TS EN 206’YA GÖRE ÇEVRESEL ETKİ SINIFLARI İÇİN

BETON TASARIMI “uzun ömür”

İnş. Müh. İrfan KADİROĞLU

BATIBETON İşletme Müdürü

30 EKİM 2014 - İZMİR

DURABİLİTE (DAYANIKLILIK) Yapı malzemesi, yapı elemanı ya da yapının işlevini uzun yıllar boyunca bozulmadan yerine getirebilmelerine “durabilite” ya da “dayanıklılık” diyoruz. Durabiliteye yapı elemanı veya yapının hizmet ömrünün uzun olması da diyebiliriz. Günümüzde çok uzun ömürlü bazı yapılar halen varlığını korumakta ve hizmet verebilmektedirler. Günümüzden yaklaşık 4500 yıl önce inşa edilen Mısır Piramitleri bugün hala ayaktadır. Yine günümüzden yaklaşık 1500 yıl önce inşa edilen Ayasofya da bugün ayakta, hatta müze olarak hizmet vermektedir. Bu yapılarda kullanılan doğal taş malzemesi binlerce yıl boyunca oluşmuş, yüksek stabiliteye sahip bir malzemedir. Yani özellikleri yapıldıktan sonra da sürekli aynı kalabilmiştir.

Bir yapının projelendirilmesi ve yapımı; beş ana hedefin göz önüne alındığı ve bu ilkelere göre çözülen bir optimizasyon problemidir. Bunlar: Dayanım, Dayanıklılık, İşlevsellik, Ekonomik olma, Estetik olma. Betonarme yapılar genellikle 100 yıl civarında servis verebilecek şekilde projelendirilir. Beton teknolojisi kurallarıyla, titiz bir şekilde tasarlanmış ve uygulanmış beton dayanıklıdır. Hatta bu şekliyle belki de en dayanıklı malzemedir.

1990’lı yıllara kadar betonun daha doğrusu betonarmenin dayanıklılığı çeliğin beton tarafından korunmasıyla açıklanıyordu. Basınç dayanımının da zamanla azalmaması, aksine artması dayanıklı gösterilmesine başka bir gerekçe idi. Betonun ya da betonarmenin dayanıklılığı göz ardı edilmişti. Yeterli bilgi birikimi de yoktu. Yakın zamana kadar yapılan binalarda, bilgi eksikliği ve uygulama hataları nedeniyle durabilite problemleri olduğunu söyleyebiliriz.

Bir yapının performansı ile ekonomik servis ömrü arasındaki ilişki aşağıda şematik olarak gösterilmiştir:

Beton ve betonarme elemanların zamanla bozulmalarına ve durabilite problemlerine neden olan iç veya dış etkenler vardır. Bu etkenler fiziksel, kimyasal, biyolojik veya mekanik kökenli olabilir. DIŞ ETKİLER: Karbonatlaşma, donma-çözülme, klor etkisi, aşınma, bazı asit

ve tuz etkileri. İÇ ETKİLER: Alkali-agrega reaksiyonu, DEF, vb.

BETONUN İÇ VE DIŞ ETKENLERLE BOZULMASI

FİZİKSEL VE KİMYASAL VE MEKANİK ETKİLER BİYOLOJİK ETKİLER

AŞINMA ASR BUZ ÇÖZÜCÜ TUZLAR KLORÜR ETKİSİ ISLANMA-KURUMA KARBONATLAŞMA HACİM DEĞİŞİMİ ASİT ZEMİN ETKİSİ DONMA-ÇÖZÜLME SÜLFAT ETKİSİ MgO

BETONUN İÇ YAPISINDA BOZULMALAR

DONATI KOROZYONU

ÇATLAMA, BÜZÜLME, GEÇİRİMLİLİK BETONDA DAYANIM KAYBI ARTIŞI BOZULMALAR

TS EN 206’YA GÖRE (TS 13515) ÇEVRESEL ETKİLER XO – Korozyon ya da zararlı etki tehlikesi yok. XC – Karbonatlaşmadan kaynaklanan korozyon. XS – Deniz suyu klorürlerinin neden olduğu korozyon. XD – Deniz suyu dışındaki klorürlerin neden olduğu korozyon. XA – Betonun kimyasal etkilere maruz kalması. XM – Mekanik aşınma etkisi. XF – Donma-Çözülme etkisi. XW – Alkali silika reaksiyonu etkisinde donatı korozyonu.

