Tarihi Yığma Duvarların Onarımında Kullanılan Kireç Esaslı Enjeksiyon Harçlarının Enjekte Edilebilirlik ve Mekanik Performans Analizi

Abstract

Bu çalışma, tarihi yığma yapıların onarımında yaygın olarak kullanılan hidrolik kireç esaslı enjeksiyon harçlarının taze ve sertleşmiş hal özelliklerini karşılaştırmalı olarak değerlendirmektedir. Üç farklı firmaya ait C, T ve M kodlu enjeksiyon malzemeleri ile M malzemesinin su/bağlayıcı oranı düşürülerek yeniden tasarlanan MS karışımı üzerinde akışkanlık, penetrasyon, hacim sabitliği, basınç dayanımı, eğilmede çekme dayanımı, aderans ve priz süreleri incelenmiştir. Deneyler sonucunda hiçbir karışımın tüm enjekte edilebilirlik kriterlerini aynı anda sağlayamadığı görülmüştür. C malzemesi yüksek mekanik dayanım ve kararlılık sunmakla birlikte düşük akışkanlık nedeniyle sınırlı enjekte edilebilirlik göstermiştir. T malzemesi mekanik açıdan dengeli bir performans sergilemiş; M malzemesi ise yüksek akışkanlık ve kolay penetrasyon sağlamasına rağmen düşük dayanım sergilemiştir. Su oranı azaltılan MS malzemesi dayanımı artırsa da akışkanlığı yetersiz kalmıştır. Sonuçlar, enjeksiyon malzemelerinin performansının bağlayıcı sınıfı, mineral katkılar ve karışım prosedüründen önemli ölçüde etkilendiğini göstermektedir. Bu doğrultuda, C harcı strüktürel enjeksiyon uygulamaları için, T harcı dolgu duvarlarda dayanım gerektiren geleneksel onarımlar için, M harcı geçici müdahaleler için ve MS harcı mikro çatlak onarımları için uygun seçenekler olarak belirlenmiştir. Çalışma, enjeksiyon malzemesi seçiminde kullanılacak harcın, yapının özgün malzemesiyle fiziksel, kimyasal ve mekanik açıdan uyumlu olması gerektiğine ve firmalar tarafından temin edilen ürünlerin, uygulama öncesinde laboratuvar ve yerinde ön analizlerle doğrulanmasının önemine dikkat çekmektedir.

Keywords

• Enjeksiyon yöntemi
• hidrolik kireç
• enjeksiyon harcı (grout)
• yığma yapılar
• onarım

Analysis of the Injectability and Mechanical Performance of Lime-Based Injection Mortars Used in the Repair of Historic Masonry Walls

Abstract

This study comparatively evaluates the fresh and hardened properties of hydraulic lime–based injection grouts commonly used in the repair of historic masonry structures. Three commercial injection materials coded as C, T, and M, along with a modified MS mixture produced by reducing the water-to-binder ratio of the M material, were tested in terms of fluidity, penetration capacity, volumetric stability, compressive strength, flexural strength, bond strength, and setting times. The results indicate that none of the mixtures met all injectability criteria simultaneously. The C material provided high mechanical strength and stability but exhibited limited injectability due to low fluidity. The T material showed a balanced mechanical performance, whereas the M material achieved high fluidity and good penetration but demonstrated low strength. Reducing the water content in the MS mix improved strength but resulted in insufficient flowability. The findings show that grout performance is strongly influenced by binder class, mineral additives, and mixing procedures. Accordingly, C grout is suitable for structural injection, T grout for strength enhancement in infill walls, M grout for temporary interventions, and MS grout for micro-crack repair. The study emphasizes the need for compatibility between the selected grout and the original material, supported by laboratory and in-situ pre-assessments.

