Sertlemi imentonun tabaka mikro yapsnn bozulmas 120 Kalan

Sertleşmiş çimentonun tabaka mikro yapısının bozulması 120 Kalan dayanım (%) 100 Çevreden asit çözeltisi 80 kireçtaşı 60 40 Çakıl 20 0 20 100 200 Renk değişimi Pembe veya Gri kırmızımsı 300 400 500 600 700 800 Sıcaklık ( C) Kül 900 Dönüşmüş tabaka (çözünüp gitmemesi halinde, gözenekli geçirgen yapı) 1000 Durabilite Reaksiyon ürünlerinin çözünme ve aşınma yolu ile uzaklaşması Su ve çimento harcı İri agrega Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 1

İçerik 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Giriş Betonun boşluklu yapısı ve geçirimliliği Beton çatlakları Betonun fiziksel nedenlerle bozulması Betonun kimyasal nedenlerle bozulması Betonda biyolojik etkilenmeler ve çiçeklenme Karbonatlaşma Betonarme donatısında korozyon Deniz ortamında beton ve betonarme Çevresel koşulların değerlendirilmesi ve alınacak önlemler Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 2

1. Giriş Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 3

1. Giriş Yapı malzemelerinin ve yapıların işlevlerini uzun yıllar boyu bozulmadan yerine getirebilmelerine dayanıklılık, kalıcılık veya durabilite denir. 1. 2. 3. 4. 5. Bir yapının projelendirilmesi ve yapımı beş ana ilkenin optimizasyonu olarak adlandırılabilir, bunlar: Dayanım Dayanıklılık İşlevsellik Ekonomi Estetik Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 4

1. Giriş 1. 2. 3. 4. 5. 6. Yapay bir malzeme olan betonarme işlevsel özelliklerini sürdürebilmesi kalıcı olmasına bağlıdır. Betonarme bir yapının kalıcılığı zaman içerisinde bozulmalar gösterebilir. Bu etkilerin başında aşırı yüklenme ve olumsuz çevre koşulları gelmektedir. Bir yapının kalıcı olması yapının aşağıdaki özellikleri ile bağlantılıdır: Malzeme özellikleri Yapı mimarisi ve yapısal düzenlemeler Detaylar İşçilik kalitesi Denetim Bakım Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 5

Betonun (betonarmenin) iç ve dış etkenlerle bozulması Kimyasal ve biyolojik etkenler Fiziksel ve mekanik etkenler Aşırı yüklenme, darbe etkisi Boy ve hacim değişimi Islanma-kuruma Donma çözülme Buz çözücü tuzlar Aşınma, erozyon, oyulma Yüksek sıcaklıklar Yangın Sıcaklık farkları vb. Karbonatlaşma Asitlerin, agresif sıvıların çimento bileşenleri ile reaksiyonu Alkalinitede azalma, betonun p. H’nın düşmesi Çatlama Dökülme, kapak atma Sülfat etkisi, geçiktirilmiş enrenjit oluşumu (DEF) Alkalisilika reaksiyonu (ASR) Donatının paslanması (korozyon) Ca. O, Mg. O hidratasyonu Biyolojik oluşumlar Gelişen ürünler nedeniyle İçsel gerilme artışı Dayanım ve rijitlik kaybı Deformasyon Gözeneklilikte artış, beton boşluk yapısının değişmesi, geçirimliliğin artması Bozulma sürecinin hızlanması Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 6

2. Betonun boşluklu yapısı ve geçirimliliği Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 7

2. Betonun boşluklu yapısı ve geçirimliliği 1. 2. Beton yapıların kalıcılığını etkileyen fiziksel ve kimyasal işlemlerin hemen hepsinde iki ana faktör vardır. Su, Beton bünyesindeki boşluklar ve çatlaklar. 1. 2. 3. 4. 5. Çimento hamuru ve betondaki boşluklar ve çatlaklar, Yetersiz sıkıştırma, Yetersiz kür, Kimyasal reaksiyona girmeyen fazla suyun terlemesi, Buharlaşma, Yüksek su/çimento oranı vb. nedenlerden meydana gelir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 8

2. Betonun boşluklu yapısı ve geçirimliliği Boşluk yarı çapı (m) Hava boşlukları 10 -4 Kapiler boşluklar 10 -6 10 -8 10 -10 Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Jel boşlukları Kapiler boşluklar Sıkıştırma boşlukları Kalıcılığı (dayanıklılık, durabilite) büyük ölçüde etkiler Mikro boşluklar 10 -2 Makro boşluklar Çimento hamurundaki boşluklar 9

2. 1. Çimento kimyasında kullanılan semboller Genel ismi Bileşen Çimento kimyasına göre sembolü Kireç Ca. O C Silis Si. O 2 S Alümin Al 2 O 2 A Demir Fe 2 O 3 F Magnezi Mg. O M Alkaliler Na 2 O + K 2 O N+K Kükürt anhidriti SO 3 S Su (H 2 O) H Kalsiyum hidroksit Ca(OH)2 CH Alçıtaşı Ca. SO 4. 2 H 2 O CSH 2 Karbondioksit CO 2 C Kalker Ca. CO 3 CC Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 10

2. 3. Çimentonun hidratasyon ürünleri Ca. O, Si. O 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 (Portland çimentosunun hammaddeleri) Karma oksitler Kimyasal açılım 1350 -1450 o. C Döner fırın Tipik bir portland çimentosu klinkerindeki %’leri (ağırlıkça) Reaksiyon hızı* C 3 S, C 2 S, C 3 A, C 4 AF Karma oksitler Bağlayıcılık Değeri* İlk zamanlar Sonunda İlk 48 saatte çıkan ısı (cal/g) Toplam (cal/g) C 3 S 3 Ca. O. Si. O 2 45 -60 Orta Yüksek 100 120 C 2 S 2 Ca. O. Si. O 2 15 -30 Yavaş Düşük Yüksek 10 62 C 3 A 3 Ca. O. Al 2 O 3 6 -12 Hızlı Düşük 150 207 C 4 AF 4 Ca. O. Al 2 O 3. Fe 2 O 3 6 -8 Orta Düşük 40 100 *: Bileşen özellikleri göreceli olarak verilmiştir. C 3 A ve C 4 AF’nin özellikleri yukarıda tabloya yansıtılırken bu bileşenlerin hidratasyonunda alçının etkisi de göz önüne alınmıştır. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 11

2. 4. Çimentodaki karma oksitlerin hidratasyonu 2 C 3 S + 6 H 2 C 2 S + 4 H C 3 S 2 H 3 + 3 CH C 3 S 2 H 3 + CH C 3 S 2 H 3 : Kalsiyum silikat hidratlar (CSH) çimento hidratasyon ürünlerinin %50 -60’lık kısmını oluştururlar ve çimento ürününün özelliklerini belirleyen en önemli bileşendir. Tobermorit olarak da bilinir. Gerçek yapısı kesinlik taşımasa da, CSH’ın hidrate çimento hamuruna bağlayıcılık özelliğini Van der Waals kuvvetleri ile kazandırdığı ve çok yüksek özgül yüzeye sahip olduğu bilinmektedir. CH (Ca(OH)2) : Kalsiyum hidroksit hidratasyonun katı ürünlerinin yaklaşık %20 -25’lik kısmını oluşturur. Büyük kristalli yapısı ve düşük özgül yüzeyi nedeniyle Van der Walls kuvvetleri kısıtlıdır ve mukavemete katkısı düşüktür. Yüksek çözünürlüğü nedeniyle hidrate çimentonun kimyasal saldırılara dayanıklılığını olumsuz etkiler. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 12

2. 4. Çimentodaki karma oksitlerin hidratasyonu C 3 A + 21 H C 4 AH 13 + C 2 AH 8 Reaksiyon çok hızlı gerçekleştiği için çimento hamurunun ani prizine yol açar. Bu reaksiyonu önlemek için çimento üretim esnasında alçı (%3 -6) kullanılır. C 3 A + 3 CSH 2 + 26 H Alçı C 6 AS 3 H 32 (etrenjit) Eğer 3 CSH 2’nın tükenmesine rağmen ortamda hala C 3 A var ise C 6 AS 3 H 32, C 3 A ile reaksiyona girer. 2 C 3 A + C 6 AS 3 H 32 + 4 H 3 C 4 ASH 12 (Monosülfoalüminat) Ortama sülfat girişi olursa monosülfoalüminat ile reaksiyona girer ve 2. etrenjit oluşumu meydana gelir. C 4 ASH 12 + 2 CSH 2 + 16 H C 6 AS 3 H 32 (2. Etrenjit) Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 13

