Tarihi yapıların onarımına yönelik doğal taş tozu ile polimer bağlayıcılı harçların üretimi ve karakterizasyonu; Sille taşı örneği
Production and characterization of natural stone powder and polymer binding mortars for the repair of historic buildings; Sille stone example
Yazar: AHMET CİHAT ARI
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA TOSUN
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Yapının deprem ve rüzgâr gibi dış etkilere karşı dayanıklılığında, binada kullanılan malzemelerin özellikleri etkili olmaktadır. Günümüzde teknolojinin ilerlemesiyle, yapılarda kullanılan malzemelerin özellikleri geliştirilebilmektedir. Teknoloji alanındaki gelişmelerden biri olan, kompozit malzemelerin içeriğinde kullanılan katkı malzemeleriyle geliştirilen yeni malzemelerin, geleneksel malzemelere göre dayanıklılık, termal, optik ve yalıtım özellikleri açısından üstünlükleri bulunmaktadır. Kompozit malzemelerin sağladığı bu özelliklerin kültür varlıklarının restorasyonunda kullanılması, yapıların korunmasında yardımcı olmaktadır. Ancak kültür varlıklarının restorasyonunda kullanılacak yeni malzemelerin, tarihi eserlerdeki malzemelerin özellikleri ile uyumlu olması için; fiziksel, kimyasal, mekanik ve mikroyapı özelliklerine yönelik çalışmaların yapılması gerekmektedir. Bu bağlamda, kültür varlıklarının restorasyonunun kullanımına yönelik onarım harçları geliştirilmiştir. Bu tez çalışmasında, Konya'daki kültür varlıklarının restorasyonuna yönelik hazırlanan kompozit harçlarının karakterizasyonu gerçekleştirilmektedir. Bu amaçla, kompozit harcın geliştirilmesinde, Konya'daki kültür varlıklarının restorasyonlarında sıklıkla kullanılan Sille taşı tercih edilmiştir. Ancak Sille taşının farklı çevresel etmenlerle bozulmaya uğraması, kültür varlıklarında hasarların oluşmasına neden olmaktadır. Bu hasarların yapılarda artması, kültür varlıklarının yıkılma tehlikesine yol açmaktadır. Malzeme biliminin ilerlemesiyle, polimer katkılı harçlar geliştirilmekte ve bu harçların onarım performansının yüksek olması nedeniyle, kültür varlıklarının restorasyon çalışmalarında tercih edilmektedir. Bu polimer katkılı harçlar, hem kültür varlıklarının malzemesiyle uyumlu, hem de suya ve neme karşı dayanıklıdır. Bu tez çalışmasında, Sille taş tozu (STT) polimer bağlayıcı (fenolik, poliüretan, epoksi ve polyester) ile karıştırılarak kompozit harçlar üretilerek bu kompozit harçların fiziksel, kimyasal, mekanik ve mikroyapı özellikleri incelenmiştir. Literatür araştırmasına göre, Sille taşının mekanik ve fiziksel özellikleri araştırılmakla beraber Konya'daki kültür varlıklarının restorasyon çalışmalarında kullanılmak üzere onarım harçlarının geliştirilmesi ile ilgili çalışmalara rastlanılmamıştır. Bu tez, Konya'daki kültür varlıklarının restorasyon çalışmalarında kullanılmak üzere, onarım harçlarının geliştirilmesi ve bu kompozit harçlarının kültür varlıklarına uyumu; fiziksel, kimyasal, mikroyapı ve mekanik özellikleri açısından değerlendirilmesi nedeniyle özgünlük taşımaktadır. Çalışmanın birinci bölümünde, STT'nin elek analizi yapılmış, fenolik, poliüretan, epoksi ve polyester reçinelerin STT'ye uyumu araştırılmıştır. STT'ye eklenen poliüretan ve fenolik reçinelerle yapılan ön deneylerde, dayanım ve bağlayıcılık yönünden düşük sonuçların elde edilmesi nedeniyle, bu reçinelerin restorasyon çalışmalarında kullanımlarının uygun olmadığı belirlenmiştir. Daha sonra çalışmada, STT'nin içine % 25, % 30, % 35 ve % 40 oranında ağırlıkça epoksi reçine (ER) ve polyester reçine (PR) ilave edilerek onarım harçları hazırlanarak mekanik, fiziksel, kimyasal ve mikroyapı özellikleri araştırılmıştır. Bu harçların özelliklerinin incelenmesinde kullanılan numune boyutları ASTM standartlarına göre hazırlanmıştır. Çalışmanın mekanik özelliklerinde; üç nokta eğme testi (ASTM D790), basma testi (ASTM D695), çekme testi (ASTM D638), sertlik tayini (ASTM 2240) ve darbe testi (ASTM D256) yapılmıştır. Çalışmanın fiziksel ve kimyasal özelliklerinde; kimyasal bileşim (XRF), yoğunluk tayini (ASTM D792), boşluk tayini (ASTM 2734) ve su emme testi (ASTM D570) uygulanmıştır. Ayrıca hazırlanan numunelerin SEM-EDS, XRD ve FTIR analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, üretilen onarım harçlarının boyuna ultrases dalgası ve enine ultrases dalgası hızları ultrasonik darbe-yankı yöntemi ile belirlenmiştir. Harçlara ait yoğunluk değerleri ise Arşimed prensibi kullanılarak belirlenmiştir. Belirlenen bu hız ve yoğunluk değerleri yardımıyla üretilen onarım harçlarının elastik sabitleri, Boyuna modül, Enine modül, Young modülü, Bulk modülü, Poisson oranı, ultrasonik mikrosertlik ve akustik empedans değerleri hesaplanmıştır. Çalışmada ultrasonik yöntemle elde edilen verilere göre PR/STT kompozit harçlarının mukavemet değerlerinin ER/STT kompozit harçlarından daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada elde edilen ultrasonik test sonuçları, bu testlerin, üretilen yeni kompozit harçlarının mekanik özelliklerinin karakterizasyonunda tahribatlı yöntemlere alternatif bir yöntem olarak kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
