Didem OKTAY, Mehmet UĞURYOL, M. Buğra GÜNER, A. Binnaz HAZAR YORUÇ, Nabi YÜZER

Tarihi binaların sağlamlaştırılması için killi kireçtaşından üretilen enjeksiyon malzemesinin karakterizasyonu

Bu çalışma kapsamında, % 70 oranında kalsiyum karbonat içeren killi kireçtaşının kalsinasyonu ile hidrolik özellik gösteren nano boyutlu enjeksiyon malzemesi üretimi ve bu malzemenin karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Enjeksiyon malzemesi üretimi için öncelikle ham madde 950 °C ve 1100 °C sıcaklıklarda kalsine edilerek doğal hidrolik kireç üretilmiştir. Üretilen kireç numunelerinin mineral içerikleri ile kimyasal bileşimleri XRD ve XRF analiziyle ortaya koyulmuş, bağlayıcılık ve hidrolik indeks değerleri belirlenmiştir. Böylelikle 1100 °C sıcaklıkta kalsine edilen numunenin enjeksiyon malzemesi üretimi için uygun olduğu kanısına varılmış ve bu numune mekanik öğütme işlemine tabi tutulmuştur. Öğütülen numune ile yaygın olarak kullanılan bir ticari enjeksiyon malzemesinin bağlayıcılık ve hidrolik indeks değerleri XRF analizi, tane boyutu ise DLS analizi vasıtası ile hesaplanmış ve karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda öğütülen numunenin tane boyutunun ticari üründen daha küçük ve nanometre mertebesinde olduğu, bağlayıcılık ve hidrolik indeks değerlerinin ise ticari ürüne kıyasla daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Ticari ürüne kıyasla daha kuvvetli hidrolik özellik göstermesi beklenen numunenin enjeksiyon işleminde kullanılabilirliğini araştırmak için farklı su/bağlayıcı ve kimyasal katkı oranları ile şerbet (enjeksiyon malzemesi) üretimleri yapılmıştır. Üretilen şerbetlerin akışkanlık, hacim sabitliği ve penetrasyon özellikleri Marsh Hunisi, Akış Konisi, terleme ve kum kolonu testleri ile değerlendirilmiştir. Elde edilen nano boyutlu doğal hidrolik kireç esaslı enjeksiyon malzemesinin, belirlenen su/bağlayıcı oranı, süper akışkanlaştırıcı miktarı ve karıştırma prosedürü kullanıldığında, söz konusu testlerdeki sınır şartları sağladığı ve dolayısıyla tarihi binaların sağlamlaştırılması için enjeksiyon işleminde kullanılan mevcut ticari ürünlere alternatif olabileceği anlaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Doğal hidrolik kireç, Enjeksiyon malzemesi, Kalsinasyon, Killi kireçtaşı, Nano kireç

Characterization of the grout produced from argillaceous limestone for the consolidation of historic buildings

In this study, a nano-sized hydraulic injection material produced by calcination of an argillaceous limestone containing 70% calcium carbonate was characterized. For the production of the injection material, firstly, natural hydraulic lime was produced by calcining the raw material at 950 °C and 1100 °C. The mineral and chemical composition of the lime samples were identified by XRD and XRF analysis, and their cementation and hydraulic index values were determined. Thus, it was concluded that the sample calcined at 1100 °C was suitable for injection material production, so the sample was subjected to mechanical grinding. For comparison, the cementation and hydraulic index values of the sample and of a commercial injection material commonly used were calculated by means of XRF analysis, and their grain sizes were determined by DLS analysis. The comparison revealed that the grain size of the ground sample is smaller than that of the commercial product and is in the nanometer range, and the ground material is expected to show stronger hydraulic properties than the commercial product as its cementation and hydraulic index values are higher. Various grouts were produced using different water/binder and chemical admixture ratios in order to investigate the availability of the sample in the injection process. Fluidity, volume stability and penetration properties of the produced grouts were evaluated by Marsh Funnel, Flow Cone, bleeding, and sand column tests. The limit requirements of these tests were achieved when water/binder ratio, super plasticizer amount and mixing procedure determined by preliminary tests are used. In conclusion, the obtained nano-sized natural hydraulic lime based injection material can be an alternative to existing commercial products used for the consolidation of historic buildings.

