Kapadokya bölgesi volkanik tüfünün alkaliler ile aktive edilerek tarihi yığma yapılarda kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigating the use of alkali-activated volcanic tuff of Cappadocia region in historic masonry buildings
Yazar: ŞERİFE ÖZATA
Danışman: PROF. DR. NABİ YÜZER ; PROF. DR. EMİNE GÖRÜN ARUN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Mimarlık = Architecture ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Alkali aktivatör = Alkali activator ; Atık değerlendirme = Waste evaluation ; Geopolimerler = Geopolymers ; Koruma = Conservation ; Kültürel miras = Cultural heritage ; Nevşehir-Kapadokya = Nevşehir-Cappadocia ; Restorasyon = Restoration ; Tarihi yapılar = Historic structures

Özet:
Kapadokya Bölgesi'ndeki tarihi yapılar ve doğal alanlar 1985 yılından beri karma miras alanı olarak Dünya Miras Listesindedir. Bölgede yüzyıllardır oluşturulan kaya oyma mekânlar, özellikle kaya oyma depo alanları çeşitli avantajları nedeniyle son 30 yılda hızla artmaya başlamıştır. Mekanik oymacılık sonucunda ortaya çıkan ve değerlendirilmeyen milyonlarca metreküp atık volkanik tüf toprak, doğal miras alanlarını ve bölgedeki tarihi yapılardan oluşan özgün yerleşim alanlarını oluşturan malzemeler ile uyumlu onarım malzemelerinin kullanılmaması da kültürel mirası tehdit etmektedir.  
Bu çalışmada Kapadokya'daki atık niteliğindeki volkanik toprağın puzolanik aktivitesi belirlenerek, bu malzeme ile alkali aktive edilmiş harç ve yığma birim eleman üretilip, bu malzemelerin tarihi yapıların onarımında değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Yöre taşı ve alkali aktive edilmiş harç ile model duvarlar oluşturulması, duvar davranışının incelenmesi ve yenilikçi harç ile yerinde uygulama yapılması da araştırma kapsamındaki diğer amaçlardır.  
Bu amaçlar doğrultusunda yapılan deneysel çalışmalar dört aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk olarak, Kapadokya Bölgesi'nde oluşturulan atıkların genelini temsil edecek şekilde 5 farklı alandan temin edilen malzemelerin puzolanik aktivitesi belirlenmiştir. İkinci aşamada puzolanik aktivitesi en yüksek olan atık doğal puzolanın 2 farklı alkali ile aktivasyonu sağlanmış ve alkali aktive edilmiş harç ve çeşitli dayanımlarda yığma birim elemanlar üretilmiştir. Üretilen bu malzemelerin fiziksel, mekanik, kimyasal, içyapı ve dayanıklılık özellikleri saptanmıştır. Üçüncü aşamada yöre taşı ve alkali aktive edilmiş özgün malzemeye uygun harç ile 4 adet model duvar üretilerek, yatay ve düşey yük altında yatay yük-yer değiştirme davranışları incelenmiştir. Duvarın belirlenen yatay yük taşıma kapasiteleri çeşitli yönetmeliklerden elde edilen değerler ile karşılaştırılmış, verilerin bağıntılarla uyumluluğu incelenmiştir. Son aşamada ise bölgede yasal izinleri alınmış yığma ve kaya oyma yapıda alkali aktive edilmiş harç ile çatlak dolumu gerçekleştirilmiştir.
Özgün malzeme ile uyumlu ve yenilikçi malzemeler oluşturularak çeşitli tarihi yapı hasarlarının onarımında alternatif çözüm oluşturulabilecektir. Atık Kapadokya doğal puzolanının alkali aktivasyonda kullanılması ile sürdürülebilir onarım ve yapı malzemelerinin oluşturulmasına katkı sağlanacak ve çevre kirliliğinin azaltılmasına yardımcı olunacaktır.

Abstract:
Historical buildings and natural landscapes in the Cappadocia Region have been on the World Heritage List since 1985 as mixed heritage sites. The constructed rock-hewn spaces, especially rock-cut warehouses have increased rapidly in the last 30 years due to their various advantages. While million cubic meters of waste volcanic excavation earth threaten natural heritages, incompatible materials utilized in the conservation jeopardize the cultural heritage.
In this study, it is aimed to determine the pozzolanic activity of the waste volcanic soil in Cappadocia, to produce alkali-activated mortars and masonry units with this material, and use them in the restoration of historical buildings. Constituting model walls with local stone and alkali-activated mortar, examining the wall behavior in the laboratory, and on-site applications are purposed.
Experimental studies were carried out in four stages. First, the pozzolanic activity of waste earth of 5 different areas that represent all excavation soils in Cappadocia was determined. Secondly, waste natural pozzolan was activated with 2 different alkalis and alkali-activated mortar and masonry unit elements of various strengths were produced. The physical, mechanical, chemical, microstructural, and durability properties of these produced materials were determined. In the third stage, 4 model walls were constituted with local stone and a compatible alkali-activated mortar. Then, lateral load-displacement behaviour under horizontal and vertical loads was investigated. The mean shear strength capacities of the walls were compared with the values obtained by various regulations, and the compatibility of the real outcomes with the results was examined. Eventually, the crack filling was carried out with alkali-activated mortar in the masonry and rock-cut structure.
Producing compatible innovative materials can create alternative solutions to repair various historical building damages. Cappadocia earth usage as a natural pozzolan in alkaline activation will contribute to the constitution of sustainable repair and building materials, and help to mitigate environmental pollution.