Pişmiş kil esaslı yapı tuğlasının korunmasına yönelik analitik bir yaklaşım
An analytical approach for the conservation of fired clay based building brick
Yazar: RUMEYSA TEMEL
Danışman: PROF. DR. LEYLA TANAÇAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Doğal taşlar = Natural stones ; Kil = Clay ; Koruma yöntemleri = Conservation methods ; Malzeme bilimi = Material science ; Yapı malzemeleri = Building materials

Özet:
Mimari miras, üretildiği dönemin kültürünü, yapı teknolojisini, zamanının özelliklerini günümüze taşıyan en önemli değerlerimizdendir. Bu nedenle, tarihi mirasımıza ait olan yapıların korunması oldukça önemlidir ve sürece çok hassas yaklaşılması gerekmektedir. Mimari mirası oluşturan tarihi yapı malzemelerinde, zamanın etkileri, atmosferik koşullar, kullanımdan kaynaklı etkiler, doğal afetler, insan etkileri gibi etkenler sonucunda, bozulma ve bozunma meydana gelebilmektedir. Ve hasar nedenleri doğru tespit edilip uygun müdahalelerde bulunulmazsa yapının ömrü azalmaktadır.
Pişmiş kil esaslı tuğlanın, insanlık tarihinde yapı malzemesi olarak kullanımı çok eski dönemlere kadar dayanmaktadır. Hammaddesinin kolay bulunabilmesi, pişirildiğinde dayanımı oldukça yüksek, uzun ömürlü bir malzeme elde edilmesi, uygulama kolaylığı gibi nedenlerden, doğal taşlardan sonra en çok tercih edilen yapı malzemelerinden biri olmuştur. Günümüzde tarihi mirasın birçoğu pişmiş kil esaslı yapı tuğlalarından oluşmaktadır. Fakat tuğla, geniş kullanım alanına sahip olmasına rağmen; genellikle araştırmalarda doğal taş ile birlikte ele alınmış, ayrı değerlendirilmemiştir. Hammadde özelikleri, üretim şekli, fiziksel- kimyasal özellikleri, gözeneklilik özelikleri, bozulma ve bozunma süreçleri gibi nedenlerle doğal taştan ayrı özelliklere sahip olan pişmiş kil esaslı tuğla, özelinde bir araştırma yapılmasını gerekli kılmaktadır. Geleneksel üretim yöntemi ile elde edilen ve hammaddesinde safsızlıkların bulunduğu tarihi pişmiş kil esaslı tuğlalarda hasar süreçleri, doğal taşa göre farklılaşmakta ve çok daha hızlı gelişmektedir. Bu konu özellikle, mimari mirasının büyük çoğunluğunu tuğlaların oluşturduğu yerler için büyük önem taşımaktadır. Ülkemizde de doğal taştan sonra tarihi mirasta en çok kullanılan malzeme kil esaslı pişmiş tuğladır.
Bu tez kapsamında, pişmiş kil esaslı tuğla malzemesinin korunması için bir yöntem geliştirilmesi amaçlanmıştır. Yöntem olarak literatür araştırması tercih edilmiştir. Ulusal ve uluslararası kaynaklardan, öncelikle pişmiş kil esaslı tuğla malzemesinin korunması ve restorasyonu ile ilgili tüm kaynaklar incelenmiş, ardından kaynakların yetersiz kaldığı noktalarda, doğal taş ve harç malzemelerin koruma kaynakları incelenmiş ve bu doğrultuda bir yöntem önerisi geliştirilmiştir. Bu yöntem önerisiyle pişmiş kil esaslı tuğlanın korunmasında olası hataların önüne geçilmesi ve yapının ömrünün uzatılması hedeflenmiştir.
