ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
TARĐHĐ YAPILARDA KULLANILAN VOLKANĐK TÜFLERĐN KONSERVASYONU ÜZERĐNE BĐR ARAŞTIRMA: OD TAŞI ÖRNEĞĐ
DOKTORA TEZĐ
Y. Mimar Seden ACUN ÖZGÜNLER
EYLÜL 2007
Anabilim Dalı : MĐMARLIK Programı : YAPI BĐLGĐSĐ
ÖNSÖZ
Taşınabilir ve taşınamaz kültür varlıkları, ülkelerin geçmişten geleceğe uzanan tarih hazineleridir. Her kültür varlığı, o ülke coğrafyasında yaşamış milletlerin gelişmişliklerini ve uygarlık düzeylerini yansıtan birer anıttır. Bu anlamda değerlendirildiğinde geçmiş uygarlıkların izlerini taşıyan bu eserler, sadece o ülke insanlarının değil tüm dünyanın ortak mirası olarak algılanmalı ve korunmalıdır. Ancak birçok tarihi eser doğal afetlerin yanı sıra yapıyı oluşturan malzemelerin zamanla bozulması ile yok olmaktadır. Bu tip bozulmaları geçerli çözümler getirerek ortadan kaldırabilmek için, tehdit unsuru olan faktörlerin ve bu faktörlerin malzemeleri etkileyiş biçimlerinin bilinmesi, binayı oluşturan yapı taşlarında meydana gelebilecek bozulmaların önceden tahmin edilebilmesi ve bu verilere göre uygun savunma stratejileri belirlenmesi gerekmektedir. Bu noktadan hareket ederek hazırladığım bu çalışmada özellikle taşlar üzerinde uygulanabilecek konservasyon metodolojisini oluşturarak, disiplinler arası ekip çalışması olan eski eserlerin koruma ve onarımlarında rol alabilecek uzmanlar arasında ortak bir dil sağlamak amacıyla bir yöntem önerilmiştir.
Doktora çalışmam sırasında değerli öneri ve eleştirileri ile beni yönlendiren, özveri ve sabır ile destekleyen sayın tez danışmanım Prof. Dr. Erol GÜRDAL’a, çalışmalarım süresince her zaman yardımlarını gördüğüm Prof. Dr. Ahmet ERSEN’e, Doç. Dr. Ahmet GÜLEÇ’e, petrografik ve minerolojik analizlerimi yapan Đ.Ü. Jeoloji Mühendisliği Bölümü’nden Araş. Gör. Murat MERT’e, kimyasal analizlerime ve porozimetri analizlerime yardımcı olan ĐTÜ Malzeme ve Metalürji Mühendisliği Bölümü’nden Araş. Gör. Dr. Şeref SÖNMEZ’e ve laboratuar çalışmalarımda yardımlarını esirgemeyen Araş. Gör. Serkan YATAĞAN’a, ve teknisyen Đbrahim ÖZTÜRK’e, ocaktan taş temininde yardımlarını esirgemeyen Sayın Fahrettin IŞIK’a, sağlamlaştırıcı ve koruyucu kimyasalların temininde yardımcı olan Wacker firmasından Sayın Đbrahim ÖZIŞIK’a teşekkürlerimi sunarım.
Yaşamım boyunca yanımda olan annem Şükran ACUN ve babam Elek. Müh. R. Vecdi ACUN’a, kardeşlerim Gıda Y. Müh. Sidal ACUN’a, Y. Kimya Müh. Seda ACUN’a ve tüm ilgi ve desteği için eşim Öğr. Gör. Dr. Mustafa ÖZGÜNLER’e teşekkürü bir borç bilirim.
ĐÇĐNDEKĐLER
TABLO LĐSTESĐ vi
ŞEKĐL LĐSTESĐ vii
SEMBOL LĐSTESĐ x ÖZET xi SUMMARY xiii 1.GĐRĐŞ 1 1.1. Çalışmanın Amacı 1 1.2. Çalışmanın Önemi 2
1.3. Çalışmanın Kapsamı ve Yöntemi 2
2. KONU ĐLE ĐLGĐLĐ LĐTERATÜR TARAMASI 3
2.1. Volkanik Tüflerin Jeolojik Oluşumu ve Sınıflandırılması 3
2.2. Volkanik Tüflerin Yapılarda Kullanımı 7
2.3. Taş Koruma Kavramı ve Ortaya Çıkış Nedenleri 9
2.4. Volkanik Tüflerde Bozulma Etkenleri ve Bozulma Tipleri 10
2.5. Volkanik Tüflerde Konservasyon Yöntemleri 17
2.5.1. Konservasyon Metodolojisi 17
2.5.2. Sağlamlaştırıcı ve Koruyucu Kimyasalların Yapısı ve Gelişimi 20 2.5.3. Kimyasalların Etkinliği Hakkında Literatür Araştırması 25 2.5.4. Konservasyonda Kullanılan Kimyasallardan Beklenen Özellikler 29 2.5.5. Tüflerin Konservasyonu Hakkında Yapılmış Çalışmalar 32
2.6. Bölüm Sonuçları 41
3. DENEY YÖNTEMLERĐ 45
3.1. Kimyasal Analizler 46
3.1.1. XRF Yöntemi Đle Kimyasal Analizler 46
3.1.2. Suda Çözünen Tuzların Analizi ve Đletkenlik 46
3.2. Minerolojik ve Petrografik Analizler 47
3.2.1. Đnce Kesitlerin Analizi 47
3.2.2. X-Işını Analizleri 47
3.2.3. Taramalı Elektron Mikroskobu Analizi (SEM-EDS) 48
3.3. Fiziksel Özellik Tayini Deneyleri 48
3.3.1. Kılcal Yolla Su Emme Tayini 48
3.3.2. Atmosfer Basıncı Altında Su Emme Oranı Tayini 49
3.3.3. Su Emme ve Kuruma Hızlarının Belirlenmesi 49
3.3.4. Birim Hacim Kütlenin Tayini 50
3.3.5. Özgül Kütlenin Tayini 50
3.3.6. Porozimetri Analizi 50
3.3.7. Su Buharı Geçirgenlik Deneyi 51
3.4. Mekanik Özellik Tayini Deneyleri 52
3.4.1. Tek Eksenli Yük Altında Eğilmede Çekme Deneyi 52
3.4.2. Tek Eksenli Yük Altında Basınç Dayanımı Deneyi 52
3.4.3. Ultrases Hızı Tayini 53
3.5. Laboratuar Ortamında Yapılan Eskitme Deneyleri 54
3.5.1. Islanma-Kuruma Etkilerine Dayanıklılık 54
3.5.2. Donma-Çözülme Etkilerine Dayanıklılık 54
3.5.3.Tuz Kristallenmesi Etkilerine Dayanıklılık 54
3.5.4. SO2 Buharına Dayanıklılık 55
4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR VE SONUÇLARI 56
4.1. Yapılardan Alınan Od Taşı Örnekleri Đle Đlgili Yapılan Çalışmalar 56
4.1.1. Yapılarla Đlgili Ön Araştırmalar 56
4.1.2. Örnek Alma Çalışması 59
4.1.3. Yapıdan Alınan Örneklerin Deney ve Analiz Sonuçları 62
4.1.3.1. Kimyasal Analiz Sonuçları 62
4.1.3.2. Minerolojik ve Petrografik Analiz Sonuçları 65
4.1.3.3. Fiziksel Özellik Tayini Deney Sonuçları 72
4.1.3.4. Mekanik Özellik Tayini Deney Sonuçları 74
4.2. Yenilemede Kullanılacak Uygun Taşı Belirleme Çalışmaları 75
4.2.1.Taş Ocağı Đle Đlgili Ön Araştırmalar 75
4.2.2. Taş Ocağından Alınan Örneklerin Deney Sonuçları 78
4.2.2.1. Kimyasal Analiz Sonuçları 78
4.2.2.2. Fiziksel Özellik Tayini Deney Sonuçları 79
4.2.2.3. Mekanik Özellik Tayini Deney Sonuçları 80
4.2.2.4. Yenileme Đçin Önerilen Taşın Jeolojik Özellikleri 80
4.3. Konservasyon Çalışmaları 84
4.3.1. Kullanılan Kimyasallarla Đlgili Bilgiler 85
4.3.2. Sağlamlaştırıcı ve Koruyucu Kimyasalların Uygulanma Yöntemleri 86 4.3.3. Kimyasalların Tesir Derinliği Ölçümü (Penetrasyon Derinliği) 91 4.3.4. Sağlamlaştırıcı ve Koruyucu Kimyasalların Vizkozite Sonuçları 91
4.3.5. Kullanılan Kimyasalların Etkinliğinin Đrdelenmesi 92
4.3.5.1. Asit Çözeltisi ve Suya Daldırma Yöntemi 92
4.3.5.2. Kimyasalların Fiziksel Özelliklere Olan Etkinliği 94
4.3.5.3. Kimyasalların Mekanik Özelliklere Etkinliği 99
4.3.5.4. Kimyasalların Mikro Yapıya Olan Etkinliği 100
4.4. Kimyasalların Uzun Dönem Performanslarının Belirlenmesi 107 4.4.1. Islanma-Kuruma Etkilerine Dayanıklılık Deneyi Sonuçları 107 4.4.2. Donma-Çözülme Etkilerine Dayanıklılık Deneyi Sonuçları 109 4.4.3. Tuz Kristallenmesi Etkilerine Dayanıklılık Deneyi Sonuçları 111
4.4.4. SO2 Buharına Dayanıklılık Deneyi Sonuçları 114
5. GENEL DEĞERLENDĐRME 115 5.1. Sonuçların Đrdelenmesi 115 5.2. Öneriler 126 KAYNAKLAR 127 EK.A- TABLOLAR 138 EK.B- ŞEKĐLLER 155 ÖZGEÇMĐŞ 165
TABLO LĐSTESĐ
Sayfa No
Tablo 2.1 Türkiye’de bulunan bazı volkanik tüflerin deney sonuçları …….. 5
Tablo 2.2 Tüflerin Bakırköy kireçtaşı ile özelliklerinin karşılaştırması …….. 8
Tablo 2.3 Bazı tuzların denge nemi değerleri ………. 14
Tablo 2.4 Sağlamlaştırıcılarından beklenen performans hedefleri ……….. 30
Tablo 2.5 Çeşitli kimyasalların kumtaşına etkileri ... 36
Tablo 4.1 Yapılardan alınan numunelerin kodlama sistemi ……… 59
Tablo 4.2 Ahi Çelebi Camii numunelerinin bulunan nem değerleri ……… 63