2. 4. Çimentodaki karma oksitlerin hidratasyonu C 4 AF + 3 CSH 2 +21 H C 6(A, F)S 3 H 32 + (A, F)H 3 C 4 AF + C 6(A, F)S 3 H 32 + 7 H 3 C 4(A, F)SH 12 + (A, F)H 3 C 4 AF hidratasyonu C 3 A’nınkine benzer. Ancak reaksiyon oldukça yavaş gerçekleştiği için betona olumlu yada olumsuz fazlaca bir etki göstermezler. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 14

3. Beton çatlakları Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 15

3. Beton çatlakları 1. 2. 3. Prensip olarak herhangi bir noktada oluşan çekme zorlamaları betonun çekme halindeki birim şekil değişimi kapasitesini aşarsa betonda çatlaklar oluşur. Zorlama oluşum mekanizmalarını üç ana grupta toplamak mümkündür: Beton bünyesinde gelişen hareketler, Beton içine gömülü maddelerin genleşmesi, Dış etkiler. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 16

Çatlak oluşumları ve nedenleri Sertleşmiş beton Taze beton • • Plastik büzülme Plastik oturma Kalıp ve zemin hareketleri Donma-çözünme vb. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Çeşitli rötre (büzülme) olayları • Termal etkiler • Kimyasal, fiziksel ve biyolojik nedenlerle betonun bozulması • Donma çözünme ASR (alkali-silika reaksiyonu) Boy ve hacim değişimleri Islanma-kuruma Yüksek sıcaklıklar ve yangın Donatı korozyonu Sülfat etkisi DEF (gecikmiş etrenjit oluşumu) Karbonatlaşma • Yapısal nedenler Aşırı yükleme, mesnet çökmesi, Sünme, zemin problemleri, vb. 17

3. 1. Betonda rötre oluşması Betonun rötresi, betonda çatlak oluşumunun önemli sebeplerinden biridir. Rötrenin oluşma nedeni, mikro ve makro boşluklardaki suyun beton bünyesinden uzaklaşmasıdır. 1. 2. 3. 4. 5. Rötrenin oluşum mekanizmaları: Hidrolik (kuruma) rötre, Termik rötre, Bünyesel rötre, Erken plastik rötre Karbonatlaşma rötresi olarak sınıflandırılabilir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 18

3. 2. Taze beton çatlakları a) b) c) d) Taze beton priz süresince ve ilk 24 saat içinde çatlamaya çok açıktır. Bu süreç içinde beton çok düşük çekme dayanımına ve şekil değişimi özelliklerine sahiptir. Taze beton da oluşabilecek çatlakları dört grupta incelemek mümkündür. Plastik rötre, Plastik oturma, Kalıp veya zemin hareketleri, Don hasarları. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 19

3. 2. 1. Plastik büzülme (rötre) çatlakları Beton karışımında kullanılan ve kimyasal reaksiyona girmeyen fazla su, kapiler boşluklardan kapilerite yoluyla beton yüzeyine çıkar. Sıcak, kuru ve rüzgarlı hava koşullarında buharlaşıp beton yüzeyini kurutup matlaştırır ve betonda büzülme olayını meydana getirir. Plastik büzülme olayında herhangi bir dış yükleme yoktur. Plastik rötreyi bünyesel rötre* ile birarada düşünmek gerekir. *Bünyesel rötre: Taze betonda hidratasyon reaksiyonuna giren çimento ve suyun hacimsel olarak toplamları, reaksiyon sonucu oluşan ürünlerin hacminden daha fazladır. Bu yüzden taze betonda bünyesel bir büzülme oluşmaktadır. Bünyesel rötrenin plastik rötreye eklenmesi çatlak gelişimine katkıda bulunur. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 20

3. 2. 1. Plastik büzülme (rötre) çatlakları Plastik rötre çatlakları, zemin betonlarında, betonarme döşemelerde daha çok görülür ve döşeme köşeleri ile yaklaşık 45º’lik açı yapar. İki çatlak arası mesafe 0, 1 -1 m arasında değişir. Oluşan çatlaklar harita şeklinde düzensiz dağılımda da olabilir. Paralel çatlaklar Derz Harita şeklinde çatlaklar Sıcak havalarda beton dökümü kurallarına uyulması, taze betonun korunması ve kürüne dikkat edilmesi, derzlerin doğru ve zamanında teşkili ile bu çatlakların en aza indirilmesi olanaklıdır. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 21

3. 2. 2. Plastik oturma çatlakları Taze beton kalıba yerleştirildikten sonra, yerçekimi etkisiyle, iri agregalar aşağıya doğru çökerken karışım suyu ile yer değiştirirler. Çökme sırasında betonda terleme meydana gelir. Su yukarıya doğru çıkarken çimento partiküllerini yüzeye taşır. Yüzeye çıkan su nedeniyle hacimde küçülme meydana gelir. Bu çökme hareketi donatı veya kalıplar tarafından engellenirse yerel olarak çatlaklar oluşur. Yüzeyde zamanla soyulabilen ince zayıf bir tabaka meydana gelir. Su ve çimento harcı İri agrega a) Oturmadan önce b) Oturmadan sonra Bu çatlaklar, terleme olayını azaltacak önlemler alınması, düşük su/çimento oranı ve kimyasal katkı kullanılmasıyla engellenebilir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 22

3. 2. 3. Kalıp ve zemin hareketleri Bu tip çatlaklar, hesaplarda öngörülmeyen deformasyonlar, yer değiştirmelerle ortaya çıkan gerilmelerin, betonun dayanım değerini aşması sonucu oluşur. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 23

3. 3. Sertleşmiş beton çatlaklarının çeşitli kaynakları vardır. Bunlar fiziksel, kimyasal, biyolojik, termal ve yapısal olarak gruplara ayırmak olanaklıdır. Çatlakların oluşum zamanları farklılık gösterir. Bazı çatlaklar 1 gün bazıları ise 50 yıl sonra ortaya çıkabilir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 24

3. 4. Değişik çatlakların görülme süreleri 1 saat 1 gün 1 hafta 1 ay 1 yıl 50 yıl Yükleme, servis koşulları Alkali-agrega reaksiyonu Korozyon Kuruma büzülmesi Erken termal büzülme Plastik oturma Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 25

3. 5. Taze ve sertleşmiş betonda görülen çatlak tipleri Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 26

3. 5. Taze ve sertleşmiş betonda görülen çatlak tipleri Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 27

4. Betonun fiziksel nedenlerle bozulması Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 28

4. Betonun fiziksel nedenlerle bozulması Betonu yıpratan fiziksel etkiler Kütle kaybına yol açanlar: • Aşınma • Erozyon • Kavitasyon (oyulma) Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Çatlamaya yol açanlar: • Islanma-kuruma • Donma-Çözünme • Boy ve hacim değişiklikleri • Yüksek sıcaklıklar ve yangın • Aşırı yükleme • Tekrarlı yükleme sonucu yorulma 29

4. 1. Aşınma, erozyon ve kavitasyon • Aşınma: Beton yüzeylerin kuru sürtünme etkisiyle zamanla artan kütle kaybıdır. Aşındırıcı etki yaya trafiğinden, araba tekerleklerinden, iş makinesi paletlerinden ve ağır cisimlerin sürüklenmesi gibi etkenlerden kaynaklanır. • Erozyon: İçinde askı halinde parçacıklar bulunan sıvıların belli hızlarda (<1, 8 m/s) beton yüzeyini çizerek aşındırmasıdır. • Kavitasyon: Su yapılarında rastlanan suyun hızlı akışından (açık kanallarda >12 m/s, kapalı kanallarda >7 m/s) ve akış yüzeyinin düzgün olmayan geometrisinden meydana gelen oyulma olayıdır. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 30

