current in zeolitegraphene oxide additives of mortar and development of a novel method for determining the setting time. Journal of Building Engineering, 46, 103803. Hu, J., Ge, Z., Wang, K. (2014). Influence of cement fineness and water-to-cement ratio on mortar early-age heat of hydration and set times. Construction and Building Materials, 50, 657–663. https://doi.org/10.1016/j. conbuildmat.2013.10.011 Kamal, M.M., Safan, M.A., Bashandy, A.A., Khalil, A.M. (2018). Experimental investigation on the behavior of normal strength and high strength self-curing self-compacting concrete, Journal of Building Engineering, 16, 79-93. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2017.12.012 Kiran, V.K., Ferrara, L., Sathyan, D. (2025). Mechanisms of internal curing agents and their impact on concrete performance: a review, Polym. Bull., 82, 4183–4238. https://doi.org/10.1007/s00289-025-05705-7 Kosmatka, S.H., Voigt, G., Taylor, P. (2016). Integrated materials and construction practices for concrete pavement: a state-of-the-practice manual. Center for Translation Research and Education, Iowa State University, 69-104. Lokeshwari, M., Pavan Bandakli, B.R., Tarun, S.R., Sachin, P., Kumar, V. (2021). A review on self-curing concrete, Mater. Today: Proc. 43, 2259-2264. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.859
TÜRKİYE KIMYA SANAYINDE İŞ KAZALARININ DINAMIKLERI: . . . 87 2. Çalışma Metodu Bu çalışma, Türkiye Sosyal Güvenlik Kurumu (SGK) tarafından resmi olarak derlenip yayınlanan ikincil verileri kullanmaktadır. Veriler, 5510 sayılı Sosyal Sigortalar ve Genel Sağlık Sigortası Kanunu’nun 4-1/a maddesi kapsamına giren sigortalı bireylere aittir. Bu veriler, genellikle resmi iş gücünün çoğunluğunu temsil eden hizmet sözleşmesiyle çalışan çalışanları kapsamaktadır. Analiz, yalnızca Ekonomik Faaliyet Sınıflaması (NACE Rev. 2-Kod 20) kapsamında sınıflandırılan “Kimyasal ve kimyasal ürünlerin imalatı” ekonomik faaliyetine odaklanmaktadır. Bu sektör, temel kimyasalların, pestisitlerin ve diğer tarımsal kimyasal ürünlerin, boyaların, verniklerin, sabun ve deterjanların, temizlik ürünlerinin, parfümlerin, kozmetiklerin, sentetik elyafların ve diğer kimyasal ürünlerin imalatını kapsamaktadır. Çalışma dönemi, 1 Ocak 2013›ten 31 Aralık 2023›e kadar olan 11 ardışık yılı kapsamaktadır. Belirtilen değişkenler için bu yıllar arasında veri bulunabilirliği ve tutarlılık, çalışmanın dahil edilmesi için ön koşuldur. Bu çalışmada, Türkiye Sosyal Güvenlik Kurumu (SGK) tarafından resmi olarak derlenen ve yayımlanan ikincil verilerden yararlanılmıştır (SGK istatistikleri Web Sitesi). Söz konusu veriler, 5510 sayılı Sosyal Sigortalar ve Genel Sağlık Sigortası Kanunu’nun 4-1/a maddesi uyarınca sigortalı olan ve hizmet sözleşmesiyle çalışan bireyleri kapsamakta olup, bu grup ülkemizdeki resmi iş gücünün önemli bir bölümünü temsil etmektedir. SGK’dan alınan istatistik verilerinde, iş kazası ve meslek hastalığı sayılarını, bu olaylar sonucu gerçekleşen ölümleri, geçici iş göremezlik sürelerini (gün olarak) ve sürekli iş göremezlik geliri bağlanan kişi sayılarını cinsiyete göre ayrılmış bir şekilde göstermektedir. Temel istatistik analizler kullanılarak farklı değişkenler arasındaki ilişkiler ortaya konulmaya çalışılmıştır. ARIMA modeli ile zaman serisi tahmini, Z-Score modeli ile Anomali tespiti gerçekleştirilmiştir (Gonzalez T.G vd. 2023). Sonuçların web üzerinden hızlıca görülebilmesi için, web tabanlı bir arayüz tasarımı gerçekleştirilmiş ve kodlar açık kaynak olarak sunulmuştur. 3. Analizler 3.1.GenelAnalizler 3.1.1.Yıllaragöreeğilimler Bu analiz, sektördeki toplam vaka sayılarının, ölümlerin ve iş göremezlik sürelerinin yıllar içindeki değişimini göstermeyi amaçlar.
88 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Tablo 1: Yıllara Göre Genel İSG İstatistikleri Yıl Toplam İş Kazası Sayısı Toplam Meslek Hastalığı Sayısı Toplam Vaka (Kaza+Hastalık) Toplam Ölüm (Kaza+Hastalık) Toplam Geçici İş Göremezlik Süresi (Gün) Kaza Başına Ortalama İş Günü Kaybı (Gün) 2023 6.515 15 6.530 551.168 7,85 2022 5.962 14 5.976 19 48.382 8,11 2021 5.331 18 5.349 12 49.582 9,29 2020 4.607 17 4.624 15 40.181 8,72 2019 3.794 24 3.818 4 39.046 10,29 2018 3.388 8 3.396 3 21.564 6,36 2017 2.877 8 2.885 11 35.911 12,48 2016 2.190 10 2.200 3 30.000 13,70 2015 1.984 4 1.988 8 27.711 13,97 2014 1.800 3 1.803 1 18.819 10,46 2013 1.860 21.862 9 26.035 13,99 Tablo 1’e göre, 2016 yılından sonra iş kazalarında ani artış gözlenmektedir. 2023’te son 11 yılın en yüksek seviyesine ulaştığı görülmektedir. Ölüm sayılarına bakıldığında ise yıllara göre değişkenlik arz ettiği ve özellikle 2022 yılında 19 ölüm sayısı ile dikkat çekici bir zirveye ulaştığı görülmektedir. Kaza başına düşen ortalama iş günü kaybı, 2013 ile 2017 ve 2018 ile 2023 yılları arasında sırasıyla ortalama 13,92 gün ve 8,44 gün olarak kaydedilmiştir. İş günü kaybındaki özellikle son yıllarda kaydedilen bu düşüş kazaların şiddetinin azaldığı ve/veya raporlama ve tedavi süreçlerinin iyileştiği şeklinde yorumlanabilir. Yıllara göre toplam iş kazası sayısının ve toplam meslek hastalığı sayılarının grafiksel olarak gösterimleri Şekil 1 ve 2’de verilmiştir. 7 Yıllara göre toplam iş kazası sayısının ve toplam meslek hastalığı sayılarının grafiksel olarak gösterimleri Şekil 1 ve 2’de verilmiştir. Şekil 1. Yıllara göre toplam iş kazası grafiksel gösterim Şekil 2. Yıllara göre toplam meslek hastalığı sayısı grafiksel gösterim 3.1.2. Cinsiyete göre vaka dağılımı ϭϬϬϬ ϮϬϬϬ ϯϬϬϬ ϰϬϬϬ ϱϬϬϬ ϲϬϬϬ ϳϬϬϬ ϮϬϭϮ ϮϬϭϯ ϮϬϭϰ ϮϬϭϱ ϮϬϭϲ ϮϬϭϳ ϮϬϭϴ ϮϬϭϵ ϮϬϮϬ ϮϬϮϭ ϮϬϮϮ ϮϬϮϯ ϮϬϮϰ ĚĞƚ Yıl Toplam İş Kazası Sayısı Ϭ ϱ ϭϬ ϭϱ ϮϬ Ϯϱ ϯϬ ϮϬϭϮ ϮϬϭϯ ϮϬϭϰ ϮϬϭϱ ϮϬϭϲ ϮϬϭϳ ϮϬϭϴ ϮϬϭϵ ϮϬϮϬ ϮϬϮϭ ϮϬϮϮ ϮϬϮϯ ϮϬϮϰ ĚĞƚ Yıl Toplam Meslek Hastalığı Sayısı Şekil 1. Yıllara göre toplam iş kazası grafiksel gösterim
TÜRKİYE KIMYA SANAYINDE İŞ KAZALARININ DINAMIKLERI: . . . 89 7 Yıllara göre toplam iş kazası sayısının ve toplam meslek hastalığı sayılarının grafiksel olarak gösterimleri Şekil 1 ve 2’de verilmiştir. Şekil 1. Yıllara göre toplam iş kazası grafiksel gösterim Şekil 2. Yıllara göre toplam meslek hastalığı sayısı grafiksel gösterim 3.1.2. Cinsiyete göre vaka dağılımı ϭϬϬϬ ϮϬϬϬ ϯϬϬϬ ϰϬϬϬ ϱϬϬϬ ϲϬϬϬ ϳϬϬϬ ϮϬϭϮ ϮϬϭϯ ϮϬϭϰ ϮϬϭϱ ϮϬϭϲ ϮϬϭϳ ϮϬϭϴ ϮϬϭϵ ϮϬϮϬ ϮϬϮϭ ϮϬϮϮ ϮϬϮϯ ϮϬϮϰ ĚĞƚ Yıl Toplam İş Kazası Sayısı Ϭ ϱ ϭϬ ϭϱ ϮϬ Ϯϱ ϯϬ ϮϬϭϮ ϮϬϭϯ ϮϬϭϰ ϮϬϭϱ ϮϬϭϲ ϮϬϭϳ ϮϬϭϴ ϮϬϭϵ ϮϬϮϬ ϮϬϮϭ ϮϬϮϮ ϮϬϮϯ ϮϬϮϰ ĚĞƚ Yıl Toplam Meslek Hastalığı Sayısı Şekil 2. Yıllara göre toplam meslek hastalığı sayısı grafiksel gösterim 3.1.2.Cinsiyetegörevakadağılımı Bu analiz, iş kazası ve meslek hastalıklarının kadın ve erkek çalışanlar üzerindeki etkisini karşılaştırır. Tablo 2: Cinsiyete Göre Vaka Dağılımı ve Oranları Vaka türü Erkek (Toplam) Kadın (Toplam) Toplam vaka Erkek oranı % Kadın oranı % İş Kazası 36.312 5.578 41.890 %86,7 %13,3 Meslek Hastalığı 97 8 105 %92,4 %7,6 Ölüm (Kaza+Hastalık) 91 3 94 %96,8 %3,2 Geçici İş Günü Kaybı 350.797 39.495 390.292 %89,9 %10,1 Sürekli İş Göremezlik 240 20 260 %92,3 %7,7 Tablo 2’ye göre, tüm kategorilerde (iş kazası, meslek hastalığı, ölüm, iş günü kaybı, sürekli iş göremezlik) vakaların çok büyük bir bölümü erkek çalışanlarda görülmektedir (%85-%97 arası). Bu durum, kimya imalat sektöründeki iş gücünün ağırlıklı olarak erkeklerden oluştuğunu veya erkeklerin daha riskli görevlerde çalıştığının bir göstergesi olarak düşünülebilir. Zira kesin bir yorum yapabilmek için bu sektördeki toplam kadın-erkek çalışan sayısına ihtiyaç vardır. Şekil 3’te erkek ve kadın çalışanların vaka türüne göre oransal dağılımları grafiksel olarak gösterilmiştir.
90 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . 9 Şekil 3. Cinsiyete göre vaka sayılarının oransal dağılımı. 3.1.3. Vaka ağırlık analizi (Ölümcüllük ve kalıcı etki) Bu analiz ile olayların ne kadarının ölümle veya sürekli iş göremezlikle neticelendiği sonucu ortaya konulmaya çalışılmıştır. Tablo 3: Vaka Türüne Göre Ölümcüllük ve Kalıcı İş Göremezlik Oranları Vaka türü Toplam vaka sayısı Toplam ölüm sayısı Ölümcüllük oranı (binde) Toplam sürekli iş göremezlik Kalıcı etki oranı (binde) İş Kazası 41.890 94 ‰ 2,24 241 ‰ 5,75 Meslek Hastalığı 105 0 ‰ 0,00 19 ‰ 180,95 Tablo 3 verilerine göre, iş kazalarının ölümcüllük oranı binde 2,24'tür. Yani her 1000 iş kazasından yaklaşık 2'si ölümle sonuçlanmaktadır. Veri setinde meslek hastalığına bağlı ölüm raporlanmamıştır. En çarpıcı bulgu ϬϬϬй ϮϬϬϬй ϰϬϬϬй ϲϬϬϬй ϴϬϬϬй ϭϬϬϬϬй ϭϮϬϬϬй Erkek oranı % Kadın oranı % % Değişim Oranı Cinsiyete Göre Vaka Dağılım Oranları Sürekli İş Göremezlik Geçici İş Günü Kaybı Ölüm (Kaza+Hastalık) Meslek Hastalığı İş Kazası Şekil 3. Cinsiyete göre vaka sayılarının oransal dağılımı. 3.1.3. Vaka ağırlık analizi (Ölümcüllük ve kalıcı etki) Bu analiz ile olayların ne kadarının ölümle veya sürekli iş göremezlikle neticelendiği sonucu ortaya konulmaya çalışılmıştır. Tablo 3: Vaka Türüne Göre Ölümcüllük ve Kalıcı İş Göremezlik Oranları Vaka türü Toplam vaka sayısı Toplam ölüm sayısı Ölümcüllük oranı (binde) Toplam sürekli iş göremezlik Kalıcı etki oranı (binde) İş Kazası 41.890 94 ‰ 2,24 241 ‰ 5,75 Meslek Hastalığı 105 0‰ 0,00 19 ‰ 180,95 Tablo 3 verilerine göre, iş kazalarının ölümcüllük oranı binde 2,24›tür. Yani her 1000 iş kazasından yaklaşık 2’si ölümle sonuçlanmaktadır. Veri setinde meslek hastalığına bağlı ölüm raporlanmamıştır. En çarpıcı bulgu ise, meslek hastalıklarının sayıca çok az olmalarına karşın, sürekli iş göremezliğe yol açma olasılıkları iş kazalarından oldukça fazladır (binde 181’e binde 5,75 gibi). Bu çıkarım, meslek hastalıklarının sinsi ve yavaş ilerleyen doğasının çok yıkıcı ve ağır sonuçlarının olduğunu göstermektedir.