Tablo 4.3 Ahi Çelebi Camii numunelerinin tuz ile iletkenlik değerleri ……. 63
Tablo 4.4 Kimyasal analiz sonuçları ……….. 64
Tablo 4.5 AC numunelerin sağlam kısımlarının EDS sonuçları ………... 70
Tablo 4.6 Od taşı numunesinin bozuk kısımlarının EDS sonuçları …... 72
Tablo 4.7 Od taşı örneklerinin fiziksel özellik deney sonuçları ………. 72
Tablo 4.8 Od taşı örneklerinin mekanik özellik deney sonuçları ………… 75
Tablo 4.9 Kaytazdere taş ocağından alınan örneklerin kodlama sistemi … 78 Tablo 4.10 Kaytazdere taşlarının kimyasal analizlerinin sonuçları …………. 79
Tablo 4.11 Kaytazdere taşlarının fiziksel özellik deney sonuçları ………….. 79
Tablo 4.12 Kaytazdere taşlarının basınç dayanımı değerleri ……….. 80
Tablo 4.13 Kaytazdere taşlarının mekanik özellikleri ……… 80
Tablo 4.14 Kaytazdere MY numunelerinin karşılaştırmalı EDS sonuçları …. 84 Tablo 4.15 AC ve MY numunelerinin EDS sonuçlarının karşılaştırılması …. 84 Tablo 4.16 Konservasyon çalışmalarında kullanılan numunelerin kodları … 85 Tablo 4.17 Taş sağlamlaştırıcısı olarak kullanılan kimyasalın özellikleri ….. 86
Tablo 4.18 Taş yüzeyde su itici olarak kullanılacak kimyasalların özellikleri 86 Tablo 4.19 AC numunelerinde bulunan tüketim hızları ile miktarları ……….. 88
Tablo 4.20 MY numunelerinde bulunan tüketim hızları ile miktarları ………. 88
Tablo 4.21 Sağlamlaştırıcı-su itici kimyasalların tesir derinliği değerleri …… 91
Tablo 4.22 Kimyasalların vizkozite değerleri ……….. 92
Tablo 4.23 Kimyasalların numunelerin fiziksel özelliklerine etkisi ………….. 94
Tablo 4.24 AC numunelerinin su buharı geçirgenlik direnç katsayıları …….. 99
Tablo 4.25 MY numunelerinin su buharı geçirgenlik direnç katsayıları ……. 99
Tablo 4.26 Kimyasalların AC numunelerinin ultrases hızlarına etkisi ……… 100
Tablo 4.27 Kimyasalların MY numunelerinin ultrases hızlarına etkisi ……… 100
Tablo 4.28 AC-TEOS+WR1 numunesinin EDS analizi sonuçları …………. 105
Tablo 4.29 AC-TEOS+WR2 numunesinin EDS analizi sonuçları …………. 106
Tablo 5.1 Su buharı geçirgenlik direnç faktörü TEI değerleri ……….. 119
Tablo 5.2 Kimyasalların numunelerdeki boşluk boyutu dağılımına etkisi … 121 Tablo 5.3 Eskitme deneylerinin mekanik özelliklere etkileri ……… 125
Tablo A.1 AS ve AK numunelerinin fiziksel özellik deneyleri sonuçları …… 139
Tablo A.2 AC numunelerinin fiziksel özellik deneyleri sonuçları …………... 139
Tablo A.3 Od taşı numunelerinde bulunan basınç dayanımları ……… 140
Tablo A.4 Od taşı numunelerinde bulunan eğilme dayanımları ……… 140
Tablo A.5 Od taşı numunelerinin kırılan parçalarının basınç dayanımları .. 141
Tablo A.6 Od taşı numunelerinin ultrases hızları ………. 141
Tablo A.7 Od taşı numunelerinin elastisite modülü değerleri ……… 142
Tablo A.8 Numunelerin farklı ortamlarda ölçülen kılcallık katsayıları ……... 142 Tablo A.9 Kimyasalların AC numunelerinin fiziksel özelliklerine olan etkisi 143
Tablo A.10 Kimyasalların AC numunelerinin ultrases hızlarına etkisi ……… 144 Tablo A.11 Kimyasalların MY numunelerinin fiziksel özelliklerine etkisi …… 145 Tablo A.12 Kimyasalların MY numunelerinin ultrases hızlarına etkisi ……… 145 Tablo A.13 Islanma-kurumanın AC numunelerinin fiziksel özelliklerine etkisi 146 Tablo A.14 Islanma-kurumanın MY numunelerinin fiziksel özelliklerine
etkisi ………. 147
Tablo A.15 Islanma-kurumanın numunelerin mekanik özelliklerine etkisi 147 Tablo A.16 Donma-çözülmenin AC numunelerinin fiziksel özelliklerine etkisi 148 Tablo A.17 Donma-çözülmenin MY numunelerinin fiziksel özelliklerine
etkisi ………. 149
Tablo A.18 Donma-çözülmenin numunelerin mekanik özelliklerine etkisi 149 Tablo A.19 Tuz deneyinin AC numunelerinin fiziksel özelliklerine etkisi … 150 Tablo A.20 Tuz deneyinin MY numunelerinin fiziksel özelliklerine etkisi … 151 Tablo A.21 Tuz deneyinin numunelerin mekanik özelliklerine etkisi ……… 151 Tablo A.22 Az asitli ortamın AC numunelerinin fiziksel özelliklerine etkisi.. 152 Tablo A.23 Çok asitli ortamın AC numunelerinin fiziksel özelliklerine etkisi .. 153 Tablo A.24 Az asitli ortamın MY numunelerinin fiziksel özelliklerine etkisi 154 Tablo A.25 Çok asitli ortamın MY numunelerinin fiziksel özelliklerine etkisi.. 154
ŞEKĐL LĐSTESĐ Sayfa No Şekil 2.1 Şekil 2.2 Şekil 2.3 Şekil 2.4 Şekil 2.5 Şekil 2.6 Şekil 2.7 Şekil 3.1 Şekil 4.1 Şekil 4.2 Şekil 4.3 Şekil 4.4 Şekil 4.5 Şekil 4.6 Şekil 4.7 Şekil 4.8 Şekil 4.9 Şekil 4.10 Şekil 4.11 Şekil 4.12 Şekil 4.13 Şekil 4.14 Şekil 4.15 Şekil 4.16 Şekil 4.17 Şekil 4.18 Şekil 4.19 Şekil 4.20 Şekil 4.21 Şekil 4.22 Şekil 4.23 Şekil 4.24 Şekil 4.25 Şekil 4.26 Şekil 4.27 Şekil 4.28 Şekil 4.29 Şekil 4.30 Şekil 4.31 Şekil 4.32 Şekil 4.33 Şekil 4.34
: Gözenekli taşın içinde suyun dağılımı ... : Tetra Etoksi Silan’ın (TEOS) molekül yapısı ... : Silan’ın molekül yapısı ... : Dimetilsilan’ın molekül yapısı ... : Fenil’in molekül yapısı... : Tetra Siloksan’ın molekül yapısı ... : Çeşitli sağlamlaştırıcı-su iticilerin birikim şekilleri ... : Konservasyon çalışmaları için yapılan deneylerin akış şeması .. : Đzmit Av Köşkü’nün fotoğrafları ... : Đstanbul Adile Sultan Sarayı’nın fotoğrafları ... : Đstanbul Ahi Çelebi Camii’nin fotoğrafları ……… : Ahi Çelebi Camii planı………..……… : Ahi Çelebi Camii giriş cephesi (Kuzey cephe)……… : Ahi Çelebi Camii batı cephesi……… : Ahi Çelebi Camii A-A kesiti (Batı iç cephe)………. : Ahi Çelebi Camii örnek alma çalışmaları……….. : Od taşı örneklerinin isimlendirildiği üçgen diyagram…………... : AC numunesinin iç yapısının; (a).Tek nikol, (b). Çift nikol
görüntüleri... : AC numunesinin; (a). Tek nikol, (b). Çift nikol görüntüleri... : Alterasyon ara kesitinin; (a). Tek nikol, (b). Çift nikol görüntüleri.. : Koyu kahverengi bölgenin; (a). Tek nikol, (b).Çift nikol
görüntüleri... : AK kodlu numunenin X-ışını grafiği... : AS kodlu numunenin X-ışını grafiği... : AC kodlu numunenin X-ışını grafiği... : AC numunesinin sağlam kısmından alınan SEM görüntüleri... : AC-1 numunesinin sağlam kısmının EDS diyagramı, (1000x)... : AC-7 numunesinin sağlam kısmının EDS diyagramı, (1000x)... : AC numunelerinin bozuk kısımlarının SEM görüntüleri... : AC-1 numunesinin bozuk kısmının EDS diyagramı, (1000x)... : AC-5 numunesinin bozuk kısmının EDS diyagramı, (1000x)... : AC1 numunesinin sağlam kısmının porozimetri grafiği... : AC2 numunesinin sağlam kısmının porozimetri grafiği... : AC1 numunesinin bozuk kısmının porozimetri grafiği... : Mekanik özellik tayini için yapılan deneylerin fotoğrafları... : Karamürsel bölgesinin haritası... : Kaytazdere köyü güneyindeki taş ocağı... : Yalova-Karamürsel Kaytazdere’deki taş ocağının fotoğrafları... : MY’nin iç yapısının; (a). Tek nikol, (b). Çift nikol görüntüleri... : MY’nin genel durumu; (a). Tek nikol, (b). Çift nikol görüntüleri.... : MY numunesinin koyu renkli kısmının; (a). Tek nikol, (b). Çift
nikol görüntüleri... : MY numunesinin koyu renkli kısmının; (a). Tek nikol, (b). Çift
nikol görüntüleri... : MY-1 numunesinin SEM görüntüleri...
