Tarihi yığma yapıların onarımında kullanılan enjeksiyon yöntemi ve hidrolik kireç esaslı enjeksiyon malzemelerinin (grout) performans değerlendirilmesi
Injection method used in repair of historic masonry buildings and evaluation of performance hydraulic lime-based grouts
Yazar: DENİZ AKYURT TAKIR
Danışman: PROF. DR. SEDEN ACUN ÖZGÜNLER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Enjeksiyon yöntemi = Injection method ; Hidrolik kireç = Hydraulic lime ; Tarihi yapılar = Historic structures ; Yığma yapılar = Masonry buildings

Özet:
Tarihi yığma yapıların yapısal özelliklerini iyileştirmek ve sürdürülebilir kılmak için sıklıkla onarım ve güçlendirme çalışmaları yapılmaktadır. Tarihi yığma yapıların onarımında kullanılan en yaygın yöntemlerden biri enjeksiyon yöntemidir. Enjeksiyon yöntemi (grouting) hasarlı yapıların iç boşluklarını ve gözenekli yapısını doldurmak, çatlaklarını ve süreksizliklerini gidermek ve bileşenlerinin kendi aralarındaki kohezyonunu artırmak için düşük viskozite, yüksek penetrasyon ve düşük ayrışma eğilimi gösterecek şekilde uygun bağlayıcı ve su ile hazırlanmış akışkan kıvama sahip şerbetlerin (grout) hasarlı yapı elemanına enjekte edilmesiyle uygulanır. Enjekte edilen şerbet sertleştikten sonra yapı elemanının monolitik yapıda olması sağlanır. Genelde yığma duvarlarda uygulanan ve duvarın kesme ve eğilme mukavemetini iyileştirmek için kullanılan bir yöntemdir. Ancak enjeksiyon şerbeti (grout), yapı elemanına uygulandıktan sonra, özgün dokuyu bozmadan kolayca geri alınamayacak bir yöntemdir. Enjeksiyon yöntemi, hasarlı yapıların süreksizliklerini önleyip dayanımlarını geri kazanmasını sağladığı için onarım çalışmalarında tercih edilmektedir. Uygulanan enjeksiyon malzemesi, yığma yapıdaki özgün malzemeye uyumluluğu sağlaması şartı ile Venedik Tüzüğü tarafından kabul görmektedir.
Ülkemizde birçok yığma yapının onarımında enjeksiyon yönteminin tercih edildiği görülmektedir. Enjeksiyon yönteminde kullanılan malzemeler, firmalar tarafından toz halinde torbalanmış ürünler olarak temin edilmekte ve firma tarafından belirtilen uygulama prosedürüne göre karışım hazırlanarak hasarlı yapı elemanlarına uygulanmaktadır. Enjeksiyon yöntemi tersinir bir yöntem olmadığı için uygulama sırasında ve sonrasında problemler oluşabilir. Bu nedenle uygulanacak malzemenin içeriği, uygulama yönteminin prosedürü belirlenmeli, uygulama öncesinde model yapı elemanı oluşturulmalı, yapı elemanının performansı incelenmeli, belirli aralıklarla enjeksiyon malzemesi ve yapı elemanı kontrol edilmelidir. Ülkemizde yapılan uygulamalarda hazır enjeksiyon malzemelerin tercih edildiği ancak uygulama öncesi ve sonrası gerekli araştırmaların yapılmadığı görülmektedir.
Çalışma kapsamında; tezin birinci bölümünde tezin amacı ve kapsamı üzerinde durulmuştur. İkinci bölümünde, tarihi yığma yapılarda kullanılan harçlar, yığma yapılarda görülen hasarlar ve nedenleri, hasar tespit yöntemleri ve yığma yapıların onarım ve güçlendirme çalışmalarında kullanılan teknikler üzerine teorik bilgiler sunulmuştur. Yığma yapıların onarımında kullanılan enjeksiyon yöntemi, enjeksiyon yönteminin uygulama öncesi, uygulama sırası ve sonrasında yapılması gereken durumlar açıklanmıştır. Onarımda kullanılan enjeksiyon malzemelerinin özellikleri hakkında bilgi verilmiş, literatür çalışmalarında hazırlanan enjeksiyon malzemelerinin özellikleri ve elde edilen sonuçlar açıklanmıştır. 
Üçüncü bölümünde firmaların verdiği prosedüre uygun olarak enjeksiyon malzemeleri hazırlanmış ve kireç esaslı enjeksiyon malzemelerin performans analizi için deney programı oluşturulmuştur. Deney programı enjeksiyon malzemesinin toz, taze ve sertleşmiş halde olmak üzere üç aşamada planlanmış, literatür çalışmaları ve standartlar referans alınarak uygulanacak deneylerin içerikleri belirtilmiştir.
Dördüncü bölümünde toz halde enjeksiyon malzemesinin fiziksel ve kimyasal özellikleri, taze haldeki enjeksiyon malzemesine akışkanlık, hacim sabitliği, penetrasyon özellikleri ve priz süresi belirlenmiş, sertleşmiş haldeki enjeksiyon malzemelerin fiziksel, mekanik ve dayanıklılık deneyleri uygulanmış, sonuçları karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.
Son bölümünde ise çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar yorumlanmış, daha sonra yapılacak çalışmalar için öneriler yapılmıştır.