TÜRKİYE KIMYA SANAYINDE İŞ KAZALARININ DINAMIKLERI: . . . 91 3.2.İstatistikselAnalizler 3.2.1. Korelasyon analizi (Kaza sayısı ve iş günü kaybı ilişkisi) Bu istatistiksel analizin amacı, iş kazası sayısındaki artışın, toplam kaybedilen iş günü sayısını ne kadar güçlü bir şekilde etkilediğini matematiksel olarak ölçmektir. Yani, “Daha çok kaza, gerçekten de orantılı olarak daha çok iş günü kaybı anlamına mı geliyor?” sorusuna cevap aramaktır. Bu analizde Pearson Korelasyon Katsayısı değerlendirmesi yapılmıştır. Bu katsayı, -1 ile +1 arasında bir değer alır. Değer +1’e yakın olursa, bir değişken artarken diğeri de güçlü bir şekilde artar (Pozitif Korelasyon) şeklinde değerlendirilir. Bu değer eğer 0’a yakın olursa; iki değişken arasında belirgin bir ilişki yoktur diye değerlendirilir. Eğer değer -1’e yakın ise, bir değişken artarken diğeri güçlü bir şekilde azalır (Negatif Korelasyon) şeklinde değerlendirme yapılır. Tablo 4: Yıllara Göre Toplam İş Kazası ve İş Göremezlik Süreleri Yıl Toplam iş kazası sayısı Toplam geçici iş göremezlik süresi (gün) 2013 1.860 26.035 2014 1.800 18.819 2015 1.984 27.711 2016 2.190 30.000 2017 2.877 35.911 2018 3.388 21.564 2019 3.794 39.046 2020 4.607 40.181 2021 5.331 49.582 2022 5.962 48.382 2023 6.515 51.168 Bu iki veri sütunu üzerinde yapılan Pearson Korelasyon analizi sonucunda, Korelasyon Katsayısı (r) = 0,91 olarak hesaplanmıştır. Katsayının +0,91 gibi çok yüksek pozitif bir değer olması, iş kazası sayısı ile toplam iş günü kaybı arasında çok güçlü ve pozitif bir doğrusal ilişki olduğunu göstermektedir. Bu sonuç, basitçe şunu kanıtlayabilir, meydana gelen her ek kaza, sadece bir sayıdan ibaret değildir; doğrudan üretkenlik kaybına ve maliyete yol açmaktadır. Kaza sayılarını düşürmeye yönelik her yatırım, doğrudan iş günü kayıplarını ve dolayısıyla maliyetleri azaltacaktır. Yönetime sunulacak
92 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . raporlarda bu güçlü ilişki, İSG yatırımlarının geri dönüşünü kanıtlamak için kullanılabilir. Tablo 4’ün grafiksel gösterimi Şekil 4’te verilmiştir. 11 2023 6.515 51.168 Bu iki veri sütunu üzerinde yapılan Pearson Korelasyon analizi sonucunda, Korelasyon Katsayısı (r) = 0,91 olarak hesaplanmıştır. Katsayının +0,91 gibi çok yüksek pozitif bir değer olması, iş kazası sayısı ile toplam iş günü kaybı arasında çok güçlü ve pozitif bir doğrusal ilişki olduğunu göstermektedir. Bu sonuç, basitçe şunu kanıtlayabilir, meydana gelen her ek kaza, sadece bir sayıdan ibaret değildir; doğrudan üretkenlik kaybına ve maliyete yol açmaktadır. Kaza sayılarını düşürmeye yönelik her yatırım, doğrudan iş günü kayıplarını ve dolayısıyla maliyetleri azaltacaktır. Yönetime sunulacak raporlarda bu güçlü ilişki, İSG yatırımlarının geri dönüşünü kanıtlamak için kullanılabilir. Tablo 4’ün grafiksel gösterimi Şekil 4’te verilmiştir. Şekil 4. Yıllara göre toplam iş kazası ve iş göremezlik grafiği. 3.2.2. Regresyon analizi (Geleceğe yönelik kaza sayısı tahmini) Bu analizin temel amacı, son 11 yıldaki iş kazası artış trendini kullanarak, mevcut eğilimin devam etmesi halinde gelecek yıllarda beklenen kaza sayısını tahmin etmektir. Regresyon analizi için Basit Lineer Regresyon yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem, veriler arasındaki ilişkiyi Y = mX + c şeklinde bir doğru denklemiyle modeller. Burada kullanılan değişkenler; Ϭ ϭϬϬϬϬ ϮϬϬϬϬ ϯϬϬϬϬ ϰϬϬϬϬ ϱϬϬϬϬ ϲϬϬϬϬ ϮϬϭϯ ϮϬϭϰ ϮϬϭϱ ϮϬϭϲ ϮϬϭϳ ϮϬϭϴ ϮϬϭϵ ϮϬϮϬ ϮϬϮϭ ϮϬϮϮ ϮϬϮϯ ĚĞƚ Yıl Yıllara Göre Toplam İş Kazası ve İş Göremezlik Sayıları Toplam iş kazası sayısı Toplam geçici iş göremezlik süresi (gün) Şekil 4. Yıllara göre toplam iş kazası ve iş göremezlik grafiği. 3.2.2.Regresyonanalizi(Geleceğeyönelikkazasayısıtahmini) Bu analizin temel amacı, son 11 yıldaki iş kazası artış trendini kullanarak, mevcut eğilimin devam etmesi halinde gelecek yıllarda beklenen kaza sayısını tahmin etmektir. Regresyon analizi için Basit Lineer Regresyon yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem, veriler arasındaki ilişkiyi Y = mX + c şeklinde bir doğru denklemiyle modeller. Burada kullanılan değişkenler; Y: Tahmin etmek istediğimiz değişken (İş Kazası Sayısı) X: Bağımsız değişken (Yıl) m: Eğilim (Her yıl kazalarda görülen ortalama artış/azalış miktarı) c: Başlangıç noktası şeklindedir. Yılları (2013-2023) ve toplam iş kazası sayılarını kullanarak bir regresyon modeli oluşturulduğunda, aşağıdaki verilere ulaşılabilir; Regresyon Denklemi: Kaza Sayısı = 466,5 * (Yıl - 2012) + 1157,6 Modelin elde edilen açıklayıcılık oranı (Belirleme katsayısı - R²) 0,86’dır. Bu değer, kaza sayılarındaki değişimin %86’sının yıllara bağlı değişimle açıklanabildiğini göstermektedir. Dolayısıyla modelin güçlü bir açıklayıcılığa sahip olduğu söylenebilir
TÜRKİYE KIMYA SANAYINDE İŞ KAZALARININ DINAMIKLERI: . . . 93 Gelecek yıllar için de bu regresyon denklemi kullanılarak tahminler yapılabilir ve bu tahmin verileri aşağıdaki gibidir; 2024 Tahmini: 466,5 * (2024 - 2012) + 1157,6 = 6.753 kaza 2025 Tahmini: 466,5 * (2025 - 2012) + 1157,6 = 7.220 kaza Modelimiz, kimya sektöründe iş kazası sayısının her yıl ortalama 466 adet arttığını göstermektedir. Bu çok ciddi bir rakamdır. Bu bir kehanet değil, mevcut eğilimin devam etmesi durumunda karşılaşılacak duruma işaret eden matematiksel bir öngörüdür. Bu değer, eğer radikal önlemler almazsak, 2 yıl içinde yıllık kaza sayısının 7.200’lerin üzerine çıkabileceğini ifade eder niteliktedir. Proaktif önlem almanın gerekliliğini somut rakamlarla ortaya koyan bu veriler idari yöneticilerin dikkatlerini İSG uygulamalarındaki eksikliklerin giderimine doğru yöneltecektir. 3.2.3. Anlamlılık testi (Vaka sonuçlarının karşılaştırılması) Bu analizin temel amacı, “Meslek hastalıklarının kalıcı iş göremezliğe yol açma oranı, iş kazalarına göre istatistiksel olarak anlamlı derecede daha yüksek mi?” sorusunu bilimsel olarak test etmektir. Yani, aradaki büyük farkın tesadüf olup olmadığını kanıtlamaktır. Bu analizde, Ki-Kare Bağımsızlık Testi uygulanmıştır. Bu test, iki kategorik değişken arasında bir ilişki olup olmadığını analiz eder. Burada kullanılan değişkenlerimiz şu şekildedir: Olay Türü: İş Kazası, Meslek Hastalığı Yapılan Değerlendirme: Sürekli İş Göremezlik Var, Sürekli İş Göremezlik Yok Tablo 5: Ki Kare Testinde Kullanılan Veriler (SGK İstatistiklerinden) Olay türü Sürekli iş göremezlik OLDU Sürekli iş göremezlik OLMADI Toplam İş Kazası 241 41.649 41.890 Meslek Hastalığı 19 86 105 Toplam 260 41.735 41.995 Tablo 5’e göre yapılan Ki-Kare testi sonucunda: Ki-Kare Değeri: 1445,7 P-değeri < 0.00001 olarak hesaplanmıştır. İstatistikte p-değeri, gözlemlenen sonucun tesadüfen ortaya çıkma olasılığını gösterir. P-değerinin 0.05›ten küçük olması, sonucun istatistiksel olarak anlamlı kabul edilmesi için genel bir kuraldır. Hesaplamalarla
94 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . elde edilen p-değeri 0.00001’den dahi küçük çıkmıştır. Bu, sonucun tesadüf olma ihtimalinin pratikte sıfır olduğu anlamına gelmektedir. Dolayısıyla bu analiz, şu hipotezi güçlü bir şekilde kanıtlar: Meslek hastalıkları sayıca az olsalar da, sonuçları itibarıyla iş kazalarından katbekat daha tehlikelidirler. Bununla birlikte, bir iş kazasının sürekli iş göremezliğe yol açma oranı ise aşağıdaki gibi verilebilir: 241 / 41,890 = %0,57 (Binde 5.7) Bir meslek hastalığının sürekli iş göremezliğe yol açma oranı ise şöyle verilebilir; 19 / 105 = %18,1 (Binde 181) Bu sonuçlar, İSG politikalarında sadece kaza sayılarını düşürmeye değil, aynı zamanda kimyasal maruziyet, ergonomi gibi meslek hastalıklarına yol açan sinsi tehlikelerin önlenmesine de özel bir ağırlık verilmesi gerektiğini ortaya koyar. 3.2.4. Kaza şiddet analizi Bu analizin amacı, sadece kaza sayılarının değil, kazaların ortalama şiddetinin yıllar içinde nasıl değiştiğini analiz etmektir. Yani, “Kazaların sayıca artıyor/azalıyor olabilir ama daha mı hafif, yoksa daha mı ağır sonuçlanıyor?” sorusuna yanıt bulmaktır. Bu analizde, “Kaza Şiddet Oranı” tanımlanacaktır. Bu oran, en ciddi sonuç olarak kabul edilen “5 günden fazla iş göremezlik” ile sonuçlanan kazaların, toplam kaza sayısına oranı olarak hesaplanacaktır. Bu şekilde ciddi kazaların toplam içindeki payının ne olduğu ortaya çıkacaktır. Kaza Şiddet Oranı (%) = (Toplam “5+ Gün” İş Göremezlikle sonlanan Kaza Sayısı / Toplam İş Kazası Sayısı) * 100 Şeklinde bir denklem kurulduktan sonra, Tablo 6’daki verilere ulaşılır.
TÜRKİYE KIMYA SANAYINDE İŞ KAZALARININ DINAMIKLERI: . . . 95 Tablo 6: Toplam İş Kazası Şiddet Oranı Yıl Toplam “5+ gün” kaza sayısı (Erkek+Kadın) Toplam iş kazası sayısı Kaza şiddet oranı % 2013 733 + 75 = 808 1.860 %43,4 2014 611 + 65 = 676 1.800 %37,6 2015 806 + 83 = 889 1.984 %44,8 2016 759 + 89 = 848 2.190 %38,7 2017 988 + 109 = 1.097 2.877 %38,1 2018 483 + 40 = 523 3.388 %15,4 2019 1.064 + 121 = 1.185 3.794 %31,2 2020 1.187 + 161 = 1.348 4.607 %29,3 2021 1.422 + 185 = 1.607 5.331 %30,1 2022 1.494 + 219 = 1.713 5.962 %28,7 2023 1.505 + 273 = 1.778 6.515 %27,3 Tablo 6’ya bakıldığında, 2018 yılında kaza şiddet oranında dramatik bir düşüş yaşandığı, 2013-2017 döneminde her 10 kazadan yaklaşık 4’ünün ağır sonuçlandığı, 2018’den sonra bu oranın yaklaşık her 10 kazadan 3’üne gerilediği görülmektedir. Toplam kaza sayılarında artma olmasına karşın, kazaların ortalama şiddetinde son 6 yılda bir iyileşme eğilimi gözlemlenmiştir. Bu, ilk yardım müdahalelerinin etkinliğinin artması, tedavi süreçlerinin iyileşmesi veya gerçekleşen kaza tiplerinin değişmesi (örneğin, ezilme/kırık yerine daha hafif kesiklerin artması) gibi nedenlere bağlı olabilir. 2018 yılında kaza şiddet oranındaki ciddi düşüşün ne gibi değişikliklerden kaynaklandığı (eğitim, prosedür, ekipman vb.) incelenmeli ve düşüşe destek olan iyi uygulamalar pekiştirilmelidir. 3.2.5. Yıllık ölümcüllük risk analizi Bu analizin amacı, bir kazanın ölümle sonuçlanma riskinin yıllar içinde değişip değişmediğini ölçmektir. Sadece mutlak ölüm sayısına bakmak, toplam kaza sayısı arttığında yanıltıcı olabilir. Bu oran, riski daha doğru bir şekilde normalize eder. Bu analizde her 1000 iş kazası başına düşen ölüm sayısın hesaplanır. (Meslek hastalığı kaynaklı ölüm olmadığı için sadece kaza sonucu ortaya çıkan ölüm verileri kullanılmıştır). Analizde kullanılan denklem aşağıdaki gibidir; Ölümcüllük Oranı (binde) = (Toplam Kaza Sonucu Ölüm Sayısı / Toplam İş Kazası Sayısı) * 1000
96 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Tablo 7. Yıllara Göre Ölümcüllük Oranları Yıl Kaza sonucu ölüm Toplam iş kazası Ölümcüllük oranı % 2013 9 1.860 ‰ 4,84 2014 1 1.800 ‰ 0,56 2015 8 1.984 ‰ 4,03 2016 3 2.190 ‰ 1,37 2017 11 2.877 ‰ 3,82 2018 3 3.388 ‰ 0,89 2019 4 3.794 ‰ 1,05 2020 15 4.607 ‰ 3,26 2021 12 5.331 ‰ 2,25 2022 19 5.962 ‰ 3,19 2023 56.515 ‰ 0,77 Tablo 7’ye bakıldığında, ölümcüllük oranı yıllara göre çok büyük dalgalanmalar göstermektedir. Bu, ölüm sayılarının az olmasından kaynaklanabilir. 2013, 2015, 2017, 2020 ve özellikle 2022 yılları, kaza başına düşen ölüm riskinin en yüksek olduğu yıllardır. 2022’deki ‰3.19’luk ölümcüllük oranı 19 tane iş kazası sonucu ölümün varlığına dayanmakta ve o yıl gerçekleşen kazaların ciddiyetinin alarm verici düzeyde olduğunu göstermektedir. Şekil 5’te iş kazası sayısına göre ortaya çıkan ölüm oranlarının grafiksel olarak gösterimi verilmiştir. Bu metrik, kaza sonucu ölüm sayıları ve ölümcüllük oranlarına bağlı “kötü” yılları net bir şekilde ortaya koymaktadır. İSG departmanları tarafından 2022 yılında eksikliklerin neler olduğu tespit edilmeli ve ne ve/veya nelerin yanlış olduğu mutlaka derinlemesine araştırılmalıdır. Özellikle bu gibi “kırmızı alarm” yıllarında meydana gelen ölümcül kazaların kök nedenleri ve analiz raporları tekrar incelenmeli ve gerekli önlemler alınmalıdır. Bu kazalardan gerekli dersler çıkarılmalı ve “Bir daha asla” prensibi ile detaylı çalışmalar gerçekleştirilmelidir.