12 23 24 24 25 25 27 45 58 58 58 59 60 60 61 61 65 65 66 66 67 67 67 68 69 69 70 71 71 71 73 73 74 74 76 77 77 81 81 81 81 82 83
Şekil 4.35 Şekil 4.36 Şekil 4.37 Şekil 4.38 Şekil 4.39 Şekil 4.40 Şekil 4.41 Şekil 4.42 Şekil 4.43 Şekil 4.44 Şekil 4.45 Şekil 4.46 Şekil 4.47 Şekil 4.48 Şekil 4.49 Şekil 4.50 Şekil 4.51 Şekil 4.52 Şekil 4.53 Şekil 4.54 Şekil 4.55 Şekil 4.56 Şekil 4.57 Şekil 4.58 Şekil 4.59 Şekil 4.60 Şekil 4.61 Şekil 4.62 Şekil 4.63 Şekil 4.64 Şekil 4.65 Şekil 4.66 Şekil 4.67 Şekil 4.68 Şekil 4.69 Şekil 4.70 Şekil 4.71 Şekil 4.72 Şekil 4.73 Şekil 4.74 Şekil 4.75 Şekil 4.76 Şekil 4.77 Şekil 4.78 Şekil 4.79 Şekil 4.80 Şekil 5.1 Şekil 5.2 Şekil B.1
: MY-1 numunesinin EDS diyagramı, (1000x)... : MY-3 numunesinin SEM görüntüleri... : MY-3 numunesinin EDS diyagramı, (1000x)... : Laboratuar ortamında kimyasalların uygulanması... : 24 saat sonunda desikatörden çıkarılan numunelerin durumu.... : Numunelerin 24 saat sonunda hesaplanan kılcallık katsayıları... : AC numunelerinin kılcal yolla su-kimyasal emme grafiği... : MY numunelerinin kılcal yolla su-kimyasal emme grafiği... : Kimyasalların tesir derinliklerinin görüntüleri... : HAAKE cihazının fotoğrafı... : AC ile MY numunelerinin ağırlık değişimleri... : AC numunelerinin sudaki ağırlık değişimleri... : AC numunelerinin asit çözeltisindeki ağırlık değişimleri... : Kimyasalların AC numunelerinin su emme hızına etkisi... : Kimyasalların AC numunelerinin kuruma hızına etkisi... : AC-UNTR numunesinin porozimetri grafiği... : AC-TEOS+WR1 numunesinin porozimetri grafiği... : AC- WR1 numunesinin porozimetri grafiği... : AC-TEOS+WR2 numunesinin porozimetri grafiği... : AC-WR2 numunesinin porozimetri grafiği... : AC-TEOS+WR3 numunesinin porozimetri grafiği... : Su buharı geçirgenlik deneyi resimleri... : AC-TEOS+WR1 numunesinin; (a).Tek nikol, (b). Çift nikol
görüntüleri... : AC-TEOS+WR1’de oluşan kimyasal jelin; (a). Tek nikol,
(b). Çift nikol görüntüleri... : AC-TEOS+WR1 numunesi genel durumunun; (a). Tek nikol,
(b).Çift nikol görüntüleri... : AC-TEOS+WR2 numunesinin; (a). Tek nikol, (b).Çift nikol
görüntüleri... : AC-TEOS+WR2 numunesindeki jelin; (a).Tek nikol, (b). Çift nikol
görüntüleri... : AC-TEOS+WR3 numunesinin çift nikol görüntüleri... : AC numunelerinin x-ışını grafikleri... : AC-TEOS+WR1 numunesinin SEM-EDS analizi... : AC-TEOS+WR2 numunesinin SEM-EDS analizi... : AC-WR1 numunesinin SEM görüntüleri... : AC-WR2 numunesinin SEM görüntüleri... : AC numunelerine ıslanma-kuruma etkisi... : Islanma-kurumanın fiziksel özelliklere etkisi... : Islanma-kurumanın mekanik özelliklere etkisi... : AC numunelerine donma-çözülme etkisi... : Donma-çözülmenin fiziksel özelliklere etkisi... : Donma-çözülmenin mekanik özelliklere etkisi... : Deney sırasında hasar gören numuneler... : Parçalanan AC numunelerinin mikroskop görüntüleri... : Parçalanan MY numunelerinin mikroskop görüntüleri... : AC numunelerine tuz deneyinin etkisi... : Tuz deneyinin fiziksel özelliklere etkisi... : Tuz deneyinin mekanik özelliklere etkisi... : Asitli ortamların fiziksel özelliklere etkisi... : Kimyasalların etkinlik faktörü değerleri... : Kimyasalların ultrases hızlarındaki etkinlik faktörleri... : AK numunesinin; (a).Çift nikol, (b). Tek nikol görüntüleri...
83 83 84 85 89 89 90 90 91 92 93 93 94 95 95 96 96 96 97 97 97 98 100 101 101 102 102 102 103 104 105 106 106 107 108 109 109 110 111 111 112 112 112 113 113 114 120 122 156
Şekil B.2 Şekil B.3 Şekil B.4 Şekil B.5 Şekil B.6 Şekil B.7 Şekil B.8 Şekil B.9 Şekil B.10 Şekil B.11 Şekil B.12 Şekil B.13 Şekil B.14 Şekil B.15 Şekil B.16 Şekil B.17 Şekil B.18 Şekil B.19 Şekil B.20 Şekil B.21 Şekil B.22 Şekil B.23 Şekil B.24 Şekil B.25 Şekil B.26 Şekil B.27 Şekil B.28 Şekil B.29
: AK bozuk numunesinin; (a). Tek nikol, (b).Çift nikol görüntüleri.... : AS bozuk numunesinin; (a).Tek nikol, (b).Çift nikol görüntüleri.... : AS’nin genel iç yapısı ; (a).Çift nikol, (b). Tek nikol görüntüleri... : AC bozuk numunesinin SEM görüntüleri... : AC numunesinin ara yüzünün SEM görüntüleri... : AK numunelerinin zamana bağlı kılcal su emme değerleri... : AS numunelerinin zamana bağlı kılcal su emme değerleri... : AK numunelerinin zamana bağlı su emme hızları... : AS numunelerinin zamana bağlı su emme hızları... : AC numunelerinin zamana bağlı kılcal su emme değerleri... : MY numunelerinin zamana bağlı su emme-kuruma hızları... : Kimyasalların MY numunelerinin su emme hızlarına etkisi... : Kimyasalların MY numunelerinin kuruma hızlarına etkisi... : MY-UNTR numunelerinin porozimetri grafiği... : MY-WR1 numunesinin porozimetri grafiği... : MY-WR2 numunesinin porozimetri grafiği... : MY numunelerinin XRD grafiği... : MY-WR1 numunesinin SEM görüntüleri... : MY-WR1 numunesinin “A” noktasından EDS diyagramı... : MY-WR2(4) numunesinin SEM görüntüleri... : MY-WR2 (4) numunesinin genel durumunun EDS diyagramı... : MY-WR2 (5) numunesinin SEM görüntüleri... : MY-WR2 (5) numunesinin genel durumunun EDS diyagramı... : MY-WR2 (3) numunesinin SEM görüntüleri... : MY-WR2 (3) numunesinin genel durumunun EDS diyagramı... : AC-TEOS+WR1’in; (a). Tek nikol, (b). Çift nikol görüntüleri... : AC-TEOS+WR2’nin; (a). Tek nikol, (b). Çift nikol görüntüleri ... : AC-TEOS+WR3’ün; (a,c). Tek nikol, (b,d). Çift nikol görüntüleri...
156 156 157 157 157 158 158 158 159 159 159 160 160 160 161 161 161 162 162 162 162 163 163 163 163 164 164 164
SEMBOL LĐSTESĐ
dh : Birim hacim kütlesi, (g/cm3) b : Genişlik, (mm)
h : Yükseklik, (mm)
l : Uzunluk, mesnet açıklığı, (mm)
L : Numunenin boyu, (mm)
V : Deney numunesinin hacmi, (mm3, cm3)
Go : Laboratuar koşullarında bekleyen malzeme kütlesi, (g) Gk : Değişmez kütleye kadar kurutulmuş malzeme kütlesi, (g) Sk : Kütlece Su Emme Oranı, (%)
Gd : Laboratuar koşullarında suya doygun haldeki kütle, (g) Gds : Suya doygun haldeki kütlenin su içindeki kütlesi, (g) Sh : Hacimce Su Emme Oranı, (%)
p : Porozite (Boşlukluluk Oranı, (%) do : Özgül kütle, (g/cm3)
k : Kompasite (Doluluk Oranı), (%) Vo : Ultrases hızı, (km/sn)
Eu : Elastisite Modülü, (MPa)
to : Örneğin iki ucu arasından geçen sesin süresi, (µs) t : Kılcallık deneyi için geçen süre, (dak)
E : Kılcallık deneyi için farkın taban alanına oranı, (cm3/cm2) N : Kılcallık katsayısı (Kapilarite katsayısı, (g /m2√dak) d : Örneğin kalınlığı (m)
ξH : Havanın su buharı iletkenliği
A : Örneğin alanı (m2)
P : Su buharı basınç değerleri (Pascal) G : Geçen su buharı miktarı (kg/h)
dH : Örnek altında kalan havanın kalınlığı (m) µ : Su buharı difüzyon direç faktörü
T : oK cinsinden sıcaklık (mutlak sıcaklık) Ph : Ortalama hava basıncı
Po : Normal atmosfer basıncı Pk : Kırılma yükü (N)
Бeğ : Eğilme dayanımı, (N /mm2) Бb : Basınç dayanımı, (MPa) r : Gözenek yarıçapı (m)
бHg : Civanın yüzey gerilimi (0,00485 N /m) Θ : Islanma açısı (civa için 130°)
TARĐHĐ YAPILARDA KULLANILAN VOLKANĐK TÜFLERĐN KONSERVASYONU ÜZERĐNE BĐR ARAŞTIRMA: OD TAŞI ÖRNEĞĐ
ÖZET
Bu tezin çalışma konusu, tarihi yapılarda sıkça kullanılan ve hızlı şekilde hasara uğrayan volkanik tüfler üzerinde yapılan bir konservasyon çalışmasıdır. Bu çalışma sonunda, başka tip taşlar üzerinde de uygulanabilecek konservasyon metodolojisini oluşturarak, disiplinler arası ekip çalışması olan eski eserlerin koruma ve onarımlarında rol alabilecek uzmanlar arasında ortak bir dil sağlamak amacıyla bir yöntem önerilmiştir. Çalışma yöntemi temel olarak iki aşamalıdır. Birinci aşamada konuyla ilgili ayrıntılı literatür çalışması, ikinci aşamada ise, önerilen konservasyon metodunu takip eden deneysel çalışmalar yer almaktadır. Deneyler, önceden seçilen tarihi yapılardan alınan taş örnekleri ve aynı tip taşların ocaktan getirilen örnekleri üzerinde paralel olarak yapılmıştır. Bu deneysel çalışmalar dört adımda toplanmaktadır.
