Investigation of lime mortar characteristics for the conservation of the Ottoman baths in Seferihisar-Urla region

Abstract

oz Kireç harçları, tarihi yapılarda taş, tuğla gibi yapı malzemelerini bir arada tutan bağlayıcı malzemelerdendir. Harçların fiziksel ve mekanik özellikleri ile ham madde kompozisyonları yapıların strüktürel davranışlarında etkilidir. Kireç harçlarının ham madde özellikleri ve üretim teknolojileri, yapılarda kullanıldıkları strüktürel elemanlara göre farklı özellikler gösterebilir. Bundan dolayı bu harçlar, tarihi yapıların strüktürel özelliklerinin değerlendirilmesinde önemli bir yere sahiptir. Ayrıca, kireç harçlarının özelliklerinin belirlenmesi, tarihi yapıların korunması çalışmalarında kullanılacak olan onarım harçlarının hazırlanması açısından son derece önemlidir. Bu çalışmada, İzmir'e yakın yerleşmelerde bulunan Seferihisar-Urla bölgesindeki bazı Osmanlı dönemi hamamlarının kubbe ve duvarlarında kullanılan kireç harçlarının özellikleri, bu tarihi yapıların korunması amacına yönelik olarak incelenmiştir. Harçların özelliklerinin, kullanıldıkları duvar ve kubbelerin strüktürel özellikleri ile ilişkisini ele alan bir yaklaşım ile incelenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, yapılardan toplanan harç örnekleri laboratuvar çalışmaları kapsamında incelenmiştir. Harçların temel fiziksel ve mekanik özellikleri, ham madde kompozisyonları, harçlarda kullanılan agregaların puzolanik aktiviteleri, harçlardaki çözünen tuzlar, harçların mineralojik ve kimyasal özellikleri, mikroyapıları ve hidrolik özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca, kubbelerde kullanılan tuğlaların temel fiziksel ve puzolanik aktiviteleri, kubbelerin strüktürel dayanımlarının sağlanmasındaki etkisini değerlendirmek amacı ile belirlenmiştir. Hamamların duvar ve kubbelerinde kullanılan harçlar, kireç harçlarıdır. Duvar harçlarındaki kireç oranlan, kubbe harçlarındaki kireç oranlarından biraz yüksektir. Harçlarda kullanılan agregaların farklı özellikler gösterdiği tespit edilmiştir. Her bir harç örneğinde kullanılan agregalar, benzer tane büyüklüğü dağılımı göstermektedirler. Harçlardaki ince taneli agregalar, iri taneli agregalar ile benzer mineralojik ve kimyasal kompozisyona sahiptirler. Buna karşılık, ince taneli agregalar, yüksek oranlarda amorf malzeme, silisyum dioksit ve alüminyum oksit içerdikleri için iri taneli agregalardan daha yüksek puzolanik özelliğe sahiptirler. Harçlarda bağlayıcı malzeme olarak saf kireç ve yüksek oranlarda silisyum içeren kireç kullanılmıştır. Puzolanik agrega ve yüksek oranlarda silisyum içeren kireç kullanımından dolayı kubbelerde kullanılan kireç harçlarının tümü ve duvarlarda kullanılan kireç harçlarının bazıları hidrolik kireç vıharçlarıdır. Bu harçlardaki puzolanik agregalar ile kireç birbirleri ile iyi bir şekilde bağlanmaktadır. Kubbelerde kullanılan hidrolik kireç harçları, duvarlarda kullanılan hidrolik olmayan kireç harçlarından daha yüksek mekanik özelliklere sahiptirler. Kubbe ve duvar harçlarında gözlenen bu farklılık, alt ve üst yapı elemanlarının farklı strüktürel davranışına bağlı olarak bilinçli bir şekilde üretilen harç yapım tekniği ile açıklanabilir. Kubbelerde kullanılan tuğlalar düşük puzolanik özelliğe sahip olmalarına rağmen kireç harçları ile iyi bir şekilde bağlanmaktadır. Bu durum, kubbelerin strüktürel dayanımlarının sağlanmasında etkilidir. Bu sonuçlar, hamamlardaki kireç harçlarının kullanıldıkları yapı elemanlarının özelliklerine göre bilinçli bir şekilde üretildiği ve bunun Seferihisar-Urla bölgesinde yer alan hamam yapılarına özgü geleneksel bir harç yapım tekniği olduğunu göstermektedir. Birinci bölümde çalışmanın konusu, amacı, kapsamı ve metodu belirtilmiştir. İkinci bölümde, kireç harçlarının genel özellikleri ve üretim aşamaları verilmiştir. Üçüncü bölümde, harç örneklerinin yapılardan toplanması ve deneysel çalışmalardan oluşan çalışma metodu tanımlanmıştır. Dördüncü bölümde, deneysel çalışmaların sonuçlan değerlendirilmiş ve bunlar literatürde yer alan benzer çalışmaların sonuçlan kapsamında tartışılmıştır. Beşinci bölümde, çalışmadan elde edilen başlıca sonuçlara yer verilmiştir. vıı

