Günümüzde en yaygın kullanılan yapı malzemesi olan beton, servis ömrü boyunca dış kuvvetlerin ve çeşitli çevresel etkilerin altındadır. Bunlar: fiziksel, kimyasal veya fiziko-kimyasal ve mekanik etkilerdir (Hengül, ve diğer., 2003). Uygulamada beton, fiziksel ve kimyasal birçok etkiye tekrarlı olarak maruz kalabilmekte ve bu etkiler bir diğerinin gelişimini hızlandırabilmektedir (Baradan ve diğer., 2002). Örneğin, yüzey aşınması ve çatlaklar sebebiyle oluşan kütle kaybı, betonun kimyasal bozulumuna yol açan geçirgenliği arttırır (Mehta ve Monteiro, 2005). Benzer şekilde betonun kimyasal süreçlerle bozulması sonucu gözenekliliğinin artması, aşınma gibi fiziksel etkilere dayanıklılığını büyük ölçüde azaltabilmektedir (Baradan ve diğer., 2002). Örneğin, çimento hamuru bileşenlerinin, su ya da asidik sıvılarla yıkanması, betonun gözenekliliğini arttırır. Bu durum, betonu aşınma ve erozyona karşı savunmasız bırakır (Mehta ve Monteiro, 2005).
Klorürler beton bünyesine CO2 gibi difüzyon yoluyla girerler. Beton içinde
ilerleme hızları karbonatlaşma olayındakine benzer olarak zamanın karekökü ile ilişkilidir.
Klorür iyonları beton içine çeşitli yollardan girebilir. Bunlar arasında, yüksek miktarda klorür içeren agregaların kullanılması, CaCl2 içeren priz hızlandırıcı ya da
su azaltıcı kimyasal katkı maddelerinin kullanılması, deniz suyunun karışım suyu olarak beton üretiminde kullanılması sayılabilir. Ayrıca, çimentoda hatta içme suyunda bile 250 ppm’e varan miktarlarda klorür iyonu bulunabilmektedir. Ancak en yaygın görülen durum çevrede bulunan klorürlerin beton içine taşınmasıdır. Klorürlerin beton içine taşınımı kapiler emme, suyla birlikte ilerleme ve difüzyon süreçleriyle gerçekleşir. Islanma-kuruma bu süreçlerin gelişimini büyük oranda hızlandırır. Şekil 5.1’ de görüldüğü gibi, zamanla beton içinde, yüzeyden derinlere inildikçe azalan bir klorür iyonu dağılımı gözlenir. Tuzlu suyun kapiler yolla
emilimi, difüzyon periyotları, ıslanma-kuruma döngüsü Cl konsantrasyonunu ve Cl- işleme derinliğini arttırır (Baradan ve diğer., 2002).
Şekil 5.1 Klor iyonlarının betona girişi (Baradan ve diğer., 2002).
Beton klorür iyonlarının bir kısmını fiziksel ve kimyasal olarak bağlayabilmektedir. Bu nedenle, beton içindeki klorür iyonları bağlı ve serbest klorür olarak ikiye ayrılır. Kimyasal bağlama sırasında çimento bileşenleri ve klorürler arasındaki reaksiyondan Friedel tuzu adı verilen yeni bir ürün meydana gelir. Fiziksel bağlama jel boşluklarında klorür iyonlarının adsorbe edilmesiyle gerçekleşir. Donatının korozyonu açısından suda çözünen serbest klorür miktarı önemlidir. Bağlı ve serbest klorür iyonları arasında normal şartlarda beton içinde bir dengenin teşekkül ettiğini, karbonatlaşma gibi dış sebeplerle, kimyasal olarak bağlı klorürlerin de serbest kalarak, beton boşluk suyuna karışma risklerinin olduğunu belirtmek gerekir (Baradan ve diğer., 2002).
Deniz ortamında bulunan betonarme yapılar, servis ömürleri boyunca fiziksel ve kimyasal kökenli birçok yıpratıcı etkiye aynı anda ve tekrarlı olarak maruz kalırlar. Bu fiziksel etkiler arasında, aşınma, ıslanma-kuruma ve donma çözülme etkileri sayılabilir. Deniz suyunun içerdiği zararlı iyonlar nedeniyle betonda oluşturduğu kimyasal bozulma süreçleri ise, sülfat etkisi, magnezyum iyonu etkisi ve karbonik asit etkisi şeklinde sıralanabilir. Ayrıca, klorürlerden kaynaklanan donatı korozyonu, deniz ortamındaki betonarme yapıların servis ömürlerini belirleyen en önemli kalıcılık problemi olarak kabul edilir. Yapının bu etkilerden hangilerine maruz
kalacağını ise büyük ölçüde deniz seviyesine göre konumu belirler. Ancak, en şiddetli etkiye ıslanma-kuruma bölgesindeki yapı elemanlarının maruz kaldığı söylenebilir (Yazıcı ve diğer., 2003).