TÜRKİYE KIMYA SANAYINDE İŞ KAZALARININ DINAMIKLERI: . . . 103 Symposium on Human Factors and Ergonomics in Health Care, 10(1), 247. https://doi.org/10.1177/2327857921101182 Svertoka, E., Rusu-Casandra, A., & Marghescu, I. (2020). State-of-theArt of Industrial Wearables: A Systematic Review [Review of State-of-the-Art of Industrial Wearables: A Systematic Review]. 411. https://doi.org/10.1109/ comm48946.2020.9141982 SGK istatistikleri web sitesi , https://www.sgk.gov.tr/Istatistik/Yillik/ fcd5e59b-6af9-4d90-a451-ee7500eb1cb4 (2023). Erişim zamanı 2023. Vitrano, G., & Micheli, G. J. L. (2024). Effectiveness of Occupational Safety and Health interventions: a long way to go. Frontiers in Public Health, 12. https://doi.org/10.3389/fpubh.2024.1292692 Wen-Shung, A., Wang, M. J., & Chou, F. S. F. (1991). Evaluating the mechanical injury problem in the wood-bamboo furniture manufacturing industry. International Journal of Industrial Ergonomics, 7(4), 347. https://doi. org/10.1016/0169-8141(91)90082-w Wyman, D. O. (1999). Evaluating patients for return to work. PubMed, 59(4), 844. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10068708
104 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . EK: Dashboard tasarımı kodları ve ekran görüntüleri:
TÜRKİYE KIMYA SANAYINDE İŞ KAZALARININ DINAMIKLERI: . . . 105 Kodlama: import React, { useState, useMemo } from ‘react’; import { LineChart, Line, XAxis, YAxis, CartesianGrid, Tooltip, Legend, ResponsiveContainer, BarChart, Bar, ScatterChart, Scatter } from ‘recharts’; import { AlertTriangle, Users, Skull, Clock } from ‘lucide-react’; const data = [ { year: 2023, accidents: 6515, deaths: 5, incapacity_days: 51168, occupational_disease: 15, male: 5320, female: 1195 }, { year: 2022, accidents: 5962, deaths: 19, incapacity_days: 48382, occupational_disease: 14, male: 5051, female: 911 },
106 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . { year: 2021, accidents: 5331, deaths: 12, incapacity_days: 49582, occupational_disease: 18, male: 4588, female: 743 }, { year: 2020, accidents: 4607, deaths: 15, incapacity_days: 40181, occupational_disease: 17, male: 3917, female: 690 }, { year: 2019, accidents: 3794, deaths: 3, incapacity_days: 39046, occupational_disease: 24, male: 3269, female: 525 }, { year: 2018, accidents: 3388, deaths: 5, incapacity_days: 21564, occupational_disease: 8, male: 2927, female: 461 }, { year: 2017, accidents: 2877, deaths: 10, incapacity_days: 35911, occupational_disease: 8, male: 2495, female: 382 }, { year: 2016, accidents: 2190, deaths: 3, incapacity_days: 30000, occupational_disease: 10, male: 1914, female: 276 }, { year: 2015, accidents: 1984, deaths: 7, incapacity_days: 27711, occupational_disease: 4, male: 1754, female: 230 }, { year: 2014, accidents: 1800, deaths: 3, incapacity_days: 18819, occupational_disease: 3, male: 1608, female: 192 }, { year: 2013, accidents: 1860, deaths: 9, incapacity_days: 26035, occupational_disease: 2, male: 1662, female: 198 } ]; const Dashboard = () => { const [selectedYear, setSelectedYear] = useState(2023); const currentData = data.find(d => d.year === selectedYear); const statistics = useMemo(() => { // Yardımcı fonksiyonlar const mean = arr => arr.reduce((a, b) => a + b, 0) / arr.length; const correlation = (x, y) => { const xMean = mean(x); const yMean = mean(y); const n = x.length; let num = 0; let denX = 0; let denY = 0;
TÜRKİYE KIMYA SANAYINDE İŞ KAZALARININ DINAMIKLERI: . . . 107 for (let i = 0; i < n; i++) { num += (x[i] - xMean) * (y[i] - yMean); denX += Math.pow(x[i] - xMean, 2); denY += Math.pow(y[i] - yMean, 2); } return num / Math.sqrt(denX * denY); }; // Veri setleri const years = data.map(d => d.year); const accidents = data.map(d => d.accidents); const deaths = data.map(d => d.deaths); const incapacityDays = data.map(d => d.incapacity_days); const diseases = data.map(d => d.occupational_disease); // Regresyon hesaplama const n = years.length; const sumX = years.reduce((a, b) => a + b, 0); const sumY = accidents.reduce((a, b) => a + b, 0); const sumXY = years.reduce((a, b, i) => a + b * accidents[i], 0); const sumX2 = years.reduce((a, b) => a + b * b, 0); const slope = (n * sumXY - sumX * sumY) / (n * sumX2 - sumX * sumX); const intercept = (sumY - slope * sumX) / n; return { regression: { slope, intercept, direction: slope > 0 ? ‘Artış’ : ‘Azalış’, annualChange: slope.toFixed(2) }, correlations: {
108 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . accidentsDeath: correlation(accidents, deaths).toFixed(3), accidentsIncapacity: correlation(accidents, incapacityDays).toFixed(3), accidentsDisease: correlation(accidents, diseases).toFixed(3) } }; }, []); const renderStatistics = () => ( <div className=”bg-white p-6 rounded-lg shadow”> <h3 className=”text-xl font-semibold mb-4”>İstatistiksel Analiz Sonuçları</h3> <div className=”mb-6”> <h4 className=”text-lg font-medium mb-2”>1. Kaza Trendi Analizi</ h4> <ul className=”list-disc ml-6 text-gray-700”> <li>Yıllık ortalama değişim: {statistics.regression.annualChange} kaza/yıl</li> <li>Genel eğilim: {statistics.regression.direction}</li> </ul> </div> <div className=”mb-6”> <h4 className=”text-lg font-medium mb-2”>2. Korelasyon Analizleri</ h4> <div className=”grid grid-cols-1 md:grid-cols-3 gap-4”> <div className=”bg-gray-50 p-4 rounded”> <h5 className=”font-medium”>Kaza-Ölüm İlişkisi</h5> <p>{statistics.correlations.accidentsDeath}</p> </div> <div className=”bg-gray-50 p-4 rounded”> <h5 className=”font-medium”>Kaza-İş Göremezlik İlişkisi</h5> <p>{statistics.correlations.accidentsIncapacity}</p> </div> <div className=”bg-gray-50 p-4 rounded”>
TÜRKİYE KIMYA SANAYINDE İŞ KAZALARININ DINAMIKLERI: . . . 109 <h5 className=”font-medium”>Kaza-Meslek Hastalığı İlişkisi</ h5> <p>{statistics.correlations.accidentsDisease}</p> </div> </div> </div> <div className=”bg-blue-50 p-4 rounded”> <h4 className=”font-medium mb-2”>Analiz Açıklamaları:</h4> <ul className=”list-disc ml-6 text-gray-700”> <li>Trend analizi, kazaların yıllara göre değişim yönünü ve hızını gösterir.</li> <li>Korelasyon değerleri (-1 ile +1 arası): <ul className=”ml-4 mt-1”> <li>+1’e yakın: Güçlü pozitif ilişki</li> <li>0’a yakın: Zayıf ilişki</li> <li>-1’e yakın: Güçlü negatif ilişki</li> </ul> </li> </ul> </div> </div> ); return ( <div className=”p-6 bg-gray-50 min-h-screen”> <div className=”flex justify-between items-center mb-6”> <h1 className=”text-2xl font-bold text-gray-800”> Kimya Sektörü İSG Dashboard </h1> <select className=”p-2 border rounded” value={selectedYear} onChange={(e) => setSelectedYear(Number(e.target.value))} >
110 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . {data.map(d => ( <option key={d.year} value={d.year}>{d.year}</option> ))} </select> </div> <div className=”grid grid-cols-1 md:grid-cols-2 lg:grid-cols-4 gap-4 mb-6”> <div className=”bg-white p-4 rounded-lg shadow”> <div className=”flex items-center”> <AlertTriangle className=”text-orange-500 mr-2” /> <h2 className=”text-lg font-semibold”>Kaza Sayısı</h2> </div> <p className=”text-2xl font-bold mt-2”>{currentData.accidents}</ p> </div> <div className=”bg-white p-4 rounded-lg shadow”> <div className=”flex items-center”> <Skull className=”text-red-500 mr-2” /> <h2 className=”text-lg font-semibold”>Ölüm Sayısı</h2> </div> <p className=”text-2xl font-bold mt-2”>{currentData.deaths}</p> </div> <div className=”bg-white p-4 rounded-lg shadow”> <div className=”flex items-center”> <Clock className=”text-blue-500 mr-2” /> <h2 className=”text-lg font-semibold”>İş Göremezlik (Gün)</ h2> </div> <p className=”text-2xl font-bold mt-2”>{currentData.incapacity_ days}</p> </div> <div className=”bg-white p-4 rounded-lg shadow”>
TÜRKİYE KIMYA SANAYINDE İŞ KAZALARININ DINAMIKLERI: . . . 111 <div className=”flex items-center”> <Users className=”text-purple-500 mr-2” /> <h2 className=”text-lg font-semibold”>Meslek Hastalığı</h2> </div> <p className=”text-2xl font-bold mt-2”>{currentData.occupational_ disease}</p> </div> </div> <div className=”grid grid-cols-1 lg:grid-cols-2 gap-6 mb-6”> <div className=”bg-white p-4 rounded-lg shadow”> <h2 className=”text-lg font-semibold mb-4”>Cinsiyet Dağılımı Trendi</h2> <ResponsiveContainer width=”100%” height={300}> <LineChart data={data}> <CartesianGrid strokeDasharray=”3 3” /> <XAxis dataKey=”year” label={{ value: ‘Yıl’, position: ‘bottom’ }} /> <YAxis label={{ value: ‘Çalışan Sayısı’, angle: -90, position: ‘insideLeft’ }} /> <Tooltip /> <Legend /> <Line type=”monotone” dataKey=”male” stroke=”#0088FE” name=”Erkek” /> <Line type=”monotone” dataKey=”female” stroke=”#FF8042” name=”Kadın” /> </LineChart> </ResponsiveContainer> </div> <div className=”bg-white p-4 rounded-lg shadow”>
112 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . <h2 className=”text-lg font-semibold mb-4”>Kaza ve Ölüm İlişkisi</h2> <ResponsiveContainer width=”100%” height={300}> <ScatterChart> <CartesianGrid /> <XAxis dataKey=”accidents” name=”Kaza Sayısı” label={{ value: ‘Kaza Sayısı’, position: ‘bottom’ }} /> <YAxis dataKey=”deaths” name=”Ölüm Sayısı” label={{ value: ‘Ölüm Sayısı’, angle: -90, position: ‘insideLeft’ }} /> <Tooltip /> <Scatter name=”Kaza-Ölüm” data={data} fill=”#8884d8” /> </ScatterChart> </ResponsiveContainer> </div> </div> {renderStatistics()} </div> ); };
SERAMİK ENDÜSTRİSİ ATIK SUYUNDAN ÇAPRAZ AKIŞLI NANOFİLTRASYON . . . 119 Yüksek sıcaklık koşullarının sistem üzerinde olumsuz etki yarattığını ve prosesin etkinliğini düşürdüğünü açıkça ortaya koymaktadır. Özellikle yüksek basınca rağmen verimin düşük kalması, sıcaklığın artmasının sistemi sınırlayıcı bir faktör olduğunu düşündürmektedir. Bu nedenle 35°C gibi yüksek sıcaklıklarda sistemin istenen verimi sağlaması zorlaşmaktadır. Elde edilen veriler incelendiğinde, bulanıklık giderim veriminin hem sıcaklık hem de basınç arttıkça arttığı gözlemlenmiştir. En yüksek bulanıklık giderim veriminin elde edildiği en uygun koşullar, 25°C sıcaklık ve 8 bar basınç olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda, maksimum bulanıklık giderim verimine ulaşılmıştır. 25°C’de bulanıklık giderim verimi, 4 bardan 8 bara çıkıldığında %30,95’ten %80,00’e yükselmiştir. Bu, basıncın askıda katı madde filtrasyonu üzerinde doğrudan etkili olduğunu göstermektedir. 30°C’de de benzer bir eğilim görülmekle birlikte, 35°C’de bulanıklık giderim oranlarının ciddi şekilde düştüğü (%14,76–23,33) dikkat çekicidir. Bu durum, yüksek sıcaklıkların membran performansını olumsuz etkileyebileceğini düşündürmektedir. Sonuçlar grafik haline getirilmiştir. Şekil 5’te gösterilmektedir. 7 koymaktadır. Özellikle yüksek basınca rağmen verimin düşük kalması, sıcaklığın artmasının sistemi sınırlayıcı bir faktör olduğunu düşündürmektedir. Bu nedenle 35°C gibi yüksek sıcaklıklarda sistemin istenen verimi sağlaması zorlaşmaktadır. Elde edilen veriler incelendiğinde, bulanıklık giderim veriminin hem sıcaklık hem de basınç arttıkça arttığı gözlemlenmiştir. En yüksek bulanıklık giderim veriminin elde edildiği en uygun koşullar, 25°C sıcaklık ve 8 bar basınç olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda, maksimum bulanıklık giderim verimine ulaşılmıştır. 25°C'de bulanıklık giderim verimi, 4 bardan 8 bara çıkıldığında %30,95’ten %80,00’e yükselmiştir. Bu, basıncın askıda katı madde filtrasyonu üzerinde doğrudan etkili olduğunu göstermektedir. 30°C'de de benzer bir eğilim görülmekle birlikte, 35°C’de bulanıklık giderim oranlarının ciddi şekilde düştüğü (%14,76–23,33) dikkat çekicidir. Bu durum, yüksek sıcaklıkların membran performansını olumsuz etkileyebileceğini düşündürmektedir. Sonuçlar grafik haline getirilmiştir. Şekil 5’te gösterilmektedir. Şekil 5: Bulanıklık giderim verimleri karşılaştırılması En yüksek bulanıklık giderim verimi Şekil 5’te görüldüğü gibi %80 olarak 25 °C sıcaklık ve 8 bar işletme basıncı koşullarında elde edilmiştir. Ölçümler FTU biriminde gerçekleştirilmiş olup sonuçlar raporlanmıştır. Çalışmada, poliamid bazlı bir nanofiltrasyon membranı olan NF90 kullanılmıştır. ϯϬϵϱй ϰϵϱϮй ϴϬϬϬй ϯϰϮϵй ϰϭϰϯй ϰϯϯϯй ϭϰϳϲй ϭϲϭϵй Ϯϯϯϯй ϰZ ϲZ ϴZ ϯϱǑ ϯϬǑ ϮϱǑ Basınç;ďĂƌͿ Bulanıklılık'ŝĚĞƌŝŵsĞƌŝŵŝ;йͿ Şekil 5: Bulanıklık giderim verimleri karşılaştırılması En yüksek bulanıklık giderim verimi Şekil 5’te görüldüğü gibi %80 olarak 25 °C sıcaklık ve 8 bar işletme basıncı koşullarında elde edilmiştir. Ölçümler FTU biriminde gerçekleştirilmiş olup sonuçlar raporlanmıştır. Çalışmada, poliamid bazlı bir nanofiltrasyon membranı olan NF90 kullanılmıştır.
120 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . 2.5.TaramalıElektronMikroskobu(SEM)Analizi Çalışmada kirlenmeye maruz kalan membran, yüzeyinde meydana gelen değişimlerin incelenmesi için sistemden dikkatlice çıkarılmıştır. SEM (Scanning Electron Microscopy - Taramalı Elektron Mikroskopu) görüntüsü ile kompozit membranların yüzey yapıları hakkında yüksek çözünürlüklü görüntüler elde etmek için analizlenmiştir. Bu çalışmada, NF90 membran yüzey morfolojisi gösterilmiştir. a-b-c-d-e sırasıyla 1-1-5-20 ve 100 µm görünümüdür. Şekil 6’da kirlenmiş membranın SEM (Scanning Electron Microscopy-Taramalı Elektron Mikroskopu) görüntüleri verilmektedir. Kirlilik tabakası 148 µm olarak ölçülmüştür. Şekil 6: Kirlenmiş NF90 Membran’ın SEM görüntüleri (a) 1 µm , (b) 3 µm, (c) 10 µm, (d) 20 µm, (e) 200 µm Deney bitiminde alınan kesit SEM görüntüleri, NF90 membranında kirlenmeye bağlı bazı değişimler görülmektedir. Membran yüzeyindeki aktif tabaka bütünlüğünü koruyor gibi görünse de, üzerinde ve destek yapının üst bölgelerinde düzensiz bir kir tabakası biriktiği görülmektedir. Su içindeki organik maddeler ve askıda katı maddeler nedeniyle birikintilerin oluştuğu söylenebilir. Destek tabakanın içindeki gözenekli yapılarda da tıkanma izleri dikkat çekmektedir. Bu durum, kirleticilerin sadece yüzeyde değil, membranın
SERAMİK ENDÜSTRİSİ ATIK SUYUNDAN ÇAPRAZ AKIŞLI NANOFİLTRASYON . . . 121 daha içine ilerlediğini göstermektedir. Görüntüdeki bu bulgular, zamanla membran veriminde azalma ve daha sık temizlik ihtiyacı gibi sorunların ortaya çıkabileceğini göstermektedir. 3. SONUÇLAR Elde edilen veriler incelendiğinde, bulanıklık giderim veriminin hem sıcaklık hem de basınç arttıkça arttığı gözlemlenmiştir. En yüksek bulanıklık giderim veriminin elde edildiği en uygun koşullar, 25°C sıcaklık ve 8 bar basınç olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda, maksimum bulanıklık giderim verimine ulaşılmıştır. Çizelge 2’de bulanıklık giderim verimleri listelenmiş gösterilmiştir. 25°C’de bulanıklık giderim verimi, 4 bardan 8 bara yükseltildiğinde %30,95’ten %80,00’e yükselmiştir. Bu, basıncın askıda katı madde filtrasyonu üzerinde doğrudan etkili olduğunu göstermektedir. 30°C’de de benzer bir eğilim görülmekle birlikte, 35°C’de bulanıklık giderim oranlarının ciddi şekilde düştüğü (%14,76–23,33) dikkat çekicidir. Bu durum, yüksek sıcaklıkların membran performansını olumsuz etkileyebileceğini düşündürmektedir. Çevresel sürdürülebilirliğin sağlanması yolunda, seramik üretiminden kaynaklanan atık sulardaki bulanıklığın giderilmesi, vazgeçilmez bir gerekliliktir. Uygulanacak arıtma sürecinin ne denli başarılı olacağı, en isabetli yöntemin belirlenmesine ve bu yöntemin mevcut fiziksel ve kimyasal koşullara göre en verimli hale getirilmesine bağlıdır. Arıtma işlemiyle geri kazanılan suyun, döngüsel ekonomiye kazandırılması gerekir. Saflaştırılmış suyun sanayi süreçlerinde, sulama amaçlı ya da seramik üretim döngüsünde yeniden kullanılması, sürdürülebilirlik için önemlidir. Böyle bir yaklaşım, hem su kaynaklarının kullanımını azaltır. Bu bütüncül bakış açısıyla, seramik atık sularındaki bulanıklık sorununun çözümü; atık yönetimi, geri dönüşüm prensipleri, doğal kaynakların korunması ve sürdürülebilir kalkınma hedefleriyle beraber ele alınmalıdır. Uygun metotların tercih edilmesi, arıtma proseslerinin verimli bir biçimde işletilmesi ve su yönetiminin planlı olarak sürdürülmesi, hem çevresel etkileri azaltmak hem de doğal su kaynaklarını korumak için önemli bir fırsat yaratır. Bu hedefe ulaşmada sanayinin, kamu sektörünün ve çevresel sürdürülebilirliğe odaklanan projelerin ortaklaşa çalışması, çözümün daha kalıcı ve verimli bir biçimde uygulanmasına olanak tanıyacaktır. Gerçekleştirilen deneysel çalışmalar, seramik sektörü atık sularından bulanıklık giderimi için NF90 membranının 25°C sıcaklık ve 8 bar basınç koşullarında uygun bir seçenek olduğu sonucunu ortaya çıkarmıştır. Yüksek
122 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . verimlilik, tıkanmaya karşı dirençli yapıları ve uzun ömürlü performanslarıyla öne çıkan çapraz akışlı membran sistemleri, pek çok endüstriyel alanda kilit bir teknoloji olarak sürdürülebilir çözümlere zemin hazırlamaktadır. KAYNAKLAR Abd El-Ghafour, N. G. (2010, Ekim). Making green building units by using some wastes of ceramic industry. In Proceedings of the International Conference for Enhanced Building Operations (ICEBO). Energy Systems Laboratory, Texas A&M University (ESL-IC-10-10-08). Ağtaş, M., Dilaver, M., & Koyuncu, İ. (2021). Ceramic membrane overview and applications in textile industry: A review. Water Science and Technology, 84(5), 1059–1078. https://doi.org/10.2166/wst.2021.248 AlAnzi, B. S., Naik, M., & Ahmad, M. (2022). The imperative need of metal salt for the treatment of industrial wastewater via the synergic coagulation– flocculation method. Polymers, 14(9), 1651. https://doi.org/10.3390/ polym14091651 Alenezi, F. T. (2016). Workability and compressive strength of eco-friendly concrete based on waste ceramic particles (Lisans bitirme projesi). University of Southern Queensland (UniSQ). Bera, S. P., Godhaniya, M., & Kothari, C. (2022). Emerging and advanced membrane technology for wastewater treatment: A review. Journal of Basic Microbiology, 62(3–4), 245–259. https://doi.org/10.1002/jobm.202100560 Cao, Y., Chen, G., Wan, Y., & Luo, J. (2021). Nanofiltration membrane for bio-separation: Process-oriented materials innovation. Engineering in Life Sciences, 21(6), 405–416. https://doi.org/10.1002/elsc.202000100 Cheng, H., Shi, W., Liu, S., Wang, Y., Song, J., Long, Y., Xiang, Y., & Xue, Y. (2024). Adsorption of phosphate by two-step synthesis of ceramsite from electrolytic manganese residue/dredged sludge. Materials, 17(4), 939. https:// doi.org/10.3390/ma17040939 Deratani, A., Palmeri, J., Moliner-Salvador, S., & Sánchez, E. (2012). Use of nanofiltration membrane technology for ceramic industry wastewater treatment. Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 51(103), 1–12. https://doi.org/10.3989/cyv.242012 Elias, S. H., Mohamed, M. A. K. E. T. A. B., Ankur, A. N., Muda, K. H. A. L. I. D. A., Hassan, M. A. H. M., Othman, M. N., & Chelliapan, S. (2014). Water hyacinth bioremediation for ceramic industry wastewater treatment – Application of rhizofiltration system. Sains Malaysiana, 43(9), 1397–1403.