ABSTRACT Lime mortars are among the binding agents used in binding masonry units such as brick and stone in many historic buildings. Their physical, mechanical strength and durability properties, raw material compositions can play significant roles in structural behaviour of historic buildings. Their production technologies may be also different according to their specific use in the structural layout. Therefore, the characteristics of lime mortars are of particular interest in the evaluation of structural characteristics of the historic buildings. Besides, determination of characteristics of the lime mortars is also important for the production of intervention mortars to be used in the restoration of historic buildings. In this study, lime mortars used in the walls and domes of some historic Ottoman baths in Seferihisar-Urla region near İzmir were analyzed in order to understand their characteristics for the purpose of conservation of these buildings. It is also aimed to investigate characteristics of the lime mortars in relation to their specific use in the structural elements of the walls and domes. Therefore, several laboratory studies were carried out on the collected mortar samples. Their basic physical and mechanical properties, raw material compositions, pozzolanic activity of aggregates used in the mortars, soluble salts in the mortars, their mineralogical and chemical compositions, and microstructural and hydraulic properties were determined. In addition, basic physical properties and pozzolanic activity of bricks used in the construction of domes were also determined in order to evaluate their contribution to the structural stability of the domes. Stone masonry mortars used in the walls and brick masonry mortars used in the domes of the Ottoman baths are lime mortars. Lime ratios of the stone masonry mortars are relatively higher than those of the brick masonry mortars. Some differences have been identified in the aggregates used in the mortars. Particle size distributions of the aggregates used in each mortar are almost the same. Fine aggregates used in each mortar have similar mineralogical and chemical compositions with their coarse aggregates. However, the fine aggregates have higher pozzolanic activity than their coarse aggregates due to high contents of amorphous materials, silicon dioxide and aluminium oxide in their compositions. Either of high-calcium lime and lime containing silica at high ratios was used as binding material in the stone and brick masonry IVmortars. All brick masonry mortars and some of the stone masonry mortars have hydraulic properties owing to the use of pozzolanic aggregates and lime containing silica at high ratios. These pozzolanic aggregates have good adhesion with the lime used in these mortars. Hydraulic lime mortars used in all domes have higher mechanical strength properties than non-hydraulic lime mortars used in the walls built of stone. Such differences in the stone and brick masonry mortars have been explained with a mortar technology developed consciously in relation to the difference in structural behaviour of the wall and dome. Even though the bricks used in the domes have poor pozzolanicity, they are tightly adhered to the lime mortar. This contributes to the structural strength of the domes. All these results indicate a lime mortar technology developed according to the use of the lime mortars in structural layout and its traditional character peculiar to the Ottoman baths in Seferihisar-Urla region. The first part of the study defines its subject and aim, limits and method. The second part deals with the subject of lime mortars in respect to their general characteristics and production process. In the third part, method of the study composed of sampling and experimental study is presented. In the fourth part, the results of the experimental studies are evaluated and discussed in respect to results of the related studies in the literature. The fifth part is devoted to the conclusions of the study.