Yazımızda betonda karbonatlaşma nedir ve alınacak önlemler nelerdir gibi soruların yanıtlarını sizin için derledik.
Betonarme yapılar, yaklaşık 50 yıl olan kullanım ömrü süresince atmosferdeki karbondioksiti (CO2) absorbe eder. Betonarme yapılarda yapılan simülasyon çalışmaları doğrultusunda yaklaşık 2,2-ton CO2 absorbe ettiği bulunmuştur. Bu simülasyonlarda 6 katlı bir binanın CEM II/A çimentosu kullanılarak inşa edildiği varsayılmıştır. Ayrıca, bu CO2 miktarı çimentonun üretiminde sırasında salınan CO2 miktarının yaklaşık % 13’ü kadardır. Bu olayın gerçekleşme sebepleri, nasıl önlem alınabileceği, aşamaları ve etkileri aşağıdaki başlıklarda bu yazımızda incelenmiştir.
Betonda Karbonatlaşma Nedir?
Çimento hidratasyon ürünleri, özellikle Ca(OH)2, zamanla havadaki ve yağmur sularındaki karbondioksit ile birleşir. Ardından, nötr bir tuz olan kalsiyum karbonata dönüşür. Bu tuzlar, beton porlarında karbonat çökeltileri oluşturur. Betonun alkali yapısı (pH=12,5) donatıların korozyonuna engel olur; fakat karbonatlaşma bu özelliğin yitirilmesine neden olmaktadır. Bu durum beton yapı elemanlarının servis ömrünü negatif etkilemektedir.
Betonda Karbonatlaşma Nasıl Anlaşılır?
Göz ile kontrol edildiğinde betonda açık griden koyu turuncaya kadar varolan renk değişiklikleri CO2 absorbesinin bir göstergesidir. Fakat optik mikroskop ile analizi sonucunda; kalsit kristallerinin gözlenmesi ve kalsiyum hidroksit, etrenjit, hidrate olmamış çimento taneciklerinin yoğunluğu ile de kesin bir şekilde tayini yapılabilir. Karbonatlaşmış kısımdaki boşluklu yapı ise ya değişmeden kalır ya da azalmış olarak gözlemlenir.
Karbonatlaşma Hızı Nedir? Nasıl Bulunur?
Karbonatlaşan kısmın derinliği ölçülerek karbonatlaşma hızı bulunmaktadır. En yaygın yöntem; fenolftalein çözeltisi kullanarak asidik-bazik bölge ayrımı yapmak ve rengi pembe (asidik) olmayan kısımların derinliğini ölçmektir. Fakat bu yöntemle sayısal değerlendirme yapmak mümkün değildir. Petrografik mikroskop analizi, Infrared Spektroskopi (IR), termik analiz, kimyasal analiz, X-ışını Difraksiyonu, nötron radyografisi gibi analiz metodları araştırmaya yönelik çalışmalarda kullanılabilmektedir.
Karbonatlaşma hızını etkileyen faktörler üç ana başlıkta sınıflandırılarak incelenebilir. Bunlar;
- Birleşim oranları,
- Üretim teknikleri,
- Çevresel Oözelliklerdir.
Karotun dış yüzeyi ile koyu gri renkteki bölgenin sınır çizgisi arasındaki kalınlık; karbonatlaşma derinliğini tanımlar. Bu olay aşağıdaki şekildeki gösterilmiştir. Buradaki derinlik ölçülerek karbonatlaşma hızı bulunur.
Karbonatlaşma Hızını Etkileyen Faktörler Nelerdir?
1. Harç ve betondaki boşluk yapısı
Karbondioksit difüzyonunu etkilediği için karbonatlaşma sürecinde önemlidir. Boşluk yapısını etkileyen faktörler ise aşağıda sıralanmıştır;
- Su/çimento oranı: Çok düşük (yerleşme problemi) ya da çok yüksek olması boşluklu yapının artmasına; dolayısı ile de daha kolay gaz girişine sebebiyet verir.