SERAMİK ENDÜSTRİSİ ATIK SUYUNDAN ÇAPRAZ AKIŞLI NANOFİLTRASYON . . . 123 El Ouardi, Y., Virolainen, S., Mouele, E. S. M., Laatikainen, M., Repo, E., & Laatikainen, K. (2023). The recent progress of ion exchange for the separation of rare earths from secondary resources: A review. Hydrometallurgy, 218, 106047. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2022.106047 Guo, H., Li, X. H., Yang, W. L., Yao, Z. K., Mei, Y., Peng, L. E., Yang, Z., Shao, S. L., & Tang, C. Y. (2022). Nanofiltration for drinking water treatment: A review. Frontiers of Chemical Science and Engineering, 16, 681–698. https:// doi.org/10.1007/s11705-021-2103-5 Hakami, M. W., Alkhudhiri, A., AlBatty, S., Zacharof, M. P., Maddy, J., & Hilal, N. (2020). Ceramic microfiltration membranes in wastewater treatment: Filtration behavior, fouling and prevention. Membranes, 10(9), 248. https://doi. org/10.3390/membranes10090248 Léziart, T., Dutheil de la Rochere, P. M., Cheswick, R., Jarvis, P., & Nocker, A. (2019). Effect of turbidity on water disinfection by chlorination with the emphasis on humic acids and chalk. Environmental Technology, 40(13), 1734–1743. https://doi.org/10.1080/09593330.2019.1585480 Liu, Y., Lin, B., Liu, W., Li, J., Gao, C., & Pan, Q. (2018). Preparation and characterization of a novel nanofiltration membrane with chlorine-tolerant property and good separation performance. RSC Advances, 8(69), 39569– 39579. https://doi.org/10.1039/C8RA06755D Mandal, H. K. (2014). Assessment of wastewater temperature and its relationship with turbidity. Recent Research in Science and Technology, 6(1). Retrieved from https://updatepublishing.com/journal/index.php/rrst/article/ view/1212 Mountadar, S., Carbonell-Alcaina, C., Luján-Facundo, M. J., FerrerPolonio, E., Soler-Cabezas, J. L., Mendoza-Roca, J. A., & Tahiri, S. (2017). Desalination of brackish water and reverse osmosis retentate using nanofiltration membranes: Effects of TMP and feed concentration on the treatment. Desalination and Water Treatment, 87, 68–75. https://doi.org/10.5004/dwt.2017.21312 Ou, C., Li, S., Wang, Z., Qin, J., Wang, Q., Liao, Z., & Li, J. (2021). Organic nanobowls modified thin film composite membrane for enhanced purification performance toward different water resources. Membranes, 11(5), 350. https:// doi.org/10.3390/membranes11050350 Shahid, M. U., Najam, T., Islam, M., Hassan, A. M., Assiri, M. A., Rauf, A., Rehman & Nazir, M. A. (2024). Engineering of metal–organic framework (MOF) membrane for wastewater treatment: Synthesis, applications and future challenges. Journal of Water Process Engineering, 57, 104676. https://doi. org/10.1016/j.jwpe.2023.104676
124 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Sheikh, M., Pazirofteh, M., Dehghani, M., Asghari, M., Rezakazemi, M., Valderrama, C., & Cortina, J. L. (2020). Application of ZnO nanostructures in ceramic and polymeric membranes for water and wastewater technologies: A review. Chemical Engineering Journal, 391, 123475. https://doi.org/10.1016/j. cej.2019.123475 Uçak, Z. (2023). İçme suyu kaynaklarının arıtımında membran teknolojilerinin etkinliğinin istatistiksel yöntemler ile belirlenmesi [Yüksek lisans tezi, Aksaray Üniversitesi]. Vrouwenvelder, J. S., Van Paassen, J. A. M., Wessels, L. P., Van Dam, A. F., & Bakker, S. M. (2006). The membrane fouling simulator: A practical tool for fouling prediction and control. Journal of Membrane Science, 281(1–2), 316–324. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2006.03.032 Wadekar, S. S. (2018). Separation potential characterization and its role in selecting nanofiltration membranes for the removal of inorganic ions (Doktora tezi, University of Pittsburgh). University of Pittsburgh D-Scholarship. Wanjiya, M., Zhang, J. C., Wu, B., Yin, M. J., & An, Q. F. (2024). Nanofiltration membranes for sustainable removal of heavy metal ions from polluted water: A review and future perspective. Desalination, 117441. https:// doi.org/10.1016/j.desal.2024.117441 Wang, X., Wang, M., Chen, M., & Zhang, Y. (2023). A mini review of ceramic-based MOF membranes for water treatment. Membranes, 13(9), 751. https://doi.org/10.3390/membranes13090751
125 BÖLÜM VIII AKILLI BİYOMALZEMELER İÇİN GÜNCEL GELİŞMELER CurrentDevelopmentsforSmartBiomaterials Şevval GÜNEŞ1 & İlyas KARTAL 2 1Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, E-mail: [email protected], ORCID: 0009-0008-5721-8517 2(Doç.Dr.), Marmara Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, İstanbul, Türkiye, E-mail: [email protected], ORCID: 0000-0001-9677-477X 1. Giriş Biyomalzemeler; vücutla uyumlu, doku ve organların fonksiyonlarını yerine getirmek amacıyla belirli bir süre kullanılan, doğal veya sentetik kökenli malzemelerdir (O’Brien, 2011). Biyomalzemeler vücutla etkileşime girdiğinden bazı özellikleri barındırması gerekmektedir. Bu özelliklerin başında biyouyumluluk gelmektedir. Biyouyumluluk, vücutla birlikte fiziksel, biyolojik ve kimyasal olarak uyumlu olması olarak tanımlanabilir. Fonksiyonel olarak orijinal dokunun yerine kullanılması veya dokuya destek olarak kullanılması için biyomalzemenin biyouyumlu özelliği olması gerekmektedir (Güven, Ş. 2014). Akıllı biyomalzemeler, çevresel veya biyolojik uyaranlara dinamik bir şekilde yanıt verebilen gelişmiş biyomalzemelerdir. Bu malzemeler, sıcaklık, pH değişimi, manyetik alan, ışık veya biyokimyasal sinyaller gibi faktörlere duyarlı olarak fiziksel veya kimyasal özelliklerini değiştirme yeteneğine sahiptir. Geleneksel biyomalzemelerden farklı olarak, akıllı biyomalzemeler kontrollü ilaç salımı, biyosensör teknolojileri, doku mühendisliği ve rejeneratif tıp gibi
126 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . alanlarda daha etkin kullanım için tasarlanmıştır. Özellikle, polimer kimyası ve nanoteknoloji ile entegre edilen bu malzemeler, biyomedikal uygulamalarda hedefe yönelik tedavi ve biyolojik sistemlerle daha uyumlu etkileşimler sağlamak amacıyla geliştirilmektedir (Ebara vd., 2014). 1950’ler doğal biyomalzemelerin (kolajen, jelatin) biyomedikal uygulamalarda kullanımının araştırılması ile başlamıştır (Ratner, 1996). 1970’lerde sentetik biyomalzemeler, özellikle polilaktik asit (PLA) ve poliglikolik asit (PGA) gibi polimerler geliştirilmiştir. 1980 yılında ilk biyobozunur polimerler cerrahi dikiş malzemesi olarak kullanıma girmiştir (Hoffman, 2012). 1980’lerden itibaren stimulus-responsive hidrojeller, ilaç salınım sistemlerinde ve yara örtülerinde yaygın kullanım alanı bulmuştur (Qiu & Park, 2012). 1990’lı yıllarda termoresponsif ve pH-duyarlı polimerler geliştirilerek kontrollü salım sistemleri yaygınlaşmıştır (Hoffman, 2012). 2000’li yıllar, stimuli-yanıtlı malzemelerin (ışık, manyetik alan, elektrik alan gibi uyaranlara cevap veren) çıkışına tanıklık etti. Aynı zamanda doku mühendisliği ve organ yenilenmesinde çok sayıda akıllı biyomalzeme uygulanmaya başlandı (Baydemir, 2022). 2020 ve sonrasında 4D baskı teknolojileriyle dinamik biyomalzemeler geliştirilmiş ve bu sistemler yapay zekâ ile biyosensör teknolojileriyle entegre edilmiştir (Hoffman, 2012). Bu yaklaşımlar, özelleştirilmiş ve hasta spesifik çözümlerin önünü açmaktadır. 2. Akıllı Biyomalzemelerin Önemi ve Uygulama Alanları Akıllı biyomalzemeler, biyomedikal mühendislikten gıda ambalajlarına kadar geniş bir yelpazede uygulama bulmaktadır. Özellikle biyolojik sistemlerle uyumlu olmaları ve işlevsellik sunmaları nedeniyle modern bilim ve teknolojide giderek artan bir öneme sahiptir(Bajpai vd., 2008). Temel özellikleri arasında; stimulus-responsive davranış, biyouyumluluk, yeniden şekillendirilebilirlik ve kendi kendini onarma gibi özellikler yer almaktadır (Mantha vd., 2019). Doku Mühendisliği: Hücrelerin büyümesine yardımcı alanı sağlayarak ve doku onarımında büyük rol oynar. Örneğin, termal olarak duyarlı hidrojel sistemleri bu alanda yaygın olarak kullanılmaktadır (Mantha vd., 2019). İlaç Taşıma Sistemleri: Kontrollü ilaç salınımı ile tedavi yöntemi sağlar. pH duyarlı olan polimerler ilaç salınımını miktarını arttırabilir (Bajpai vd., 2008). Gıda Ambalajları: Akıllı biyomalzemeler, gıda ambalajlarının nem değişikliklerine uyum göstererek raf ömrünü uzatmakta rol oynar. Gıda güvenliği ve tazeliğini arttıran akıllı biyomalzemeler aktif ambalaj sistemlerinde kullanılmaktadır (Niemczyk-Soczynska & Sajkiewicz, 2025).
AKILLI BİYOMALZEMELER İÇİN GÜNCEL GELİŞMELER 127 Yenilenebilir Enerji ve Elektronik: Termoelektrik ve piezoelektrik özellikler taşıyan akıllı biyomalzemeler hem giyilebilir sensörlerde hem de enerji depolama cihazlarında yenilikçi uygulamalar sunmaktadır (Wang vd., 2019). 3. Akıllı Biyomalzemelerin Türleri Akıllı biyomalzemeler, duyarlılık türüne bağlı olarak farklı sınıflandırmalara ayrılmaktadır. pH, sıcaklık, ışık, elektrik, manyetik alan ve enzim gibi dış uyaranlara yanıt verebilen akıllı biyomalzemeler, hem biyomedikal uygulamalarda hem de çevre ve enerji teknolojilerinde önemli rol oynamaktadır. pH Duyarlı Biyomalzemeler: pH duyarlı biyomalzemeler, çevredeki asidik veya bazik değişimlere tepki vererek fiziksel veya kimyasal özelliklerinde değişiklik gösterir. Bu malzemeler genellikle ilaç taşıma sistemlerinde kontrollü ilaç salınımında kullanılır. Örneğin belirli bir pH seviyesinde aktifleşen biyomalzeme kanser tedavilerinde özel ilaç salınımını kolaylaştırabilir (Bajpai vd., 2008). Sıcaklık Duyarlı Biyomalzemeler: Sıcaklık duyarlı biyomalzemeler, çevresel sıcaklık değişimlerine duyarlıdırlar. Bu tarz malzemeler genellikle hidrojel formunda kullanılır. Belirli bir sıcaklık eşiğinden geçtikten sonra faz değişimi geçirmesi ilaç salınım sistemlerinde tercih sebebidir. Doku mühendisliğinde de kullanılabilen bu biyomalzemeler ağırlıklı olarak polivinil alkol (PVA) ve polietilen glikol (PEG) türevleri terci edilerek uygulanmaktadır (Mantha vd., 2019). Işık Duyarlı Biyomalzemeler : Işık duyarlı biyomalzemeler belirli bir dalga boyundaki ışıkla etkileşime girerek özelliklerini değiştirir. Genellikle fotodinamik terapi gibi tıbbi uygulamalarda kullanılmaktadır. Örneğin UV ışığına duyarlı biyomalzemeler yara örtüsü ve kontrollü ilaç salınımında farklı bir çözüm sunar (Müller vd., 2019). Elektrik Duyarlı Biyomalzemeler: Elektrik duyarlı biyomalzemeler, elektrik alana maruz kaldıklarında mekanik veya elektriksel olarak özelliklerini değiştiren malzemelerdir. Bu malzemeler genellikle kas gibi hareketli alanlarda biyomedikal cihazlarda kullanılmaktadır (Wang et vd., 2018). Manyetik Alan Duyarlı Biyomalzemeler: Manyetik alanlı biyomalzemeler, manyetik alan varlığında fiziksel veya kimyasal değişiklikler göstermektedir. Bu biyomalzeme, özellikle manyetik hedefleme ve kanser tedavilerinde kullanıldığı görülmektedir. Örneğin manyetik nanopartikül yüklü biyopolimerler, manyetik alanın etkisiyle malzemenin özelliğinden faydalanarak kontrollü ilaç salınımında kullanılmaktadır (Mantha vd., 2019).
128 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Enzim Duyarlı Biyomalzemeler : Enzim duyarlı biyomalzemeler, belirli enzimlerle etkileşime girdikleri zaman kimyasal olarak değişime uğrayabilirler. Bu biyomlazemeler özellikle biyolojik olarak hedefleme ve kotrollü ilaç salınımda kullanılır. Örneğin proteaz duyarlı polimerik sistemler, hastalıklı dokulardaki enzim aktivitesine yanıt vererek ilaç salınımını arttırabilir (Bajpai vd., 2008). 4. Akıllı Biyomalzemelerin Tasarımı ve Üretimi Malzeme Seçimi: Akıllı biyomalzemelerin tasarımında doğru malzeme seçimi, malzemenin biyouyumluluğu, biyobozunurluğu ve hedeflenen uygulama içi gereken özelliklere göre yapılır. Doğal polimerlerden kitosan ve aljinat biyobozunur özellikleri nedeniyle daha çok tercih edilirken, sentetik polimerlerden polikaprolakton (PCL) ve polilaktiksit (PLA), mekanik dayanım ve kontrollü bozunma özelliği nedeniyle tercih edilmektedir. Biyomalzeme seçerken hedeflenen uygulamaya uygun malzemeler seçmek gerekmektedir. Biyobozunurluk ve ilaç salım kapasitesi gibi parametrelerin uygunluğuna bakmak gerekmektedir (Ratner, 1996). Sentez Yöntemleri: Akıllı biyomalzemelerin sentezi sürecinde çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler, hedeflenen uygulamaya ve malzemenin özelliklerine seçilmektedir (Ebara vd., 2014). Polimerizasyon: Radikal polimerizasyon ve UV indüklemeli polimerizasyon olarak ikiye ayrılır. Radikal polimerizasyonda başlatıcılar kullanılarak monomerlerin çapraz bağlanması sağlanır. UV indüklemeli polimerizasyon daha çok kontrollü ilaç salım sistemlerinde ve desenli yapılarda tercih edilir (Ebara vd., 2014). Fiziksel Çapraz Bağlama: İyonik etkileşimlere dayalı yöntemlerde çapraz bağlama ile gerçekleşir. Bu teknik protein salınımı ve hücre kapsülleme uygulamalarında yaygın kullanılır (Ebara vd., 2014). Kimyasal Çapraz Bağlama: Kimyasal çapraz bağlama yöntemi, polimer zincirlerinde bulunan fonksiyonel gruplar arasında kovalent bağ oluşumuna dayanır. Bu yöntemle güçlü ve stabil yapılar elde edilir (Ebara vd., 2014). Kendi Kendine Montaj (Self-Assembly): Hidrofobik ve hidrofilik segmentlere sahip polimerlerin su ortamında kendiliğinden düzenlenmesi, nanoyapılar oluşturmak için etkili bir yöntemdir. Bu teknik, biyomedikal uygulamalarda çok işlevli nano-materyallerin geliştirilmesini sağlar (Ebara vd., 2014). Ekstrüzyon Tabanlı 3D Baskı Yöntemi: Bu yöntem, viskoz biyomalzemelerin bir nozül aracılığıyla katman katman biriktirilmesine dayanır. Genellikle biyopolimerler ve hidrojel biyomürekkepler gibi malzemeler
AKILLI BİYOMALZEMELER İÇİN GÜNCEL GELİŞMELER 135 Sahdev, P., Ochyl, L. J., & Moon, J. J. (2014). Biomaterials for nanoparticle vaccine delivery systems. Pharmaceutical Research, 31(10), 2563–2582. Siebert, L., Luna-Cerón, E., & García-Rivera, L. E. (2021). Light-controlled growth factors release on tetrapodal ZnO-incorporated 3D-printed hydrogels for developing smart wound scaffold. Advanced Functional Materials, 31(12), 2007555. Tang, P., Song, P., & Peng, Z. (2021). Chondrocyte-laden GelMA hydrogel combined with 3D printed PLA scaffolds for auricle regeneration. Materials Science and Engineering: C, 130, 112423. Tibbitt, M. W., & Langer, R. (2017). Living biomaterials. Accounts of Chemical Research, 50(3), 508–513. Vegas, A. J., Veiseh, O., Doloff, J. C., Ma, M., Tam, H. H., Bratlie, K., Li, J., Bader, A. R., Langan, E., Olejnik, K., Fenton, P., Kang, J. W., HollisterLocke, J., Bochenek, M. A., Chiu, A., Siebert, S., Tang, K., Jhunjhunwala, S., Aresta-Dasilva, S., … Anderson, D. G. (2016). Wang, L., Lou, Z., Jiang, K., & Shen, G. (2019). Bio‐Multifunctional Smart Wearable Sensors for Medical Devices. Advanced Intelligent Systems, 1(5), 1900040. https://doi.org/10.1002/aisy.201900040 Wang, L., Yang, C., Sun, C., & diğerleri. (2022). Fused deposition modeling PEEK implants for personalized surgical application: From clinical need to biofabrication. International Journal of Bioprinting, 8(4). Zhang, Q., Bei, H.-P., Zhao, M., & diğerleri. (2022). Shedding light on 3D printing: Printing photo-crosslinkable constructs for tissue engineering. Biomaterials, 121566. Zhou, Y., Zhou, D., & Cao, P. (2021). 4D printing of shape memory vascular stent based on βCD-g-Polycaprolactone. Macromolecular Rapid Communications, 42(6), 2100176. Zhu, Y., Joralmon, D., Shan, W., & diğerleri. (2021). 3D printing biomimetic materials and structures for biomedical applications. Bio-Design and Manufacturing, 4(4), 405–428.
