IMPROVED PERFORMANCE OF EARTH STRUCTURES BY LIME AND GYPSUM ADDITION
Journal Name:
- Orta Doğu Teknik Üniversitesi Mimarlık Fakültesi Dergisi
Keywords (Original Language):
Author Name | University of Author | Faculty of Author |
---|---|---|
Abstract (2. Language):
Studies have been carried out to resolve the housing problems of poor
people all around the world. Low-priced and fast construction systems,
which can be built with local materials, have always been required.
Adobe buildings have the capacity to meet this need and are the most
suitable systems fulfilling the housing needs of almost 50% of the
world’s population (Houben, 1994). Interest in adobe buildings, first
built in Mesopotamia c. 7000 BCE, has recently increased due to needs
for energy conservation, reduced pollution, environmental concerns and
increased standards of living. Thus, studies and researchers have gained
new perspectives. Adobe buildings have been reevaluated in numerous
studies under current conditions and compared with modern materials.
Not only are adobe buildings environmentally friendly, but they are
also advantageous regarding production and service costs compared to
buildings made from burned bricks (CID, 1993, Riza et al. 2010). Adobe
constructions, besides their superiority, are criticized as needing repair
(Kerali, 2001), having thick and heavy walls, relatively low compressive
and shear strengths and in particular the possibility of becoming damaged
under earthquake effects (Ural et al., 2011, Maheri et al., 2005). Damages
in adobe buildings are associated with material quality, ground motion
acceleration, wall slenderness, structural design and geometry which have
an effect on building performance (Bariola and Sozen, 1990, Samali et al.,
2011). In particular, it is recommended to take precautions to improve the
performance of adobe buildings under earthquake risk. Using natural fibers
(Vargas et al., 1986, Vega et al. 2011, Lertwattanaruk and Choksiriwanna,
2011), wooden reinforcements or welded steel reinforcements improves
the strength of adobe materials and the performance of a building which
presents nonlinear behavior. Stabilizing the earth with some additives
in adobe manufacture, as well as the use of fibers and reinforcements,
presents positive effects on building performance depending on better
material performance. Many stabilization methods have been practiced
from past to present in order to improve material performance. The most
significant stabilization method is the addition of lime (Khattab et. al.,
2007, Millogo et. al., 2008). Lime reacts with clay and forms C-S-H and
calcite crystals as it becomes carbonated in stabilizing with lime (Khattab
et. al. 2007, Millogo et. al. 2008). Stabilization with gypsum is also studied
(Ahmed and Ugai, 2011). Studies on earth construction materials generally
have focused on properties such as compressive strength, water resistance
and thermal conductivity. It was reported that the compressive strength
of current earth construction buildings varied between 0.5 and 3.0 MPa
(Silveira, 2012, Vargas et. al, 1986).
In 1980 at the laboratory of Istanbul Technical University, Faculty of
Architecture, promising results were obtained in a research project
focusing on earth constructions in order to improve their durability and
strength (Kafesçioğlu, 1980). This paper aims to evaluate the performance
of existing buildings built in light of research projects since 1980, by using
advanced mechanical, chemical and microstructural analysis techniques.
Construction earth, where its structural and chemical compositions
have been modified by adding gypsum and lime, has been transformed
into a new material with improved physical and mechanical properties.
Properties, benefits and applications of this wall material, called Alker,
have been summarized in this paper.
Like other construction earths stabilized with additives, texture and
structure of the product called Alker has been changed becoming an earthbased
wall material with improved physical and mechanical properties.
The material consists of 8-10% gypsum, 2.5 – 5% lime and 15 – 20% water
(dry weight) which were added to construction earth with improved
granulometric structure (Kafesçioğlu, 1980). Given mix ratios are by weight
of dry earth under laboratory conditions. Converting these ratios into a
volumetric scale at construction sites provides ease of application. Gypsum
and lime are added to the mixture and it completes setting within 20
minutes, giving rigidity to the material which allows its shape to be kept
and preventing clay shrinkage. The blocks can then be demolded after 20
minutes has passed, gaining their rigidity and strength by reactions of lime.
other similar materials. Due to the early setting
time of gypsum, deformation and crack risk to the structure during the
drying period is prevented. A new water insoluble chemical formation is
created by adding 2.5-5% lime. The product does not become dispersed as
plain samples even though it stays in the water for a long period of time.
The satisfactory rigidity created by gypsum in the first stage ensures shape
stability of the blocks as the new formations continue developing in the
structure.