4. 1. Aşınma, erozyon ve kavitasyon • • • Betonun aşınma dayanıklılığı, beton yüzeyinin birkaç mm derinlikteki çimento matrisinin boşluk yapısı ile doğrudan ilişkilidir. Bu bağlamda aşağıdaki önlemlerin alınması faydalıdır: Taze betonda segregasyonun önlenmesi, Taze betonda terlemenin engellenmesi, Düşük su/çimento oranı ve aşınmaya dayanıklı ince ve kaba agrega kullanılması, Beton yüzeyini perdahlama işleminin zamanında ve düzgün yapılması Kür işleminin eksiksiz ve zamanında yapılması, Yüzey bölgelerinde aşınmaya dayanıklı agrega (kuvarz, karborandum vb. ) veya çelik lif kullanılması, Yüzeyin sürtünme katsayısını azaltıcı ve/veya sertleştirici katkı malzemesi veya boya kullanılması, Polimer emdirilmiş beton üretimi, Vakumlu beton üretimi. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 31

4. 2. Donma-çözünme Sertleşmiş ve kapiler boşluklarında su bulunduran bir beton don etkisinde kalınca, bu boşluklardaki su donar ve genleşir (su donarken hacmi yaklaşık %9 oranında artar). Çözünmeyi takip eden yeniden donma sonucunda bu genleşme miktarı kümülatif olarak artar. Bu nedenle peşpeşe donma-çözünme olayının etkisi, çözünmenin meydana gelmediği uzun süreli don etkisine kıyasla daha kuvvetlidir. Genleşme sonucu oluşan gerilmelerin betonun çekme dayanımını aşması halinde betonda; kabuk atma, çatlama, ufalanma şeklinde bozulmalar gözükür. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 32

4. 2. 1. Donma-çözünme dayanıklılığı sağlamak için hava sürüklenmiş beton kullanımı Betonun donma-çözünme olayı karşısında yeterli dayanıklılığı gösterebilmesi için, mutlaka “hava sürüklenmiş beton” olarak üretilmesi gerekmektedir. Hava sürüklenmiş beton, genellikle hava sürükleyici katkı maddelerinin yardımıyla üretilir. Karışım suyuna içerisine hava sürükleyici katkı konulmasıyla elde edilen betonların çimento hamurlarında 0, 05 -1, 25 mm çaplı, küresel şekilli ve yeterince stabil milyonlarca hava kabarcığı oluşturulmaktadır. Birbirlerine bağlı olmayan bu boşluklar arasındaki mesafenin en çok 0, 2 mm olması istenmektedir. Hava sürüklenmiş betonların donma-çözünme olayına daha dayanıklı olmalarının nedeni, hidrolik basınçla kapiler boşlukların dışarısına itilen suyun bu boşluklara girebilmesi, böylece, betondaki iç gerilmeleri azaltması olarak açıklanmaktadır. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 33

4. 2. 2. Betonda yapay olarak oluşturulmuş hava kabarcıklarının işlevi a) Suya doygun betonda boş hava kabarcıkları Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group b) Oluşan buza genleşme alanı sağlaması 34

4. 2. 3. Donma-çözünmeye maruz betonlar için önerilen hava içerikleri Betonun toplam hava içeriği (%) Agrega en büyük tane çapı (mm) Az şiddetli etki (XF 1) Şiddetli etki (XF 4) 9, 5 6 7, 5 12, 5 5, 5 7 19 5 6 25 5 6 37, 5 4, 5 5, 5 Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 35

4. 2. 4. Sürüklenmiş havanın betonun dayanıklılığı dışındaki diğer özelliklerine etkisi Sürüklenmiş hava kabacıkları oluşturulmasının en büyük amacı, betonun donma-çözünme dayanıklılığını arttırmaktır. Bununla birlikte bu tür hava kabarcıkları taze betonun içsel sürtünmesini az da olsa azalttığı için taze betonun işlenebilirliğini arttırmakta ve betonda terleme olayını azaltmaktadır. Öte yandan, sürüklenmiş hava betonda boşluk miktarını arttırdığından dolayı sertleşmiş betonun dayanımlarını biraz azaltmaktadır. Fakat, sürüklenmiş hava kabarcıkları taze betonun işlenebilirliğini arttırdığı için belirli bir işlenebilirliği gösterebilecek betonun daha düşük su/çimento oranı ile üretilebilmesi, böylece dayanım kaybının telefisi mümkün olmaktadır. Daha düşük su/çimento oranı ile üretilen betonların su geçirimliliği daha az olmaktadır. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 36

4. 3. Buz çözücü tuzların etkisi Soğuk hava koşullarında yolların buz tutmasını önlemek için yapılan tuzlama işlemleri sırasında kullanılan tuzların bazıları betonun üst tabakası tarafından emilir. Bu da yüksek bir osmotik basınç yaratarak donmanın başladığı en soğuk bölgeye su akımının başlamasına yol açar. Betonun donma-çözünme olayından gördüğü zarar artar. Buz tabakası üzerine atılan tuzlar, buzun çözülmesi nedeniyle yüzeyde önemli bir termal şok oluşmasına yol açar. Beton yüzeyi ile iç bünyesindeki sıcaklık farkı gerilmelerin oluşmasına neden olur ve yüzeyde çatlaklar meydana gelir. Beton yüzeyinden derinlere inildikçe beton sıcaklığının ve buz çözücü tuzların miktarlarının değişken olması, beton tabakalarının farklı zamanlarda donup çözülmesine neden olur. Bu durumda betonda kabuk halinde soyulmalar ve dökülmeler görülebilmektedir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 37

4. 4. Yüksek sıcaklık ve yangın etkisi Beton bir çok yapı malzemesine göre yüksek sıcaklık ve yangın etkisine karşı daha dayanıklı bir malzemedir. Yüksek sıcaklık altındaki beton belirli bir süre için önemli bir zarar görmez ve zehirleyici gaz ve duman çıkarmaz. Ayrıca betonarme yapılarda, termik iletkenlik katsayısının nispeten düşük olması nedeniyle, beton donatı çeliğini yüksek sıcaklığa karşı korur. Ancak bu dayanıklılık sınırlı süreler ve belirli sıcaklık dereceleri için geçerlidir. Beton ve çelik yanıcılık açısından yapılan sınıflandırmada A 1 sınıfı hiç yanmaz malzemeler grubuna girer. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 38

4. 4. 1. Sıcaklığın artışının beton üzerindeki etkileri Sıcaklık Beton üzerindeki etkisi 100 ~ 150 ºC Kılcal boşluklardaki suyun buharlaşması, jel boşluklarındaki suyun buharlaşması 150 ~ 250 ºC Büzülme, kılcal çatlakların oluşumu, çekme dayanımında düşüş, pembemsi renk 250 ~ 300 ºC Alüminli ve demir oksitli bileşenlerde bünye suyunun kaybı, basınç dayanımında düşüş ~ 400 ºC Ca(OH)2’den Ca. O’ya dönüşüm (% 33 hacim azalması) 400 ~ 600 ºC CSH yapısının tahribi, gri beyaz renk, dayanımda % 80’ lere varan azalma Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 39

4. 4. 2. Betonda sıcaklığa bağlı dayanım kaybı ve renk değişimi 120 Kalan dayanım (%) 100 80 kireçtaşı 60 40 Çakıl 20 Renk değişimi Pembe veya kırmızımsı 0 20 100 200 300 400 500 600 Gri 700 Kül 800 900 1000 Sıcaklık ( C) Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 40

5. Betonun kimyasal nedenlerle bozulması Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 41

5. Betonun kimyasal nedenlerle bozulması • • • Betonda zararlı kimyasal reaksiyonlar kendini genel olarak: Betonun permeabilitesinin (geçirimlilik) artması, Çatlamalar, Dökülmeler, Kapak atmalar, Betonun yumuşaması, dayanımı ve rijitliğini kaybetmesi şeklinde gösterir. Kimyasal reaksiyon oluşması için ön koşul betona madde taşınımını sağlayan suyun ve su buharının varlığıdır. Kimyasal reaksiyonların gelişimi, büyük ölçüde zararlı maddelerin beton bünyesine taşınım hızına dolayısıyla betonun geçirimliliğine bağlıdır. Bir çok kimyasal reaksiyonlarda olduğu gibi, sıcaklık reaksiyon hızını arttıran bir faktördür. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 42

