Yüksek Fırın Cürufu Katkılı Betonların Klorür Etkisinde Korozyona Karşı Performansı
A. Görkem Saran, Ü. Anıl Doğan
İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, 34469, Maslak, İstanbul Tel: (212) 285 37 69
E-Posta:gorkemsaran@gmail.com, adogan@ins.itu.edu.tr M. Hulusi Özkul
İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, 34469, Maslak, İstanbul Tel: (212) 285 37 62
E-Posta:hozkul@ins.itu.edu.tr
Öz
Çelik donatı korozyonu, betonarme yapıların kullanım ömürlerini belirleyici en önemli etken olması nedeniyle üzerinde en çok çalışılan konulardan biridir. Diğer taraftan, beton teknolojisinde oldukça yaygın olarak kullanılan ve çoğunluğu endüstri yan ürünü olan puzolanlar betonun dış etkilere karşı dayanıklılığını geliştirmektedir. Uçucu kül, yüksek fırın cürufu ve silis dumanı en çok kullanılan yapay puzolanlardır.
Beton içerisindeki çelik, betonun yüksek derecede alkali özelliğe sahip olması nedeniyle korozyona karşı korunmaktadır. Bu koruma iki yolla ortadan kalkabilir; klorür iyonu girişi veya paspayının karbonatlaşması. En fazla deniz yapılarında karşılaşılan beton içerisine klorür iyonu girişi, betonun suya doygun olmaması durumunda, su emme ve difüzyonun birleşik etkisinden dolayı daha hızlı gerçekleşmektedir.
Bu çalışmada, toplam bağlayıcı miktarı (çimento + cüruf), su/bağlayıcı oranı ve yüksek fırın cürufu ikamesinin klorür etkisinde korozyon oluşumuna ve beton basınç dayanımına etkisi incelenmiştir. Seçilen özellikler üzerinde etkin olan parametrelerin bulunmasında faktöryel analiz yaklaşımı kullanılmıştır. Karışım parametrelerinden toplam bağlayıcı miktarı (x1), su/bağlayıcı oranı (x2) ve YF cürufu/bağlayıcı oranı (x3) sayısal, kür koşulları da kategorik olmak üzere dört adet bağımsız değişken seçilmiştir.
Sayısal bağımsız değişkenlerin sınırları sırasıyla x1 için 300kg/m3-400kg/m3, x2 için 0.48-0.57 ve x3 için 0.17-0.68 olarak belirlenmiştir. Üretilen numunelerin yarısı kirece doygun su içerisinde, diğer kısmı da laboratuvar ortamında açıkta 90 gün bekletilmiştir.
Kür süresi sonunda basınç dayanımları ve hızlı klorür geçirimliliği deneyleri gerçekleştirilmiş, ayrıca içerisinde donatı bulunan numunelerin 1 M NaCl çözeltisinde ıslanma – kuruma çevrimlerine başlanmıştır. Bu numuneler, 7 gün çözelti içerisinde tutulduktan sonra izleyen 7 günlük sürede laboratuvar ortamında kurutulmuş ve ardından korozyon hızı, korozyon potansiyeli ve özdirenç gibi korozyon ölçümleri gerçekleştirilmiştir. İncelenen parametrelere bağlı olarak, basınç dayanımı, toplam geçen akım (coulomb) miktarı ve korozyon hızı matematiksel olarak modellenmiştir.
Anahtar sözcükler: Dayanıklılık, donatı korozyonu, klorür geçirimliliği, yüksek fırın cürufu, faktöryel analiz.
Giriş
Silis ve alümin esaslı, kendi başına çok az veya hiç bağlayıcılık özelliği olmayan fakat ortamda su bulunması durumunda kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek bağlayıcı özellik gösteren malzemeler olan mineral katkılar, diğer bir adıyla puzolanlar, esas olarak doğal ve yapay olmak üzere ikiye ayrılır. Uçucu kül, silis dumanı ve yüksek fırın cürufu, farklı endüstrilerin atıkları olan puzolanların beton üretiminde kullanılması birçok bakımdan kalkınmanın sürdürebilirliğine katkıda bulunmaktadır. Bir taraftan betonun en zayıf unsuru olan Ca(OH)2’i bağlayarak daha yoğun, dolayısıyla dayanıklı ve yüksek performanslı beton üretmeye yarayan puzolanlar diğer taraftan çimentonun bir bölümü yerine kullanılarak hem CO2 yayınımını hem de enerji tüketimini azaltarak sürdürebilir kalkınmada olumlu rol oynamaktadır.