137 BÖLÜM IX AKILLI MÜHİMMATLAR VE GÜDÜM KİTLERİ SmartMunitionsandGuidanceKits Mustafa BOZDEMİR (Prof. Dr.), Kırıkkale Üniversitesi, E-mail: [email protected], ORCID: 0000-0002-9332-2054 1. Giriş Dünya genelinde yaşanan teknolojik yenilikler, özellikle internet, otomasyon ve imalat yöntemlerindeki gelişmeler, olağanüstü bir hızla ilerlemektedir. Sanayi devrimlerinin ilk aşamalarında su, buhar ve elektrikten yararlanılırken, günümüzde üretim süreçleri siber-fiziksel sistemler temelinde şekillenmektedir. Makine, inşaat, sağlık ve ulaşım gibi sektörlerin yanı sıra savunma sanayi de bu değişimden güçlü biçimde etkilenmektedir. Akıllı füzeler, roketler, insansız hava araçları, robotik askerler ve gelişmiş mühimmat sistemleri savunma teknolojilerinin başlıca odak alanları arasındadır. Mühimmat teknolojisi, bir ülkenin güvenlik politikalarının en kritik unsurlarından biridir. Modern savaş ortamında yalnızca insan gücü değil, gelişmiş mühimmat sistemleri de caydırıcılık sağlar. Akıllı mühimmat, hassas güdümlü sistemler ve düşük görünürlük teknolojileri, hedefe nokta atışıyla ulaşmayı mümkün kılarak sivil kayıpları en aza indirmekte ve operasyonel etkinliği artırmaktadır. Bu da ülkelerin askeri gücünü ve stratejik üstünlüğünü belirleyen başlıca faktörler arasında yer alır. Mühimmat teknolojisi, savunma sanayisinin genel ilerlemesiyle paralel bir şekilde gelişmektedir. Nano malzemeler, patlayıcı kimya, yapay zekâ tabanlı yönlendirme sistemleri ve otonom mühimmatlar, geleceğin savaş konseptlerini şekillendirmektedir. Bu alandaki gelişmeler yalnızca askeri alanda değil; malzeme bilimi, elektronik ve yazılım mühendisliği gibi disiplinlerde de yenilikleri teşvik etmektedir.
138 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Savunma sanayi, ülkelerin ekonomik ve siyasi güçlerini doğrudan etkileyen stratejik bir sektördür. Bu nedenle sürekli yenilik, modernizasyon ve Ar-Ge yatırımlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Türkiye’de devlet desteği ve özel sektörün yoğun katılımıyla savunma sanayinde ulusal projelerin geliştirilmesi hedeflenmektedir [1]. Uzun yıllardan beri silah sanayi, ayrı ayrı üretilen ürünlerden oluşmaktaydı. Günümüzde bu parçaların birleştirilmesi ile oluşan bütünleşik sistemler daha fazla ön plana çıkmaktadır. Bu durum, ülkeleri ilerleyen dönemlerde farklı özelliklere sahip savunma amaçlı ürünleri sürekli geliştirmek zorunda bırakacaktır [2]. 2. Mühimmat Sistemleri Mühimmat, savaş veya savunma amaçlı kullanılan, silahların etkili şekilde çalışmasını sağlayan tüm patlayıcı, itici, delici, yakıcı veya öldürücü unsurları kapsayan genel bir terimdir. Kısaca; silahın hedef üzerinde etki yaratabilmesi için gerekli olan malzemelere mühimmat denir. Mühimmat yalnızca mermilerden ibaret olmayıp çok geniş bir yelpazeyi kapsamaktadır. Bunlar: · Mermiler ve fişekler (tabanca, tüfek ve makineli silahlar için) · Top ve tank mühimmatı (obüs, havan, tank mermileri vb.) · Roket ve füze sistemleri · Patlayıcılar ve el bombaları · Mayınlar · Torpidolar ve denizaltı mühimmatları. Şekil 1 ‘ de silahlı kuvveler tarafından kullanılan bazı mühimmatlara ait toplu resim görülmekledir.
AKILLI MÜHİMMATLAR VE GÜDÜM KİTLERİ 139 Şekil 1: Bazı mühimmat çeşitleri Mühimmat; personele, araçlara veya stratejik hedeflere zarar vermek amacıyla silahlardan atılan ya da havadan bırakılan, patlayıcı ve çeşitli kimyasal maddeler içeren unsurlardır. Çaplarına göre üç ana grupta incelenir [3]: - Küçük Kalibre Mühimmatlar: 5,56 mm – 12,7 mm - Orta Kalibre Mühimmatlar: 12,7 mm – 40 mm - Büyük Kalibre Mühimmatlar: 60 mm ve üzeri Klasik mühimmat ile akıllı mühimmat arasındaki temel fark kontrol edilebilirliktir. Akıllı mühimmatlar; yüksek vuruş hassasiyeti, uçuş sırasında yeniden hedef belirleme imkânı, standart taşıyıcı sistemlerle uyumluluk ve düşük ikincil hasar riski gibi avantajlar sağlar [4]. 3. Güdüm Sistemleri Akıllı mühimmat, hedefe isabetini artırmak için içindeki veya bağlı olan sensörler, navigasyon birimleri ve kontrol yüzeyleri (veya itici/ayırıcı elemanlar) aracılığıyla uçuş yolunu düzeltebilen mühimmattır. Amaç; taşkın hasarı azaltmak, hedef doğruluğunu yükseltmek ve isabet oranını iyileştirmektir.
140 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Güdüm sistemleri, mühimmatın hedefe en yüksek doğrulukla ulaşmasını sağlayan mekanizmalardır. Bu sistemler, girdi, işlem ve çıktı olmak üzere üç temel bileşenden oluşur. Girdi birimi sensörler ve antenlerden; işlem birimi CPU ve kontrol algoritmalarından, çıktı birimi ise mühimmatın kanatçık ve kontrol yüzeylerinden meydana gelir [5]. Şekil 2’de güdümlü bir mühimmatın ana bölümleri görülmektedir. Arayıcı başlık ve güdüm sistemi uçuş kontrolünü sağlamaktadır. Şekil 2: Güdümlü mühimmatın bölümleri Şekil 2’de görülen akıllı mühimmat sistemine ait başlıca güdüm yöntemleri şu şekilde sıralanabilir: · Radyo Kontrollü Sistemler: Operatör tarafından mühimmat üzerindeki kamera görüntüsü ile yönlendirilir. · Kızılötesi Sistemler: Hedefin ısı kaynağı takip edilerek yönlendirme sağlanır. · Lazer Kontrollü Sistemler: Lazer ışını ile işaretlenen hedef, mühimmatın optik arayıcı başlığı tarafından algılanır. · Uydu Kontrollü Sistemler (GPS/INS): Hedefin konumu GPS ve ataletsel seyrüsefer sistemleriyle belirlenir. Bu güdüm teknolojileri, mühimmatın hem sabit hem de hareketli hedeflere karşı yüksek etkinlik göstermesini sağlamaktadır [10–12].
AKILLI MÜHİMMATLAR VE GÜDÜM KİTLERİ 141 HGK (Hassas Güdüm Kiti) — TÜBİTAK SAGE tarafından geliştirilen GPS/INS tabanlı hassas güdüm kiti; Mk-82/83/84 gibi Mark-80 serisi genel maksat bombalarını akıllı mühimmata çevrilebilir [6]. Şekil 3. GPS/INS tabanlı hassas güdüm kiti fotoğrafı görülmektedir. Şekil 3: GPS/INS tabanlı hassas güdüm kiti GK (Kanatlı Güdüm Kiti) — TÜBİTAK SAGE (Aselsan ortak üretimleriyle anılır) tarafından geliştirilen kanatlı kit; mevcut güdümsüz Mk-82/Mk-83 bombalarını uzun menzilli (kanatlı planör mantığıyla) akıllı mühimmatlara dönüştürür; 100 km ve üzeri iddiaları bulunan uzun menzil yetenekleri ve yüksek hassasiyet amaçlanmıştır. Şekil 4 ‘de Kanatlı hassas güdüm kiti görülmektedir.
142 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Şekil 4: Kanatlı hassas güdüm kiti KGK-82 SİHA versiyonu — KGK-82-SİHA, MK-82 bombalarını akıllı mühimmatlara çeviren kanatlı güdüm kitinin SİHA’lar için geliştirilmiş özel bir versiyonudur. Menzil ve entegrasyon özellikleri, uçaktan yapılan atışa göre farklılık gösterebilmektedir. Şekil 5 de KGK-82-SİHA Kanatlı hassas güdüm kitinin bağlandığı bir MK82 görülmektedir. Şekil 5: KGK-82-SİHA Kanatlı hassas güdüm kiti TEBER — ROKETSAN üretimi güdüm kiti; Mk-81/Mk-82 gibi bombaları INS/GPS ve lazer/IR gibi eklemelerle (SAL lazer arayıcı vb.) akıllı hale getiren bir ürün olarak tanımlanır. Şekil 6 da Teber güdüm kiti görülmektedir.
AKILLI MÜHİMMATLAR VE GÜDÜM KİTLERİ 143 Şekil 6: Teber güdüm kiti Excalibur, Amerika Birleşik Devletleri tarafından geliştirilen ve özellikle kara topçusu için kullanılan yüksek hassasiyetli güdümlü top mermisidir. Adını efsanevi Kral Arthur’un kılıcından alan bu mühimmat, modern savaş alanında nokta atışı kabiliyetiyle öne çıkmaktadır. Akıllı mühimmat örneklerinden önemli bir taneside Excalibur mühimmatıdır. Amerika Birleşik Devletleri tarafından geliştirilen ve özellikle kara topçusu için kullanılan yüksek hassasiyetli güdümlü top mermisidir. Şekil 7 ‘de Akıllı top mermisi Excalibur görülmektedir. Şekil 7. Akıllı top mermisi Excalibur Bu akıllı mühimmatın yerli benzeri olan Roketsan LG-155, Türk savunma sanayisinin önde gelen kuruluşlarından Roketsan tarafından geliştirilen lazer güdümlü 155 mm topçu mühimmatıdır. Bu mühimmat, mevcut topçu sistemlerine hassas vuruş kabiliyeti kazandırmayı amaçlar ve özellikle T-155 Fırtına obüsleri ile uyumlu olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu mühimmatın bazı avantajları şunlardır: · Lazer Güdüm Sistemi: LG-155, hedefe yönlendirilen bir lazer işaretleyici sayesinde yüksek hassasiyetle vurabilme yeteneğine sahiptir. Bu sayede sivil kayıplar ve yan hasar en aza indirilir.
