Assessment of the suitability of clayey and sandy gypsum deposits from the Çankırı region (Türkiye) for plaster production

Öz

This study evaluates the suitability of clayey and sandy gypsum deposits from the Çankırı region of Türkiye for use in plaster production. Samples were collected in their natural state, without beneficiation or additives, to reflect realistic field conditions. Chemical compositions were determined by XRF, mineralogical phases were identified using XRD and Raman spectroscopy, and textural features were assessed by thin-section petrography. Results show that most samples contained SO₃ and CaO levels consistent with high-purity gypsum. One sample exhibited elevated SiO₂ and Al₂O₃ contents, as well as accessory phases such as quartz, calcite, and clays, and was therefore excluded from further evaluation. Petrographic observations indicated that most of the samples displayed homogeneous fabrics comparable to the industrial reference, while only one sample exhibited more heterogeneous features. Mechanical tests demonstrated that the uniaxial compressive strength increased from 1.51 MPa at 7 days to 2.84 MPa at 90 days, whereas the flexural strength rose dramatically from 0.62 MPa at 28 days to 1.52 MPa at 90 days. These results indicate that even without pre-treatment or reinforcement, natural clayey and sandy gypsum from Çankırı can achieve mechanical performance comparable to conventional plaster materials, highlighting their potential for cost-effective and sustainable construction applications.

Anahtar Kelimeler

• Çankırı
• gypsum
• plaster
• material strength
• sustainable product

Çankırı (Türkiye) Bölgesindeki killi ve kumlu jips yataklarının sıva üretimi için uygunluğunun değerlendirilmesi

Öz

Bu çalışma, Çankırı bölgesinde yaygın olarak bulunan killi ve kumlu jips yataklarının sıva üretiminde kullanılabilirliğini değerlendirmektedir. Arazi koşullarına uygun şekilde, örnekler herhangi bir ön saflaştırma veya katkı işlemi uygulanmadan alınmış ve doğrudan laboratuvar analizlerine tabi tutulmuştur. Kimyasal bileşimler XRF ile belirlenmiş, mineralojik özellikler XRD ve Raman spektroskopisi ile incelenmiş, ayrıca ince kesit petrografisi ile dokusal özellikler gözlemlenmiştir. Sonuçlar, çoğu örneğin SO₃ ve CaO içerikleri bakımından yüksek saflıkta jips ile uyumlu olduğunu göstermektedir. Ancak bir örnek, yüksek SiO₂ ve Al₂O₃ seviyeleri ile birlikte kuvars, kalsit ve kil mineralleri varlığı nedeniyle farklılaşmış ve sıva üretiminden dışlanmıştır. Petrografik incelemeler, örneklerinin büyük çoğunluğunun referans endüstriyel jipse oldukça benzer homojen dokular sergilediğini, sadece bir örneğin ise daha heterojen bir yapı gösterdiğini ortaya koymuştur. Mekanik deneylerde, 7 günde 1.51 MPa olan tek eksenli basınç dayanımı 90 günde 2.84 MPa’a ulaşmıştır. Eğilme dayanımı ise 28 günde ortalama 0.62 MPa iken 90 günde 1.52 MPa’a yükselmiştir. Elde edilen sonuçlar, katkısız ve saflaştırılmamış bu doğal jipslerin dahi sıva üretiminde kullanılabilecek performans sunduğunu göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Çankırı
• jips
• sıva
• materyal dayanımı
• sürdürülebilir ürün

Kaynakça

1. [1] Satongar Ş. İstanbul şehir surları: Horasan harçları üzerine bir araştırma. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 1994.
2. [2] Karni J, Karni E. “Gypsum in construction: Origin and properties”. Materials and Structures, 28(2), 92-100, 1995.
3. [3] Asamatdinov M, Zhukov A, Medvedev A, Mukhametzyanov V. “Fire protection systems using clay-gypsum plaster in agriculture”. E3S Web of Conferences, Online, 26-28 February 2020.
4. [4] Taş AO, Yagcioglu KD, Kadioglu YK, Şahiner E. “Investigation of temperature effects (calcination) on crystal structures of sulphate minerals using confocal Raman spectroscopy (CRS)”. 11th International Black Sea Coastline Countries Scientific Research Conference, Samsun, Türkiye, 25-27 March 2025.
5. [5] Taş AO, Yagcioglu KD, Şahiner E, Kadioglu YK. “Investigation of phase changes in sulfate minerals with increase in temperature by X-ray diffraction (XRD)”. Türk Dünyası: Sosyal Bilimler ve Mühendislik İş Birlikleri Sempozyumu, Tashkent, Uzbekistan, 13-15 May 2025.
6. [6] Nazzareni S, Comodi P, Bindi L, Dubrovinsky L. “The crystal structure of gypsum-II determined by single-crystal synchrotron X-ray diffraction data”. American Mineralogist, 95(4), 655-658, 2010.
7. [7] Li TL, Lee PL. “Structural evolution of gypsum under high pressure: Single-crystal X-ray experiments revisited”. Physics and Chemistry of Minerals, 45(9), 895-906, 2018.
8. [8] Us MS. Cihanbeyli-Yeniceoba (Konya Kuzeyi) Civarındaki Oligo-Miyosen Evaporitlerinin Sedimantolojisi. Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye, 2015.