Abstract:
In the historical masonry buildings should be done repair and strengthening to improve structural features and make sustainable. One of the most common methods used in the repair of historical masonry structures is the injection method. The injection method fills the gaps and porous structure of the damaged structures and removes cracks and discontinuities.In order to increase the cohesion of its components among themselves, it is applied by injecting grouts with a low viscosity, high penetration and low dissociation tendency, prepared with suitable binder and water, into the damaged structural element. After the injected grout hardens, it is ensured that the building element has a monolithic structure.
It is a method generally applied in masonry walls which used to improve the shear and bending strength of the wall. However, after grout is applied to the building element, it is a method that cannot be easily recovered without damaging the original texture. Injection method is preferred in repair works as it prevents the discontinuities of damaged structures and restores their strength. The applied injection material is accepted by the Venice Charter, provided that it is compatible with the original material in the masonry structure.
In our country, injection method is applied in the repair of many masonry structures. The materials used in the injection method are supplied by the companies in powder form. It is prepared according to the application procedure specified by the company and applied to damaged building elements. The injection method is not a reversible technique. Therefore, problems may occur during and after the application. Before the application, the model building element should be created, the performance of the building element should be checked and after the application the injection material and the building element should be control at regular period.
In the content of the thesis; in the first part, the aim and scope of the thesis are emphasized. In the second part, theoretical information on the mortars used in the historical masonry structures, the damages in the masonry structures and their causes, the damage assessment methods and the techniques used in the repair and strengthening works of the masonry structures are presented. The injection method used in the repair of masonry structures, the situations that must be done before, during and after the application of the injection method are explained. Information about the properties of the injection materials used in the repair was given, the properties of the injection materials prepared in the literature studies and the results obtained were explained. 
In the third part, injection materials were prepared in accordance with the procedure given by the companies and an experiment program was created for the performance analysis of lime-based injection materials. The experiment program was planned in three stages as the powder, fresh and hardened form of the injection material, and the contents of the experiments to be applied were specified with reference to literature studies and standards.
In the fourth part, the physical and chemical properties of the injection material in powder form, the fluidity, volume stability, penetration properties and setting time of the fresh injection material were determined, physical, mechanical and durability tests of the hardened injection materials were applied and the results were evaluated comparatively.
In the last part, the results obtained within the scope of the study were interpreted and suggestions were made for future studies.
Method of the Thesis; experimental study was preferred for the performance evaluation of injection materials. The methods applied are listed below;
• Examining the data about the grouting method and materials applied in historical buildings in the literature,
• Determination of valid domestic and foreign standards for the implementation of experimental studies,
• Establishing an experiment program in accordance with standards and literature studies. Examining the material in three stages as powder, fresh and hardened in the test program and determining its physical, chemical, mechanical and durability properties in accordance with the program,
• Evaluating the compatibility of the data obtained as a result of the experimental study with the literature studies, the results in the guides of the companies and the materials commonly used in historical buildings,
• It is explained as making suggestions for a more convenient application of the material in future studies.
Within the scope of the study; three different hydraulic lime-based injection materials were provided and the materials were named as C, T, M. The water/binder ratio of C and T injection materials is 0.3, and the water/binder ratio of M injection materials is 0.5. In order for all series to have the same water/binder ratio, MS injection material with 0.3 water/binder ratio of M injection material was produced. An experiment program was created for the injection materials produced in powder, fresh and hardened state, physical, chemical, mechanical and durability tests were carried out, and the results were given within the scope of the study.
The result of the study; the injectability properties (fluidity, penetration and volume stability) of the injection materials preferred for the study should be provided with the limit values given as a result of standard and literature studies.
For C injection material; It can be used in situations that require higher strength than the original material. When its physical properties are examined, it is concluded that it is quite resistant to repeated atmospheric effects due to the fact that it is a less porous material compared to the other series. It can be preferred in cases where it is desired to be resistant to wetting-drying, freeze-thawing and sulfate effects.
For T injection material; It can be preferred for applications where it adapts to the original material in terms of its physical properties, is similar to the strength of the mortar, but does not require higher strength than the main unit material (such as stone or brick).
For M material; Although it has lower strength compared to other samples, it has been seen that injection materials with similar strength values are produced according to the data obtained in the literature studies. It has been determined that with the sand selected in the range of 2.5 - 4.0 mm, the injectability properties of the cavities larger than 0.4 mm provide the limit values. It can be preferred when it is desired to inject capillary spaces smaller than 0.4 mm.
Suggestions;
• It is seen that the mixing speed value (rpm) and mixing time of all samples were made at a lower speed and in a shorter time compared to the literature studies. In addition, it was observed that the water/binder ratio of the mixture recipe of the C and T samples was lower than the literature studies. For this reason, the mixture content and/or mixing procedure should be changed to ensure that the results of fluidity and penetration measurements remain below the limit values.
• It is thought that improving the lime class of M material and increasing the rate of super plasticizer will both keep the sweating value within the limit value (<5%), that is, it will not sweat and increase the mechanical strength.
• It is thought that it would be beneficial to use inorganic additives in order for T and M samples to remain intact for a longer period of time in durability tests.
It has been emphasized that the injection materials used in the repair and strengthening works of historical masonry structures should be compatible with the original material in terms of physical, chemical and mechanical properties and be resistant to external effects. It should be ensured that the mechanical strength is sufficient and sustainable.
Before applying the injection, the properties of the building element should be determined with non-destructive and semi-destructive techniques, and a qualitative picture of the masonry structure should be obtained. The tests carried out within the scope of this study should be applied to the produced or ready-made injection material and standard conditions should be provided. The application should be made after the compatibility and durability properties of the injection material with the original material are ensured.