Sülfat Etkisi

Sülfat saldırısı betonda durabiliteyi etkileyen önemli reaksiyonlardan birisidir.

Sülfatlar beton içerisinde bulunan bazı bileşenler ile tepkimeye girerek betonun kalıcılık özelliklerine zarar verir. Sertleşmiş betonun içerisinde ki bileşenlerle sülfat iyonlarının reaksiyona girmesi sonucu etrenjit ve alçı taşı meydana gelir. Bu yan ürünler betonda genleşme, çatlama ve bozulmaya yol açar. Betonun basınç dayanımında azalma görülür. Fiziksel görünümünde ise özellikle betonun köşelere yakın kenarlarında, sivri noktalarında beyaz lekeler, dağılma ve dökülmeler, çatlaklar meydana gelir [55].

Kuru halde bulunan tuzların betona çok zarar verdiği söylenemez ancak su ile birlikte meydana getirdikleri reaksiyonların beton üzerinde büyük etkileri vardır.

Suyun, iyonların beton içerisine taşınmasında önemli bir rolü vardır. Yer yüzeyine yakın kısımlar da Na₂SO₄’e daha fazla rastlanmasına karşın MgSO₄’ede birçok bölgede rastlanmaktadır [55].

Betonun sülfat direnci, zeminde veya suda bulunan sülfat iyonlarının konsantrasyonlarına bağlıdır. Bu sınıflandırmalar, devamlı durgun su ile temas eden betonlar için yapılmakta olup ıslanma-kuruma, basınç, sıcaklık, çarpma-sürtünme gibi olaylar etki derecesini artıracak ve betonun durabilitesine daha fazla zarar

verecektir. Çizelge 2.6 ve Çizelge 2.7’de zemin suyu ve toprakta bulunan sülfat konsantrasyonlarının etki dereceleri sınıflandırılmaktadır.

Çizelge 2.6. ACI 201’e göre sülfat etkisi açısından sınıflama [56].

Sülfat Ortamı Topraktaki suda

Çok Şiddetli >2,00 >10000

Çizelge 2.7. TS 3440’a göre sülfat iyonlarının zararlı etkinlik sınıflamaları [56].

Etkinlik

Geçirimlilik ile sülfat dayanıklılığı arasında diğer kalıcılık özeliklerinde olduğu gibi doğrudan bir ilişki ve bir döngüden söz edilebilir. Beton sülfat direncine maruz kaldıkça geçirimlilik artar, geçirimlilik arttıkça daha fazla sülfat direncine maruz kalır. Şekil 2.16’da bu döngüden bahsedilmektedir.

Şekil 2.16 Sülfat direnci ile betonun geçirimliliği arasındaki ilişki zinciri [56].

Sülfatın zaman içerisinde gelişimini etkileyen faktörler;

 SO4-2 içeriği ve ortam koşulları

 Betonun geçirimliliği

 Betonun yapısı

 Suyun varlığı

Magnezyum sülfat ile sodyum sülfatın etkileri karşılaştırıldığında her ikisi de alçı taşı oluşumuna ve yarı kararlı durumda ki ürünlerin etrenjit oluşumuna yol açtıkları söylenebilir. Ancak oluşan ürünlerin hacimlerinde farklılıklar görülür. MgSO4’ün reaksiyonları sonucu oluşan ürünlerin hacimleri daha büyüktür. MgSO_4, Na₂SO₄ ‘den farklı olarak çimento hamurunda ki kalsiyum-silika-hidrat(C3S2H3) jelleri ile de kimyasal bağ oluşturup betonun bir bileşeni olan çimentonun bağlayıcılık özelliklerini düşürmektedir. Ayrıca MgSO₄’ün oluşturduğu magnezyum hidroksit (MH) beton içerisinde boşluklara yerleşmesi sonucu geçirimliliği azaltarak daha az genleşmeye neden olur [64].