9. [9] Us MS, Tekin E. "Petrographic and Facies Properties of the Evaporites in the Cihanbeyli-Yeniceoba Basin (Central Anatolia, Turkey)". EGU General Assembly 2016, Vienna, Austria, 17-22 April 2016.
10. [10] Demiral B, Tekin E, Us MS. “Sedimentology and origin of Karabük-Safranbolu Paleogene Basin evaporites (West Black Sea Region, Türkiye)”, AIPEA International Clay Conferences 2022, Istanbul, Türkiye, 25-29 July 2022.
11. [11] Us MS. "Spatial Distribution of Evaporites of Pülümür Valley (Tunceli, Turkey) ". 8th World Multidisciplinary Earth Sciences Symposium 2023, Prague, Czech Republic, 28 August-01 September 2023.
12. [12] Eliades P, Bhattacharya SN, Chryss A, Timms R. “The influence of hormitic clay on the time dependent properties of formulated gypsum plaster pastes”. Journal of Materials Science 38(18), 3871-3875, 2003.
13. [13] Pedergnana M, Elias-Ozkan ST. “Impact of various sands and fibres on the physical and mechanical properties of earth mortars for plasters and renders”. Construction and Building Materials 308, 125013, 2021.
14. [14] Deniz K, Kadioğlu YK. “Nefelin siyenitlerin seramik sanayinde kullanılma potansiyeli: Buzlukdağ örneği. The potential usage of nepheline syenite in ceramic industry: Example of Buzlukdag”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 24(6), 1209-1219, 2018.
15. [15] Antunes V, Candeias A, Oliveira MJ, Longelin S, Serrão V, Seruya AI, Coroado J, Dias L, Mirão J, Carvalho ML. “Characterization of gypsum and anhydrite ground layers in 15th and 16th centuries Portuguese paintings by Raman spectroscopy and other techniques”. Journal of Raman Spectroscopy 45(7), 660-670, 2014.
16. [16] Dönmez M, Akçay AE. “1:100000 ölçekli Türkiye Jeoloji Haritaları No:138 Çankırı-H30 Paftası”. Jeoloji Etütleri Dairesi, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Ankara, Türkiye, 138, 2010.
17. [17] Akyürek B, Akbaş B, Dağer Z. “1:100000 ölçekli Açınsama Nitelikli Türkiye Jeoloji Haritaları Serisi, Çankırı E 16 Paftası”. Jeoloji Etütleri Dairesi, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 1988.
18. [18] Türk Standartları Enstitüsü. “Yapı ve Sıva Alçıları-Bölüm 1: Tarifler ve Gerekler”. Ankara, Türkiye, TS EN 13279-1, 2009.
19. [19] Türk Standartları Enstitüsü. “Beton-Sertleştirilmiş beton deneyleri-Bölüm 1: Deney numunesi ve kalıplarının şekil, boyut ve diğer özellikleri”. Ankara, Türkiye, TS EN 12390-1, 2002.
20. [20] Türk Standartları Enstitüsü. “Beton-Sertleştirilmiş beton deneyleri-Bölüm 2: Dayanım deneylerinde kullanılacak deney numunelerinin hazırlanması ve küre tabi tutulması”. Ankara, Türkiye, TS EN 12390-2, 2019.
21. [21] Türk Standartları Enstitüsü. “Beton-Sertleştirilmiş beton deneyleri-Bölüm 3: Deney numunelerinin basınç dayhanımının tayin”. Ankara, Türkiye, TS EN 12390-3, 2019.
22. [22] Türk Standartları Enstitüsü. “Beton-Sertleştirilmiş Beton Deneyleri-Bölüm 5: Deney Numunelerinin Eğilme Dayanımının Tayini”. Ankara, Türkiye, TS EN 12390-5, 2010.