The production process is very easy and energy consumption in buildings
made with this material are minimal. While the buildings are healthy, it
also creates a healthy environment for users.
Bookmark/Search this post with
Abstract (Original Language):
Dünyanın her köşesinde yoksulların konut sorunlarını çözmeyi amaçlayan
çalışmalar yapılmaktadır. Bu kapsamda, yerel malzemeyle yapılabilen
ucuz ve hızlı yapı sistemlerine her zaman gerek duyulmuştur. Alker
adı verilen ürün de diğer katkılı yapı toprakları gibi, uygulanan bir
stabilizasyon işlemi sonunda dokusu ve yapısı değiştirilerek fiziksel ve
mekanik nitelikleri geliştirilmiş toprak kökenli bir duvar malzemesidir.
Alker üretilirken toprağa alçı ve kireç katılır. Karışıma katılan alçı 20
dakika içinde prizini tamamlarken, kitleye kendi şeklini tutabilecek
ve kilin rötresini önleyebilecek güçte rijitlik kazandırmaktadır. Bu
makalede, 1980 yılında başlanmış olan, yapı malzemesi olarak kerpicin
alçı ve kireçle stabilizasyonu projesinin devamı kapsamında yapılan iki
adet deneme yapısından elde edilen sonuçlar aktarılırken, 2011 yılından
itibaren yürütülmekte olan çalışma ile, üretilen Alker numuneleri üzerinde
güncel standartlar ve yöntemler kullanılarak yapılan deney ve gözlemler
sonucunda değerlendirmeler yapılmıştır. Ayrıca, yıllar önce yapılan
deneme yapılarından numuneler laboratuvarda üretilen numuneler ile
deneysel olarak karşılaştırılmıştır. Mikro yapı incelemeleri ile, alçı ve kireç
katkılı Alker’in suya karşı dayanıklılığı ve düşük rötresinin nedenleri ortaya çıkarılmaya çalışılmıştır. Deneysel çalışma kapsamında katkısız,
sadece alçı katkılı ve alçı-kireç katkılı numuneler üretilmiştir. Deneysel
çalışmanın sonucunda; alçı ve alçı kireç katkılı numunelerin ilk bir saat
içinde malzemenin kalıptan çıkarılmasını olanaklı kılacak dayanıma
sahip olduğu anlaşılmıştır. Elde edilen erken dayanım, ilk yedi gün
süresince numunenin rötre direncini artırırken, şekil ve biçim stabilitesinin
korunmasını sağlamaktadır. Tüm alçı ve kireç katkılı numunelerin rötre
değerleri, katkısız veya sadece alçı katkılı numunelerin rötre değerlerinden
daha düşüktür. Zira, alçı kireç katkılı toprak malzeme ile yapılan deneme
yapılarında da yıllar sonra yapılan gözlemlerde rötreye bağlı çatlaklara
rastlanmamıştır. Alçı ve kireç katkılı numunelerin suya karşı dayanımının
da, bu numunelerin içinde oluşan suda çözünmeyen yapıya bağlı olarak,
sadece alçı katkılı veya katkısız numunelere göre daha yüksek olduğu
belirlenmiştir. Alçı ve kireç katkılı numuneler ile sadece alçı katkılı veya
katkısız numunelerin basınç dayanımları arasında dikkate değer bir fark
tespit edilemezken, alçı ve kireç katkılı numunelerin kayma dayanımları ve
rijitlik modüllerinin dikkate değer derecede yüksek olduğu belirlemiştir.
Alçı ve kireç katkılı toprak malzemenin katkısız malzemeye göre
üstünlüklerinin nedeninin genel olarak malzeme içinde şekillenen alçı ağ
ve alçı ağ üzerinde ve arasında oluşan kalsit kristalleri ile C-S-H jellerinden
kaynaklanabileceği sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak, alçı ve kireç katkısı
kullanılarak üretilen Alker toprak, numuneler ve söz konusu malzeme
kullanılarak yapılan yapılar dikkate alındığında bu yapıların, malzeme
içinde şekillenen ikincil oluşumlar sayesinde, uzun yıllar dış etkenlere karşı
dayanıklı olduğu, rötreden meydana gelebilecek gerilmelerin yanında dış
ortam etkileri sebebiyle yapıya zarar verebilecek hasarlara uğramadığı,
geleneksel yargının tersine, herhangi bir bakıma gerek duymadan yıllar
boyunca sağlam kalabildiği saptanmıştır. Bu konudaki laboratuvar
çalışmaları devam etmektedir.
FULL TEXT (PDF):
- 2
205-221