Klor İyon Geçirgenliği ve Betonda Karbonatlaşma Direnci Nasıl Değerlendirilir?

Yazımızda klor iyon geçirgenliği ve betonda karbonatlaşma direnci hakkında bilmeniz gereken her şeyi sizin için derledik.

Beton yeraltı suyundan deniz suyuna kadar birçok zararlı ortamda çevresel etkiye maruz kalabilir ve kimyasal saldırılara uğrayabilir. Bu çevresel etkiler, betonun performansının zamanla azalmasına, servis süresinden önce işlevini ve dayanıklılığını tamamen yitirmesine yol açabilir. Suyun ve zararlı maddelerin beton içine transferi ve bunların beton ile etkileşimi betonun durabilitesi açısından çok önemlidir. Bu gibi ortamlar beton için “zararlı ortamlar” olarak nitelendirilir.

Betonda Klor İyon Geçirgenliği Nasıl Oluşur?

Çevrede bulunan klorür iyonları beton içine çeşitli yollardan girebilir. Özellikle betonla temas halindeki deniz suyu ya da tuzlu yeraltı suları, buz çözücü tuzlar önemli klor kaynaklarıdır.

Tekrarlı ıslanma-kuruma etkisine maruz deniz yapılarında deniz suyu ile beton içine sızan klorür iyonları, suyun buharlaşması sonucu beton içinde kalır, tekrar sayısı arttıkça klorür iyon yoğunluğu da artar.

Ayrıca, denizden yükselen çok ince deniz suyu damlacıkları dolayısıyla klorür iyonları rüzgarlarla önemli mesafelerde taşınarak beton yüzeyine yerleşebilir.

Korozyon durumunda, klorür iyonları katalizör görevi görür ve reaksiyonu çarpıcı biçimde hızlandırırlar. Reaksiyon sonucu klorür iyonu kendini sürekli yenilediğinden, donatıda tahribat devamlı olur ve sonuçta donatı kopar. Bu olay düşük klor konsantrasyonlarında bile gerçekleşebilir.

Betonda Karbonatlaşma Nasıl Oluşur?

Betonda karbonatlaşmanın oluşabilmesi için ortamda bazı bileşenlerin bulunması şarttır. Bunlar;

-Çimentonun hidratasyonu sonucu oluşan kalsiyum hidroksit (CH),

-Atmosferde serbest durumdaki karbondioksit ve,

-Bu iki maddenin reaksiyona girebilmesi için gerekli olan nemdir. Bu 3 parametre olduğu sürece beton sürekli olarak karbonatlaşacaktır.

Betonda karbonatlaşma, beton yüzeyinden başlayarak iç kesimlere doğru hızı azalarak ilerler. Genelde, doğanın temiz havasında %0,03 kadar CO₂ bulunur. Bu oran, büyük şehirlerin kirli havasında %0,3’e, hava sirkülâsyonun iyi olmadığı tünellerin içinde %1’e kadar yükselebilir. Bu, betonda karbonatlaşma hızını yaklaşık 30 kata kadar arttırır.

Havadaki nem oranı %25’den az veya %90’dan fazla ise CO₂ betonun içine nüfuz edemez. Bu durumlarda karbonatlaşma görülmez.

Betonda karbonatlaşma faktörlerinden biri betonun porozitesinin yüksek olmasıdır. Betonun içinde boşluklar minimuma indirgenirse beton daha geçirimsiz ve dıştan gelecek çevresel etkilere karşı daha dayanıklı olur.

Standartlara Göre Çevresel Etkilere Karşı Dayanıklılık Nasıl Sağlanır?

TS EN 206 (2017) standardı, bu çevresel etkenlere karşı dayanıklı olabilecek beton tasarımı için karışım oranlarında sınır değerler önerir. Bu sınır değerler, en büyük su/eşdeğer bağlayıcı oranı, en düşük beton sınıfı, en az eşdeğer bağlayıcı içeriğidir.

İklimsel, coğrafik şartlar, güvenlik seviyelerindeki farklılıklar dikkate alınarak TS EN 206 standardının birçok bölümünde milli uygulamaların kullanılmasına müsaade edilmiştir. Ülkemiz için geçerli milli uygulama kuralları TS EN 206’nın uygulanmasına yönelik tamamlayıcı standart olan TS 13515 (2019)’te verilmiştir.

En az bağlayıcı içeriği gerekliliği açısından TS EN 206 ve TS 13515 incelendiğinde, en az eşdeğer bağlayıcı içeriği ile ilgili kısıtlamanın iki standartta da bulunduğu, en az çimento içeriği ile ilgili bir kısıtlamanın TS 13515’in ilave bir şartı olduğu görülür. En az çimento içeriğinin belirlenmesinde ülkelerin kendi tecrübelerinin etkili olduğu anlaşılır.

Deneysel Çalışma: Klor İyon Geçirgenliği ve Karbonatlaşma

Çalışmada, betonun klor iyon geçirgenliği, kılcal su emme ve karbonatlaşma direnci özellikleri,XC, XD ve XS çevresel etki sınıfları (TS EN 206 ve TS 13515) sınır değerlerine göre araştırılmıştır.