Betonun kimyasal reaksiyonlarla bozulması I. Grup Setleşmiş çimento bileşenlerinin yıkanarak uzaklaştırılmasına yol açan reaksiyonlar Ca++ İyonlarının çözünebilen ürünler oluşturarak ayrılmaları II. Grup Agresif sıvılarla sertleşmiş çimento bileşenleri arasında iyon değiştirme reaksiyonları Ca++ İyonlarının çözünmeyen ve genleşme yapmayan ürünler oluşturarak ayrılmaları III. Grup Genleşen ürünler oluşturan reaksiyonlar CSH içindeki Ca++ iyonlarının Mg 2+ iyonlarıyla yer değiştirerek ayrılmaları Gözenekliliğinin ve geçirimliliğinin artması Sülfat etkisi, DEF alkali silika reaksiyonu Ca. O, Mg. O gecikmiş hidratasyonu, donatı korozyonu Çatlama, dökülme, kapak atma Dayanım ve rijitlik kaybı Bozulma sürecinde hızlanma Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 43

5. 1. Sertleşmiş çimento bileşenlerinin hidrolizi ile yıkanması Hidrate çimentonun katı fazını göreceli olarak çözünmeyen kalsiyum hidratlar (CSH, CH ve CAH) oluşturur. Bunlar p. H’ı oldukça yüksek olan gözenek suyu içinde kararlı durumdadır. Gözenek suyu içindeki Na+, K+ ve (OH)- iyonları betonun p. H değerini 12, 5 -13, 5 aralığında tutar. Kimyasal saldırının şiddeti sıvının p. H değeri ve betonun geçirimliliğinin fonksiyonudur. Sıvının p. H’ı 6, 5 üzerindeyse ve betonun geçirimliliği az ise kimyasal saldırı ihmal edilebilir seviyelerdedir. p. H 5, 5 ve altındaysa saldırı şiddetli, 4, 5 ve altındaysa çok şiddetli gerçekleşir. Sertlik derecesi çok düşük olan erimiş kar suyu, yağmur suyu gibi saf sular çimento içerisindeki kalsiyumlu bileşenlerin çözünmesine (hidroliz) neden olur. Su, kalsiyum bileşenlerine doyduğunda hidroliz durur. Ancak ortamdaki su sürekli yenilenirse hidroliz sürekli devam eder. Kaybedilen her %1’lik kireç (Ca. O eşdeğeri olarak) içeriği beton basınç dayanımının %2 azalmasına neden olur. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 44

5. 2. İyon değiştirme reaksiyonları, agresif sıvıların hidrate çimento bileşenlerini çözmesi şeklinde gelişir. 5. 2. 1. Asit saldırısı Asitler iyon değişimi ile çimento hamuru bileşenlerini çözünebilen veya çözünemeyen kalsiyum tuzları meydana getirirler. Asitlerin sertleşmiş beton üzerindeki etkisi (CH, CSH, CAH), saldırıda bulunan asidin kalsiyum tuzlarına dönüştürmesi şeklinde gerçekleşir. Kalsiyum tuzları suda çözündüklerinden, çimento harcı belirli zaman sürecinde çözünür ve beton harap olur. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 45

5. 2. 1. Asit saldırısı 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Asit etkisine daha çok: Bacalarda, Buharlı trenlerin geçtiği tünellerde, Asit buharlarının oluştuğu döküm yapılan tesislerde, Bataklık sularında, Buz etkisinde dağlık bölgelerde, Kanalizasyon sularında, Açık madenlerden sızan sularda, Arıtma tesislerinde rastlanır. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 46

5. 2. 1. Asit saldırısı Sertleşmiş çimentonun tabaka mikro yapısının bozulması Çevreden asit çözeltisi Dönüşmüş tabaka (çözünüp gitmemesi halinde, gözenekli geçirgen yapı) Reaksiyon ürünlerinin çözünme ve aşınma yolu ile uzaklaşması Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Değişik asitlerin beton üzerine etkisi Saldırı hızı Asit tipi İnorganik Organik Hızlı Hidroflorik, hidroklorik, nitrik, sülfürik Asetik, formik, laktik Orta Fosforik Tannik Yavaş Karbonik - İhmal edilebilir - Oksalik, tartanik 47

5. 3. Genleşen ürünler oluşturan reaksiyonlar 5. 3. 1. Sülfat saldırısı Sülfat, çimentonun bazı bileşenleriyle reaksiyona girerek betonun zamanla bozulmasına neden olur. Bu saldırı sülfat iyonlarının, sertleşmiş betondaki alüminli ve kalsiyumlu bileşenlerle kimyasal reaksiyona girmesi, etrenjit (candlot tuzu) ve alçıtaşı oluşturması ile gerçekleşir. Reaksiyon ürünleri betonda hacim genleşmesi yaratarak çatlaklara ve dağılmalara yol açar. Betonda zararlı reaksiyona yol açan sülfatlar zeminden, yeraltı suyundan, asit yağmurlarından, çimentodan, agregadan, mineral veya kimyasal katkılardan ve karışım suyundan gelebilir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 48

5. 3. 1. Sülfat saldırısı Zemin suyu ve toprakta sülfat yoğunluklarının betona etkisi Etki derecesi Zeminde Suda çözünen sülfat (SO 4 -2)(%) Suda (SO 4 -2)(mg/lt) İhmal edilebilir 0, 00 -0, 10 0 -150 Orta 0, 10 -0, 20 150 -1500 Şiddetli 0, 20 -2, 00 1500 -10000 2, 00 ve üstü 10000 ve üstü Çok şiddetli Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 49

5. 3. 1. 1. Sülfatların betonda oluşturdukları zararlı reaksiyonlar Sülfatların hidrate çimento bileşenleri -özellikle Ca(OH 2) ve C 3 A- ile yaptığı reaksiyonlar sonucu oluşan ürünler alçıtaşı ve kalsiyum sülfo alüminattır. Bu tuzlar yerlerini aldıkları bileşenlerden çok daha fazla hacim işgal ederler. Oluşan genleşme betonda hasara yol açar. C 3 A 3 CSH 2 + 6 H + C 6 AS 3 H 32 %227 2 C 3 A 6 H C 6 AS 3 H 32 + + 3 C 4 AS H 12 V C 4 AS H 12 + 2 CSH 2 + Kalsiyum + Sülfat iyonları + hidroksit Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 16 H C 6 AS 3 H 32 %124 Su Alçı V 50

5. 3. 1. 2. Reaksiyonun gelişimini etkileyen faktörler 1. 2. 3. 4. Reaksiyon gelişimini doğrudan etkileyen parametreler şöyle sıralanabilir. Etkilenme koşulları (SO 4 -2 içeriği, ortam koşulları), Betonun geçirimliliği* (zararlı madde taşınımı), Betonun yapısı (çimentonun kimyasal yapısı), Suyun varlığı. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 51

5. 3. 1. 2. Reaksiyonun gelişimini etkileyen faktörler *Betonun sülfat dayanıklılığı ile geçirimliliği arasındaki ilişki Kullanılan malzemeler: Karışım oranları, çimento, agrega özellikleri, kimyasal ve mineral katkılar, su vb. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Boşluk yapısının değişmesi Sülfat etkisi Sonraki işlemler: Kür, yüzeye uygulanan işlemler, yükleme anındaki beton yaşı, servis koşulları vb. Geçirimlilik Hazırlama yöntemleri: Karıştırma, taşıma, yerleştirme, sıkıştırma, sonlandırma (finishing) Sülfat çözeltisinin emilmesi Çatlama 52

5. 3. 1. 3. Sülfat etkisine karşı alınacak önlemler 1. 2. 3. 4. Betonun geçirimsizliğinin sağlanması, Çimento C 3 A ve Ca(OH)2 içeriğinin sınırlandırılması, Puzolanik katkı maddeleri kullanılması, Gereğinde betonun dıştan kaplamalarla izole edilmesi vb. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 53

5. 3. 2. Geçikmiş etrenjit oluşumu DEF (Delayed Ettringite Formation) oluşumuna daha çok erken yaşlarda yüksek sıcaklıklarda (60 -70 ºC) kür edilmiş betonlarda (prefabrik elemanlar) rastlanır. Yüksek sıcaklık ilk zamanlarda oluşan etrenjit oluşumunu engeller. Ardından yıllar sonra nem etkisinde kalan elemanlarda etrenjit yeniden oluşur, ancak ortam bu sefer katı olduğundan betonda hasar görülür. DEF’in bir diğer nedeni de çimentoda aşırı miktarda SO 3 bulunmasıdır. Bu sülfatın suda çözünürlüğü yavaş olduğundan etrenjit oluşumu beton sertleştikten sonra oluşur. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 54