1. Adım: Özgün Taşın Sağlam Karakterinin ve Bozulma Morfolojisinin Belirlenmesi; Üç adet farklı konum ve yerde bulunan tarihi yapıdan alınan taş örnekleri üzerinde bozulmaya uğramış ve sağlam kısımların; fiziksel, mekanik özellik deneyleri, kimyasal analiz ve petrografik analizleri yapılarak taşın mikro ve makro yapısı belirlenmiştir.
2. Adım: Ocaktan Getirilen Taşlarda Yapılan Çalışmalar; Ocaktan getirilen çeşitli taş örneklerinin karakteri; fiziksel, kimyasal, mekanik özellikleri ile mikro yapı analizleri yapılarak belirlenmiş ve yapıdan alınan özgün taşın özelliklerine en yakın özellikte olan taşın seçimi yapılmıştır.
3. Adım: Kimyasallarla Đyileştirme Çalışmaları; Yapıdan alınan bozulmaya uğramış taşlarda ve yapıdan alınan taşa benzer özellikte olduğu belirlenen ocaktan getirilen taşlarda konservasyon çalışmaları yapılmıştır. Taş konservasyon çalışmaları, koruyucu ve sağlamlaştırıcı özellik taşıyan kimyasalların, yapıdan alınan taşlar üzerinde birlikte ve tek başına uygulaması ve ocaktan getirilen yeni taşlarda ise tek başına su itici koruyucu kimyasalların uygulama çalışmalarını içermektedir. Bu adımda çeşitli kimyasalların uygulanması sonunda gelişen özelliklerin değerlendirmesi yapılmıştır.
4.Adım: Kimyasalların Uygunluğunun Değerlendirilmesi; Kimyasalların uygunluğunun değerlendirilmesi eskitme deneylerinin sonuçlarına dayalı olarak yapılmıştır. Bu aşamada, kimyasal emdirilmiş tüm taşlar üzerinde eskitme (yaşlandırma) deneyleri olarak adlandırılan; ıslanma-kuruma, donma-çözülme, sodyum sülfat tuz çözeltisi etkilerine ve SO2 buharına dayanıklılık deneyleri yapılmıştır. Bu deneylerden sonra fiziksel ve mekanik özellik kontrol deneyleri yapılmış, sonuçlar karşılaştırılmış ve değerlendirme yapılmıştır. Tüm bu deneylerin
sonucunda volkanik tüf tipi taşların korunmasında etkili olan kimyasalların tipi, uygulama yöntemi ve korumanın sürdürülebilirliği değerlendirilerek konservasyon metodolojisi önerilmiştir.
Yapılan tüm çalışmaların sonucunda, yapılardan alınan volkanik tüf örneklerinin riyodasitik-dasitik tüfler olduğu, hava kirliliği ve atmosferik olaylar sonucunda fiziko-kimyasal bir bozulmaya uğradığı ve bozulma morfolojisi olan koyu kahverengi lekelerin montmorillonit türü killerden ileri geldiği belirlenmiştir. Bunların konservasyonunda kullanılan silan/siloksan esaslı sağlamlaştırıcı ve su itici kimyasalların etkinliği eskitme deneylerinin sonuçları ile değerlendirilmiştir. Konservasyon çalışmalarının sonucu olarak etil silikat esaslı sağlamlaştırıcı ve üzerine solüsyon tipi su itici uygulamanın tüflerin konservasyonunda daha etkili olduğu görülmüştür.
Od taşı cinsi tüflerin yenilenmesinde ise, Yalova-Karamürsel’de bulunan Kaytazdere bölgesindeki tüflerin kullanılması önerilmiştir. Bu bölgede bulunan taş ocağının farklı katmanlarından tüf örnekleri alınmış ve hepsinin mikro ve makro yapıları deneyler ile belirlenmiştir. Bu deney sonuçları yapıdan alınan od taşının deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, taş ocağının orta kademe 2 diye adlandırılan yerinde bulunan MY kodlu örnekler, od taşının onarımında kullanılacak en uygun taş olarak seçilmiş ve önerilmiştir.
A RESEARCH ABOUT THE CONSERVATION OF VOLCANIC TUFFS USED IN HISTORIC BUILDINGS: AS A CASE OF “OD TASI” (DASITIC VOLCANIC TUFF)
SUMMARY
The subject of this thesis study is a conservation method which can be applied for volcanic tuffs which are rather frequently used in historic buildings and monuments and deteriorated by various effects. By means of this study, constituting a methodology of conservation and restoration applicable on other types of stones, a method will be recommended to obtain a common language between the specialists who take part in the interdisciplinary team work of conservation and restoration of historic buildings. Research was maintained in 2 steps. In the first step, a detailed literature research related to the subject and in the second step, laboratory tests following the suggested conservation method in the thesis would be carried out. The laboratory tests consisted of 4 steps. Tests were conducted on original stones which were sampled from previously chosen 3 type of buildings and also on the stones which were taken from quarries at the same time.
1. Step: Determination of Characteristics and Deterioration Morphology of Original Stone ; This step consisted of macro and micro analyses (physical, chemical, mechanical, property determination tests and mineralogical-petrographical analyses) conducted on the original stone samples such as physical, mechanical property tests and chemical and petrographical analyses. These tests and analyses were conducted on the cores and deteriorated faces of the samples.
2. Step: Research on New Stones Taken from Quarries ; Firstly the historic quarries were researched and then the several stone samples were taken from the chosen quarry for the investigations. The ‘characterisation’ of the quarried stones was the tests on the macro and the micro structures in order to choose the matching repair stone for the historical fabrics.
3.Step: Treatment Applications with Chemicals ; Conservation works were carried out on the stones taken from the monuments and the ones taken from the quarries. Stone conservation works were performed by applying the chemicals which have consolidating and protective properties onto the deteriorated stones with different sets of consolidant and water repellents. The water repellents were applied on to quarried stones on their own. During and after the treatment procesess, the impregnation depth and the penetration depth determination tests were conducted on the samples.
4.Step: Evaluation of the Convenience of the Chemicals ; The evaluation of the effectiveness of the chemicals will be carried out as to the results of the weathering tests applied on the treated and untreated samples of original and quarried stones.
In this step, some accelerated weathering tests such as, resistance to salt crystallisation cycles, wetting-drying, freeze-thaw cycles and SO2 vapour were conducted. After these weathering tests, physical, mechanical properties of the samples were redetermined d and these results were compared with the previous test results in order to evaluate the differences between the treated and untreated samples.
At the end of the experimental programme, appropriate chemicals effective on the conservation of volcanic tuffs and application methods of these chemicals and sustainability of conservation works were suggested so as to obtain a conservation methodology.
The findings suggest that the sampled volcanic tuffs are ‘rhyodasitic-dasitic’ kind of stones and they are exposed to physico-chemical deterioration as a result of air pollution and weathering. And the observed dark brown stains that typify the deterioration morphology are the signs of the formation of ‘montmorillonite’ clay. Moreover, the efficiency of the use of ‘silane-siloxane based consolidants and water repellents for conservation was proved after artificial weathering tests. The results of the experimental study suggest that solution (diluted by organic solvents) water repellents applied over the ethyl silicate-based consolidants resulted in higher efficiency to conserve the volcanic tuffs.
Finally, this thesis suggests that volcanic tuffs of Kaytazdere region in Yalova-Karamürsel shall be used for the restoration of historic buildings where od stone is used. Many tests were conducted in order to determine micro and macro structures of the tuff samples taken from different layers in the quarry. The results were compared with the test results of original od stone samples. The samples called ‘MY’ locating in the middle 2 of the quarry were choosen as repair stone for od stone.
1.GĐRĐŞ
Ülkemizde ve bütün dünyada tarihi ve kültürel belge niteliği taşıyan yapılar ve anıtlar, gerek çevresel faktörler gerekse insanlar tarafından, ciddi hasarlara uğramaktadır. Başarısız yapılan onarımlar çoğunlukla uygulanan malzemelerin, yöntemlerin yanlış ve özensiz seçilmesinden kaynaklanmakta ve geri dönüşü olmayan sonuçlara yol açabilmektedir. Böyle bilinçsiz yapılan müdahaleler tarihi mirasımızı tahrip etmektedir. Özellikle kagir tarihi yapılarda kullanılmış doğal yapı taşları, bulundukları ortam şartlarından etkilenerek yıpranır ve hasara uğrarlar, bu da tarihi belge niteliği taşıyan yapılarda detay kaybına, strüktürel bozulmalara neden olur. Tarihi miras niteliği taşıyan yapıların onarımında alınacak kararlar ve yapılacak olan müdahalelere titizlikle karar verilmeli, öncelikle yapının ayrıntılı belgeleme ve teşhis çalışmaları yapılmalıdır. Bu çalışmalar, yapının tarihini ve özgün yapım tekniklerini, malzeme özelliklerinin ve hasar durumunun tespitini ve onarım tekniklerini kapsamalıdır. Bu bilgiler ışığında uygun malzeme ve teknik kullanılarak yapılacak olan onarım planının oluşturulması gerekir. Tarihi yapıların onarımında özgün malzemenin fiziksel, mekanik ve kimyasal özelliklerine uygun malzeme ve yapım tekniği kullanılmalıdır. Doğru bir onarım, ancak tizlikle yapılan disiplinler arası ekip çalışması ile mümkün olacaktır.
1.1. Çalışmanın Amacı
Tarihi yapılarda kullanılan taşların konservasyon çalışmalarında her ne kadar her cins taş için ayrı bir koruma ya da onarım yöntemi söz konusu ise de, gerek bozulmanın belirlenmesindeki çalışmalar ve deney sistematiği, gerekse yöntemlerin uygulama süreci, disiplinlerarası bir çalışmayı gerekli kılmakta ve bir takım temel adımları içermektedir. Bu çalışmada özellikle tarihi yapılarda kullanılan ve önem taşıyan taşların konservasyon çalışmalarının standartlaşmasına yardımcı olmak hedeflenmiş, bu amaçla, tarihi yapılarda kullanılan taşlar üzerinde yapılacak olan ayrıntılı araştırmalar ile başka tip taşlar üzerinde de uygulanabilecek konservasyon metodolojisini oluşturarak, disiplinlerarası ekip çalışması olan onarımlarda rol alabilecek uzmanlar arasında ortak dil sağlayacak bir yöntem oluşturulmuştur.