144 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . · Yüksek İsabet Oranı: Geleneksel mühimmatlara kıyasla çok daha yüksek bir isabet oranı sunar, bu da operasyonel etkinliği artırır. · Uzun Menzil: Standart 155 mm topçu mühimmatının menzilini korurken, lazer güdüm sayesinde maksimum menzilde bile hassas vuruşlar gerçekleştirebilir. · Platform Uyumluluğu: Mevcut 155 mm obüs sistemleriyle tam uyumlu olacak şekilde tasarlanmıştır, ek bir modifikasyon gerektirmez. · Çoklu Hedef Yeteneği: Hem sabit hem de hareketli hedeflere karşı etkili bir şekilde kullanılabilir. 4. Sonuç Endüstri 4.0 döneminde internet, otomasyon, yapay zekâ ve siberfiziksel sistemler hızla gelişmektedir. Bu gelişmeler savunma sanayine doğrudan yansımakta ve akıllı mühimmat teknolojileri stratejik bir öncelik haline gelmektedir. Hedefi izleyebilen, az sayıda mühimmatla yüksek etki yaratan, düşük ikincil hasarlı sistemler modern ordular için vazgeçilmezdir. Bu çalışmada, akıllı mühimmatların temel yapıları, güdüm sistemleri ve klasik mühimmatların modernizasyon teknikleri gösterilmiştir. Türkiye’nin geliştirdiği milli akıllı mühimmat projeleri sayesinde, ülkemiz savunma sanayinin küresel ölçekte rekabet gücünü artıracak ve ulusal güvenlik kapasitesine önemli katkılar sunacaktır. Kaynaklar [1] Ernst & Young Türkiye (2010). Türkiye’de ve Dünya’da Savunma Sanayi Sektörü. [2] Bozdemir, M., (2016). Silah Mekanik Sistemleri için 3 Boyutlu Eğitim Modellerinin Geliştirilmesi, International Symposium on 3D Printing Technologies, İstanbul. [3] Yıldırım, F.(2013). Büyük Kalibre Mühimmatta Barutların Geometrik Şeklinin Namlu Basıncı ve Çıkış Hızı Üzerindeki Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi. [4] Anonim, (2019). Akıllı Bombalar Hedefini Nasıl Buluyor? kokpit.aero. [5] Yalçın, E. (2009). Füze Güdüm ve Kontrol Sistemlerinin Yapay Sinir Ağları ile İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi. [6] https://www.sage.tubitak.gov.tr/gudum-kitleri/hgk/ 29.09.2025
KOLERA VAKALARININ TAHMİNİNE YÖNELİK ÇOK BOYUTLU BİR ANALİZ . . . 247 ve sınıflandırma performansına en fazla katkı sağlayan özellikler belirlenmiştir. Yapılan analizlere yalnızca bilgi değeri 0,01’in üzerinde olan özellikler dahil edilmiştir. Ardından, gözetimsiz öğrenme yaklaşımıyla elde edilen küme temelli sınıf etiketleri üzerinden çeşitli denetimli öğrenme algoritmaları uygulanmış ve bu algoritmaların sınıflandırma performansları hem dengeli hem de dengesiz veri koşullarında değerlendirilmiştir. Her iki durumda da 5 katlı çapraz doğrulama ve test verisi sonuçları ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar sırasıyla Tablo 1 ve Tablo 2’de sunulmuştur. Tablo 1: Farklı Veri Dengesi Koşullarında (Orijinal ve SMOTE) MÖ Tabanlı Sınıflandırıcıların Çapraz Doğrulama Performans Karşılaştırması Model Veri Tipi ACC Pre Recall F1-Skor ROC-AUC LR Orijinal 93,01 92,94 93,06 92,94 99,32 SMOTE (Dengeli) 93,42 93,50 93,52 93,39 99,42 RO Orijinal 92,34 92,30 92,36 92,23 100,00 SMOTE 93,17 93,22 93,28 93,16 100,00 KA Orijinal 90,90 90,85 90,79 90,73 100,00 SMOTE 91,85 91,83 91,90 91,80 100,00 DVM Orijinal 92.95 92,87 93,07 92,88 99,33 SMOTE 93,27 93,37 93,41 93,25 99,44 GA Orijinal 92,68 92,61 92,69 92,58 99,85 SMOTE 93,32 93,34 93,41 93,30 99,86 AdaBoost Orijinal 91,73 91,84 91,78 91,63 97,86 SMOTE 91,70 91,97 91,75 91,67 98,14 ET Orijinal 92,29 92,22 92,33 92,19 100,00 SMOTE 93,27 93,25 93,33 93,24 100,00 LightGBM Orijinal 92,40 92,35 92,40 92,30 100,00 SMOTE 92,56 92,50 92,64 92,52 100,00 CatBoost Orijinal 92,79 92,72 92,80 92,69 100,00 SMOTE 93,47 93,49 93,54 93,45 100,00 LDA Orijinal 90,18 90,27 90,47 90,14 98,64 SMOTE 90,34 90,63 90,40 90,27 98,71 Tablo 1’deki sonuçlar incelendiğinde, dengelenmiş veri seti, tüm performans metriklerinde (ACC, PRE, Recall, F1-Skor, ROC-AUC) orijinal veri setine kıyasla genel olarak daha yüksek başarım sergilemiştir. Bu doğrultuda, doğruluk metriği açısından en yüksek başarım, dengelenmiş veri setinde %93,47
248 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . ile CatBoost, orijinal veri setinde ise %93,01 ile LR tarafından sağlanmıştır. Kesinlik metriği incelendiğinde, her iki veri setinde de en yüksek değer LR tarafından elde edilmiş olup, bu oran dengelenmiş veri seti için %93,50, orijinal veri seti için ise %92,94’tür. Duyarlılık metriği bakımından, orijinal veri setinde en yüksek değer %93,07 ile DVM’ye aitken; dengelenmiş veri setinde bu değer %93,54 ile CatBoost tarafından elde edilmiştir. F1-skoru açısından, en yüksek değere orijinal veri setinde %92,94 ile LR algoritmasıyla, dengelenmiş veri setinde ise %93,45 ile CatBoost algoritmasıyla ulaşılmıştır. ROC-AUC değerleri ise genel olarak tüm algoritmalar için oldukça yüksektir. LightGBM, CatBoost, RO, KA ve DVM gibi birçok model her iki veri setinde de %100 ROC-AUC değerine ulaşarak sınıflar arası ayrımı mükemmel düzeyde gerçekleştirmiştir. Genel olarak değerlendirildiğinde, LR, GA ve CatBoost algoritmaları hem orijinal hem de dengelenmiş veri setlerinde tutarlı ve yüksek performans sergileyerek öne çıkmıştır. SMOTE uygulaması, duyarlılık ve F1-skoru gibi azınlık sınıfı tanımada kritik rol oynayan metriklerde performans artışı sağlamıştır. Bununla birlikte, AdaBoost ve LDA gibi bazı algoritmalar, tüm metriklerde diğer modellere kıyasla daha düşük başarı göstermiştir. Bu bulgular, veri dengesinin sınıflandırma başarımı üzerinde önemli etkiler yaratabileceğini ve model seçiminin uygulama bağlamına göre dikkatle yapılması gerektiğini ortaya koymaktadır. SMOTE uygulamasının model kararlılığı üzerindeki etkisini daha ayrıntılı değerlendirebilmek amacıyla, Tablo 2’de tüm algoritmaların, orijinal ve dengelenmiş veri setleriyle elde edilen test performansları karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Tablo 2’de yer alan sonuçlara göre, veri setinin dengelenmesinin sınıflandırma algoritmalarının başarımı üzerinde metrik bazında farklı etkiler yarattığı görülmektedir. Doğruluk metriği açısından LR, DVM ve GA algoritmaları her iki veri setinde de yüksek performansını korumuş, özellikle LR modeli %92,90 (orijinal) ve %92,46 (dengeli) değerleriyle dikkat çekmiştir. Kesinlik metriği bakımından DVM, her iki durum da en yüksek değerlere (%92,07 → %92,27) ulaşarak öne çıkmıştır. Duyarlılık metriği açısından ise LR, her iki veri setinde de en yüksek değeri elde ederek (%92,98 → %92,57), pozitif sınıfları başarıyla yakalamadaki üstünlüğünü korumuştur. F1-Skoru bakımından LR, DVM ve GA algoritmaları yüksek uyum göstererek istikrarlarını korurken, KA, LDA ve AdaBoost gibi modeller bu metrikte de düşüş yaşamıştır. ROCAUC değerleri ise genel olarak tüm algoritmalarda oldukça yüksektir, bu da sınıflar arası ayırt ediciliğin korunduğunu göstermektedir. LR, DVM ve GA
KOLERA VAKALARININ TAHMİNİNE YÖNELİK ÇOK BOYUTLU BİR ANALİZ . . . 249 algoritmaları her iki veri setinde de %99’a yakın ROC-AUC değerleriyle öne çıkarken; AdaBoost, KA ve LDA gibi algoritmalarda bu değerin %1’e kadar düştüğü ancak hâlâ yüksek seyrettiği gözlenmiştir. Tablo 2: Farklı Veri Dengesi Koşullarında (Orijinal ve SMOTE) MÖ Tabanlı Sınıflandırıcıların Test Veri Seti Performans Karşılaştırması Model Veri Tipi ACC Pre Recall F1-Skor ROC-AUC LR Orijinal 92,90 92,86 92,98 92,88 99,09 SMOTE (Dengeli) 92,46 92,41 92,57 92,42 99,04 RO Orijinal 91,35 91,28 91,31 91,28 98,78 SMOTE 90,91 90,87 90,92 90,82 98,66 KA Orijinal 89,58 89,57 89,32 89,41 92,04 SMOTE 88,69 88,52 88,57 88,54 91,48 DVM Orijinal 92,02 92,07 92,07 91,99 99,20 SMOTE 92,24 92,27 92,26 92,15 99,03 GA Orijinal 92,02 91,97 92,04 91,98 98,87 SMOTE 91,35 91,33 91,46 91,31 98,88 AdaBoost Orijinal 91,13 91,66 91,17 91,09 97,47 SMOTE 88,47 88,53 88,47 88,33 96,64 ET Orijinal 91,13 91,07 91,08 91,07 98,82 SMOTE 90,69 90,75 90,77 90,61 98,56 LightGBM Orijinal 90,91 90,77 90,82 90,77 98,71 SMOTE 90,24 90,15 90,21 90,14 98,38 CatBoost Orijinal 91,80 91,70 91,72 91,71 98,79 SMOTE 90,69 90,64 90,69 90,61 98,69 LDA Orijinal 89,58 89,72 89,82 89,55 98,40 SMOTE 88,25 88,58 88,49 88,17 98,23 Elde edilen sonuçlar genel olarak değerlendirildiğinde, veri setinin dengelenmesi bazı algoritmalar (özellikle LR ve DVM) için sınıflandırma performansını büyük ölçüde etkilememiş hatta bazı metriklerde iyileşme sağlamışken, AdaBoost, KA ve LDA gibi modellerin metrik bazlı başarımında kayda değer düşüşlere yol açmıştır. Bu bulgular, sınıflandırma modellerinin başarımının yalnızca algoritma seçimine değil, aynı zamanda veri setinin yapısal özelliklerine ve uygulanan ön işleme adımlarına da duyarlı olduğunu ortaya koymaktadır. Özellikle dengesiz
250 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . veri setleriyle çalışılırken, duyarlılık ve F1-skor gibi azınlık sınıfların başarımını yansıtan metriklerin dikkate alınması büyük önem taşımaktadır. Bu doğrultuda, SMOTE gibi dengeleme tekniklerinin uygun şekilde kullanılması, bazı modellerde genel başarıyı artırabileceği gibi, bazı durumlarda performans kaybına yol açabileceği için dikkatli bir şekilde değerlendirilmelidir. Dolayısıyla, sınıflandırma problemlerinde tek bir metrik üzerinden değil, çok yönlü metrik analizi ile model başarımı incelenmeli; veri yapısı, hedef sınıf dağılımı ve uygulama amacı göz önünde bulundurularak algoritma ve ön işleme stratejileri seçilmelidir. 4. Tartışma Bu çalışma, çevresel ve sosyoekonomik değişkenler kullanılarak kolera vakalarının tahmininde MÖ algoritmalarının performansını kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, sınıflandırma başarımının yalnızca algoritma seçimine değil, aynı zamanda veri setinin yapısına ve uygulanan ön işleme tekniklerine bağlı olarak değiştiğini göstermiştir. Özellikle dengesiz veri yapısının, azınlık sınıfın doğru sınıflandırılmasını zorlaştırdığı ve bu nedenle duyarlılık ile F1-skor gibi metriklerin kritik öneme sahip olduğunu bir kez daha doğrulamıştır. Öte yandan veri dengesizliğini gidermek amacıyla uygulanan SMOTE yöntemi, bazı modellerde duyarlılık ve F1-skor açısından iyileşme sağlasa da, tüm algoritmalarda tutarlı sonuçlar vermemiştir. Bu durum, dengeleme yöntemlerinin etkisinin model mimarisi ve veri dağılımı ile yakından ilişkili olduğunu göstermektedir. Ayrıca, yalnızca doğruluk oranına odaklanmanın model performansını eksik yansıtabileceği; ROC-AUC, duyarlılık ve kesinlik gibi çok boyutlu metriklerin birlikte değerlendirilmesi gerektiği ortaya koyulmuştur. Bulgular ayrıca, model seçiminin yalnızca istatistiksel başarı ölçütlerine değil, aynı zamanda pratik uygulanabilirliğe göre de yapılması gerektiğini göstermektedir. LR gibi görece basit ve yorumlanabilirliği yüksek bir modelin, hem dengelenmiş hem de dengesiz veri setlerinde istikrarlı ve yüksek performans sergilemesi, bu tür yaklaşımların uygulamalarda tercih edilebilirliğini desteklemektedir. Buna karşılık, bazı topluluk tabanlı yöntemlerin sınırlı başarı düzeyi, model tercihlerinde yalnızca nicel doğruluk ölçütlerinin değil; aynı zamanda yorumlanabilirlik, işlem maliyeti ve uygulama bağlamı gibi nitel değerlendirme ölçütlerinin de dikkate alınması gerektiğini göstermektedir. Öte yandan, çalışmanın bazı sınırlılıkları bulunmaktadır. Kullanılan veri kümesinin sınırlı coğrafi ve zamansal kapsamı, geliştirilen modellerin farklı bölgelerdeki genellenebilirliğini kısıtlamaktadır. Ayrıca, yalnızca SMOTE
KOLERA VAKALARININ TAHMİNİNE YÖNELİK ÇOK BOYUTLU BİR ANALİZ . . . 251 yöntemine odaklanılmış olması, diğer dengeleme stratejilerinin etkilerinin değerlendirilmesini sınırlandırmıştır. Bu nedenle, gelecekte yapılacak çalışmalarda hem farklı dengeleme tekniklerinin hem de model çeşitlerinin sistematik biçimde karşılaştırıldığı daha kapsamlı analizlerin gerçekleştirilmesi, model başarımının artırılması ve genellenebilirliğin sağlanması açısından önemli olacaktır. Sonuç olarak, bu çalışma, kolera tahmini gibi halk sağlığını doğrudan etkileyen konularda MÖ tabanlı yaklaşımların potansiyelini ortaya koymakta; aynı zamanda veri ön işleme ve model seçimi süreçlerinde dikkat edilmesi gereken kritik hususlara işaret etmektedir. Elde edilen bulgular, özellikle kaynakların sınırlı olduğu bölgelerde uygulanabilecek etkili erken uyarı sistemlerinin geliştirilmesine katkı sağlayabilir. Ancak, bu tür yaklaşımların gerçek dünya koşullarında daha geniş veri kümeleriyle test edilmesi, genel geçer sonuçlara ulaşılabilmesi açısından önem taşımaktadır. Kaynakça Abobakr Yahya, A.S., Ahmed, A.N., Binti Othman, F., Ibrahim, R.K., Afan, H.A., El-Shafie, A., ve Elshafie, A. (2019). Water quality prediction model based support vector machine model for ungauged river catchment under dual scenarios. Water, 11(6), 1231. Akingbola, A., Abiodun, A., Ojo, O., Jessica, O.U., Alao, U.H., Owolabi, A.O., ve Chuku, J. (2025). Cholera Outbreak in Nigeria: History, Review of Socioeconomic and Meteorological Drivers, Diagnostic Challenges, and Artificial Intelligence Integration. Global Health, Epidemiology and Genomics, 2025(1), 8898076. Arslan, R.U., ve Yapıcı, İ.Ş. (2024). Farklı örnekleme tekniklerine ve farklı sınıflandırıcılara dayanarak kalp yetmezliği tanılı hastaların sağkalımlarının incelenmesi. EMO Bilimsel Dergi, 14(2), 35-47. Arslan, R.U., Erkaymaz, O., Yapici, I.S., ve Perc, M. (2025). Enhanced obesity classification with wavelet packet decomposition and ANN–PSO: a biomedical signal processing approach. The European Physical Journal Special Topics, 1-12. Arslan, R.U., ve Yapici, I.S. (2025). A novel hybrid approach to enhancing obesity prediction. The European Physical Journal Special Topics, 1-19. Arslan, R.U., Yapıcı, İ.Ş., ve Erkaymaz, O. (2024). Diyabet risk durumunun belirlenmesinde siniflandirma algoritmalarinin performanslarinin kapsamli bir şekilde karşilaştirilmasi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27(4), 1320-1333.