KARBONATLAŞMADAN KAYNAKLANAN KOROZYON

KARBONATLAŞMA : Atmosferde bulunan CO2 gazının betonun gözenek sistemine işleyerek Ca(OH)2 ile yaptığı reaksiyon sonucu CaCO3 oluşması ve betondaki pH değerinin düşmesidir. Bu düşüş donatı korozyonuna neden olur. Beton yüksek dereceden alkali bir ortamdır. Alkali ortamının kaynakları: 1. C3S + H2O CSH + 3Ca(OH)2

2. C2S + H2O CSH + Ca(OH)2

3. CaO + H2O Ca(OH)2

4. Na2O + H2O 2NaOH 5. K2O + H2O 2KOH

KARBONATLAŞMA REAKSİYONUNU GELİŞİMİ Atmosferde asit oluşturan gazlardan en önemlileri CO2 ve SO2’dir. Reaksiyonları 3 aşamalıdır : 1. Gazların gözenek sistemine işlemesi 2. Gazların gözenek suyu ile asit oluşturması • CO2 + H2O H2CO3

• SO2 + H2O H2SO3

3. Asitlerin gözenek suyu içerisinde çözünmüş olan alkali bileşenleri ile reaksiyon yaparak bunları nötr hale getirmesi

• Asit + Alkali Tuz + Su Karbonatlaşma reaksiyonun basitleştirilmiş hali: • Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

pH = 12,6 pH=8,3 KOROZYON !

Karbonatlaşma reaksiyonunun şiddeti ve gelişimi, çimentonun alkalinitesi ile çok ilişkilidir. • Çimento (OH)- açısından zengin. Ca(OH)2 , yüksek (OH)- konsantrasyonunda zor çözünür, aşırı doygun hale gelir,kristalleşir. H2CO3 ile reaksiyonu mümkün olunan Ca(OH)2 , iki aşamalı Bir reaksiyonla araya NaOH veya KOH gibi diğer alkalilerin devreye girmesiyle çözülür. • CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O • Na2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + 2NaOH

Karbonatlaşma, yüzeyden içeriye doğru hızı azalarak devam eden bir reaksiyondur. Çünkü;

• Meydana gelen ürün hacmi daha fazladır. • İç bölgelere doğru CO2 girişi zordur.

Donatı korozyonu riski için paspayının karbonatlaşması önem taşır.

“NİTELİKLİ PASPAYI”

Durabilite açısından büyük öneme sahip olan paspayı uygulamada ihmal ediliyor. Paspayı, betonun iç kısımlarına göre;

1. Daha yüksek su/çimento oranına sahip, 2. Çatlaklı, 3. Boşluklu, geçirimli olmaktadır.

Hatta gerekli kalınlık bile bazen sağlanamamaktadır.

Betonun su içeriği ve çevre nemi de karbonatlaşmanın gelişimini etkiler. Karbonatlaşma reaksiyonu için ince bir su filmi ve devamlı bir CO2 akımı gerekir. • Bağıl nem < %30 ise Karbonatlaşma meydan gelmez. • Bağıl nem > %90 ise Karbonatlaşma durur.

En yüksek karbonatlaşma %50 bağıl nemde görülmüştür. İzmir’de son 45 yılın ortalama nem değeri %60 civarındadır.

Karbonatlaşma reaksiyonunun gelişimini etkileyen bir diğer faktör havadaki CO2 konsantrasyonudur. Normal temiz havada bulunan CO2 oranı % 0,03’tür. Büyük şehirlerde bu oran % 0,3’tür. Çok enderde olsa %1 CO2 konsantrasyonuna sahip havaya da rastlanır.

İngiltere’de açıkta bırakılan, yağmurdan korunmuş beton elemanların 30 yıl sonundaki karbonatlaşma derinlikleri

28 Günlük Basınç Dayanımı (Mpa) (Silindir)

Karbonatlaşma Derinliği (mm)

20 45 40 17 60 5 80 2

KARBONATLAŞMA REAKSİYONUNUN GELİŞİMİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER

1. Su/Çimento Oranı : Oran arttıkça, karbonatlaşma hızlanır. 2. Çimento Dozajı : Yüksek dozaj karbonatlaşmayı yavaşlatır. 3. Betonun Kürü : Uzun süreli ıslak kür karbonatlaşmayı yavaşlatır. 4. Puzolanların kullanımları 5. Basınç Dayanımı : Arttıkça, karbonatlaşma hızı azalır. 6. Çimentonun Kimyasal Bileşimi : CaO ve Ca(OH)2 azalması, alkalilerin

artması karbonatlaşma hızını arttırır. 7. Sıva : Paspayını takviye eder, gazların girişine engel olur. 8. Bağıl Nem : Çok kuru ve suya doygun ortamlarda reaksiyon durur. %50

bağıl nemli ortamda reaksiyon maksimumdur. 9. CO2 Konsantrasyonu : Ortamda CO2 konsantrasyonu arttıkça reaksiyon

artar. 10. Sıcaklık : Normal sıcaklık reaksiyonu hızlandırır. Aşırı sıcaklık yavaşlatır.

KARBONATLAŞMA DERİNLİĞİNİN TAYİNİ

Karbonatlaşma Derinliği : C = K √ T • C : Karbonatlaşma Derinliği (mm) • K : Fiziksel değişkenlikleri içeren bir parametre • T : Zaman (yıl)

Karbonatlaşma derinliği yerinde deneyle belirlenebilir. Deney yönteminin esası, betonu keserek yüzeye indikatör sıvısı püskürtmektir. Karbonatlaşmış kısım renksiz kalırken, karbonatlaşmamış kısım sıvı ile reaksiyona girerek renk verir.

Karbonatlaşma Katsayısı bilinen bir betonarme yapıda yapılacak onarımın en uygun zamanının tespiti. t = ((P/K)-(K/α))2

T = N yıllık yapı servis ömrü için yüzey tamirinin en uygun zamanı P = En az beton örtü kalınlığı, mm α = Katsayı ( N=100 yıl için α=8,2 , N=80 yıl için α=10,3 , N=50 yıl için

α=16,5) K= Karbonatlaşma Katsayısı, mm/yıl0,5

K = (Y0 / √ t0)

Y0 = İnceleme sırasında deney ile bulunan karbonatlaşma derinliği, mm. T0 = inceleme anındaki beton yaşı, yıl.

Örnek olarak, 20 yıllık bir betonarme binadan alınan beton karot örneklerinden yapılan deneysel ölçümlerle karbonatlaşma derinliği 14,4mm bulunmuş olsun. Bu yapıda tespit edilen en düşük paspayı da 25mm olsun. Bu yapıdan beklenen servis ömrü 100 yıl olması halinde, karbonatlaşma cephesinin 100 yıl sonra nereye varacağı ve bu paspayının donatıyı korozyondan koruyup koruyamayacağı, ayrıca gerekli ise en uygun onarım zamanı tahmini olarak belirlensin.

Öncelikle karbonatlaşma katsayısını buluruz. • K = (Y0 / √ t0) K = (14,4 / √20) = 3,22 mm/ √yıl

Bu durumda 100 yıl sonra tahmini karbonatlaşma derinliği; • C = K √ T C = 3,22 √100 = 32,2 mm.

100 yıl sonraki tahmin edilen karbonatlaşma derinliği, paspayı tabakası kalınlığından (25-5=20mm) bir hayli yüksektir. Dolayısı ile paspayı tabakası ve geçirimsizlik yetersizdir. Önlem alınmalıdır. Bu betonarme yapı için yüzeyde yapılacak onarımın en uygun zamanı; • t = ((P/K)-(K/α))2 t = ((20/3,22)-(3,2/8,2)) 2 = 34 yıl olarak bulunur.

Karbonatlaşmanın sebep olduğu korozyon Donatı veya diğer gömülü metal ihtiva eden betonun hava ve nem etkisine maruz kalması

halinde etki aşağıda verilen şekilde sınıflandırılır.

Etki Sınıfı Ortam Örnek

En Büyük Su/çi

m. Oranı

En küçük Dayan

ım Sınıfı

En az çim.

içeriği

En az hava

içeriği

Diğer şartlar

XC1 Kuru veya sürekli ıslak Çok düşük rutubetli havaya sahip binaların iç kısımlarındaki beton sürekli su içerisindeki beton

0,65 C 20/25 260 - -

XC2 Islak arasıra kuru Suyla uzun süreli temas eden beton yüzeyler çoğu temeller

0,60 C 25/30 280 - -

XC3 Orta derecede nemli

•Orta derecede veya yüksek rutubetli havaya sahip binalrın iç kısımlarındaki betonlar Yağmurdan korunmuş, açıkta bulunan betonlar

0,55 C 30/37 280 - -

XC4 Döngülü ıslak ve kuru XC2 etki sınıfı dışındaki su temasına maruz beton yüzeyler 0,50 C

30/37 300 - -

KARBONATLAŞMA ETKİSİ TS EN 206-1’E GÖRE

KLORÜRLERİN NEDEN OLDUĞU KOROZYON

Korozyon, metallerde su ve oksijenin bulunduğu ortamda görülen kimyasal bir değişim sürecidir. Yapay olarak üretilen metal malzemeler, uygun ortam bulduklarında asıllarına dönmeye çalışırlar. Bütün metaller en düşük enerjili durumları olan oksit haline dönmeye eğilimlidirler (Altın hariç). Betonarme yapılarda beton içine gömülü olarak kullanılan çelik donatı, doğru tasarlanmış, üretilmiş olan geçirimsiz, kaliteli bir beton tarafından fiziksel ve kimyasal olarak korozyondan korunur.

Korozyon problemi, betonarmenin en önemli problemlerinden birisidir. Deniz yapılarında, klorüre maruz kalan diğer yapılarda görülen korozyonun sebep olduğu tamir ve bakım masrafları ciddi kayıplara ulaşınca konu ABD ve Avrupa ülkelerinde daha iyi anlaşılmış ve kapsamlı araştırmalar yapılmıştır.

Ancak ülkemizde konunun önemi yeterince anlaşılamamıştır.

Korozyon, betonarme yapılarda çelik donatının kesit ve düktilite kaybı nedeniyle stabilitesi açısından önemli sonuçlar doğurur. Donatı – Beton aderansı da korozyondan olumsuz etkilenir, ilerleyen hasar durumunda aderans tamamen yok olur. PASLANMA PASPAYI ÇATLAMASI PASPAYININ DÖKÜLMESİ (DONATI KORUMASIZ) HIZLI PASLANMA YOK OLUŞ.

İzmir’de korozyon hasarına uğramış elektrik direkleri

BETONARME DONATISINDA KOROZYON ŞEKİLLERİ

1. Atmosferik Korozyon

2. Elektro – Kimyasal Korozyon

3. Temas Korozyonu

4. Hidrojen Korozyonu

ATMOSFERİK KOROZYON

Açıkta bırakılan donatının korozyonudur. Reaksiyon, çelik donatının yüzeyinde uniform olarak gelişir. Fe + ½ O2 + H2O Fe(OH)2 Fe(OH)2 FeO + H2O Reaksiyon için nem ve oksijen gerekir. Hava kirliliği ve atmosferik koşullar reaksiyon hızını belirler. • Kuru hava Donatı yüzeyi kuru, reaksiyon gelişmez. • Nemli ortam Donatı yüzeyinde ince bir su filmi, reaksiyon gelişir. • Nemli + Kirli Atmosfer Koşulu Donatı yüzeyinde su filmi

oluşumunun kolay (tuzların nem tutma özelliği) elektrolit ortam, reaksiyon hızlı gelişir.

BETONARME DONATISINDA ELEKTRO – KİMYASAL / KLORÜR KOROZYONU

Betonarme çelik donatısı, açıktaki çeliğe göre korozyondan çok daha iyi korunabilir. Koruma; 1. Fiziksel Koruma : Ortamdaki klorür iyonları , nem ve oksijenin çeliğe

ulaşmasının engellenmesi. 2. Kimyasal Koruma : Betonun çeliğe yüksek alkali (pH ≥ 12,5) ortam

sağlaması.

Çeliğin korozyondan korunması için mükemmel bir ortam : BETON.

Ancak yine de betonarmede donatı korozyonu hala neden önemli bir problem? Çünkü paspayı yetersiz ve kalitesiz…

Karbonatlaşma veya klorür iyonları nedeniyle betonun donatıyı korozyondan koruma etkinliğinin kaybolması

ELEKTRO KİMYASAL KOROZYON

Birbirini tamamlayan ve eş zamanlı gelişen iki elektro – kimyasal reaksiyonla meydana gelir. 1. Oksidasyon (Anot Reaksiyonu) 2. Redüksiyon (Katot Reaksiyonu)

Anodik işlem, demirin çözünmesi işlemidir. Pozitif yüklü iyonlar çözeltiye

karışırken, negatif yüklü elektronlar çelik üzerinden katoda geçerek elektrolitin bileşenleri tarafından absorbe edilirler.

Fe Fe++ + 2e-

Katodik işlemde ise, çelik vasıtasıyla katoda geçen elektronlar su ve oksijen ile birleşip hidroksit iyonlarını oluştururlar.

2e- + ½ O2 + H2O 2(OH)-

ELEKTRO KİMYASAL KOROZYON

Anottan çözeltiye geçen demir iyonları hidroksit iyonlarıyla reaksiyona girer ve demir hidroksiti oluşturur. Fe++ + 2(OH)- Fe(OH)2

Demir hidroksit kararsız olup suda çözünür, su ve oksijenle birleşerek anot Çevresinde sarı renkli boşluklu bir pas tabakası oluşturur. Fe(OH)2 + H2O + ½ O2 Fe(OH)3

Korozyon maksimum hızına %70-80 bağıl hava nemi değerlerinde ulaşır. En çok zarar sürekli ıslanma-kuruma etkisindeki yapılarda görülür. Orta nemli ortamda → karbonatlaşma ↑ Yüksek nemli ortamda → korozyon ↑

BETONARME DONATISINDA KLORÜR KOROZYONU Klorür iyonları çelik donatının korozyonu açısından en zararlı maddelerdir. • Çelik donatıdaki pasif tabakayı çözerler. • Ortamın elektrolitliğini arttırarak, elektriksel direnci azaltıp, anot-katot iyon

akışını kolaylaştırırlar. Böylece korozyon hızı artar. • Asit karakterlidir, ortamın pH’ ını düşürerek korozyona elverişli ortama

neden olurlar. • Klorür iyonları metal tarafından O2 ve (OH)- iyonlarına göre daha kolay

absorbe edilirler. Böylece katalizör görevi görerek anodik reaksiyonu kolaylaştırır, demirin iyonlaşmasını hızlandırır.

Ortamda bolca demir ve hidroksit iyonları bulunmakta, klorür iyonları reaksiyon sonucu sürekli yenilenmekte ve donatı tahribatı devamlı olmaktadır. Bu nedenle klorür korozyonu en tehlikelisidir. • Korozyon Gelişimi :

Fe3+ + 3Cl- → FeCl3

FeCl3 + 3(OH) → Fe(OH)3 + 3Cl-

KLORÜR KAYNAKLARI

Klorür, betona difüzyon yoluyla girer. Klorür iyonları, beton içine içerden ve dışardan olmak üzere iki yolla girebilir : • İÇERDEN : Agrega, kimyasal katkı, mineral katkı, karma suyu. • DIŞARDAN : Betonla temas halinde veya çeşitli yollarla taşıma ile deniz

suları, tuz üreten yada işleyen sanayi tesisleri, havuzlar, v.s.

Klorür tahribatı en yaygın olarak dışardan beton içine taşınma ile görülmektedir. Beton içine taşıma kapiler emme, nem ile ilerleme ve difüzyon yollarıyla gerçekleşir. ISLANMA-KURUMA ETKİYİ HIZLANDIRIR VE ŞİDDETLENDİRİR.

Beton, klorür iyonlarının bir kısmını fiziksel ve kimyasal olarak bağlayabilir. • Kimyasal Bağlama : C3A ile Friedel tuzu oluşur. (Kalsiyum Klora

Alüminat). • Fiziksel Bağlama : Jel boşlukları içinde klorür absorbsiyonu.

Beton içinde hem serbest, hem de bağlı klorür iyonları bulunur. Bazı dış etkenlerle kimyasal bağlı klorürlerin çözülmesi, beton boşluk suyuna karışması ve bir anda hızlı korozyon tahribatı meydana gelebilir. Betondaki toplam klorür miktarı, nitrik asitte çözünen klorür olarak belirlenir. ASTM C 1152 : Beton ve harçta asitte çözünür klorür. ASTM C 1218 : Beton ve harçta suda çözünür klorür.

Betonda korozyona yol açmayacak klorür iyonu içeriği ne olmalıdır? Beton tasarım özellikleri (S/Ç oranı, dozaj, çimento tipi, v.s) kür koşulları, çevre koşulları, karbonatlaşma faktörleri gibi parametrelere bağlıdır. Beton içindeki klorür iyonu miktarı 0,6≈0,9 kg/m3, gözenek suyunda ise 300- 1200lt değerini aşarsa risk yüksektir. Beton kalitesi azaldıkça risk artar ya da daha düşük klorür içeriklerinde bile korozyon oluşabilir.

TS EN206-1 Standardına göre betonun klorür içeriğinin sınırlandırılması

Betonun klor geçirimliliği tayini için hızlandırılmış deney yöntemi (ASTM C 1202) kullanılır. Deney, sodyumhidroksit ve sodyum klorür içeren çözeltiye yerleştirilmiş beton numuneden belli bir zaman içinde geçen akım miktarının (coulomb) ölçülmesi esasına dayanır.

Betonda çimento ile birlikte uçucu kül, yüksek fırın cürufu gibi mineral katkıların kullanılmasının klorür geçirimliliğini azalttığı araştırmalar neticesinde ortaya çıkmıştır. (Uygun koşullarda kullanılması koşulu ile) Kür koşullarının da klorür geçirimliliğini etkilediği deneylerle ortaya konulmuştur. Örneğin su kürünün buhar kürüne göre geçirimliliği azalttığı sonucuna ulaşılmıştır.

Çeşitli oranlarda UK ve YFC içeren, standart yöntemle kür edilmiş örneklerde korozif ortamda 400 çevrim sonrasında korozyon akım yoğunluğu değerlerinin karşılaştırılması

Betonun klorür geçirimliliğine S/Ç oranının etkisi

Betonun klorür geçirimliliğine S/Ç oranının ve pas payı tabakasının kalınlığının etkisi

ÇATLAKLI BETONDA KOROZYON Betonda oluşan çeşitli çatlaklar klorür, karbonatlaşma, oksijen korozyonunu arttırırlar. Çünkü korozyona neden olan bütün faktörler çatlaklardan donatıya ulaşabilirler. Donatı boyunca oluşan çatlaklar donatıya dik olan çatlaklara göre daha tehlikelidir. Korozyon riski için aşılmaması önerilen çatlak genişliği 0,2≈0,3mm mertebelerindedir.

Çatlak bölgesinde korozyon gelişimi

ELEKTRO KİMYASAL KOROZYONUN GELİŞİMİNİ ETKİLEYEN DİĞER FAKTÖRLER

• Beton gaz, su ve klorür geçirimliliği. • Betonun boşluk yapısı, suya doygunluğu, paspayı tabakasının kalınlığı. • Betonun elektriksel direnci.

KOROZYON İLE GEÇİRİMLİLİK ARASINDAKİ İLİŞKİ

KOROZYON HASARLARI

1. Çelikte enkesit kaybı 2. Çelik – Beton aderansında azalma 3. Taşıma gücünde azalma 4. Dökülmeler nedeni ile betonarme korumasız. Çeliğin deformasyon

karakteristiği azalır.

DENİZ SUYU HARİCİNDEKİ KLORÜRLER TS EN 206-1’E GÖRE

Deniz suyu haricinde klorürlerin sebep olduğu korozyon Donatı veya diğer gömülü metal ihtiva eden betonun, buz çözücü tuzları da ihtiva eden, deniz

suyu haricindeki kaynaklardan klorürleri ihtiva etmesi halinde etki, aşağıda verilen şekilde sınıflandırılır.

Etki Sınıfı Ortam Örnek

En Büyük Su/çim. Oranı

En küçük Dayanım Sınıfı

En az çim.

içeriği

En az hava

içeriği

Diğer şartlar

XD1 Orta dereceli nemli Hava ile taşınan klorürlere maruz beton yüzeyleri

0,55 C 30/37 300 - -

XD2 ıslak arasıra kuru Yüzme havuzları klorürleri içeren endüstriyel sulara maruz betonlar

0,55 C 30/37 300 - -

XD3 Döngülü ıslak ve kuru Klorürleri ihtiva eden serpintilere maruz köprü kısımları Kaldırımlar Araba park yeri döşemeleri

0,45 C 35/45 320 - -

DENİZ SUYUNDAN KAYNAKLANAN KLORÜRLER TS EN 206-1’E GÖRE

Deniz suyundan kaynaklanan klorürlerin sebep olduğu korozyon

Donatı veya diğer gömülü metal ihtiva eden betonun, deniz suyunda bulunan klorürlere veya deniz suyundan kaynaklanan tuz taşıyan hava ile temas etmesi halinde etki, aşağıda verilen

şekilde sınıflandırılır.

Etki Sınıfı Ortam Örnek

En Büyük Su/çim. Oranı

En küçük

Dayanım Sınıfı

En az çim.

içeriği

En az hava

içeriği

Diğer şartlar

XS1 Hava ile taşınan tuzlara

maruz, fakat deniz suyu ile doğrudan temas etmeyen

Sahilde veya sahile yakın bulunan yapılar 0,50 C

30/37 300 - -

XS2 Sürekli olarak su içerisinde Deniz yapılarının bölümleri 0,45 C 35/45 320 - -

XS3 Gelgit, dalga ve serpinti bölgeleri Deniz yapılarının bölümleri 0,45 C

35/45 340 - -

DENİZ ETKİSİNDE KALAN BETON VE BETONARME YAPILARDA ETKİ DURUMLARI

Yapının bulunduğu konuma göre maruz kalabileceği değişik ortamları ve betonarme bir elemanda deniz suyu etkisiyle oluşabilen bozulma

mekanizmaları

DENİZ SUYUNDAN KAYNAKLI KİMYASAL SALDIRI

1. Sülfat etkisi → Etrenjit → Kütle kaybı Sülfatlara dayanıklı çimentoyu (SDÇ) deniz suyuna maruz betonlarda ÖNERMİYORUZ. Çimentodaki C3A’yı sınırlandırıyoruz.

2. Magnezyum iyonu etkisi → Ca(OH)2 ‘deki Ca iyonları ile Mg iyonları yer değiştirir. Mg(OH)2 (BRUSİT) oluşur. → Kütle Kaybı → MSH Oluşumu → Bağlayıcılık kaybolur.

3. CO2 etkisi → Her suda kireç taşını çözebilen CO2 bulunur. → >90mg/lt (TS EN 206-1 40-100mg/lt) ve kirli denizde Ph değeri<8 ise hidrate çimento bileşenleri karbonik asit etkisi ile çözülebilir. → Kütle kaybı.

4. Klorür Etkisi

DENİZ SUYUNDAN KAYNAKLI FİZİKSEL ETKİLER

• Aşınma : Yüzeyde dökülmeler, kütle kaybı. • Islanma – Kuruma : Islanma – Kuruma tekrarlarında tuz yoğunluğunun

artması, hızlı tahribat. Tuzların kristalleşmesi büyük basınçlar, genleşme ve dökülme oluşturur. Sıçrama ve Gel-Git bölgelerinde tehlikeli.

• Donma – Çözülme : Aşınma, tuz kristalizasyonu ile birlikte donma-

çözülme.

BETONDA GENLEŞEN ÜRÜNLERİN OLUŞTURDUĞU REAKSİYONLAR

1. SÜLFAT SALDIRISI 2. GECİKMİŞ ETRENJİT OLUŞUMU 3. TOMASİT OLUŞUMU 4. ALKALİ SİLİKA REAKSİYONU 5. ALKALİ KARBONAT REAKSİYONU Tomasit hasarına uğramış beton

Öngermeli köprü kirişleri ASR + GEO (Üretimden 1 yıl sonra)

ASR hasarına uğramış köprü ayağı (İZMİR)

YAYA yolu kaplamasında alkali-karbonat reaktivitesi sonucu

oluşan harita çatlağı

BETONDA İYON DEĞİŞTİREN REAKSİYONLAR

2. Mg İYONU İÇEREN ÇÖZELTİLERİN KİMYASAL SALDIRILARI MgCl2+ Ca(OH)2 CaCl2 + Mg(OH)2

1. ASİT SALDIRISI

SÜLFAT SALDIRISI

Sülfat, çimentonun bazı bileşenleri ile reaksiyona girerek betonun zamanla bozulmasına neden olur. Sülfat → Alüminli ve Kalsiyumlu bileşenlerle reaksiyon → Etrenjit ve Alçıtaşı → Genleşme → Çatlaklar → Dağılma ve Parçalanmalar → Dayanım Kayıpları

Sülfat etkisine maruz kalmış numune örneği

İzmir Çiğli, Sasalı, Mavişehir’in bir kısmı zengin sülfatlı zeminlere sahiptir.

Sülfat etkisinin şiddeti toprak veya suda bulunan SÜLFAT İYONUNUN konsantrasyonuna bağlıdır.

SÜLFATLARIN BETONDA OLUŞTURDUKLARI ZARARLI REAKSİYONLAR

Sülfat + C3A → Kalsiyum Sülfa Alüminat (%227 hacim artışı) Sülfat + Ca(OH)2 → Kalisyum Sülfat + Alkali Hidroksit (%124 hacim artışı) Özellikle Magnezyum Sülfat hamurun taşıyıcı bileşeni olan CSH’lere de saldırır.

REAKSİYONUN GELİŞİMİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER

1. Sülfat İçeriği, Ortam Koşulları 2. Betonun Geçirimliliği 3. Betonun, özellikle Çimentonun Yapısı 4. Suyun Varlığı

Bütün dayanıklılık problemlerinin çözümünde olduğu gibi burada da geçirimsiz beton olmazsa olmaz koşul…

Betonun sülfat dayanıklılığı ile geçirimliliği arasındaki ilişki

SÜLFAT SALDIRISINA KARŞI ALINACAK ÖNLEM TS EN 206’E GÖRE

Betonun kimyasal etkilere maruz kalması

Betonun, TS EN 206 çizelge-2'de verilen tabii zeminler ve yer altı suyundan kaynaklanan zararlı kimyasal etkilere maruz kalması durumunda etki, aşağıda verilen şekilde sınıflandırılır. Deniz suyu, coğrafik bölgeye

göre sınıflandırılır. Bu nedenle betonun kullanılacağı yerde geçerli sınıflandırma uygulanır.

Etki Sınıfı Ortam Örnek

En Büyük Su/çim. Oranı

En küçük Dayanı

m Sınıfı

En az çim.

içeriği

En az hava

içeriği

Diğer şartlar

XA1 TS EN 206 Çizelge-2'ye göre az zararlı kimyasal ortam

Atık su arıtma tesislerinde bulunan depolar, sıvı gübre konteynerleri 0,55 C 30/37 300 -

Sülfa

tlara

day

anık

lı çi

men

to

XA2 TS EN 206 Çizelge-2'ye göre orta zararlı kimyasal ortam

Deniz suyu ile temas halindeki beton bileşenler, zararlı zemin üzerindeki beton bileşenler

0,50 C 30/37 320 -

XA3 TS EN 206 Çizelge-2'ye göre çok zararlı kimyasal ortam

Endüstriyel atık su artıma tesisleri, hayvan beslemem yemlikleri, baca gazı arıtma ile soğutma kuleleri

0,45 C 35/45 360 -

Çizelge-2 Doğal zeminler ve yer altı sularından kaynaklanan kimyasal etkiler için etki sınıflarının sınır değerleri

DONMA – ÇÖZÜLME ETKİSİ TS EN 206-1’E GÖRE

Buz Çözücü Maddenin de Bulunduğu veya Bulunmadığı Donma/Çözülme Etkisi

Betonun etkili donma/ çözülme döngülerine , ıslak durumda maruz kalması halinde etki, aşağıda verilen şekilde sınıflandırılır

Etki Sınıfı Ortam Örnek

En Büyük Su/çim. Oranı

En küçük Dayanım

Sınıfı

En az çim.

içeriği

En az hava

içeriği

Diğer şartlar

XF1 Buz çözücü madde içermeyen suyla orta derecede doygun

Yağmura ve donmaya maruz düşey beton yüzeyler 0,55 C 30/37 300 -

XF2 buz çözücü madde içeren suyla orta derecede doygun

Donma ve havayla taşınan buz çözücü madde etkisine maruz yol yapılarının düşey beton yüzeyleri

0,55 C 25/30 300 4.0a -

XF3 Buz çözücü madde içermeyen suyla yüksek derecede doygun

Yağmur ve donmaya maruz yatay beton yüzeyler 0,50 C 30/37 320 4.0a -

XF4 Buz çözücü madde içeren su veya

deniz suyu ile yüksek derecede doygun

Buz çözücü maddelere maruz yol ve köprü kaplamaları buz çözücü tuz ihtiva eden su serpintisine doğrudan ve donma etkisine maruz beton yüzeyler deniz yapılarının dalga etkisi altındaki donmaya maruz bölgeleri

0,45 C 30/37 340 4.0a -

MEKANİK AŞINMA ETKİSİ Beton, kullanım esnasında önemli derecede mekanik aşınmaya maruz kalacaksa etki, aşağıda verilen

şekilde sınıflandırılır.

Etki Sınıfı Ortam Örnek

En Büyük Su/çim. Oranı

En küçük Dayanım

Sınıfı

En az çim.

içeriği

Min katkı

kullanıldığında en az çim.

İçeriği

En az hava

içeriği

Diğer şartlar

XM1 Orta derecede aşınma

Üzerinde, şişme lastikli araçların hareket ettiği taşıyıcı zeminler veya yüzeyi sertleşmiş sanayi tesisien ait zeminler

0,55 C 30/37 300

270

- -

XM2 Önemli derecede aşınma

Üzerinde, şişme lastikli veya içi dolu lastikli çatallı yükleyicilerin hareet ettiği taşıyıcı zeminler veya yüzeyi sertleştirilmiş sanayi tesisine ait zeminle

0,55 C 30/37 C 35/45

300 320 - -

XM3 Çok yüksek derecede aşınma

Üzerinde, içi dolu lastik veya çelik tekerli çatallı yükleyicilerin hareket ettiği taşıyıcı zeminler veya yüzeyi sertleştirilmiş sanayi tesisine ait zeminler; üzerinde sık sık paletli araçlar hareket ettiği zeminler; hızlı ve türbülanslı akan sulardaki beton su yapıları (enerji kırıcı havuzlar vb.)

0,45 C 35/45 320 - -

KULLANILAN ORTALAMA TAHMİNİ BETON BASINÇ DAYANIM SINIFI ORANLARI (%)

0 3 3

11

31

37

8

3 1

3

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

C 8/10 C 12/15 C 16/20 C 20/25 C 25/30 C 30/37 C 35/45 C 40/50 C 45/55 C 50/60

DAYANIKLILIK VE UZUN ÖMÜR İÇİN;

Su/Çimento oranı < 0,50-0,55

BU AMAÇLA SEÇİLMESİ GEREKEN EN DÜŞÜK BETON SINIFI

C 35/45

Dayanıklılık için sadece C 30/37 basınç dayanım sınıfının seçilmesi çözüm değildir. Çünkü yeni nesil kimyasal

katkıların kullanımıyla 0,60 s/ç oranına kadar C 30/37 üretilebilmektedir.

Statik projesi C 30/37 basınç dayanım sınıfında çözülmüş

bir projenin, farklı bölgelerde inşa edilmesi durumunda maruz kalacağı çevresel etkilere göre

uyulması gereken şartlar :

Bölge Basınç Dayanımı

Çevresel Etki

Min. Çimento

Dozajı (kg/m³)

Max. Su/Çimento

Oranı

Çimento Tipi

Buca, Kemalpaşa C 30/37 XC3 280 0,55 CEM I veya

CEM II Alsancak, Konak, Güzelyalı,

Narlıdere, Karşıyaka, Bostanlı

C 30/37 XS1 300 0,50 CEM I veya

CEM II

Mavişehir, Çiğli C 30/37 XA2 320 0,50 Sülfata Dayanıklı

TEŞEKKÜR EDERİM.

İnş. Müh. İrfan KADİROĞLU

BATIBETON İşletme Müdürü

30 EKİM 2014 - İZMİR