Deniz suyunun beton üzerindeki kimyasal etkisi çözünmüş bazı tuzları içermesinden kaynaklanmaktadır. Denizlere ve okyanuslara göre farklılıklar olsa da, tipik tuzluluk oranı % 3,5 civarındadır. Buharlaşmanın yüksek olduğu sıcak iklimlerde tuzluluk oranı artmaktadır. Deniz suyunda önemli miktarlarda bulunabilen tuzlar, sodyum klorür (NaCl), magnezyum klorür (MgCl), magnezyum sülfat (MgSO4), kalsiyum sülfat (CaSO4), potasyum klorür (KCl) ve potasyum sülfat
(K2SO4) olarak sıralanabilir. Deniz suyunun tipik iyon konsantrasyonuna
bakıldığında 11000 mg/l Na+, 20000 mg/l Cl-, 1400 mg/l Mg+2, 2700 mg/l SO4–2, 500
mg/l kalsiyum, 400 mg/l potasyum içerdiği görülmektedir. Çimento hidratasyon ürünlerine kimyasal saldırı açısından bakıldığında ise deniz suyunun yüksek miktarda sülfat ve magnezyum içerdiği söylenebilir. Ayrıca, deniz suyunun önemli miktarda çözülmüş oksijen ve karbondioksit içerebildiğini ve bu gazların yoğunluğunun lokal şartlara göre çok değişken olduğunu ilave etmek gerekir (Yazıcı ve diğer., 2003).
Hızlı klor geçirimliliği deneyi 28 günlük disk numuneler üzerinde “ASTM C 1202-97 Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration” standardı esaslarına göre uygulanmıştır. Buna göre, suya doygun hale getirilen numune test cihazının hücreleri arasına yerleştirilip, numune yan yüzeyleri geçirimsiz bir malzeme ile kaplanır. Hücrelerin birinde %3 NaCl çözeltisi ve metal elektrot, diğerinde ise 0,3 N NaOH çözeltisi ve metal elektrot bulunmaktadır. Deney düzeneği Şekil 5.2’ de görülmektedir.
Şekil 5.2 Hızlandırılmış klor geçirimliliği deneyi düzeneği.
Altı saat süre ile iki hücre arasında 60 V potansiyel uygulanır. Test süresi boyunca beton diskten geçen elektrik yükü coulomb biriminde yarım saatte bir kümülatif olarak kaydedilir.
Şengül ve diğer. (2001) yaptıkları çalışmada, ince öğüttükleri yüksek fırın cürufunu %70 oranına kadar %10’ luk adımlarla arttırarak çimentoya ikame etmişlerdir. Bu çalışma neticesinde cüruf oranının artması, klor geçirimliliğinin azalmasını sağlamıştır.
Yiğiter (2008) doktora tezinde hızlandırılmış klor geçirimliliği deneyini uygulamıştır. Buna göre, normal dayanımlı betonlarda, kontrol betonlarına göre %40 oranında uçucu kül kullanımı hızlı klor geçirimliliği değerlerini %57, %10 oranında silis dumanı kullanımı ise hızlı klor geçirimliliği değerlerini %81 oranında azaltmıştır. Yüksek dayanımlı betonlarda kontrol betonlarına göre, %40 oranında uçucu kül kullanımı hızlı klor geçirimliliği değerlerini %57, %10 oranında silis dumanı kullanımı ise hızlı klor geçirimliliği değerlerini %78 oranında azaltmıştır. Hem normal dayanımlı betonlarda hem de yüksek dayanımlı betonlarda %40
oranında uçucu kül kullanımı klor geçirimliliğini bir üst performans sınıfına taşımıştır. Karışımlarda %10 oranında silis dumanı kullanılması ile iki üst sınıfa geçilmiştir. Mineral katkılı betonlarda azalan klor geçirimliliği, azalan boşluk yapısı ile sağlanan düşük geçirimlilik ve yüksek elektriksel direnç özelliklerinin sonucudur (Yiğiter, 2008).
Erten (2009) tez çalışması kapsamında yaptığı deneylerde aşağıdaki sonuçları elde etmiştir:
- Klor geçirimlilik deneyinden elde edilen sonuçlara göre, CEM III/A 42,5 ve CEM II/B-M 32,5 çimentolarıyla üretilen örneklerin tüm koşullarda diğer örnek tiplerinden daha düşük coulomb değerine ve daha yüksek klor geçirimlilik direncine sahip oldukları görülmektedir. Bu çimento tiplerinin incelik ve mineral katkı oranlarının yüksek oluşuyla artan hidratasyon gelişimi ve puzolanik aktiviteleri sayesinde bu sonuca ulaşıldığı düşünülmektedir.
- Kirece doygun suda hidratasyon gelişiminin yaşla doğru orantılı olması, 350. gün klor geçirimlilik direncinin 28 gün verilerinden yüksek olmasına yardımcı olmuştur.
- Deniz suyunda bekletilen örneklerin 350. gün klor geçirimlilik dirençlerinin 350. gün kontrol örneklerine göre azaldığı görülmüştür. Deniz suyunda yüksek coulomb değerlerine rastlanmasının sebebi, örneklerin bünyesine işlemiş klorürlerin deney sırasında oluşan klorür geçişine destek olmalarıdır. CEM I 42,5 R çimentosunun 350. günde en az klor geçirimlilik artışı verdiği görülmüştür. Bu çimentonun C3A
miktarının fazla oluşu sayesinde Friedel Tuzu oluşturma kapasitesi artarak serbest iyonların geçişine izin verilmemiştir.
- Mineral katkılı tüm örnekler genellikle her koşulda CEM I 42,5 ile üretilenlerden daha az klor geçirimlilik değerine sahiptir.
karşılaştırmışlardır. Sonuçlara göre %20 oranında ikame edilen metakaolin tüm yaşlarda ve her iki su/bağlayıcı oranı için de en iyi sonucu sağlamıştır. Silika dumanı da kontrol örneklerine göre olumlu sonuçlar vermiş ancak, klor geçirimliliğini engellemede metakaolinin gösterdiği başarıyı sağlayamamıştır.