252 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Campbell, A.M., Racault, M.F., Goult, S., ve Laurenson, A. (2020). Cholera risk: A machine learning approach applied to essential climate variables. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(24), 9378. Chen, K., Chen, H., Zhou, C., Huang, Y., Qi, X., Shen, R., ... ve Ren, H. (2020). Comparative analysis of surface water quality prediction performance and identification of key water parameters using different machine learning models based on big data. Water research, 171, 115454. Dogo, E.M., Nwulu, N.I., Twala, B., ve Aigbavboa, C. (2019). A survey of machine learning methods applied to anomaly detection on drinking-water quality data. Urban Water Journal, 16(3), 235-248. Domingos, P. (2012). A few useful things to know about machine learning. Communications of the ACM, 55(10), 78-87. Hey, T. (2012). The Fourth Paradigm–Data-Intensive Scientific Discovery. In International Symposium on Information Management in a Changing World (pp. 1-1). Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. Gollapalli, M. (2022). Ensemble machine learning model to predict the waterborne syndrome. Algorithms, 15(3), 93. Hussain, M., Cifci, M.A., Sehar, T., Nabi, S., Cheikhrouhou, O., Maqsood, H., ... ve Mohammad, F. (2023). Machine learning based efficient prediction of positive cases of waterborne diseases. BMC medical informatics and decision making, 23(1), 11. Jordan, M.I., ve Mitchell, T.M. (2015). Machine learning: Trends, perspectives, and prospects. Science, 349(6245), 255-260. Jung, Y.J., Khant, N.A., Kim, H., ve Namkoong, S. (2023). Impact of climate change on waterborne diseases: directions towards sustainability. Water, 15(7), 1298. Khan, Y., ve See, C. S. (2016). Predicting and analyzing water quality using machine learning: a comprehensive model. 2016 IEEE Long Island Systems, Applications and Technology Conference (LISAT) (pp. 1-6). IEEE. Kitchin, R. (2014). The data revolution: Big data, open data, data infrastructures and their consequences. Sage. Leo, J., Luhanga, E., ve Michael, K. (2019). Machine learning model for imbalanced cholera dataset in Tanzania. The Scientific World Journal, 2019(1), 9397578. Nusrat, F., Haque, M., Rollend, D., Christie, G., ve Akanda, A.S. (2022). A high-resolution earth observations and machine learning-based approach to forecast waterborne disease risk in post-disaster settings. Climate, 10(4), 48.
KOLERA VAKALARININ TAHMİNİNE YÖNELİK ÇOK BOYUTLU BİR ANALİZ . . . 253 Ogore, M. M., Nkurikiyeyezu, K., ve Nsenga, J. (2021). Offline prediction of cholera in rural communal tap waters using edge ai inference. 2021 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps) (pp. 1-6). IEEE. Pezeshki, Z., Tafazzoli-Shadpour, M., Nejadgholi, I., Mansourian, A., ve Rahbar, M. (2016). Model of cholera forecasting using artificial neural network in Chabahar City, Iran. International Journal of Enteric Pathogens, 4(1), 23-30. Senyer Yapici, I., ve Uzun Arslan, R. (2025). Predictive analytics for thyroid cancer recurrence: a feature selection and data balancing approach. The European Physical Journal Special Topics, 1-21. Sikder, M., Deshpande, A., Hegde, S.T., Malembaka, E.B., Gallandat, K., Reiner, R. C., Lessler, L., Lee, E.C., ve Azman, A.S. (2023). Water, sanitation, and cholera in Sub-Saharan Africa. Environmental science & technology, 57(28), 10185-10192. URL-1: Drinking-water https://www.who.int/news-room/fact-sheets/ detail/drinking-water. Erişim Tarihi: 29.07.2025. URL-2: Water Pollution & Disease, https://www.kaggle.com/datasets/ khushikyad001/water-pollution-and-disease?resource=download. Erişim Tarihi: 29.07.2025. Wahyudi, M., ve Andriani, A. (2021). Application of C4. 5 and Naïve Bayes Algorithm for detection of potential increased case Fatality Rate Diarrhea. In Journal of Physics: Conference Series (1830(1):012016). IOP Publishing. Witten, I. H., Frank, E., Hall, M. A., Pal, C. J., & Data, M. (2017, December). Practical machine learning tools and techniques. In Data mining (Vol. 2, No. 4, pp. 403-413). Amsterdam, The Netherlands: Elsevier Publishers. Wolf, J., Hubbard, S., Brauer, M., Ambelu, A., Arnold, B.F., Bain, R., ... ve Boisson, S. (2022). Effectiveness of interventions to improve drinking water, sanitation, and handwashing with soap on risk of diarrhoeal disease in children in low-income and middle-income settings: a systematic review and meta-analysis. The Lancet, 400(10345), 48-59. Yang, X., Xiong, W., Huang, T., ve He, J. (2021). Meteorological and social conditions contribute to infectious diarrhea in China. Scientific Reports, 11(1), 23374. Yapıcı, İ.Ş., ve Arslan, R.U. (2024). Gebelikte Anne Sağlığı Risk Gruplarının Tahminine Yönelik Makine Öğrenmesi Tabanlı Bir Karar Destek Sistem Tasarımı. Black Sea Journal of Engineering and Science, 7(3), 509-520.
255 BÖLÜM XVI HARMONİK REDÜKTÖRLER HarmonicDrives Tezcan ŞEKERCİOĞLU (Prof. Dr.), Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, E-mail: tseker[email protected], ORCID: 0000-0002-9359-8843 1. Giriş Harmonik, kelime olarak uyum, ahenk anlamına gelmektedir. Harmonik hareket ise periyodik olarak tekrar eden hareket olarak ifade edilebilir. Harmonik gerinim dalga dişlisi için ön çalışmalara, 1955 yılında Amerikalı mucit Clarence Walton Musser tarafından başlanmıştır. İlk olarak 1958 yılında United Shoe Machinery şirketince ticarileştirilmiş ve ilk patent Musser tarafından 1959 yılında alınmıştır (Şekil 1). Musser tarafından hazırlanan bir makalede sabit oranlı bir mekanik tahrik sistemi olan harmonik tahrikin avantajları ilk kez detaylı bir şekilde incelenmiştir (Musser, 1960). Bir harmonik redüktör üç temel elemandan oluşur. Bunlar, dalga jeneratörü, esnek dış alın dişlisi ve rijit iç alın dişlisidir. Mekanizmayı oluşturan temel elemanlar Şekil 2 ve 3’te verilmiştir. Dalga jeneratörü, eliptik bir göbek ve üzerine takılan özel olarak tasarlanmış ince kanallı bir bilyeli rulmandan oluşur. Eliptik göbek, yüksek verimli bir tork dönüştürücü görevi görür ve esnek dişlinin girişi olarak görev yapar ve güç makinesinin (motor) miline bağlanır. Dalga jeneratörü eliptik şekilde olduğu için esnek dişli içinde dönen iki makaralı bir bağlantı görevi görerek dairesel iç dişli ile kademeli olarak çapsal zıt noktalarda temas etmesine ve moment iletilmesine neden olur. Esnekdışalındişli, alaşımlı çelikten yapılan ince silindirik bir çanağa veya flanşlı şapkaya benzer ve silindirin açık ucunda açılmış dış dişler bulunur.
256 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Burulma açısından çok rijittir. Dalga Jeneratörü esnek dişli içine yerleştirildiğinde dişli elips şeklini alır. Çıkış olarak kullanılır ve çıkış flanşına bağlanır. Rijit iç alın dişli, rijit bir halka şeklindedir. Dişli montaj edildiğinde, dalga jeneratörü elipsinin ana ekseni boyunca esnek dış dişlinin dişlerine geçer. Redüktör gövdesine sabitlenir ve genellikle sabit olarak kullanılır, dönmez. Şekil 1. Gerinim Dalga Dişli Sistemi için Alınan İlk Patent (Musser, 1959)
HARMONİK REDÜKTÖRLER 263 Şekil 11’de ise Schaeffler firması tarafından geliştirilen farklı gövde tasarımına sahip ve farklı rulmanlar ile yataklanmış harmonik redüktör örneği verilmiştir. Şekil 11. Tek Kademeli Harmonik Redüktör (Schaeffler, 2022) 6. Kullanım Alanları Harmonik redüktörler günümüzde, taşlama tezgâhları, CNC işleme merkezleri, montaj hatları, markalama sistemleri vb. çeşitli makinelerde standart bir bileşen olarak kullanılmaktadır (Şekil 12). Sıfır boşluğun gerekli olduğu döner tabla, takım değiştirici, hassas montaj vb. alanlarda önemi giderek artmaktadır. Şekil 12. Markalama Sisteminde Üç Adet Harmonik Tahrik Kullanımı
264 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . Endüstriyel robot alanında, genellikle farklı dönme bağlantılarında kullanılmaktadırlar (Şekil 13). Gelişmiş endüstriyel robotlarda kullanılan harmonik tahrik mekanizmaları ile kontrol sistemlerinin gerektirdiği yüksek dönme ve konum doğruluğu gerçekleştirilmektedir. Robotlar üzerindeki ana eksen, omuz ekseni, taban ekseni, dirsek ekseni veya el ekseni için kullanılırlar. Sıfır boşluk, yüksek tork kapasitesi, yüksek burulma sertliği ve iyi tekrarlanabilirlik sağlarlar. Şekil 13. Robot Eksenlerinde Dönme Hareketi için Harmonik Tahrik Kullanımı (Url-3) Optik spektrum analizör cihazlarında, çok eksenli lazer sistemlerinde ve üniversal test makinesi burulma ekseni gibi mikro hareket kontrolü istenen ölçüm cihazlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Baskı makinelerinde kullanılan harmonik tahrik dişlileri, kontrollü değişken hız ve dönen milin anlık konumlandırılmasını gerektiren uygulamalarda performans ve esneklik açısından optimum çözümler sunabilmektedir. Kompakt şekli ve küçük boyuta sahip olmaları, bu işlemlerin etkili bir şekilde düzenlenmesini ve kontrolünü sağlar. Radar veya uydu antenleri gibi iletişim ekipmanları yüksek konum hassasiyeti ve sıfır boşluk gerektirir. Bunun için kullanılan harmonik redüktörler çok sayıda anten sisteminde zorlu hava koşulları altında uzun süre başarıyla kullanılmakta ve gereken performansları sağlamaktadır. Biyomedikal uygulamalarda ve tıbbi ekipmanlarda, küçük ve kompakt bir gövde içerisinde yüksek çevrim oranı ve düşük hızlarda diş kavramasına izin veren yapısı nedeniyle sessiz çalıştıkları için tercih edilirler. Örnek olarak,
HARMONİK REDÜKTÖRLER 265 hareketli X ışını kaynağının hasta üzerinde hassas bir şekilde konumlandırma, beyin cerrahisinde kullanılan stereotaktik manipülatörün döner eksenlerinin tahriki ve cerrahi operasyon robotlarında kullanım (Şekil 14) verilebilir. Şekil 14. Ameliyat Robotu Tahrikinde Kullanım (Url-4) Havacılıkta konumlandırma ve tekrarlama hassasiyeti, yüksek tork kapasitesi, yüksek burulma rijitliği ve hepsinden önemlisi hafif ve kompakt yapının kullanımı çok önemlidir. Harmonic Drive AG tarafından üretilen ilk harmonik dişliler yaklaşık 50 yıl önce Apollo 15 uzay aracının bir parçası olarak uzaya gönderilmiş ve Ay’a başarılı bir şekilde iniş yapılmasında rol oynamıştır. Havacılık, uzay ve teleskop alanlarında kullanımları giderek artmıştır. Harmonik redüktörler, askeri uygulamaların yanı sıra ticari uygulamalar için uydu aktüatörleri, uçaklar, yolcu uçağı pozisyon alma ünitesinde yer destek, izleme cihazları vb. için çözümler sunmaktadır. 7. Sonuç Harmonik dişli mekanizmaları, dişli ön yükü ve radyal diş hareketi nedeniyle sıfıra çok yakın boşluk ile çalışabilmektedir. Bu nedenle, pozisyonel doğruluk ve tekrarlanabilirlik çok yüksektir. Güç, aynı anda temas eden çoklu diş bağlantısı yoluyla iletildiğinden, aynı boyutlarda diğer dişli mekanizmalarına göre, üç kat daha fazla yüksek çıkış torku ve sadece üç eleman kullanılarak, tek kademede 30:1 ile 300:1 arasında çevrim oranları elde edilebilir. Dişli giriş ve çıkış millerinin eş merkezli olması, hacmin küçük olmasını ve az yer kaplamasını sağlar. Bu mekanizmalar ile giriş milinden çıkış miline ölçüm yapıldığında %90’a varan çalışma verimliliği elde edilebilir. Mekanizma
266 MÜHENDİSLİK BİLİMLERİNDE ARAŞTIRMA, METODOLOJİ VE . . . dişlileri tersine çevrilebilir ve geri sürülebilir. İhtiyaç olduğunda, servo sisteme güç verilmediğinde dalga jeneratörü frenlenerek yükler yerinde tutulabilir. Yüksek maliyet, sınırlı kullanım ömrü, montaj hassasiyeti vb. bazı dezavantajları olsa da birçok uygulamada avantajları dezavantajlarından daha ağır basmaktadır. Avantajlarından dolayı robotik, havacılık ve tıbbi ekipman dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerde popülerlik kazanmaya devam eden konumlama açısından son derece hassas ve verimli bir dişli tahrik sistemi olduğu söylenebilir. Bu nedenlerle, otomasyon sistemlerinde kullanımları giderek artmakta ve önem kazanmaktadır. Kaynakça Chen, G., Li, H., Liu, Y. (2019). Double-arc Harmonic Gear Profile Design and Meshing Analysis for Multi-section Conjugation. Advances in Mechanical Engineering, Vol. 11(5) 1–14. Harees, Y.S., Varghese, J. (2015). Design and Analysis of Flex Spline with Involute Teeth Profile for Harmonic Drive Mechanism, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), Vol. 4 (12) 613-618. HanZhen Tech. Ltd. (2015). Harmonic Gear Products. Harmonic Drive LLC. (2023). Harmonic Drive Reducer Catalog. Jelaska, D. (2012). Gear and Gears Drives, John Wiley & Sons, West Sussex. Kim, T., Lee, J., Jeong, W., Jeon, H., Oh, S. (2022). Development of Harmonic Drive Combining Four Arcs for Conventional Kinematic Application, Machines, 10, 1058. Musser, C.W. (1959). Strain Wave Gearing, US Patent No. 2,906,143. Musser, C.W. (1960). Breakthrough in Mechanical Drive Design: The Harmonic Drive. Machine Design, 14, 160-172. Schaeffler Technologies AG & Co. KG. (2022). Precision Strain Wave Gears Series RT, TPI 275 / en-GB / DE /2022-10. Timken Company. (2023). Cone Drive Harmonic Solutions. Url-1. https://www.harmonicdrive.net/technology/harmonicdrive Url-2. https://metonec.com/Harmonic-Reducer/LSG-harmonic-reducercomponent.html Url-3. https://www.hanzh.com Url-4. https://harmonicdrive.de/en/applications