The properties of the materials used in the building are effective in the resistance of the building against external effects such as earthquake and wind. Nowadays, with the advancement of technology, the properties of materials used in buildings can be improved. One of the developments in the field of technology, new materials developed with additives used in composite materials have superiorities over traditional materials in terms of durability, thermal, optical and insulation properties. The use of these properties provided by composite materials in the restoration of cultural assets helps in the protection of structures. However, in order for the new materials to be used in the restoration of cultural properties to be compatible with the properties of the materials in the historical monuments; Studies on physical, chemical, mechanical and microstructural properties are required. In this context, repair mortars have been developed for the use of restoration of cultural properties. In this thesis, the characterization of composite mortars prepared for the restoration of cultural properties in Konya is carried out. For this purpose, Sille stone, which is frequently used in the restoration of cultural properties in Konya, was preferred in the development of composite mortar. However, the deterioration of Sille stone by different environmental factors causes damage to cultural properties. The increase in these damages in buildings leads to the danger of destruction of cultural assets. With the advancement of materials science, polymer-added mortars are being developed and they are preferred in restoration works of cultural properties due to the high repair performance of these mortars. These polymer-added mortars are both compatible with the material of cultural assets and resistant to water and humidity. In this thesis, composite mortars were produced by mixing Sille stone powder (SSP) with polymer binder (phenolic, polyurethane, epoxy and polyester) and the physical, chemical, mechanical and microstructural properties of these composite mortars were investigated. According to the literature research, although the mechanical and physical properties of Sille stone were investigated, no studies were found on the development of repair mortars to be used in the restoration works of cultural properties in Konya. This thesis focuses on the development of repair mortars to be used in restoration works of cultural properties in Konya and the compatibility of these composite mortars with cultural properties; it is unique because it is evaluated in terms of physical, chemical, microstructure and mechanical properties. In the first part of the study, sieve analysis of SSP was made and the compatibility of phenolic, polyurethane, epoxy and polyester resins with SSP was investigated. In the preliminary experiments with polyurethane and phenolic resins added to SSP, it was determined that these resins are not suitable for use in restoration studies due to low results in terms of strength and binding. Later in the study, repair mortars were prepared by adding 25%, 30%, 35% and 40% wt. epoxy resin (ER) and polyester resin (PR) into SSP, and its mechanical, physical, chemical and microstructural properties were investigated. The sample sizes used to examine the properties of these mortars were prepared according to ASTM standards. In the mechanical properties of the study; three point bending test (ASTM D790), compression test (ASTM D695), tensile test (ASTM D638), hardness determination (ASTM 2240) and impact test (ASTM D256) were performed. In the physical and chemical properties of the study; chemical composition (XRF), density determination (ASTM D792), void determination (ASTM 2734) and water absorption test (ASTM D570) were applied. Additionally, SEM-EDS, XRD and FTIR analyzes of the prepared samples were performed. In the second part of the study, longitudinal ultrasound wave and transverse ultrasound wave velocities of the repair mortars were determined by ultrasonic pulse-echo method. Density values of the mortars were determined using Archimedes' principle. Elastic constants, Longitudinal modulus, Transverse modulus, Young's modulus, Bulk modulus, Poisson's ratio, ultrasonic micro hardness and acoustic impedance values of the repair mortars produced with the help of these determined velocity and density values were calculated. According to the data obtained by ultrasonic method in the study, it was determined that the strength values of PR/SSP composite mortars were higher than ER/SSP composite mortars. Ultrasonic test results obtained in the study showed that these tests can be used as an alternative method to destructive methods in the characterization of the mechanical properties of the new composite mortars produced.