Tarihi mirasın korunmasında öncelikli olan, orijinal malzemenin mümkün olduğunca özgün ve az işlem görerek korunmasıdır. Yüzey koruyucu malzemesi olan sağlamlaştırıcılar, başarım kriterlerini yerine getirdikleri takdirde yapı malzemelerinin özgün ve yerinde korunmasını sağlamaktadır. Kagir yapılarda sağlamlaştırıcıların kullanılması günümüzde devam etmektedir ama özellikle pişmiş kil esaslı yapı tuğlasının üzerindeki etkinliklerinin anlaşılması için yeterli araştırma ve veri bulunmamaktadır. Bu nedenle bu tez kapsamında, sağlamlaştırma süreçleri ve başarım kriterleri ulusal ve uluslararası standartlar ve ilgili kaynaklardan araştırılarak, "uygulama öncesi", "uygulama sırası", "uygulama sonrası" olmak üzere üç ana adım oluşturularak incelenmiştir. Doğal taş ve pişmiş kil esaslı tuğlalar üzerine son 20 yılda yapılan sağlamlaştırıcı çalışmaları niceliksel olarak karşılaştırılmış ve tuğla üzerinde yapılan çalışmaların yetersizliği belirlenmiştir. Pişmiş kil esaslı tuğla üzerindeki yapılan tüm sağlamlaştırıcı çalışmaları incelenmiş, etkinlikleri başarım kriterleri üzerinden değerlendirilmiştir. Pişmiş kil esaslı tuğlalar için hangi sağlamlaştırıcıların uygun olduğu, uygulama yöntemlerinin sağlamlaştırıcıların başarısına etkisi, altlık özelikleri (sağlamlaştırıcının uygulandığı malzeme) ile sağlamlaştırıcıların özelliklerinin ilişkisi araştırılmıştır. Bu sayede ilerideki çalışmalara ışık tutması amaçlanmıştır.
Sonuç olarak, pişmiş kil esaslı tuğlaların sağlamlaştırılmasına yönelik tüm çalışmalar incelendiğinde, bütün tuğlalar için önerilebilecek ve tüm başarım kriterlerini karşılayan, tek bir sağlamlaştırıcı ve uygulama yöntemi olmadığı anlaşılmıştır. Pişmiş kil esaslı tuğlaların, etil silikat, nano silikat, nano titanyum ve biyomalzemeler ile sağlamlaştırılması çalışmaları neticesinde umut verici sonuçlar elde edildiği için, araştırmalara devam edilmelidir. Sağlamlaştırıcılar ile ilgili yapılan çalışmaların genellikle, sağlamlaştırıcı performansı üzerine yapıldığı görülmüştür. İşlem görmüş tuğlanın durabilitesi üzerine yapılan çalışma sayısı çok azdır. Su iticiler tuza dayanımı artırdığı için, sağlamlaştırıcılar ile birlikte etkileri üzerine de çalışılmalıdır. Tuğla, morfolojik, biçimsel özellikleri ve yeni tuğla üretimi ile koruma yönteminde diğer malzemelerden ayrılmaktadır. Tuğlanın korunması ve sağlamlaştırılmasında başarı tuğlanın özelikleri ile doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle korunmasına karar verilen her tuğla ve uygulanacak yöntemler malzemenin kendi özelinde düşünülmelidir. Tuğlanın korunmasında hata payını en aza indirmek için önerilen akış şemasındaki her bir adım özenle ve titizlikle takip edilmelidir.

Abstract:
Historical heritage is an indicator of essential values that consist of information about the culture of that period, the building technology, and other characteristics of architecture at the time it was produced. For this reason, conserving the structures of architectural heritage is crucial, and the conservation process should be executed very sensitively.
Due to the effects of time, atmospheric conditions, usage, natural disasters, and human actions, deterioration and decay occur on historical building materials that constitute architectural heritage. And if the causes of deterioration and decay factors are not correctly determined and appropriate interventions are not made, the structure's life decreases.
As a building material, fired clay brick dates back to the earliest times in human history. After natural stone, brick has become one of the most preferred building materials. Because raw materials are available and easy to acquire, brick becomes very durable and long-lasting when fired, and ultimately, it is easy to apply. Thus, most structures of historical heritage are built with fired clay bricks.
However, despite brick's wide range of uses, it is generally not evaluated separately from natural stone materials in the research field. However, fired clay brick has very different properties (raw material, production method, physical-chemical properties, porosity, and degradation processes) than natural stone and requires a specified research area. Because of the lack of technological applications in its traditional production and the impurities in its raw material, the damage processes in bricks differ from those in natural stone and develop much faster. It is vital for countries like Turkey (in which, after natural stone, the most used material in the historical heritage is fired clay brick), where bricks constitute the majority of the architectural heritage.
As a research method, the literature review was preferred in this thesis. National and international sources (theses, standards, books, articles, and reports) were investigated in this context.
This research aims to develop a method for conserving fired clay brick material. The method was designed as a flow chart. Conservation method proposals for natural stone, mortar, and masonry structures in general exist in the literature, but not for fired clay bricks. Firstly, the literature related to conserving and restoring the fired clay brick material was examined. When the resources were insufficient, the conservation and restoration resources of natural stone and mortar materials were examined, and a method proposal was developed accordingly. This method proposal aims to avoid mistakes in the conservation process of fired clay brick and to extend the material's life after brick structures are built. So this way, it is expected to minimize the errors caused by the applications and extend the structure's life. The priority in conserving historical heritage is to preserve the original material as authentically as possible and with the least amount of intervention. Consolidants— surface protective treatments—ensure the original and on-site preservation of building materials if they meet the performance criteria. Surface protective treatments are currently available in masonry structures, but more research and data are needed to understand their effectiveness, particularly in fired clay brick structures. Therefore, within the scope of this thesis, consolidation processes and performance criteria have been investigated from standards and related sources (national and international). Furthermore, they were examined by establishing three main steps. Which are:
• "pre-application"
• "during application"
• "after application"
In the last 20 years, consolidation studies on natural stone and fired clay bricks were
compared quantitatively. This showed that the studies on bricks were not good enough. All consolidation research on fired clay bricks was examined, and their effectiveness was investigated, such as the compatibility of consolidation materials, the effectiveness of the consolidation, and the relationship between the properties of the substrate (the material to which the consolidant is applied) and the consolidation. In this way, it is aimed to understand and systematize the consolidation process for fired clay bricks and shed light on future studies about the conservation of fired clay-based bricks.
Besides those goals, this research aims to systematize the experiments to characterize the brick and understand the factors that cause the decay and degradation of fired clay bricks and the deterioration that occurs.
As a result of all the studies about the consolidation of fired clay bricks, it is understood that there is not one consolidation product or application method for fired clay bricks that can be recommended and meet all performance criteria. The research about consolidating fired clay bricks with ethyl silicate, nanosilicate, nanotitanium, and biomaterials gives promising results, so it should be continued. Accomplished consolidation of fired clay brick is directly related to the properties of the fired clay brick, the application method, and the properties of the consolidant. For this reason, the fired clay brick that is decided to be consolidated and the consolidant to be applied should be specially evaluated. In-depth studies and laboratory tests should be carried out before every application. The results should be analyzed, and decisions should be made accordingly.
In these technological conditions, none of the consolidants can be successful at all performance criteria. For this reason, conservation specialists should decide the primary criteria for fired clay brick which decided to consolidate according to its conditions (climatic conditions, function, location on the structure, etc.). The primary requirements for consolidation are: consolidation value, the durability of untreated fired clay brick, penetration depth, the porosity of treated fired clay brick, moisture transport, vapor transport, physical-chemical compatibility with fired clay brick, and effect on appearance.
The consolidation researches are generally about consolidant performance on the substrate. There are very few studies about the durability of treated fired clay bricks. Water repellents are increasing the durability of fired clay bricks for salt crystallization. So the together usage and interaction between water repellents and consolidants should be researched.
Fired clay bricks differ from other conservation methods for building materials in terms of their morphological features and new brick production steps. These differences are considered in the proposed method. Historic terracotta bricks are heterogeneous materials and may have different properties in the same building. In some cases, they may even have different properties in one brick sample. For this reason, decision-making and the methods to be applied should be considered for each material itself. and it must be specific to that material. Each step in the proposed flow chart for the conservation of the fired clay brick must be followed carefully and meticulously.
Conservation of material is an interdisciplinary issue. For this reason, it will be possible to reach the most accurate result only with the cooperation of experts from different disciplines. In the process of conservation and restoration of the fired clay brick, experts should be consulted at every step.