5. 3. 2. Geçikmiş etrenjit oluşumu 1. 2. 3. 4. 5. 6. DEF oluşumunu engellemek için bazı önlemler alınabilir, bunlar: Çimento klinkerinde SO 3 miktarının mümkün olduğunca düşük olması, Kür sıcaklığının çok yüksek olmamasına dikkat edilmesi, Kullanılacak çimentonun düşük hidratasyon ısısına sahip olması, Sülfat içermeyen puzolanik mineral katkıların kullanılması, Yapı elemanının su ile temasının kesilmesi, Hava sürükleyici katkı kullanılması. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 55

5. 3. 3. Alkali etkisi Betonda kullanılan agregalarda aranan özelliklerin bir tanesi de çimentoyla zararlı kimyasal reaksiyona girmemesidir. Ancak bazı tür agregalar, belirli ortamlarda aşırı genleşme gösteren reaksiyonlara yol açabilirler. Bunlardan en önemlisi alkali-silika reaksiyonu, diğeri ise alkali-karbonat reaksiyonudur. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 56

5. 3. 3. 1. Alkali-silika reaksiyonu ASR Genellikle çimentodaki alkali oksitler ile reaktif silika formları içeren agregalar arasında gerçekleşen kimyasal bir reaksiyondur. Reaksiyon sonucu çok büyük miktarda su tutma kapasitesine sahip alkali-silika jelleri oluşur. Oluşan jeller ortamdaki suyu emerek hacimleri büyük ölçüde artar ve betonda tamiri çok zor olan çatlaklara neden olur. Bu reaksiyon çok yavaş meydana gelir. Reaksiyonun oluşması aylar, hatta yıllar almaktadır. 1. Alkali + Reaktif silika 2. Alkali-silika jeli + Nem Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Alkali-silika jel ürünleri Genleşme 57

Alkali-silika reaksiyonu nedeniyle betonun bozulma mekanizması Çevreden su ve/veya alkaliler (örneğin buz çözücü tuzlardan) Mevcut alkalilerin boşluk sistemine sızması Reaktif agrega Su ve alkalilerin betona difüzyonu Reaktif agreganın genleşmesi Çatlak oluşumu Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 58

5. 3. 3. 1. Alkali-silika reaksiyonu a) Agreganın reaktifliği: Agregadaki silika mineralleri kristalleşmiş ise stabildirler. Amorf silikatlar reaktiftirler, ancak kristalleşmiş olmalarına karşın Si. O 2’in kuvars, tridimit ve kristobalit formları reaktiftirler. Herhangi bir ocaktan çıkarılan malzemeler beton agregası olarak kullanılacaksa petrografik deney yöntemiyle malzemenin reaktif olup olmadığı kontrol edilmelidir. b) Çimentonun alkali içeriği: Reaksiyon oluşabilmesi için çimento alkali içeriğinin “eşdeğer Na 2 O değeri olarak %0, 6’yı geçmesi gerekir. (Na 2 O)e = Na 2 O + 0, 658 K 2 O Alkali içeriği bu değerin altında olan çimentolar düşük alkalili çimentolar grubuna girer ve ASR’ye yol açmazlar. Ancak agreganın reaktifliği arttıkça daha düşük alkalili çözeltilerde de reaksiyonun gelişebildiği gözlenmiştir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 59

5. 3. 3. 1. Alkali-silika reaksiyonu c) Suyun varlığı: Su (nem) bozulmanın ve hacim değişikliğinin şiddeti üzerinde iki önemli etkiye sahiptir. 1. 2. Alkali iyonlarının (Na+, K+) beton içerisinde yayılmasını ve reaksiyon bölgelerinde jel oluşmasına neden olur, Oluşan jel, su ile şişerek büyük hacim genleşmelerine neden olur ve betonu çatlatır. Betonun kurutulması ve su ile temasının kesilmesi reaksiyonun durdurulması için etkilidir. Ancak betonun döngülü ıslanıp kuruması alkali iyon hareketini hızlandırarak reaksiyon şiddetini arttırır. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 60

5. 3. 3. 2. ASR’nin oluşumunu etkileyen faktörler • Agreganın reaktivitesi (amorf ve kısmi kristalize olmuş silikanın varlığı), • Reaktif agreganın miktarı ve granülometresi, • Boşluk suyundaki alkali (Na+ ve K+) ve kalsiyum (Ca++) konsantrasyonu, • Suyun varlığı ve beton içindeki taşınımı, • Ortam koşulları (buz çözücü tuzların, alkali içeren maddelerin vb. varlığı), • Aktif silis içeren yüzey sertleştiricilerin, cam liflerinin kullanımı gibi dıştan etki durumu. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 61

Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 62

5. 3. 4. Alkali karbonat reaksiyonu Bazı tip karbonat mineralleri alkali saldırısından etkilenirler. Dolomit veya magnezyum içeren kireçtaşları reaksiyon sonucu magnezyum hidroksite dönüşür. Dedolomitasyon adı verilen bu olay harita şeklinde çatlaklara ve betonun tamamen parçalanmasına yol açabilir. Dolomitin esas maddesi Mg. CO 3 su etkisiyle Mg(OH)2’e dönüşür. Oluşan ürün suda çözünerek taşın içine sızar. Taşın içinde kil varsa bunlar sudan dolayı şişerek agregaları patlatır. Tipik bir alkali-karbonat reaksiyonu: Ca. Mg(CO 3)2 + 2 MOH Mg(OH)2 + Ca. CO 3 + M 2 CO 3 M: potasyum, sodyum veya lityum’u temsil etmektedir. Bu şekilde oluşan alkali karbonatlar betonda çimentosunun hidratasyon ürünleri ile birleşerek yeniden alkali üretirler. M 2 CO 3 + Ca(OH)2 2 MOH + Ca. CO 3 Bu işlem dolomitin tümü reaksiyona girinceye kadar veya tüm alkali tükenene kadar devam eder. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 63

5. 4. Kalsiyum ve magnezyum oksitin (Ca. O, Mg. O) geçikmiş hidratasyonu Çimento içinde serbest (bağlanmamış) halde bulunabilen Ca. O ve Mg. O’nun gecikmiş hidratasyonları da betonda genleşmelere ve çatlamalara yol açabilmektedir. Üretim sırasında hammaddelerin yanlış harmanlanması veya yetersiz öğütme ve pişirme gibi nedenlerle çimentoda serbest Ca. O kalabilir. Çimentoya Mg. O genellikle kalker ham maddesi dolomitten gelir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 64

6. Betonda biyolojik etkilenmeler ve çiçeklenme Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 65

6. Betonda biyolojik etkilenmeler ve çiçeklenme Uygulamada en sık rastlanan sorunlardan biri, kanalizasyon sistemlerindeki biyolojik oluşumlardır. Genelde evsel atıklar alkalin karakterde olup betona zarar vermezler. Ancak bu atıklar kükürtlü bileşenler içerirler. Anaerobik (oksijensiz) ortamda, kanalizasyon atıklarındaki sülfat ve bazı proteinlerden beton için fazla zararlı olmayan hidrojen sülfür (H 2 S) gelişir. Ortamın kimyasal dengesi, hareketi, türbülansı gibi etkenlerle H 2 S sudan ayrılır ve nem içerisinde erir. Ardından ortamda bulunan aerobik bakteriler tarafından okside edilerek sülfürik aside ve/veya çimentonun kireciyle birleşerek alçıtaşına dönüşür. Bu yüzden asit etkisi atık su seviyesinin üstünde gözükür. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 66

6. 1. Kanalizasyon borularında asit etkisi Kanalizasyon sistemi Beton yüzeyine asit saldırısı Hidrojen sülfit kaçışı (H 2 S) Beton yüzeyinde oksijen içeren ortamda sülfürik asitin bakteriolojik oluşumu Oksijensiz kaalizasyon ortamında hidrojen sülfit oluşumu H 2 S + O 2 Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Aerobik bakteriler H 2 SO 4 67