Alçıtaşının meydana gelmesinde ki ana etkenler kalsiyum hidroksit ve ortam koşullarından gelen sülfat iyonlarıdır. Kalsiyum hidroksitin varlık sebebi de çimento bileşenlerinden olan C3S ile ilişkilendirilmiştir. C3S/C2S oranı yüksek olan çimentolarda durabilite ile ilgili problemler yaşanma oranı daha yüksektir. Bilimsel çalışmalar sonucu alçıtaşının, genleşme üzerindeki etkileri hala tam olarak açıklanamamıştır. Etrenjit oluşumunda ise sülfat iyonlarının betona nüfuz etmesiyle mevcutsa alçıtaşı, monosülfat veya C3A ile reaksiyona girerek meydana gelir. Şekil 2.17’de sülfatın betonla teması gösterilmiştir. Etrenjitiin oluşma mekanizmaları aşağıda 1 ve 2 numaralı formüllerle formülize edilir [65].

3(CaSO4.2H20)+3.CaOAl2O3+26H2O 3CaOAl2O3.3CaSO4.32H2O (1)

2(CaSO4.2H20)+3.CaOAl2O3.CaSO4.12H2O+12H2O 3CaOAl2O3.3CaSO4.32H2O (2)

Etrenjite sülfata maruz kalmayan betonlarda da rastlanabilir. Çünkü etrenjit hidratasyon ürünlerinden olup, priz dengeleme olayı ile ilişkilendirebilir. Tomasit ise Formül 3 ve 4’de formülize edilen, etrenjite benzeyen fakat bünyesinde Al₂O₃ içermeyen, SiO2 içeren bir üründür. Genleşemeye etkisi, etrenjite nazaran daha azdır.

3Ca3Si2O7.3H20+XH2O 2(SiO2.x/2H2O)+3Ca(OH)2 (3)

3Ca⁺²+SiO3-2

+CO3-2

+SO4-2

+15H2O 3CaO.SiO2.CO2.SO3.15H2O (4) [65].

Şekil 2.17. Sülfatın betonla teması [66].

Literatür taramasında durabilite ile ilgili yapılan deneylerin bir çoğu laboratuvar koşullarında gerçekleştirilmiştir. Oysa ki arazi koşulların da betonlar kombine şeklinde birden fazla agresif saldırıya uğrayabilmektedir. Kombine şeklinde gerçekleşen etkileşimler, betonda bozulmayı ve bozulma oranı hızını daha fazla artırmaktadır. Örneğin, çevre koşullarında bir betona, aynı anda ASR etkisi, sülfat saldırısı, iç sülfat etkisi, karbonatlaşma, korozyon etki edebilmektedir. Ayrıca laboratuvar koşullarında beton numuneler herhangi bir gerilmeye maruz kalmadıklarından, gerçekte basınç ve eğilme kuvvetleri tesir eden betonların saldırılar altında davranışları tam olarak açıklanamaz. Bassuoni ve Nehdi (2009), yılında yaptığı çalışma da KYB’lerin eğilme yükü ve dönüşümlü kombine çevresel etkiler altında sülfat ataklarını incelemiştir. KYB’lerin döngüsel çevre koşulları ve eğilme yükü altında çimento matrislerinin içinde çatlamalara neden olduğu, bu çatlamaların KYB örneklerinin derinliklerine kadar ulaştığı gözlenmiştir. Bazı KYB’lerin kombine çevrim altında mühendislik özelliklerini koruyamadığı, hatta bazılarının testin daha erken aşamaların da başarısız olduğu gözlenmiştir [67].

Betonda sülfat saldırısını önlemek için;

 ASTM standartlarına göre C3A muhtevası %8 ve altında olan çimentolar sülfata orta dayanıklı, C3A muhtevası %5’in altında olan çimentolar ise yüksek dayanımlı olarak sınıflandırılmaktadır. Düşük C3A ve Ca(OH)2 içeren çimentolar kullanılmalı ve planlanacak yapının konumuna göre özel çimentolar tercih edilmelidir.

 Çimento hidratasyonu sonucu oluşan kalsiyum hidroksit (CH), sülfat saldırıların da önemli bir rol oynamaktadır. Mineral katkılar kullanarak, CH tüketimi sağlanarak, sülfat saldırısı aza indirgenebilir.

 Kimyasal katkılar ile s/ç oranın da değişiklikler yapılarak sülfat saldırılarında en önemli sorun olarak görülen betonun geçirimsizliği artırılmalıdır.

 Drenaj ile yapıyı sülfata karşı izole edilmelidir,

 Su emmesi düşük uygun agrega seçimi yapılmalı,

 Beton geçirimsizliği sağlanmalıdır.