Keywords

• : Injection method
• hydraulic lime
• injection mortar (grout)
• masonry structures
• repair

References

1. Akyurt Takır, D. (2022). Tarihi yığma yapıların onarımında kullanılan enjeksiyon yöntemi ve hidrolik kireç esaslı enjeksiyon malzemelerinin performans değerlendirilmesi [Yayınlanmamış yüksek lisans tezi]. İstanbul Teknik Üniversitesi.
2. Alhan-Şimşek, E. T., & Dabanlı, Ö. (2023). Designing lime-based injection mortar for historic masonry consolidation: Determination of performance requirements and mixture design. In K. Günçe & D. Mısırlısoy (Eds.), Architectural sciences and cultural heritage – Traces of the history (ss. 367–414). IKSAD Publications.
3. ASTM International. (2009). ASTM D6910: Standard test method for Marsh funnel viscosity of clay construction slurries. https://www.astm.org
4. Baltazar, L. G., Henriques, F. M. A., & Jorne, F. (2012). Optimisation of flow behaviour and stability of superplasticized fresh hydraulic lime grouts through design of experiments. Construction and Building Materials, 35, 838–845.
5. Baltazar, L. G., Henriques, F. M. A., Jorne, F., & Teresa, M. (2013). The use of rheology in the study of the composition effects on the fresh behaviour of hydraulic lime grouts for injection of masonry walls. Rheologica Acta, 52, 127–138.
6. Baltazar, L. G., Henriques, F. M., & Cidade, M. T. (2015). Contribution to the design of hydraulic limebased grouts for masonry consolidation. Journal of Civil Engineering Management, 21, 698–709.
7. Bayram, M., Oktay, D., & Yüzer, N. (2022). Evaluation of fresh properties and rheological behavior of lime-based grouts with Cappadocia waste earth. International Journal of Architectural Heritage, 1–17.
8. Binda, L., Modena, C., Baronio, G., & Abbaneo, S. (1997). Repair and investigation techniques for stone masonry walls. Construction and Building Materials, 11(3), 133–142.