6. 2. Çiçeklenme Betonun içerisindeki kalsiyum hidroksitin ve tuzların suda çözünmesi ve betonun yüzeyine çıkması sonucunda, beton yüzeyinde kristaller halinde ince bir beyaz tabaka oluşturması olayına çiçeklenme denilmektedir. Çiçeklenme iki ana faktöre bağlıdır: a) Beton içerisine sızan su miktarı ve b) Betonun içinde yer alan kalsiyum hidroksit ve tuz miktarı. C 3 S ve/veya C 2 S CSH + CH (Ca. OH 2) Ca. OH 2 + CO 2 Ca. CO 3 + H 2 O Çiçeklenmeye yol açan tuzlar, tuğla yapımında kullanılan kil, kireç katkılı sıvalar gibi beton haricinde kullanılan malzemelerden de gelebilir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 68

6. 2. 1. Çiçeklenmeye yol açan tuzlar ve kaynakları Ana çiçeklenme tuzu Olası kaynağı Kalsiyum sülfat Ca. SO 4. 2 H 2 O Tuğla Sodyum sülfat Çimento-tuğla reaksiyon harcı Na 2 SO 4. 10 H 2 O Potasyum sülfat K 2 SO 4 Çimento-tuğla reaksiyon harcı Kalsiyum karbonat Ca. CO 3 Çimento harcı veya beton Sodyum karbonat Na 2 CO 3 Çimento harcı Potasyum karbonat K 2 CO 3 Çimento harcı Potasyum klorür KCl Asitle yıkamada Sodyum klorür Na. Cl Deniz suyu Vanadyum sülfat Va. SO 4 Tuğla Vanadyum klorür Va. Cl 2 Asitle yıkama Mangan oksit Mn 3 O 4 Tuğla Demir oksit Fe 2 O 3 veya Fe(OH)3 Demir ile temasta Kalsiyum hidroksit Ca(OH)2 Çimento Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 69

Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 70

6. 2. 2. Çiçelenmeyi azaltabilecek önlemler • Beton mümkün olduğu kadar boşluksuz olmalıdır. • Beton üretimi sırasında, betonun içerisine su sızmasını önleyecek ve betonun geçirgenliğini azaltacak katkı maddeleri kullanılmalıdır. • Yapıların tasarımında, beton içerisine su sızmasını önleyecek önlemler alınmalıdır, • Uygun özellikte çimento kullanılmalıdır, • İnce taneli puzolanik katkı maddeleri kullanılmalıdır, • Kullanılan agrega içerisinde tuz ve yabancı madde bulunmamalıdır. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 71

7. Karbonatlaşma Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 72

7. Karbonatlaşma Betonun alkalinitesi (p. H >7) büyük ölçüde, çimentonun hidratasyonundan kaynaklanan ve gözenek suyu içinde çözünmüş kalsiyum hidroksit (Ca(OH)2) tarafından sağlanır. (Ca(OH)2) atmosferde bulunan karbondioksit (CO 2)’in betonun gözenek sistemine işlemesiyle kalsiyum karbonat (Ca. CO 3)’a dönüşür. Karbonatlaşma reaksiyonu betonun iç yapısında meydana getirdiği değişiklikler nedeniyle önemli sonuçlar doğurur. Bunlardan ilki p. H değerinin düşmesi (korozyon vb. bir çok zararlı oluşumların başlama nedeni), diğeri karbonatlaşma rötresidir. Ayrıca betonun içindeki kirecin (Ca(OH)2) tükenmesi halinde, CSH gibi diğer çimento hidrate bileşenlerinin de karbonatlaşma riski mevcuttur. CSH’ların karbonatlaşması ile Ca. CO 3 dışında silis jeli de oluşur. Oluşan jel büyük boşluklar (>100 nm) içerir ve beton boşluklu bir yapıya dönüşür. Ca(OH)2 + CO 2 p. H = 12, 6 Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Ca. CO 3 +H 2 O p. H = 8, 3 73

7. 1. Karbonatlaşma hızına etkiyen faktörler ve reaksiyon üzerindeki etkileri Faktör Etki Su/çimento oranı S/Ç arttıkça karbonatlaşma hızı artar. Kür Yetersiz kür karbonatlaşma hızının çarpıcı biçimde artmasına yol açar (özellikle puzolanik katkı içeren betonlarda). Dozaj Çimento miktarı arttıkça karbonatlaşma hızı düşer. Bağıl nem Kuru ve suya doygun betonda reaksiyon durur. %50 bağıl hava nemi civarında karbonatlaşma maksimum hızına ulaşır. CO 2 Konsantrasyonu arttıkça reaksiyon hızı da artar. Sıcaklık Normal sıcaklık civarında artış reaksiyonu hızlandırır, aşırı sıcaklık artışı kuruma nedeniyle reaksiyonu yavaşlatır. Çimentonun alkali içeriği Alkali miktarı arttıkça reaksiyon hızı da artar. Beton basınç dayanımı artışı Karbonatlaşma hızı düşer. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 74

7. 2. Karbonatlaşma derinliğinin tayini Karbonatlaşma derinliği için değişik formüller uygulanabilse de en iyi sonuç yerinde deneyle belirlemektir. Betonun karbonatlaşırken p. H değerinin düştüğünden yola çıkılarak yapılan deney; betonu mümkün olduğunca dik kesip, kesilen temiz yüzeye indikatör sıvısı püskürtülerek renk değişimi incelemesi ile yapılır. Thymolphthalein (%0, 1 alkol eriyiği ile) indikatör sıvısı betona püskürtülür. Bu eriyik karbonatlaşmamış bölgede koyu mavi renk verirken p. H değeri ≤ 9, 3 olan bölgede renk vermez. Bu yöntemle karbonatlaşma cephesinin elde edilmesi mümkündür. Karbonatlaşmış beton Karbonatlaşma cephesi Karbonatlaşmamış beton CO 2 1 2 p. H ≤ 9. 3 Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 3 4 5 6 7 8 9 cm p. H > 9. 3 75

8. Betonarme donatısında korozyon Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 76

8. Betonarme donatısında korozyon Korozyon (paslanma) genel olarak, metallerde su ve oksijenin bulunduğu ortamda görülen kimyasal bir değişim sürecidir. Beton içine gömülü çeliğin açıkta kalan bir çeliğe kıyasla çok daha iyi korunması beklenir. Fiziksel koruma: ortamda bulunan zararlı maddelerin (özellikle klorür iyonlarının), oksijen ve nemin çeliğe ulaşmasının engellenmesi veya yavaşlatılması ile sağlanır. Kimyasal koruma ise: betonun çelik donatıya yüksek dereceden alkali (p. H 12, 5 -13, 5) bir ortam sağlaması ile gerçekleşir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 77

8. 1. Beton içine gömülü çelik donatının elektrokimyasal korozyonu: Korozyon, birbirini tamamlayan ve eş zamanlı gelişen, oksidasyon (yükseltgenme) ve redüksiyon (indirgenme) adı verilen iki elektrokimyasal reaksiyonla meydana gelir. Oksidasyona anot reaksiyonu, redüksiyona katot reaksiyonu adları verilir. Reaksiyon anotta oluşan elektronların katota, katotda oluşan hidroksit iyonlarının ise anoda ulaşmasıyla gerçekleşir. Elektron ve iyon akışını beton boşluk suyunun oluşturduğu elektrolit ortam sağlar. Fe++ + 2(OH)Fe(OH)2 + H 2 O + ½ O 2 Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Fe(OH)2 (Kararsızdır ve suda çözünür) Fe(OH)3 (Pas) 78

8. 2. Betonarme donatısında klorür korozyonu: Klorür iyonları çelik donatının korozyonu açısından en zararlı madde olarak kabul edilir. Çelik donatı üzerinde oluşan ve korozyon gelişimini engelleyen pasif tabakanın çözünmesine yol açmaları bu etkilerden en önemlisidir. Klorür iyonları, ortamın elektrolitliğini arttırarak ve elektriksel direncini azaltarak anot-katot iyon akışını kolaylaştırır (korozyon oluşum reaksiyonunda katalizör görevi görür). Ortamda demir ve (OH)iyonlarının bol miktarda bulunması nedeniyle klorür iyonları reaksiyon sonucu tükenmez ve reaksiyon sürekli yenilenir. Fe 3+ + 3 Cl. Fe. Cl 3 + 3(OH)- Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Fe(OH)3 + 3 Cl(Pas) 79

8. 2. Betonarme donatısında klorür korozyonu: Fe +++ Fe. Cl 3 Cl - 3 (OH) - Fe(OH)3+ 3 Cl Cl - - Fe(OH)3 (Pas) Fe 3+ + 3 Cl- Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Fe. Cl 3 , Fe. Cl 3 + (OH)- Fe(OH)3 + 3 Cl 80

Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 81

8. 3. Klorür kaynakları 1. 2. 3. 4. 5. 6. Yüksek miktarda klorür içeren agregaların kullanılması, Ca. Cl 2 içeren kimyasal katkıların kullanılması, Klorür içeren kimyasal katkıların kullanılması, Deniz suyunun karma suyu olarak kullanılması, Yüksek miktarda klorür içeren karma suyu kullanılması (içme suyu olsa bile), Deniz suyu, tuzlu yeraltı suları, buz çözücü tuzlar, tuz üreten veya işleyen sanayi tesisleri birer klorür kaynağıdır. Bu bölgelerdeki klorürlerin betonun içine kapiler emme, suyla birlikte ilerleme ve difüzyon yollarıyla girmesi. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 82

8. 4. TS EN 206 -1’e göre betonun klorür içeriğinin sınıflandırılması Kullanılan Beton Klor İçeriği Sınıfı a Çimento b Kütlesine Göre En Fazla Korozyona dayanıklı kaldırma (tutma) parçaları hariç, çelik donatı ve diğer gömülü metal ithiva etmeyen Cl 1, 00% Cl 0, 20% Cl 0, 40% Cl 0, 10% Cl 0, 20% Çelik donatı ve diğer gömülü metal ihtiva eden Çelik Öngerilme donatısı ihtiva eden a: Belirli kullanım amaçlı betonlarda uygulanacak sınıf, betonun kullanılacağı yerde geçerli kurallara bağlıdır. b: Tip II mineral katkıların kullanıldığı ve mineral katkının çimento miktarına dahil olarak kabul edildiği yerlerde klorür muhtevası, klorür iyonlarının, çimento + hesaba katılan katkı miktarına oranlanmasıyla bulunur. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 83

Korozyon ve betonun geçirimliliği arasındaki ilişkinin şematik gösterimi CO 2 girişi Kullanılan malzemeler: Karışım oranları, çimento, agrega özellikleri, kimyasal ve mineral katkılar, su vb. Sonraki işlemler: Kür, yüzeye uygulanan işlemler, yükleme anındaki beton yaşı, servis koşulları vb. Suyun girişi (emme ve taşınım) Oksijen girişi Korozyon Karıştırma, taşıma, yerleştirme, sıkıştırma, sonlandırma (finishing) Cl- iyonlarının girişi Geçirimlilik Hazırlama yöntemi: Karbonatlaşma, Betonun iç yapısındaki değişiklikler, p. H değerinin azalması Ca(OH)2’in yıkanarak dışarıya süzülmesi Çatlama Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 84

8. 5. Korozyon gelişimini etkileyen faktörler ve alınabilecek önlemler Korozyonu kontrol eden faktörler Doğrudan bağlı olduğu koşul Etkileyen faktörler Korozyonu önlemek veya hızını düşürmek için olanaklar - Elektronlar açısından çeliğin zenginliği Her zaman mevcut - Elektro-kimyasal işlem için çelik yüzeyinde potansiyel farkları Her zaman mevcut - Hidroksit iyonlarının iletimi için betonun elektrolit iletkenliği Betonun su içeriği Ortam koşulları, betonun geçirimliliği Pas payı tabakasının kalınlığının arttırılması Elektro-kimyasal korozyon için demirin çözülmesi (anodik işlem) Betonun karbonatlaşması veya zararlı iyonlar nedeniyle (Cl-) p. H<11, 5’in altına düşmesi Pas payı tabakasının kalınlığı ve geçirimliliği, beton karışımı, çatlaklar, çatlak genişliği Beton kalitesinin arttırılarak geçirimliliğinin azaltılması Katodik işlem ve pas ürünlerinin oluşması için oksijen bulunması Oksijenin beton içinden geçerek donatı yüzeyine ulaşması Pas payı tabakasının kalınlığı ve geçirimliliği, beton karışımı, çatlaklar, çatlak genişliği Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Katodik koruma veya kimyasal katkı kullanımı Çatlak genişliklerinin sınırlandırılması 85

9. Deniz ortamında beton ve betonarme Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 86

9. Deniz ortamında beton ve betonarme Deniz suyunun etkisi Biyolojik Fiziksel • Aşınma etkisi • Donma-çözünme • Islanma-kuruma Kimyasal • Klorürlerden kaynaklanan donatı korozyonu • Sülfat etkisi • Magnezyum iyonlarının etkisi • Karbonik asit etkisi Betonun geçirimliliğinin artması Bozulma sürecinde hızlanma, dayanıklılığın azalması Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 87

9. Deniz ortamında beton ve betonarme Deniz suyunun beton üzerinde kimyasal etkisi çözünmüş bazı tuzları içermesinden kaynaklanmaktadır (sülfat, magnezyum vb. ). Denizlere ve okyanuslara göre farklılıklar olsa da, tipik tuzluluk oranı %3, 5 çivarındadır. Ayrıca, deniz suyunun önemli miktarda çözünmüş oksijen ve karbondioksit içerdiğini unutmamak gerekir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 88

9. Deniz ortamında beton ve betonarme Ülkemiz denizlerinin tuzluluk oranları ve iyon konsantrasyonları Toplam Tuzluluk (%)* Mg+2 (mg/l) SO 4 -2 (mg/l) Cl(mg/l) Na+ (mg/l) Ca+ (mg/l) Deniz Yöre Karadeniz Zonguldak 1. 7 630 1270 8400 5260 250 Marmara Erdek 2. 6 960 1940 12840 8050 380 Ege Ayvalık 3. 8 1400 2830 18770 11770 560 Akdeniz Bodrum 3. 9 1440 2900 19270 12080 580 *: Toplam tuzluluk yüzeyde veya az derinde yaz aylarında ölçülen değerlerdir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 89

9. Deniz ortamında beton ve betonarme Denizden uzaktaki yapılar Tuz yüklü bulutlar Deniz ortamına göre oluşma riski Fiziksel ve kimyasal bozulma mekanizmaları Deniz atmosferik bölgesi Sıçrama bölgesi Yükselme Gelgit bölgesi Alçalma Deniz atmosferi Sıçrama bölgesi Gelgit bölgesi Sualtı bölgesi Donatıda klorür korozyonu Çok Çok Az Aşınma Yok Çok Az Islanma-kuruma Az Çok Yok Donma-çözünme Az Çok Az Kimyasal etkilenme Az Az Çok Biyolojik etkilenme Yok Çok Çok Su altı bölgesi Deniz Tabanı Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 90

9. 1. Kimyasal saldırı Kimyasal etki açısından bakıldığında, deniz suyu hidrate çimento bileşenleri ile reaksiyon yapabilen magnezyum ve sülfat iyonları içerir. Ayrıca, deniz suyunda çözünmüş CO 2 karbonik asit etkisi yaratabilir. İçerdiği yüksek sülfat iyonu konsantrasyonu ile deniz suyu betonda sülfat etkisi yapar. C 3 A ile sülfat iyonlarının reaksiyonundan ikinci etrenjit oluşur. Oluşan etrenjit formları su ile şişerek hacim genleşmesine neden olur. Araştırmalar klorür iyonlarının bulunduğu ortamda oluşan etrenjitin genleşmeye yol açmadığı ve deniz suyunda çözündüğünü göstermektedir. Ayrıca C 3 A’nın klorür iyonları ile reaksiyona girerek klorürleri bağladığı saptanmıştır. Deniz ortamına maruz kalacak yapı inşaatında minimum değil optimum C 3 A içeriğine sahip çimento seçilmelidir. Aksi halde yapıyı sülfat etkisinden korumak istenirken donatı korozyonu nedeniyle beklenmedik kısa sürelerde yapı işlevini yitirerek kullanılmaz hale gelebilir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 91

9. 1. Kimyasal saldırı Bir diğer kimyasal etki ise magnezyum iyonlarının kalsiyum iyonlarıyla yaptığı reaksiyondur. Mg. SO 4 + Ca(OH)2 Ca. SO 4 + Mg(OH)2 Brusit, çökelerek yüzeydeki gözenekleri tıkar ve koruyucu bir tabaka oluşturarak reaksiyon gelişimini yavaşlatır. Kısa sürede oluşan bu koruyucu tabaka, yapının dalgaların aşındırıcı etkilerine maruz kısımlarında yıkanıp uzaklaşmasıyla reaksiyon tekrarlanır ve kütle kaybı süreklilik kazanır. Betonun magnezyum tuzlarının uzun süreli teması halinde CSH içindeki Mg iyonlarının Ca iyonlarıyla yer değiştirdiği görülürki oluşan magnezyum silikat hidratın (MSH) bağlayıcılık özelliği yoktur, kolayca parçalanabilir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 92