Keywords:

Natural hydraulic lime, injection grout, calcination, argillaceous limestone, nano lime,

PDF

___

Miltiadou-Fezans A., Design and Application of Hydraulic Grouts for Repair and Strengthening of Historic Masonry Structures, Proposal for Creation of a New RILEM Technical Committee (DHM), 2010.
Kalagri A., Miltiadou-Fezans A., Vintzileou E., Design and evaluation of hydraulic lime grouts fort the strengthening of stone masonry historic structures, Materials and Structures, 43, 1135-1146, 2010.
Binda L., Saisi A., Tedeschi C., Compatibility of Materials Used for Repair of Masonry Buildings: Research and Applications, Fracture and Failure of Natural Building Stones, Editör: Kourkoulis S. K., Springer, Dordrecht, 167-182, 2006.
Válek J., van Halema E., Viania A., Pérez-Estébanez M., Ševčík R., Šašek P., Determination of optimal burning temperature ranges for production of natural hydraulic limes, Construction and Building Materials, 66, 771-780, 2014.
Stanmore B., Gilot P., Review-calcination and carbonation of limestone during thermal cycling for CO2 sequestration, Fuel Processing Technology, 86(16), 1707-1743, 2005.
Taylor H. F. W., Cement Chemistry, 2. Baskı, Thomas Telford Publishing, London, 1997.
Böke H., Çizer Ö., İpekoğlu B., Uğurlu E., Şerifaki K., Toprak G., Characteristics of lime produced from limestone containing diatoms, Construction and Building Materials, 22(5), 866-874, 2008.
Boynton R. S., Chemistry and Technology of Lime and Limestone, 2. Baskı, John Wiley & Sons Inc, New York, 1980.
Ar I., Doğu G., Calcination kinetics of high purity limestones. Chemical Engineering Journal, 83(2), 131-137, 2001.
Zhu Y., Wu S., Wang X., Nano CaO grain characteristics and growth model under calcination, Chemical Engineering Journal, 175, 512-518, 2011.
TS EN 459-1, Yapı Kireci-Bölüm 1: Tarifler, Özellikler ve Uygunluk Kriterleri, Türk Standardları Enstitüsü, Ankara, 2012.
Miltiadou-Fezans A., Tassios T. P., Penetrability of hydraulic grouts, Materials and Structures, 46(10), 1653-1671, 2013.
TS EN 445, Şerbet-Öngerilmeli Tendonlar İçin Deney Yöntemleri, Türk Standardları Enstitüsü, Ankara, 2012.
ASTM D6910, Standard Test Method for Marsh Funnel Viscosity of Clay Construction Slurries, ASTM, Pennsylvania, 2009.
ASTM C940, Standard Test Method for Expansion and Bleeding of Freshly Mixed Grouts for Preplaced-Aggregate Concrete in the Laboratory, ASTM, Pennsylvania, 2010.
BS EN 1771, Products and Systems for the Protection and Repair of Concrete Structures-Test Methods-Determination of Injectability and Splitting Tests, British Standards Institution, London, 2004.
TS EN 447, Şerbet-Öngerilmeli Tendonlar İçin Temel Gerekler, Türk Standardları Enstitüsü, Ankara, 2012.
Miltiadou-Fezans A., Fluidity of hydraulic grouts for masonry strengthening, Materials and Structures, 45, 1817-1828, 2012.
Bras A., Henriques F. A. M., Natural hydraulic lime based grouts-The selection of grout injection parameters for masonry consolidation, Construction and Building Materials, 26(1), 135-144.
Miltiadou-Fezans A., Tassios, T. P., Stability of hydraulic grouts for masonry strengthening, Materials and Structures, 46(10), 16331-1652, 2013.