9. Boynton, R. S. (1980). Chemistry and technology of lime and limestone (2nd ed.). John Wiley & Sons Inc.
10. Böke, H., Çizer, Ö., İpekoğlu, B., Uğurlu, E., Şerifaki, K., & Toprak, G. (2008). Characteristics of lime produced from limestone containing diatoms. Construction and Building Materials, 22(5), 866–874.
11. Brás, A. (2011). Grout optimization for masonry consolidation [Yayınlanmamış doktora tezi]. Universidade Nova de Lisboa.
12. Brás, A., & Henriques, F. A. M. (2012). Natural hydraulic lime based grouts: The selection of grout injection parameters for masonry consolidation. Construction and Building Materials, 26(1), 135–144.
13. Brás, A., Henriques, F. M. A., & Cidade, M. T. (2010). Effect of environmental temperature and fly ash addition in hydraulic lime grout behaviour. Construction and Building Materials, 24(8), 1511– 1517.
14. British Standards Institution. (2004). BS EN 1771: Products and systems for the protection and repair of concrete structures – Test methods – Determination of injectability and other rheological properties. https://www.en-standard.eu/bs-en-1771
15. DiPasquale, L., Mecca, I., & Roddaro, M. (2016). Vernacular architecture: A model for the design of sustainable built environments. In F. Pacheco-Torgal (Ed.), Nonconventional and vernacular construction materials: Characterisation, properties, and applications (ss. 567–590). Woodhead Publishing.
16. European Committee for Standardization. (1999). EN 1542: Products and systems for the protection and repair of concrete structures – Test methods – Measurement of bond strength by pull-off. https://www.en-standard.eu/
17. Gemert, V. (1988). Consolidatie-injekties van historisch metselwerk. Stadsarcheologie, Bodem en Monument in Gent, 1.
18. ICOMOS Türkiye. (2013). ICOMOS Türkiye mimari mirası koruma bildirgesi. http://www.icomos.org.tr Jorne, F. J. F. (2016). Injectability of hydraulic lime grouts for old masonry consolidation [Yayınlanmamış doktora tezi]. Universidade Nova de Lisboa.
19. Jorne, F., Henriques, F. M. A., & Baltazar, L. G. (2014). Evaluation of consolidation of different porous media with hydraulic lime grout injection. Journal of Cultural Heritage, 16(4), 438–451.
20. Jorne, F., Henriques, F. M. A., & Baltazar, L. G. (2015). Influence of superplasticizer, temperature, resting time and injection pressure on hydraulic lime grout injectability. Correlation analysis between fresh grout parameters and grout injectability. Journal of Building Engineering, 4, 140–151.
21. Kalagri, A., Miltiadou-Fezans, A., & Vintzileou, E. (2010). Design and evaluation of hydraulic lime grouts for the strengthening of stone masonry. Historic Structures, 43, 1135–1146.
22. Miltiadou-Fezans, A., & Tassios, T. P. (2012). Penetrability of hydraulic grouts. Materials and Structures, 46(10), 1653–1671.
23. Miltiadou-Fezans, A., & Tassios, T. P. (2013). Stability of hydraulic grouts for masonry strengthening. Materials and Structures, 46(10), 16331–1652.
24. Miltiadou-Fezans, A., & Tassios, T. P. (2022). Mix-design and application of hydraulic grouts for masonry strengthening. Springer International Publishing.
25. Oktay, D. (2017). Tarihi kireç harçlarına uygun enjeksiyon malzemelerinin üretilmesi ve model duvarlarda uygulanmasının değerlendirilmesi [Yayınlanmamış doktora tezi]. Yıldız Teknik Üniversitesi.
26. Penelis, G. G., & Penelis, G. G. (2020). Structural restoration of masonry monuments: Arches, domes and walls. CRC Press.
27. Toubakari, E. E. (2002). Lime-pozzolan-cement grouts and their structural effects on composite masonry walls [Yayınlanmamış doktora tezi]. KU Leuven.
28. Türk Standardları Enstitüsü. (2000). TS EN 1015-11: Kâgir harcı – Deney metotları – Bölüm 11: Sertleşmiş harcın basınç ve eğilme dayanımının tayini. https://intweb.tse.org.tr/standard/standard/standardara.aspx
29. Türk Standardları Enstitüsü. (2012). TS EN 445: Şerbet – Öngerilmeli tendonlar için deney yöntemleri. https://intweb.tse.org.tr/standard/standard/standardara.aspx
30. Türk Standardları Enstitüsü. (2013). TS EN 1015-10/A1: Kâgir harcı – Deney metotları – Bölüm 10: Sertleşmiş harcın boşluklu kuru birim hacim kütlesinin tayini. https://intweb.tse.org.tr/standard/standard/standardara.aspx
31. Türk Standardları Enstitüsü. (2016). TS EN 1015-12: Kâgir harcı – Deney metotları – Bölüm 12: Sertleşmiş sıva ve örgü harcının alt tabakaya yapışmasının tayini. https://intweb.tse.org.tr/standard/standard/standardara.aspx
32. Uranjek, M., Žarnić, R., Bokan-Bosiljkov, V., & Bosiljkov, V. (2010, Haziran 4-7). Problems related to grout injection of heritage buildings walls. In 8th International Masonry Conference, Dresden, Germany.
33. Van Rickstal, F. (2000). Grout injection of masonry [Yayınlanmamış doktora tezi]. Catholic University of Leuven.
34. Vavričuk, A., Bokan-Bosiljkov, V., & Kramar, S. (2018). The influence of metakaolin on the properties of natural hydraulic lime-based grouts for historic masonry repair. Construction and Building Materials, 172, 706–716.
35. Wood, C., & Burns, C. (2013). Grouting solid masonry walls. In Proceedings of the Conference of Exeter, UK (pp. 1–6). English Heritage.
36. Yüzer, N., & Oktay, D. (2020). Tarihi yapılarda enjeksiyon. Yıldız Teknik Üniversitesi Yayını.