9. 2. Aşınma, ıslanma-kuruma, donma-çözünme etkisi Islanma-kuruma etkisini, deniz suyu ile beton içine sızan tuzların kuruma esnasında suyun buharlaşarak betonda kalması, ıslanmakuruma tekrar sayısı arttıkça betondaki tuz yoğunluğunun artması, ve yeni bir ıslanma periyodunda tuzların suyu emerek hacim genleşmesine yol açtığı şeklinde özetlemek mümkündür. Ayrıca tuzların kristalleşirken de büyük basınçlar oluşturduğu bilinmektedir. Tekrarlı ıslanma-kuruma ve aşınma sonucu önce ince agregaların beton kütlesinden ayrıldığı, açığa çıkan kaba agregaların da zamanla yok olduğu ve daha fazla çimento hamuru bağlayıcı matrisinin bu etkilere açık hale geldiği görülür. Soğuk iklim bölgelerinde sıçrama ve gelgit bölgelerindeki beton aşınma ve tuz kristalizasyonunun yanısıra tekrarlı donma-çözünme etkisine de maruz kalabilir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 93

9. 3. Donatı korozyonu Deniz ortamında bulunan, özellikle deniz atmosferi, sıçrama bölgesindeki betonarme yapı elemanlarında en yaygın görülen hasar nedeninin deniz suyu içindeki klorürlerin yol açtığı donatı korozyonu olduğunu söylemek mümkündür. Su içindeki oksijen konsantrasyonunun azalması ve suya duygun betona oksijen difüzyonunun çok yavaş olması nedeniyle korozyon riski gelgit bölgelerinden derinlere inildikçe azalmaktadır. Çelik donatının korozyonu halinde 6 kat hacim artışı gerçekleşir ve betonun yüzey bölgesinin çatladığı reaksiyonun ilerlemesiyle bu bölgenin tamamen döküldüğü görülür. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 94

9. 4. Biyolojik etkilenme Genellikle deniz bitkileri beton için problem yaratmazlar. Örneğin: betonarme elemanlar üzerinde oluşan canlı yosunlar oksijeni tüketerek bu elemanları korurlar. Ancak çürüyen bazı yosunların organik asit ve sülfat ortaya çıkararak beton için zararlı ortam oluşturdukları da araştırmalar sonucunda bulunmuştur. Ayrıca tropik iklimlerde bir tür istiridye ve süngerin betonu yiyerek yılda 10 mm hızla içe doğru ilerlediği, betonda 10 mm çapa ve 150 mm derinliğe ulaşan delikler açtığı bilinmektedir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 95

Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 96

10. Çevresel koşulların değerlendirilmesi ve alınacak önlemler Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 97

10. Çevresel koşulların değerlendirilmesi ve alınacak önlemler Beton ve betonarme donatısında oluşabilecek bozulma süreçleri, özelliklerinin yanısıra çevre koşullarına da bağlıdır. Bu nedenle yapının bulunduğu yerel iklim (mikroiklim) koşullarının yapı tasarım aşamasında, yapıya etkileri açısından değerlendirilmesi şarttır. Ülkemizde EN 206 -1 Avrupa standardının Türkçe’ye çevrilmesiyle “TS EN 206 -1: Özellik, performans, imalat ve uygunluk” standardı oluşturulmuştur. Bu standardın önemli bir bölümü yapının maruz kalabileceği çevresel etkiler ve önlemlerine ayrılmıştır. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 98

10. 1. Nemin varlığı Betonun bozulmasına yol açan tüm kimyasal reaksiyonların gelişmesi suyun varlığına bağlıdır. Nemin beton içinde bulunması, ortamdaki bağıl neme kıyasla çok daha önemlidir. Ortamın bağıl nem seviyesine göre değişik bozulma süreçlerinin gelişme riski CEB (Avrupa Beton Birliği) tarafından şekildeki gibi gösterilmiştir. Efektif bağıl nem (%) Bozulma İşlemi Karbonatlaşma Çeliğin korozyonu Karbonatlaşmamış beton Klor etkisinde kalmış beton Don etkisi Kimyasal etkiler Çok düşük (<45) 1 0 0 Düşük (45 -65) 3 1 1 0 0 Orta (65 -85) 2 3 3 0 0 Yüksek (85 -98) 1 2 3 2 1 Doygun (98 -100) 0 1 1 3 3 0 = Risk yok Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 1 = Düşük risk 2 = orta risk 3 = Yüksek risk 99

10. 2. Nemin içinde zararlı maddelerin varlığı Nemin içinde zararlı kimyasal maddelerin en çok rastlananları şunlardır: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Karbondioksit – Karbonatlaşma olayına yol açar. Oksijen – Donatı korozyonuna yol açar. Klorürler – Donatı korozyonuna yol açar. Asitler – Çimentoyu eritir. Sülfatlar – Çimento ile genleşen reaksiyona yol açar. Alkaliler – Agrega ile genleşen reaksiyona yol açar. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 100

10. 4. Pas payı Betonarme donatısının korozyona karşı korunması, pas payı tabakasının kalınlığına ve kalitesine (geçirimliliğine, alkali ortamın varlığına) bağlıdır. Ülkemizde kullanılan TS 500 standardının öngördüğü pas payı kalınlıkları aşağıda verilmiştir. TS 500 (2000) standardında önerilen en az beton örtüsü kalınlıkları Yapı elemanı Gerekli en az beton örtüsü (mm) Zeminle doğrudan ilişkide olan elemanlar ≥ 50 Hava koşullarına açık kolon ve kirişlerde ≥ 25 Yapı içinde hava koşullarına açık olmayan kolon ve kirişlerde ≥ 20 Perde duvar ve döşemelerde ≥ 15 Kabuk ve katlanmış plaklarda ≥ 15 Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 101

10. 4. Pas payı TS 500 pas payı kalınlıklarını belirlerken örtü tabakasının kalitesini ve çevre koşullarını ayrıntılı olarak dikkate almamıştır. TS 500’ de önerilen pas payı tabakası kalınlıklarının bir çok durumda yetersiz kalması muhtemel olduğundan burada verilen değerlerin arttırılarak kullanılması tavsiye edilir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 102

10. 5. Alınması gerekli önlemler 1. 2. 3. Çevresel etkinin şiddeti dikkate alınarak uygun beton sınıfı seçilmeli, yapısal dizayn açısından ihtiyaç olmasa bile gereğinde beton kalitesi arttırılmalıdır. Tüm bozulma süreçlerinde betonun sıvı ve gaz geçirimliliğinin en önemli faktör olduğu bilinmektedir. Bu sebeple betonun geçirimsizliğini sağlayacak önlemler alınmalıdır. Yeterli kalınlıkta pas payı tabakası kullanılmalıdır. Bina içleri gibi korunmuş kısımlarda pas payı tabakası kalınlığının 15 -20 mm civarında alınması mümkünken, korozyon riskinin yüksek olduğu ortamlarda bu değerin 50 -60 mm ve üzerinde olması önerilir. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 103

10. 5. Alınması gerekli önlemler 4. Yapı elemanlarının detayları tasarlanırken suyun yapı elemanı üzerinden ve çevresinden bir an önce uzaklaşmasını sağlayacak önlemler alınmalıdır. H 2 O İzolasyon Yanlış Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Doğru Kısmen doğru 104

10. 5. Alınması gerekli önlemler Yanlış Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group Doğru 105

10. 5. Alınması gerekli önlemler 5. Çok şiddetli etki durumunda ise, yukarıda söz edilen önlemlere ek olarak, betonun dış ortamdan izole edilmesi, donatının korozyona karşı epoksi vb. maddelerle kaplanması, katodik koruma sağlanması gibi yüksek maliyetli önlemlerin alınması gerekli olabilir. Ancak bu duruma uygulamada çok nadiren rastlanır. Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 106

TEŞEKKÜRLER Set Beton 11/26/2020 Italcementi Group 107