Beton karışımları, TS EN 206 ve TS 13515 standartlarında verilen en büyük su/eşdeğer bağlayıcı oranı, en düşük beton sınıfı, en az eşdeğer bağlayıcı içeriğine göre 21±1 cm slump sabit kıvamda hazırlanmış, ancak TS 13515’in ilave şartı mineral katkı kullanıldığında en az çimento içeriğinden bağımsız tutulmuştur.

Eşdeğer bağlayıcı miktarı, (çimento + k × mineral katkı) şeklinde hesaplanmaktadır (TS EN 206). UK için k değeri 0,4, YFC için k değeri 0,8 alınmıştır.

Beton karışımlarına kılcal su emme (TS EN 772-11), klor iyon geçirgenliği (ASTM C 1202) ve karbonatlaşma direnci (EN 13295) tayini deneyleri yapılmıştır.

Şekil.1 ve Şekil.2’de eşlenik bağlayıcı miktarı arttıkça kılcal su emme katsayısı ve klor iyon geçirgenliği değerlerinin düştüğünü görüyoruz

Mineral katkı içermeyen karışımlara göre, aynı eşlenik bağlayıcı miktarına sahip çimento yerine %50 YFC, %25 UK ve %30 UK içeren karışımlarda kılcal su emme katsayısı ve klor iyon geçirgenliği değerleri düşmektedir.

Mineral katkı içermeyen ve UK içeren karışımlar yüksek klor iyon geçirgenliğine sahipken, %50 YFC içeren karışımlar çok düşük iyon geçirgenliğine sahiptir (Tablo.3). Mineral katkı kullanımının klor iyon geçirgenliği değerini düşürmesi geçirimli boşlukların azalmasına bağlanabilir, %50 oranında YFC içeren karışımda bu durum oldukça etkilidir.

Tablo 3. ASTM C 1202’ye göre Betonun Klor İyon Geçirgenliğinin Değerlendirilmesi

Karbonatlaşma açısından incelendiğinde, %30 UK içeren karışımlar mineral katkı içermeyen betondan daha düşük karbonatlaşma derinliğine sahipken, %50 YFC içeren karışımlar mineral katkı içermeyen betonla benzer performans göstermiştir (Şekil.3).

Mineral katkının beton boşluk çözeltisindeki Ca(OH)₂’i tüketmesi ortamdaki CO₂’nin daha derine nüfuz etmesine ve karbonatlaşma hızının derinliğinin artışına sebep olur. Mineral katkıların geçirimliliği azaltması ise karbonatlaşma hızını derinliğini azaltma şeklinde ters bir etki yaratır (Sulapha, 2003). Literatürde mineral katkıların karbonatlaşma hızına derinliğine etkileri ile ilgili çelişkili sonuçların bulunmasının sebebi baskın olan etkinin deney sonuçlarına yansıması olarak yorumlanabilir.

%50 YFC ve %30 UK içeren karışımlar TS 13515’e göre mineral katkı kullanıldığında en az çimento içeriği gerekliliğini yani XC, XD, XS çevresel etki sınıflarına ait şartı sağlamamaktadır.

Ancak, karışımların klor iyon geçirgenliği performansları karşılaştırıldığında TS 13515’teki şartları sağlamamasına rağmen aynı eşdeğer bağlayıcıya sahip mineral katkı içermeyen betonlara göre %30 UK içeren karışımlarda daha düşük, %50 YFC içeren karışımın çok daha düşük klor iyon geçirgenliğine sahip olduğu görülür.

Kullanılan Kaynaklar:

• Gülen Şahin F., Andiç Çakır Ö. vd. “Mineral Katkılı Betonların Klor İyon Geçirgenliği ve Karbonatlaşma Direncinin Çevresel Etki Sınıflarına Göre Değerlendirilmesi” 10.Uluslararası Beton Kongresi, 2019.
• Uygunoğlu, T., Yücel, K. T. (2006) “Yurtcu, Ş. Betonun Zararlı Ortamlardaki Durumu: Yeraltı Suyu Etkisi” Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi, (1) 29 – 35.
• Newman, J., Choo, B. S. (2003) Advanced Concrete Technology.Butterworth-Heinemann, An Imprint of Elsevier, 234-239.
• Baradan, B., Yazıcı, H., Ün, H. (2010) Beton ve Betonarme Yapılarda Kalıcılık (Durabilite), Türkiye Hazır Beton Birliği Yayınları, İstanbul.
• TS EN 206:2013+A1 (2017) Beton – Özellik, performans, imalat ve uygunluk.
• TS 13515 (2019) TS EN 206’nın uygulanmasına yönelik tamamlayıcı standart.
• TS EN 772-11 (2011) Kâgir birimler – Deney yöntemleri – Bölüm 11: Betondan, gazbetondan, yapay ve doğal taştan yapılmış kâgir birimlerde kapiler su emme ve kil kâgir birimlerde ilk su emme hızının tayini.
• ASTM C 1202 (2012) Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration.
• BS EN 13295 (2004) Products and systems for the protection and repair of concrete structures-Test methods-Determination of resistance to carbonation.
• Sulapha, P., Wong, S. F., Wee, T. H. and Swaddiwudhipong S. (2003) Carbonation of Concrete Containing Mineral Admixtures, Journal of Materials in Civil Engineering
• Vol. 15, Issue 2.