1.2. Çalışmanın Önemi
Bu çalışmada, ülkemizde tarihi yapılarda sıkça kullanılmış bir doğal taş türü olan volkanik tüflerin bozulma morfolojileri ve karakteristik özellikleri ayrıntılı olarak araştırılmıştır. Uluslar arası literatürde bile volkanik tüflerin konservasyon çalışmaları ile ilgili bu ayrıntıda yapılan çalışmanın çok az sayıda bulunması bakımından bu çalışma daha da önem kazanmaktadır. Bu çalışma ile, tüflerin konservasyonunda izlenebilecek pratiğe (uygulamaya) yönelik bir çalışma metodu geliştirilmiştir. Bu çalışma metodunun yapılan taş koruma çalışmalarında bir dil birliği sağlamak için standartlaşmaya katkıda bulunacağı düşünülmüştür.
1.3. Çalışmanın Kapsamı ve Yöntemi
Çalışma, çalışmanın amacının, kapsamının, öneminin, yönteminin verildiği giriş bölümü, konu ile ilgili temel bilgilerin verildiği kaynak taraması bölümü, deney yöntemleri, deneysel çalışmalar ve sonuçları, genel değerlendirme olmak üzere başlıca 5 bölümden oluşmaktadır. Literatür araştırmalarındaki bulgular deneysel araştırmaların programının oluşturulmasına katkı sağlamıştır.
Literatür çalışması,
• Volkanik tüflerin oluşumlarının ve özelliklerinin araştırılması,
• Đstanbul’daki tarihi yapılarda kullanılmış olan volkanik tüflerin araştırılması, • Taş koruma kavramı ve ortaya çıkş nedenleri,
• Volkanik tüflerde bozulma etkenleri ve bozulma tiplerinin araştırılması,
• Volkanik tüflerde konservasyon çalışmalarında kullanılan kimyasalların
araştırılması,
• Konservasyon ile ilgili daha önce yapılmış çalışmalardan örnekler,
gibi bilgileri kapsamaktadır. Deneysel çalışmalar,
Deneyler, yapıdan alınan od taşı örneklerinin özelliklerinin ve bozulma tiplerinin belirlenmesi, ocaktan getirilen tüf örneklerinin özelliklerinin tanımlanması, konservasyon çalışmaları ve konservasyon uygulamasının uzun dönem performansının irdelenmesi amaçlı yapılmak üzeren dört ana başlıkta toplanmıştır.
2. KONU ĐLE ĐLGĐLĐ KAYNAK TARAMASI
Đstanbul ve çevresindeki tarihi yapılarda kullanılan volkanik tüfler, diğer yapı taşlarına göre atmosferik koşullarda daha düşük bir performans gösterirler. Çok karmaşık ve heterojen bir yapıya sahip olan bu taşlardaki bozulmanın önlenmesi veya en aza indirilmesi için bazı koruma ve onarım çalışmaları gereklidir. Koruma ve onarım çalışmalarındaki başarı genelde pek çok değişkene bağlıdır; özellikle özgün taşın doğru ve yeterli düzeyde analizi, kullanılacak yöntemlerin uygunluğu, var olan bilgi birikimi ve bilgi akışı gibi belli başlı değişkenler söz konusu çalışmalardaki başarıda etkin rol oynamaktadır.
Koruma konusu olan özgün taş malzemenin; kaynağı, jeolojik ve minerolojik yapısı, işlevlendirme biçimi ve yapı bütünü içindeki kullanım yeri, asit-baz etkilerine karşı dayanıklılığı, tuz içeriği ve diğer malzemelerle etkileşimi, özellikle taş yüzeyine uygulanmış ise sıvanın durumu ve bileşimi, yüzey işlenme tekniği, ıslak ve kuru haldeki darbe ve basınç dayanımı vb. gibi tüm fiziksel ve kimyasal özelliklerinin öncelikle belirlenmesi gereklidir. Bunlara ilave olarak dış çevre koşulları, sıcaklık değişimleri, hava içinde bulunan zararlı gazların türleri ve yoğunlukları, yağışlar, bitkiler vb. gibi etkenler de göz önünde bulundurulmalıdır, (Lazzarini, 2001; Çorapçıoğlu, 1983).
Bu bölümde, tarihi yapılarda kullanılan volkanik tüflerin jeolojik oluşumları, bozulma nedenleri ve konservasyon yöntemleri hakkında bilgilere yer verilmiştir.
2.1. Volkanik Tüflerin Jeolojik Oluşumu ve Sınıflandırılması
Volkanik tüfler Đç Anadolu Bölgesi başta olmak üzere Türkiye’nin bir çok yerinde görülmektedir. Özellikle, Ankara, Eskişehir, Kayseri, Konya, Niğde, Nevşehir gibi şehirlerde çeşitli minerallere sahip volkanik tüfler bulunmaktadır. Đstanbul’daki yapılarda kullanılanları ise, Anadolu kavağı, Rumeli kavağı ve Đzmit, Yalova-Karamürsel, Şirinçavuş taraflarında bulunan şehre yakın ocaklardan getirilmişlerdir. Paleosen-Eosen döneminde Đstanbul’un yakınlarında ortaya çıkan volkanik faaliyetlerin sonucunda oluşan volkanik kökenli taşlara Armutlu yarımadasının batı
ucundaki Bozburun’dan itibaren Sakarya nehri kıyılarına kadar rastlanmaktadır. Çınarcık güneyindeki volkanik sahada bulunan Duman dağı, Yedigürgen tepe, Otlu tepe, Hamamsivrisi tepe, Đzmit körfezi ile Đznik gölü arasında yer alan Dümbelek dağı, Dumanlı tepe, Karlık tepe, Dikmen tepe, Kıran tepe, Ayvaşa dağı, Naldöken dağı, v.s. gibi yerler lav, tüf ve aglomeradan oluşmaktadır. Genel olarak, esmer kahverengimsi, bazen beyaz, sarı ve yeşilimtırak renklerinde görülen bu tüfler birbiri içlerinde girift halde bulunduklarından ayırt etmek zor olmaktadır. Tüf, aglomera ve lavlarda sık sık küresel ayrışmalara rastlanmaktadır.
Karamürsel civarında ise, 500-600 m kadar bir kalınlıkta bir katman halinde volkanik tüfler yer almaktadır. Genelde beyaz, yeşil, yeşilimtırak beyaz ve sarımtırak beyaz renk gösteren ve bölgede inşaat taşı olarak kullanılan bu tüfler, Paleosen-Eosen flişleri içinde, bazen oldukça sürekli, çoğunlukla beyaz renkli ve kalın tabakalar halinde olmalarıyla, flişler arasında parça parça bulunan ince tabakalı ve koyu renkli tüflerden kolayca ayırt edilebilmektedir. Yüksek sırt ve tepeleri oluşturan tüfler, genelde ince, nadiren iri taneli bir bünye gösterirler. Ayrışmış kısımlarda kaolinizasyon (killeşme) belirgin olarak görülmektedir. Kılıç bucak merkezi kuzeydoğusundaki Kabaklı köyü güneydoğusunda tüfler vitrofirik kristal tüf olarak adlandırılmaktadır. Plajioklas (albit, oligoklas), ortoklas, kuvars, hornblend kristal kırıkları ve değişmiş malzeme ile bağlanmıştır. Bu tüfler, Karamürsel-Yalova yolu güneyinde bulunan Subaşı köyü batısı, Oluklu köyü güneyi ile Karamürsel güney doğusunda bulunmakta ve nümilitler içermektedirler, (Akartuna, 1968).
Volkanik tüfler, magmatik taşlardan yüzeyde katılaşan taşlar grubuna girmektedir. Bu taşların sağlam karakterini ve bozulma morfolojisini anlamak için jeolojik oluşumlarını bilmek gereklidir. Volkanların kraterlerinden çıkarak kızgın bir sıvı halinde akan maddelere veya bu kızgın magmanın soğuması ile katılaşan oluşumlara ‘Lâv’ adı verilir. Volkanik püskürme esnasında lâvlardan başka bazı katı maddeler de atmosfere yayılarak çıkar. Volkan külü denilen bu ince zerreli maddelerin yamaçlarda, göl veya denizlerde birikmesi neticesinde meydana gelen oluşuma da Volkanik tüf adı verilir, (Erguvanlı ve Sayar, 1955 ; Uz, 2000).
Volkanik tüfler bazen arazi üzerinde tabakalar halinde görülürler. Bu durum, zaman zaman ortaya çıkan püskürmeler sırasında volkandan çıkan maddelerin civarlarındaki göl veya denizlerin dibinde ya da yamaçlar üzerinde birikmesiyle oluşur. Bazen de tüfler içersinde patlamalar esnasında volkan ağzından koparak fırlamış olan parçacıklar da bulunur. Tüflerin elemanları arasında çok küçük boşluklar bulunur, bundan dolayı tüfler hafif doğal yapı taşlarıdır. Tüfler içersinde
bazen fosil de bulunabilir. Fosiller sayesinde tüflerin deniz veya gölde oluştuklarını anlamak mümkündür. Örneğin, göllerde biriken tüfler arasında genelde bitki dalları ve yapraklar veya göl hayvanlarının fosilleri, denizlerde oluşanlar arasında deniz hayvanlarına ait kalıntılar (kabuk v.s.) görülür. Bazı tüfler içinde büyük hornblend, ojit, idokraz ve lösit mineralleri bulunmaktadır.
Türkiye’deki bütün volkanik arazilerde tüflere rastlanır ve bu taşlar andezit, dasit ve trakitler arasında veya genelde birlikte bulunurlar. Ocakta iken yumuşak olan bu taşların işlenmeleri kolaydır. Ancak, bu taşlar açık havada kaldıkça ocak suyunun bir kısmını kaybederek daha sert bir duruma gelebilmektedirler.
Örnek olarak, Türkiye’de bulunan bazı volkanik tüflerin karakteristik özelliklerini belirleyen deney sonuçları Tablo 2.1 ve 2.2’de gösterilmiştir, (Erguvanlı ve Sayar, 1955; Uz, 2000).
Tablo 2.1: Türkiye’de Bulunan Bazı Volkanik Tüflerin Deney Sonuçları
Mevkii Basınç Mukavemeti
(MPa) Su Emme (%) Aşınma (mm.)