- Çimento dozajı: Yüksek olması karbonatlaşabilecek hidrate öge miktarını arttırarak hızı frenler. Düşük olması ise agregaların birbirine yaklaşmasına sebep olur. Bu da boşluğu kapatacak yeterli miktarda çimento olmadığında bağlantılı boşluklar oluşturur. Gaz difüzyonu kolaylaşır, karbonatlaşma hızı artar.
- Beton kürü: Uzun süre ıslak kürlenmiş betonda hidratasyon ürünleri boşluklu yapı oluşmasını azaltarak karbonatlaşmaya engel olur.
2. Betonun su içeriği ve çevre rutubeti
Suya doygun bir betonda karbondioksit difüzyonu zorlaşır. CO2 havada, suda difüze olduğunun 1000 katı kadar daha hızlı yayılır. Bağıl nemin % 40-80 olması karbonatlaşmanın oluşması için en uygun değerlerdir.
3. Mineral katkılı çimentolarda da karbonatlaşma hızı yüksektir. Karbonatlaşacak daha az bir kısım mevcuttur. Bu sebeple olay daha hızlı gerçekleşir.
4. Dış ortam sıcaklığı, normalin biraz üzerindeyse hızı arttırır. Fakat aşırı artışı ise kurumayı arttırarak; gaz çözünürlüğünü azaltır ve karbonatlaşma hızını düşürür.
5. 0,2 mm’den büyük çatlaklı betonlarda karbonatlaşma hızı artmaktadır.
Karbonatlaşmaya Karşı Alınacak Önlemler ve Onarım Yöntemleri
Betonda karbonatlaşmaya karşı alınabilecek başlıca önlemler;
- Beton yüzeyinin, CO2 girişine karşı tecrit edilmesidir. Bu işlem; organik silikon reçinesi, akrilik silikon reçinesi, vinil asetat polimeri ya da saf akrilik emülsiyonu ile sağlanabilir.
- Karbonatlaşma gerçekleşmiş ise karbonatlaşmış tabakanın kaldırılarak özel tamir harçlarının kullanılıp yüzeyin sıvanması gibi bir tamir yöntemi de sağlıklı bir önlemdir.
Karbonatlaşmanın alınan önlemler doğrultusunda önlenemediği durumlarda ise onarım yöntemlerine başvurulabilir. Onarım yöntemi olarak başlıca üç yöntem vardır. Bu yöntemler;
- Realkalizasyon: Betonun 8’e kadar düşen pH değerini tekrar 12 mertebesine yükseltmeyi amaçlar.
- Pasif Realkalizasyon: Kireç yönünden zengin Portland çimentolu bir sıva ile beton yüzeyini örtme işlemidir. Kürlemeden hemen sonra yapılması öngörülür. Fakat yıllar sonraki uygulamalarda da alkalinite konusunda yarar sağlayacaktır.
- Aktif Realkalizasyon: 1 A/m2 şiddetindeki doğru akım 3-7 gün uygulanır. Oluşan sodyum ve hidroksit iyonları betondaki pH değerini 11’e yükseltir. Bu durum, alkali-agrega reaksiyonuna yol açabilir. Agregaların aktif silis oranının yüksek olması bu ters etkiyi doğurur. Akım şiddetinin artması da kurumalar ve aderans kayıpları gibi yan etkiler yaratabilir.
Betonda Karbonatlaşmaya Neden Dikkat Etmelisiniz?
Doğal karbonatlaşma yapının kullanım ömrünü kısaltmaktadır. Bu durumda betonarme yapılarının servis ömrü olumsuz etkilenmektedir. Doğal ve yavaş olan karbonatlaşmanın negatif etkileri olmakla birlikte; CO2’nin sera gazı etkisinin atmosferdeki etkilerinin artması ve karbon ayak izinin azaltılması için sürdürülebilirlik çalışmaları son zamanlarda oldukça önem kazanmıştır. Ayrıca karbon ile kürleme sonucunda oluşan nanometrik boyuttaki CaCO3 yapılarının betonun dayanım özelliklerini % 10 civarında arttırdığı gözlemlenmiştir. Dolayısıyla betonda karbonatlaşma hızını ölçmek ve karbonatlaşmaya karşı alınabilecek önlemler ile onarım yöntemlerini irdelemek oldukça önemlidir.
Kullanılan Kaynaklar:
