Klorürlerin Varl , Klorür Korozyonu

Betonarme donat nda klorür korozyonu ba alt nda da aç kland gibi, klorürler betonun donat etraf nda olu turdu u pasif tabakan n çözünmesine yol açarak donat n korozyonuna neden olur ve olay h zland rlar. Bu nedenle donat n korozyondan korunmas için geçirimsiz beton üretilerek klorürlerin donat ya ula mas engellenmelidir.

Betonarme elemanlarda, klorür iyonlar n d ar dan veya herhangi bir nedenle betona kar mas sonucu içeriden etki etmesi, betonun karbonatla mas ve pH’ n dü mesi nedeni ile, betonun donat korozyondan koruma özelli i kaybolabilir. Klorür etkisindeki yap larda, çimentodaki cüruf, uçucu kül, silis duman gibi puzolan malzemeler, yukar da etrafl ca aç kland gibi klorürlerin beton içerisine giri ini yava latarak korozyonu önlemekte veya geciktirmektedir. Teorik ve deneysel çal malara göre, betonun elektriksel direnci ile klorür giri i ili kilidir; genel olarak, betonun klorür difüzyon katsay beton direnci ile ters orant r, geçirimli bölgelerin direnci daha az, klorür penetrasyonu daha yüksektir. Depasivasyondan sonra, betonun direnci ve donat n korozyon oran birbiri ile ili kilidir, çelik donat yüzeyindeki anot ve katot aras ndaki iyon transferi bu oran kontrol eden faktörlerden biridir. Örne in ayn doygunluk derecesi için, cüruf ve uçucu külün betonun elektriksel direncini artt rd bilinmektedir. Polder ve Peelen (2002) taraf ndan yap lan deneysel çal mada, orta ve yüksek seviyede cüruf içeren betonlar n, buz çözücü tuzlar n etkisindeki klorür penetrasyonunun normal Portland çimentolu betonlara k yasla daha az oldu u, korozyon olas n daha dü ük ve elektriksel direncin daha yüksek oldu u ifade edilmektedir. Khalil (2002) taraf ndan yap lan deneysel çal mada da yüksek f n cürufu içeren betonlar n klorür difüzyon katsay n normal Portland çimentolu betonlardan belirgin bir ekilde dü ük oldu u ifade edilmektedir.

Çak r (2000), beton içerisinde farkl derinliklerde birden fazla donat çeli i olmas durumunda, klorür iyonlar n ilk önce yüzeye yak n olan donat lar aktive edece ini, bu donat lar n anot olarak davranaca , alttaki donat lar n yo un klorür sald na maruz kal ncaya dek onlar katodik olarak koruyaca ifade etmektedir.

Klorürlerin donat ya zararl etkisi nedeni ile Amerikan Beton Enstitüsü (ACI) ve Türk Standartlar Enstitüsü (TSE) taraf ndan, yap türü ve kullan lan betonun bulundu u ortam ko ullar dikkate al narak çimentoda bulunabilecek klorür miktarlar na Çizelge 2.1 ve 2.2’de verilen s rlamalar getirilmi tir.

Çizelge 2.1 Betonun klorür içeri inin ACI 222R-01’e (2001) göre s rland lmas

Yap Türü ve Bulundu u Ortam

Asitte Çözünen Klorür (%) Suda Çözünen Klorür (%) Öngerilmeli Beton 0.08 0.06 Betonarme (Islak Ortamda) 0.10 0.08 Betonarme (Kuru Ortamda) 0.20 0.15

Çizelge 2.2 Betondaki klorür içeri inin TS EN206-1’e (2002) göre s rland lmas

Kullan lan Beton

Klorür içeri i * Çimento** kütlesine göre en fazla Cl- (%) Korozyona dayan kl kald rma parçalar hariç,

çelik donat ve di er gömülü metal ihtiva etmeyen

Cl 1.0 1.0

Cl 0.20 0.2 Çelik donat ve di er gömülü metal ihtiva

eden Cl 0.40 0.4

Cl 0.10 0.1 Çelik öngerilme donat ihtiva eden

Cl 0.20 0.2

*: Özel kullan m amaçl betonlarda uygulanacak s f, betonun kullan laca yerde geçerli kurallara ba r. **: Mineral katk lar n kullan ld ve katk n çimentoya dahil olarak kabul edildi i yerlerde, klorür içeri i, klorür iyonlar n, çimento ve dikkate al nan katk miktarlar na oranlanmas ile hesaplan r

ACI 222R-01 standard na (2001) göre, kuru ortamda bulunan betonarme elemanlarda suda çözünen klorür miktar n s r de eri %0.15 iken, slak ortamda bulunan betonarme elemanlarda ve öngerilmeli betonlarda s ras ile %0.08 ve %0.06 mertebelerine dü ürülmektedir. Ülkemizde yürürlükte olan TS EN206-1 (2002) standard nda da çimento kütlesine göre klorür içerik s flar tan mlanm r. Bu standarda göre, çelik donat ve di er gömülü metal içeren betonlar, Cl 0.20 ve Cl 0.40 olarak iki s fa ayr lm , klorür içerikleri %0.2 ve %0.40 ile s rland lm r.

Win vd. (2004) taraf ndan çatlakl betonarme betonundaki klorür iyon penetrasyon profilinin ara ld deneysel çal mada, 20 0C s cakl ktaki NaCl çözeltisi içinde saklanan numunelerde çatla a ba olarak klorür iyonlar n h zl bir ekilde penetre olarak donat ya ula ve çelik civar nda penetrasyon meydana geldi i, ancak 0.25 gibi dü ük su/çimento

oran na sahip numunelerin 0.45 ve 0.65 gibi daha yüksek su/çimento oran ndaki betonlara yasla daha dü ük konsantrasyon profiline sahip oldu unu ifade edilmi tir.

Çok bile enli, mikro bo luklu ve mikro yap bak ndan hassas olan çimento esasl malzemelerde ak kan ak ve iyon transferi meydana gelir (Yang ve Cho, 2003). Bu özellik nedeni ile deniz etkilerine maruz veya buz çözücü tuzlar ile temas halinde olan beton yap larda artan oranlarda hasarlar görülmü , dikkatler, beton örtüde meydana gelen klorür penetrasyon h na çevrilmi tir (Andrade vd., 1997). Betonarme yap larda ise deniz suyu ve buz çözücü tuzlar n beton ile temas halinde, klorürler donat korozyonunu ba latarak betonda genle melere neden olmakta ve zamanla betonda hasar olu turmaktad r (Jensen vd., 1999; Zhang vd., 1998). Bo luklu ortamda klorür iyonlar n difüzyonu, Fick’in ikinci difüzyon kural na uymaktad r. Bu kural e er klorür konsantrasyonu herhangi bir zamanda derinli in fonksiyonu olarak biliniyor ise etkili difüzyon katsay n bulunmas nda kullan labilmektedir (Andrade vd., 1997; Yang ve Wang, 2004; Yang ve Cho, 2003; Zang vd., 1998). Fick’in ikinci yasas , durgun homojen ortam boyunca sadece iyonik olmayan difusantlar için geçerlidir. Klorürlü çözelti, iyonik çözelti olsa da beton kimyasal ve fiziksel bak mdan homojen olmayan dinamik bir ortamd r. Tüm bu eksikliklere ra men Fick’in ikinci yasas , klorür penetrasyonu için mevcutlar içerisindeki en pratik ve mükemmel metot olarak kabul edilmektedir (Khatri ve Sirivivatnanon, 2004). Sabit olmayan ko ullarda ve x yönündeki yön kontrolsüz ak , 2.20 ba nt nda Fick’in ikinci yasas nda verilmektedir ( ekil 2.27).

) ( x C D x t C ∂ ∂ ∂ ∂ − = ∂ ∂ (2.20)

2.20 ba nt n 2.21, 2.22 ve 2.23’te verilen ba lang ç ve s r artlar için çözümünden 2.24 ba nt elde edilir. t= 0, C=Co 0≤ x≤∞ (2.21) t>0, C=Cs x=0 (2.22) C= Co x=∞ (2.23) ) 2 ( 1 Dt x erf C C C C o s o x = − − − (2.24)

ekil 2.7 Sabit olmayan durumda difüzyon (http://www.fsec.ucf.edu)

Yukar da verilen 2.24 ba nt nda, x, mesafeyi (cm); C , x derinli indeki klorür_x konsantrasyonunu (%); C , yüzeydeki ba lang ç klorür konsantrasyonunu (%);_o C , çözelti ile_s temas halinde olan yüzeyde klorür konsantrasyonunu (%); t, zaman (sn); D, etkili klorür difüzyon katsay (cm2/s) ve erf, Gauss hata fonksiyonunu ifade etmektedir. Betonda klorür penetrasyonunun belirlenmesinde, Fick’in ikinci yasas n kullan labilmesi için betonun yüzeyindeki ve farkl derinliklerdeki toplam klorür miktar n bilinmesi gerekmektedir. Konu ile ilgili yap lan deneysel çal malarda toplam klorür içeri i, betondan al nan toz numunelerde AASHTO T260 (1997)’ye göre belirlenmektedir (Yang ve Wang, 2004; Güneyisi, 2004). Beton içerisine nüfuz eden klorürür penetrasyon derinli i yayg n olarak kolorimetrik yöntem ile belirlenmektedir. Bu yöntemde beton yüzeyine 0.1 N AgNO3 çözeltisi püskürtülmekte ve renk de imi ile klorür penetrasyon derinli i belirlenmektedir. Ancak kolorimetrik yöntem hala sorgulanmaktad r çünkü klorür iyon konsantrasyonu ile renk de im s aras ndaki

itlik hakk nda henüz uzla ma sa lanamam r (Yang ve Wang, 2004).