Cırlağan tüfü kırmızı (Kayseri) 48,6 4.7 1
Cırlağan tüfü sarı (Kayseri) 35 1 13
Mağrap taşı-trakit tüfü
(Malatya) 42,3 2.17 11
Kavak taşı (Đstanbul) 39,3 2.6 -
Ayazin Taşı (Afyon) Beyaz
renkli Riyolitik tüf 14,8 12 4.6
Köprülü Taşı (Afyon) Siyah
mor renkte 40 1.5 1.16
Sille Taşı-Konya, Pembe
renkte Traki-Andezit 61,6 16.6 -
Yerküresinin belirli derinliklerinde erimiş haldeki magmanın, herhangi bir yolla yeryüzüne ulaşması olayına ‘volkanizma’ denir. Magma, henüz yerin derinliklerinde, belirli basınç ve sıcaklık altında bulunduğu zaman, çeşitli gaz ve çözeltileri içeren bir sıvı özelliğindedir. Magma yeryüzüne ulaşmadan önce, sıvı halde iken, magma içindeki çeşitli silikatlar kendi aralarında ilişkilere girerek, ortamın fiziko-kimyasal koşulları altında kristalleşmeler oluşur. Böylece magmada ilk kristaller oluşmağa başlar. Daha sonra herhangi bir yolla; kırık ve kanallar (baca) aracılığı ile yarı kristalleşmiş yarı sıvı magma yeryüzüne ulaştığı anda basınç ve sıcaklık gibi
fiziko-kimyasal koşullar ani olarak değişir. Bu atmosferik koşullarda yarı kristalleşmiş sıvı magma, ani basınç ve sıcaklık düşmesi ile hızla soğur; yüzeyde ani soğuyan magma yerinde katılaşır. Yüzeyde katılaşan lavlar (volkanik kayaçlar) ortam koşulları nedeni ile camsal veya yarı camsal dokular kazanır.
Volkanik ürünlerin yüzeyde katılaşmaları, volkanizmanın karakterine, ortam koşullarına bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Karasal oluşumlu volkanlarda masif, breşik, aglomeratik, kolon yapıları, yalancı kolon yapıları, tabakalı yapılar izlenirken, denizsel oluşumlu volkanlarda da, masif, tabakalı, aglomeratik, tortul kayaçlarla ara katkılı lavlar, pillow-lav (yastık lavları) yapılar görülmektedir, (Erguvanlı ve Sayar, 1955; Uz, 2000).
Tüflerde Makroskobik Özellikler :
Karasal volkaniklerde masif porfirik veya masif afanitik dokular görülmektedir. Burada iri taneli fenokristaller belirli bir hamur içinde dağılmış şekillerde bulunur. Ayrıca lavlarda, akma yapıları fenokristaller veya hamurda yönlenme (akma izleri) izleri görülür. Volkaniklerde, magmanın doğası nedeniyle gaz boşlukları, kayaçta sünger dokusu veya boşluklu (vesiküler) dokuları oluşturur. Bazen, bu boşluklarda ikincil oluşan kalsit, klorit veya zeolit mineralleri ya da kuvars, agat, kalsedon, hatta opal gibi mineral dolgular (Amigdoloidal doku) da görülmektedir. Denizaltı volkaniklerde, karasal volkaniklerden farklı olarak boşluklu pillowlara (yastık lavları), amigdoloidal (bademli), masif tabakalı, akıntı izleri içeren dokulara rastlanmaktadır. Tüflerde Mikroskobik Özellikler :
Volkanik kayaçlarda genel olarak; porfirik doku ve afanitik doku olarak 2 büyük doku tipi izlenir ve bu tür kayaçlarda genellikle, fenokristaller ve hamur bulunur. Hamurun doğasına göre ise:
a.) Mikrolitik Doku : Hamurda plajioklas mikrolitleri çeşitli şekilde dizilim gösterirler (Örn. Bazaltlarda, Andezitlerde).
b.)Trakitik Doku : Hamuru oluşturan sanidin mikrolitleri, lavın akma yönüne paralel dizilim gösterirler (Trakit, Fenolit, Andezitlerde).
c.) Hiyopilitik Doku : Hamur camdan oluşur, cam içinde mikrolitler iğnecikler halinde gelişigüzel dağınık şekillerde izlenir.
Çeşitli cam dokuları :
• Vitrofirik doku : Tamamiyle camdan oluşur.
• Sferolitik doku :Yarı camsal yarı kristalli mineraller küresel yapılar şeklindedir.
• Perlitik doku : Camsal doku büzülmeler sonucu, küresel çatlaklar oluşur.
2.2. Volkanik Tüflerin Yapılarda Kullanımı
Đstanbul ve yakın çevresindeki tarihi yapı ve anıtlarda yapı taşı olarak en çok Küfeki taşı denilen Maktralı kireçtaşı, daha sonra Marmara mermeri olmak üzere diğerleri, Kestanbol graniti, Çanakkale-Karadağ, Lapseki, Biga mermerleri, Karamürsel od taşı, Hereke pudingi, Gebze hippüritli kalkeri, Şirinçavuş tüfleri, Karacabey (Mihaliç) pudingi, siyah renkli yoğun kireçtaşı gibi taşlar kullanılmıştır.
Đstanbul ve çevresindeki tarihi yapılarda kullanılan volkanik kayaçlar ise; Bizans ve Osmanlı yapıtlarında Karamürsel od taşı, Đstanbul’da bina kaplamalarında Kavaktaşı, Bursa yapılarında Harataşı, Erdek, Đstanbul, saray ve camilerinde Şirinçavuş tüfü, Marmara dolayında süsleme taşı olarak Camtaşı diye adlandırılan doğal taşlar kullanılmıştır. Bunların arasında yapılarda sıklıkla rastlanan tüfler başta Karamürsel od taşı daha sonra Şirinçavuş tüfüdür.
Karamürsel od taşının Dereköy/Tepeköy mevkii Karamürsel-Kocaeli ilinde bulunan ocaklardan çıktığı çeşitli kaynaklarda belirtilmektedir. Şirinçavuş tüfünün ocakları ise, Bandırma’nın güneyinde Edincik-Gönen bölgesinde bulunan eski adı Çirkin çavuş yeni adı Şirinçavuş olan köyün Marmara denizinin güney kıyısına bakan bir yamacında bulunmaktadır. Bu tüfler çeşitli devirlerde (Romalılar, Bizanslılar ve Osmanlılar) çıkarılıp, kullanılmıştır. Şirinçavuş köyünün kuzey-batı kesiminde geniş mostralar halinde bulunan trakitik tüf niteliğindeki bu genç volkanikler genelde, gri yer yer pembe, kahve ve vişneçürüğü rengindedir. Đnce kesit analiz sonuçlarına göre; yarı camsı hamur içinde yer alan kısmen ayrışmış (killeşmiş) sanidin, oligoklas, daha az oranda zonlu yapılı andezin kristallerinden ve tamamen opaklaşmış biyotit ve amfibol kristallerinden oluştuğu görülmüştür. Ayrıca çok az oranda trakitik ve bazik-volkanik kayaç parçaları da içermektedir. Bu tüflerin en çok kullanıldığı yerlerden biri antik Cyzycus (Belkız) kenti ve burada inşa edilmiş ünlü Hadriyanus mabedidir. Antik Cyzycus (Belkız) kenti surlarında, Erdek kalesinde, Đstanbul’da Sultan Ahmet Camii’nin dış avlusundan medrese sokağına açılan
kapısının kemerlerinde ve Valens kemerinde yer yer Şirinçavuş tüfleri kullanılmıştır. Şirinçavuş tüflerinin 1850-1870 yılları arasında Đstanbul’da yapılan saray ve benzeri büyük anıtsal yapılarda ve onarımlarda da kullanılmış olduğu belirtilmektedir, (Erguvanlı ve diğ., 1989). Örneğin Dolmabahçe Sarayının ön beden duvarlarında ve cadde üstündeki kapı girişinde kemerde, ayaklarda, iç tarafta iri feldspatlı (sanidin), beyaz pembe renkli tüfler kullanılmıştır, (Eren, 1998; Gürdal ve diğ. 2000). Bu tüflerin genellikle, benzer özellik taşımaları nedeniyle küfeki taşı ile birlikte kullanımı daha yaygındır. Aşağıdaki tabloda kireçtaşı ve tüflerin özellikleri karşılaştırılmıştır, (Erguvanlı ve diğ. 1989).
Tablo 2.2: Tüflerin Bakırköy Kireçtaşı Đle Özelliklerinin Karşılaştırması
Taş Adı Birim Hacim Kütlesi (g/cm3) Su Emme Oranı (%) Porozite (%) Basınç Dayanımı (MPa) E-Modülü x103 (MPa) Aşınmada Ağırlık Kaybı (%) Karamürsel Od taşı 2,06 7,83 16,11 35,2 19,1 4,64 Şirinçavuş Tüfü 2,10 17,29 17,30 35-41 - 9,06 Bakırköy Kireçtaşı 2,15 3,11 6,63 32,5-34 7,5-11,0 -
Karamürsel od taşlarının tarihi yapılarda kullanımı Şirinçavuş tüflerine göre çok daha yoğun olmuştur. Bu tüflerin tercih edilme sebepleri çok çeşitlidir. Genel olarak Bizans ve Osmanlı yapılarında küfeki taşı olarak adlandırılan aslında çoğunlukla maktralı kalker olan Bakırköy taşlarının daha yoğun kullanılmasına rağmen, 18.yy. sonunda ortaya çıkan ocak sıkıntısı yüzünden bu taşların kolay bulunamaması ve ekonomik zorlukların da başlamasıyla onarımlarda ve yeni yapılarda tekrar kullanılmaya başlanmıştır. Bu tüfler, Geç Roma, Erken Bizans’ta (4-6.yy.) ve Erken Osmanlı’da 16-18.yy.’da az sıklıkta ancak 19yy. sonu ve 20.yy. başında daha yoğun olarak Marmara bölgesi ve Đstanbul’da kullanılmıştır. Bu tüflerin hafif ve kolay işlenebilir olması, az enerji ve işçilik ile kısa sürede onarımlar yapılabilmesine olanak sağlamıştır. Volkanik tüfler içinde en çok yeşil renkli dasitik tüf olan od taşının kullanılmış olduğu bilinmektedir, (Ahunbay, 1995).
Volkanik tüfler, yapılarda; taşıyıcı duvarlarda, pencere sövelerinde, cephe kaplamalarında, merdiven basamaklarında, tretuvarlarda, temel dolgularında sıkça kullanılmıştır. Örneğin, Đzmit’te Av Köşkü’nde beyaz Kandıra taşları ile pembe renkli olan andezitik tüfler ve yeşilimsi renkte olan dasitik tüfler (od taşı) cephede çok renklilik yaratmak için tercih edilmiştir. Ayrıca, 1766 depreminde hasar gören Fatih ve Eyüp camilerinin temellerinde, Haliç kıyısında bulunan Ahi Çelebi Camii, Adile Sultan Sarayı, Ragıp Paşa Kütüphanesi ve Kapalıçarşı’nın pencere sövelerinde
yeşil renkli tüf olan ve Karamürsel’den getirtilen od taşları kullanılmıştır, (Mazlum, 2001). Ayrıca erken Bizans yapılarından Ayasofya’nın doğu cephesinde, giriş söve ve kemerinde kullanıldığı bilinmektedir. 18yy. yapılarından Taksim’de bulunan Taşkışla binasının pencere sövelerinde ve Sepetçiler Kasrı’nın subasmanında od taşlarının kullanıldığı görülmektedir. Ayrıca, 19-20.yy’da Fener-Balat bölgesinde yapılan yapıların % 90’ında od taşı kullanılmıştır.
Osmanlıların temel, hamam külhanı, ocak, söve v.b. gibilerin yapımında kullandıkları od taşının Karamürsel’ de bulunan ocaklardan getirildiği tarihi belgelerle kanıtlanmıştır. Süleymaniye külliyesi yapımı ile ilgili arşiv belgelerinde Karamürsel’deki ocaklardan çeşitli boyutlarda bloklar halinde od taşı istendiği belirtilmektedir, (Çelik, 2001). Laleli Külliyesi inşaatı ile ilgili belgelerde de od taşı, ‘seng-i nar’ olarak geçmektedir. Karamürsel’den satın alınan od taşlarının, gemilerle Langa iskelesine (Yenikapı) getirilerek Đstanbul’a ulaşımının sağlandığı ve Seng-i Nar Ocak, Seng-i Nar Köprülük olarak iki çeşit od taşı istendiği kayıtlara geçmiştir. Ayrıca Laleli Külliyesi inşaatıyla ilgili belgelerde de od taşının ateşe dayanıklılık ve hafiflik özelliğinden bahsedildiği ve bu nedenle külhan, fırın ve temel dolgularında kullanılmak üzere seçildiği belirtilmiştir. 1760-1762 tarihlerinde Karamürsel’ den gelen od taşları, inşaatın ilk yıllarında daha çok kireç yakmak için ocakta, daha sonra kaplamalık ve taşıyıcı sistem malzemesi olarak, ‘Köprülük ve Külhan’ diye iki farklı şekilde kullanılmıştır. Arşiv belgelerinden taşların bir çeşit işlemden geçtikten sonra Đstanbul’a gönderildiği anlaşılmaktadır. Od taşı külhan kalıp ve köprülük diye ikiye ayrıldığı ve bu taşların devşirme malzeme olarak kullanıldığı yine benzer kaynaklarda belirtilmiştir, (Neftçi 2002, s.62-63).
2.3. Taş Koruma Kavramı ve Ortaya Çıkış Nedenleri
Taş koruma, iklimsel bozulma ortamında ve endüstri kentinin kirli atmosferinde ayrışan, bozunan doğal yapı taşlarının pullanma, kavlanma, kırıntılanma, yapraklanma şeklindeki yüzey erozyonlarının engellenmesini ya da durdurulmasını amaçlayan önlem ve işlemlerdir, (Gürdal ve diğ., 2000).
Taş koruma kavramı, ilk olarak Avrupa’da Endüstrileşme (Sanayi) devrimi ile ortaya çıkan ve gün geçtikçe daha da önem kazanan bir kavram olarak gelişmiştir. Sanayinin gelişmesi ile fabrika bacalarından çıkan gazların yol açtığı hava kirliliği, asit yağmurları, don olayları, vb. gibi faktörler yüzlerce yıl ayakta durabilmeyi başarmış tarihi yapıları hızla tahrip etmektedir. Bu faktörler özellikle dış cephede kullanılan doğal taşların hızla bozulmalarına neden olmaktadır. Tarihi yapıların
koruma ve onarımında en önemli faktör özgün malzemenin korunması olduğundan bu yapılarda kullanılmış doğal taşların korunması da önem kazanmaktadır. Özellikle üzerinde tarihi belge niteliği taşıyan detayları içeren doğal taşların korunması, eski taş işçiliğinin de artık yok olmaya başladığı göz önüne alınırsa büyük önem arz etmektedir.
Yapılan araştırmalarda, volkanik tüflerin ayrışması ve korunması konusunun kumtaşı ve kireçtaşları kadar etraflı incelenmediği görülmüştür. Volkanik tüflerin bozulma mekanizmalarının diğer taşlardan daha karmaşık olması nedeni ile sağlamlaştırma işlemleri de zor ve ayrıntılı çalışmalar gerektiren bir konudur. Volkanik tüflerde ayrışma, daha çok taşın kimyasal yapısının bozulması şeklinde olmaktadır. Bozulma sırasında taş içinde bulunan feldspat mineralinin kil minerallerine dönüşmesi gibi bazı mineraller değişime uğrayarak farklı davranışlar gösterebilir. Bozulma sebeplerini anlamak ayrıntılı çalışma isteyen bir konudur. Fiziksel ve mekanik özellik deneylerinin yanında, ayrıntılı kimyasal ve minerolojik-petrografik analizlere gerek duyulmaktadır.
Yapılmış ya da halihazırda devam eden restorasyon çalışmalarında özgün taşın özelliklerinin yeterince tanınmaması nedeniyle tarihi yapıların görünüş etkinliğinin zedelendiği ve ince yapının özgün ayrıntılarının yok olduğu literatürde sık sık şikayet konusu olmaktadır. Koruma ve onarımın sadece rölövelere ve görsel analizlere dayalı olarak yapılamayacağı, laboratuar çalışmaları ile malzeme niteliklerinin belirlenmesi gerektiği aksi halde bozulma süreçlerinin çokluğu, karmaşıklığı ve etkileşim içinde olmaları nedeniyle araştırmanın yetersiz ve yanıltıcı olabileceği vurgulanmaktadır, (Ersen, 1991; Acun ve Arıoğlu, 2006).
2.4.Volkanik Tüflerde Bozulma Etkenleri ve Bozulma Tipleri
Doğada uzun süre atmosfer koşullarının etkisinde kalan doğal taşlar, minerolojik bileşimine, tektonik geçmişine ve ortam koşullarına bağlı olarak az veya çok hızlı veya yavaş bir şekilde ilk durumdaki fiziksel ve kimyasal özelliklerini kaybetmeye başlarlar. Ayrışma (Alteration), bozulma veya yaşlanma (Weathering), yıpranma sürecine girmiş taşın evresel değişimi, masif ve sağlamdan başlayarak tanelenmeye, ufalanmaya ve dökülmeye dönüşünceye kadar devam etmektedir. Taşlarda bozulma tipleri, bozulmaya neden olan etkenlere ve taşın cinsine bağlı olarak farklılıklar gösterir. Örneğin, hava kirliliği, kireçtaşlarında yüzeyde siyah bir kabuk oluştururken, volkanik tüf cinsi taşlarda oyuklanma şeklinde etkisini gösterir.
Doğal taşlar, daha ocaktan çıkarıldıkları andan itibaren bulundukları ortama uyum sağlarlar ve bir takım faktörlere bağlı olarak da dayanıklılıklarında değişimler olur. Genel olarak taşların termo dinamik dengesinin değişimi ile bozulma sürecinin başladığı kabul edilir. Taşın, zamana bağlı olarak hava değişimleri karşısındaki dayanımı, bünyesi, dokusu, kimyasal ve minerolojik kompozisyonu, jeolojik oluşumu gibi içsel faktörler ile dış hava koşullarına bağlıdır. Taşlarda bozulma, mekanik ve kimyasal etkilerin birleşmesi ile oluşur. Bazı durumlarda fiziksel bozulma önce olabilmektedir, genelde normal iklim bölgelerinde kimyasal bozulma, fiziksel bozulmadan önce gerçekleşir. Örneğin, tüflerde fiziko-kimyasal bozulma daha çok görülmektedir.
Tüflerde hasarlara neden olan çevresel etkenleri kısaca 5 başlık altında toplamak mümkündür. Bunlar:
• Yağışlar, en önemli hasar etkenidir. Yüzeyi mekanik olarak aşındırır ve camsı matrisi korozyona (kimyasal bozulma) uğratır.
• Rüzgar erozyonu, yüzeyleri mekanik olarak aşındırır.
• Sıcaklık değişimleri, ısıl farklar yüzünden olan farklı genleşmeler kayaç elamanlarını etkileyerek hasar verirler,
• Biyolojik ayrışma (algler ve likenler),
• Denize yakın olan yapılarda bulunan suda çözünen tuzlar da yağışlar kadar önemli etkenlerdir, (Grissom, 1990).
Ayrıca, çevresel etkenlerden başka tüm yapı taşları için de geçerli olan insanların neden olduğu bozucu etkenler de vardır. Bunların bazıları;
• Kötü işçilik ve detaylandırma, • Vandalizm,
• Grafiti hasarları (Taş yüzeylerine yazılar yazılması) gibileridir.
Çeşitli nedenlerle ve türde (katı, sıvı, gaz fazlarında) malzemeye giren su, tüfler için en başta gelen hasar etkenidir. Suyun tüf cinsi taşlardaki etkisini anlamak için, gözenekli taşlarda suyun dağılım prensibini bilmek gereklidir. Bu amaçla, Şekil 2,1’de suyun gözenekli taşlardaki dağılım prensibi gösterilmiştir.
Şekil 2.1: Gözenekli Taşın Đçinde Suyun Dağılımı, (Torraca, 1982)
Gözenekli hidrofil (suyu seven) malzemelerde nem miktarı ve buna bağlı olarak suyun hareketi 4 aşamada ele alınabilir. Bu aşamalar gözenek boşluğunun su ile kademeli olarak dolması, su muhtevasının artan dört kademeden geçişine bağlı olarak oluşmaktadır, (Torraca, 1982; Onay Hattap,2002). Buna göre;
1. Aşama : Malzeme tamamen kuru,
2. Aşama :Sadece küçük gözenekler doldurulmuş (kılcal boşluklar), geniş gözeneklerin yüzeyleri kuru,
3. Aşama : Kılcal boşluklar dolu, geniş gözeneklerin yüzeyleri bir su filmi ile kaplı, 4 . Aşama : Kılcal boşluklar ve geniş gözenekler dolu vb. gibidir.
Bu konumlar olasılıklara bağlı geliştirildiğinden aralarında geçiş olabilmektedir. Bu aşamalardan üçüncüsünde açıklanan su seviyesi, ‘kritik su içeriğini’ tuz iyonlarının higroskopikliği ve hidratasyonu nedeni ile artmaktadır. Boşluklu ortamlarda suyun sıvı fazda hareketinde kılcallık, ozmoz, elektro-ozmoz şeklinde gerçekleşmektedir. Nemli ve yarı nemli iklimlerde meydana gelen, donmanın tahrip edici etkisi, gözenek sisteminin sürekliliği, gözenek sisteminin suya doyma derecesi, kritik gözenek büyüklüğü, suyun sıvı fazdan katı faza geçişte gösterdiği ani hacim artışı gibi faktörlerin bileşkesi olarak ortaya çıkar. Tüf cinsi boşluklu taşlarda bu etki daha yıkıcı olmaktadır.
Su faktöründen sonra gelen ve en tehlikeli olan etken tuz kristallenmeleri’dir. Su ve tuzun birlikteliği, tüfler gibi gözenekli malzemelerde daha yıkıcı olmaktadır. Bu birlikteliğe, genellikle don olaylarının, hava kirliliğinin ve sıcaklık değişimlerinin çok olduğu yerlerde rastlanmaktadır, (Grissom, 1990).
Tuz çözeltisi ya da tuzların karışımı, su içinde ya da suyla beraber taşın boşluklarından ya da kılcal çatlaklarından içeri girer, kuruma olduğunda giren su buharlaşır ve geriye kalan tuz beyaz renkli pamukçuk şeklinde kristallenmektedir. Bu tuz, yüzeyde ya da boşluklarda kalma yerine göre isim almaktadır. Yüzeyde kalan tuz kalıntılarına ‘Çiçeklenme (Efloresans)’, kristallenme boşluklarda olursa ‘Kriptofloresans’ denir. Bazen ikisi birden aynı taşta olabilir. Efloresans, Kriptofloresans kadar tehlikeli değildir. Kriptofloresans boşluklarda iç basınca sebep olur. Bu basıncın şiddeti kısmen tuzun tipine, içeriğine bağlıdır kısmen de boşluğun boyutuna ve düzenine bağlıdır, (Toracca, 1981). Eğer tuzun yaptığı basınç, taşın dayanımını aşarsa hasara neden olmaktadır. Đlk başta hasar çok küçük olabilir ve taşın dayanımını düşürmeyebilir fakat fazla sayıdaki ıslanma-kuruma döngülerinden sonra hasar artacaktır. Her bir döngü tuzların tekrar çözülmesine ve kristallenmesine neden olacağından yüzeyde belirgin bir tozuma ile hasar oluşmaya başlar, bazen büyük ölçüde kırıntılanma da görülür. Ama bu, her zaman tozuma ile birlikte olmaktadır. Tozuma (powdering) tuz kristallenme hasarının belirlenmesinde tipik bir hasar türüdür.
Tuzlar taşın içinde basınçlar oluşturur. Doygun duruma gelen bir tuz çözeltisi su kaybettiğinde kristaller oluşmaya başlar ve bu oluşum üç aşamada gerçekleşir; 1. Kristal çekirdeklerinin oluşması,
2. Kristal çekirdeklerinin büyümesi,
3. Olgunlaşan kristallerin, moleküler veya iyonik olan iç yapılarının düzenlenmesi (rekristalizasyon) şeklindedir.
Tuzlar, doğrudan su ile temasa geçmeden de çözünebilirler. Buna higroskopik davranış denir. Tuzun çözülmesi sadece taşın ıslanmasından ötürü gelen sudan olmayabilir. Birçok tuz havadan da suyu absorblayabilir. Eğer havadaki bağıl nem yeteri kadar yüksek olursa tuzlar havadan da, nem alışı şeklinde su absorblayabilmektedirler. Bağıl nem düşerse de, bu su kaybolur ve tekrar kristallenme olur. Bu tür tuzlara ‘Higroskopik tuzlar’ denir. Tuz ve tuz çözeltilerinin havadan su almaya başladıkları andaki bağıl nem haline, tuzun ya da çözeltinin denge nemi (equilibrium humidity) denir. Tuzun denge nemi, sıcaklık düştüğünde yükselir ve daha hasar verici olur. En önemli tuzların 20- 25oC sıcaklıktaki denge
Tablo 2.3: Bazı Tuzların Denge Nemi Değerleri, (Ashurst ve Dimes, 1990)
Tuz Cinsi Kimyasal Formülü EQRH 1 (%)
Magnezyumklorhidrat MgCl2.6H2O 33 Potasyumkarbonathidrat K2CO3.2H2O 44 Sodyumnitrat NaNO3 75 Sodyumklorür NaCl 76 Potasyumklorür KCl 85 Sodyumsülfathidrat Na2SO4.10H2O 89 Sodyumkarbonathidrat Na2CO3.10H2O 90 Potasyumsülfat K2SO4 98
1 EQRH : Denge nemi.
Tuz kristallenmeleri hasarına sebep olan diğer faktör ise sıcaklık değişimleridir. Bazı tuz kristalleri, doymuş tuz çözeltisi ile temas ettiğinde tekrar çözünme oluşur. Eğer sıcaklık yüksek ise ve sonra düşerse tekrar kristallenme olur. Böylelikle zararlı tuzlar boşluklara girer. Tuz kristallenmesiyle oluşan bozulmanın hızı, sadece tuz tipine değil aynı zamanda tuz kristallenme döngülerinin frekansına ve taşın önerilen dayanımına da bağlıdır. Örneğin bazı kireçtaşları çok boşluklu olduğundan kristallenme saldırılarına karşı az boşluklu olanlara nazaran daha dayanıklı olurlar. Bu durumda boşluk oranı, boşluk çapı ve toplam boşluk hacmi önemlidir. Suda çözünen tuzlardan, NaCl, Na2SO4 ve CaSO4 gibi tuz çözeltileri en tehlikeli olanlardır.
Denize yakın olan yapılar, NaCl türü deniz tuzlarının etkisi altındadır. Kıyı bölgelerinin ortalama bağıl nemden daha fazla neme sahip olmaları, NaCl’ ün denge neminin % 76 olması, yağmur yağmadığı durumda da bu tuzun oluşacağını gösterir. Aşağıda bazı tuzların oluşum sebepleri verilmektedir:
• Kışın yollara atılan tuzlar,
• Pişmiş tuğlalardan gelen tuzlar: kalsiyum sülfat, magnezyum sülfat, potasyum sülfat, sodyum sülfat vb. gibidir.
• Harç ve sıvalardan gelenler: sodyum karbonat, potasyum karbonat kirli havada bulunan kükürt ile birleşerek sodyum ve potasyum sülfat tuzlarını oluşturur.
• Dış cephe temizliğinde kullanılan kostik soda ve potas kirli havada sodyum ve potasyum sülfata dönüşür.
• Kireçtaşı ve magnezyumlu kireçtaşlarının kirli yağmur suyu ile yıkanmasıyla MgSO4, CaSO4 tuzları oluşur, (Ashurst ve Dimes, 1990, Ashurst ve Ashurst, 1989).
Diğer doğal taşlardan farklı olarak tüflerde bozulma mekanizmaları çeşitli jeokimyasal reaksiyonlara bağlı olarak gerçekleşmektedir. Bunları anlayabilmek için
piroklastik kayaçlardır ve sahip olduğu silikatlı mineraller; feldspat, olivin, piroksen, amfibol, kuvars, mika..vb. gibidir, (Price ve diğ., 1988; Akalan, 1980). Volkanik kayaçlar asidik (açık renkli) ve bazik (koyu renkli) olmak üzere ikiye ayrılırlar. Nötr ve bazik volkanik kayaçlar: Riyolit, Andezit, Bazalt olup sulu ortamlarda metal iyonları çözülür. Özellikle Ca, Mg, Na ve K çözünür. Zeolitler, kil mineralleri ve diğer sulu mineraller oluşur.
Genel olarak koyu renkli mineraller açık renkli minerallere oranla daha hızlı bozulurlar. Volkanik tüflerde görülen feldspatlardan potasyumlu feldspat (K-Feldspat=Ortoklas), plajioklaslara oranla daha geç ayrışır. Ca-plajioklaslar da, Na-plajioklaslara oranla daha çabuk ayrışırlar ve en sonunda Ca ve Na, potasyuma oranla daha çabuk serbest kalırlar. Katyonlar serbest kalınca, orjinal silikat mineralinin Al-Si-O içeriği de kısmen kimyasal olarak ayrışarak, kil minerallerinin bünyesine girerler. Böylelikle silisin bir kısmı, alüminyumun (Al) ise çok az bir kısmı sulara karışır. Minerallerin ayrışma sıralaması, kayaçların magma eriğinden kristalize olma sıralarına benzer ve en yüksek sıcaklıkta kristalleşmiş olan olivin ve Ca-plajioklaslar ayrışmaya karşı en dayanıksız minerallerdir. Su önemli bir ayrışma aracıdır. Ayrıca içerisinde kayaç oluşturan mineraller ile değişik tepkimeler veren maddeler bulunmaktadır. En önemlileri serbest oksijen, karbondioksit, organik asitler ve nitrik asitlerdir. Serbest oksijen, özellikle demir ve kükürt gibi çabuk okside olabilen maddeleri içeren kayaçların ayrışmasında önemli rol oynarlar, (Krauskopf, 1985, s.98-99).
Alüminyum silikatların ayrışması daha karmaşıktır ve son ürün daima bir kil mineralidir ve kil minerallerinde alüminyum ve silikat bileşik olarak bulunur. Örneğin, K-feldspatı alüminyumlu silikat, kaolen de son ürün olarak oluşabilir.
4KAlSi3O8+22H2O 4KOH+Al4Si4O10(OH)8+8H4SiO4 (2.1) Ayrışma sonucu, bir çok silis serbest kalır, bir kısmı alüminyum ile birleşerek killeri oluşturur diğeri ise yeniden kristalleşerek küçük kuvars taneciklerini oluşturur. Silisin ayrışması bir su alma olayı olarak kabul edilmektedir. Bu ayrışma sonucu ayrışma sıvıları alkalin bir karakter kazanırlar. Kimyasal olarak kil mineralleri sulu alüminyum silikatlardır. Bazıları alüminyumdan başka magnezyum ve demir içerirler. Killer, 2 tabakalı killer ve 3 tabakalı killer olmak üzere iki grupta toplanır. 2 tabakalı killere, kaolen, 3 tabakalı killere ise montmorillonit (smektit ve illit) adı verilir, (Krauskopf, 1985, s.105).