Yüksek fırın cürufu ve uçucu kül ulaşılabilirlik ve maliyet açısından daha fazla tercih edilmektedir. Çimento ile yerdeğiştirmek amacıyla kullanılacak YFC’nun öğütülmesi için gerekli enerji miktarı çimento için gerekli olanın %25’i kadardır (Song ve Saraswathy, 2006). Neville, (1993) verimli olabilmesi için YFC’nun en az %50, hatta tercihen %60-70 civarında çimento ile yerdeğiştirmesi gerektiğini belirtmiştir. Mangat ve Molloy (1991) cürufun donatı korozyonuna karşı etkili olabilmesi için %40’dan daha yüksek oranlarda kullanılması gerektiği sonucuna varmışlardır. Aldea ve arkadaşları (2000) ağırlıkça yüksek fırın cürufu yerdeğiştirme miktarının %25 seviyesine kadar basınç dayanımında artışa, bu seviyeyi geçmesi durumunda azalmaya neden olduğunu,
%50 oranından sonra kontrol karışımının da altına düştüğünü fakat iç yapı özelliklerini ve klorür işleme derinliğini, artan cüruf miktarının sürekli olumlu yönde değiştirdiğini gözlemlemişlerdir. Bir başka çalışmada (Thomas ve Bamforth, 1999) 100 yıllık bir servis ömrü göz önüne alındığında YFC veya uçucu kül ile üretilen betonların difüzyon katsayıları sadece portland çimentosu ile üretilenlere kıyasla 1-2 mertebe (10-100 kat) daha düşük bulunmuştur. Diğer taraftan yüksek sıcaklıklara sahip iklim koşulları altında YFC kullanılan betonların geçirimlilikleri ancak su kürü uygulanması durumunda sadece portland çimentosu ile üretilen betonlardan daha düşük bulunmuştur (Robins ve diğ., 1992). Aynı basınç dayanımına sahip, cüruf içeren ve içermeyen betonların korozyon performansları incelendiğinde artan cüruf miktarının hem karbonatlaşma derinliğinde hem de korozyon hızı ve potansiyelinde önemli ölçüde azalmaya neden olduğu görülmüştür (Pal ve diğ., 2002). Üç farklı su/bağlayıcı oranı (0,26-0,30-0,34) kullanılan daha kısıtlı bir çalışmada ise %30 oranında YFC’nun çimento ile ikame edilmesi durumunda klorür geçirimlilik katsayıları yaklaşık %50 oranında azalmıştır (Leng ve diğ., 2000).
Bu çalışmanın amacı bağlayıcı dozajı, su/bağlayıcı oranı ve yüksek fırın cürufu/bağlayıcı oranının betonların basınç dayanımı, klorür geçirimliği ve klorür uyarılı korozyon hızına etkisini incelemektir. Ayrıca ASTM C 1202 standardına göre ölçülen klorür geçirimlilik değerleri betonların doğrudan korozyon performansları ile karşılaştırılmıştır.
Deneysel Çalışma Malzemeler
Bağlayıcı olarak CEM I/42,5 R normal portland çimentosu ve granüle yüksek fırın cürufu kullanılmıştır. Çimento ve yüksek fırın cürufunun özellikleri Tablo 1’de verilmiştir. İnce agrega olarak, sırasıyla 2,65 kg/dm3 ve 2,70 kg/dm3 özgül ağırlıklara sahip doğal ve kırma kum ile birlikte iri agrega olarak 25 mm. maksimum boyutlu ve 2,72 kg/dm3 özgül ağırlığında kırmataş kullanılmıştır. Kimyasal katkı olarak polikarboksilat esaslı bir süperakışkanlaştırıcıdan faydalanılmıştır. Agrega karışım oranları ve taze beton kıvamları tüm betonlarda sabit tutulmuştur.
Tablo 1 Yüksek fırın cürufu ve çimentonun fiziksel ve kimyasal özellikleri
Çimento YF Cürufu
Özgül Ağırlık
(g/cm3) 3,15 2,92
45μ’dan geçen (%) 92,1 99,7 İncelik
Blaine (cm2/g) 3683 4520 2-gün
7-gün
26,8 39,4
- Basınç Dayanımı, -
MPa 28-gün 52,1 -
2:22 - Priz süresi (s:dak) Başlama
Bitme 3:11 -
Fiziksel özellikler
Aktivite test değeri (N/mm2) - 13,3 Silisyum dioksit (SiO2)
Alumiyum oksit (Al2O3)
20,14 5,04
38,02 10,12
Demir oksit (Fe2O3) 3,78 2,75
Kalsiyum oksit (CaO) Magnezyum oksit (MgO) Sülfür trioksit (SO3) Sodyum oksit (Na2O) Potasyum oksit (K2O) Serbest kireç
63,92 1,35 2,84 0,23 0,84 1,35
34,06 10,16 3,13 0,52 1,10
- Kızdırma kaybı (%) 1,35 0,00 Kimyasal
özellikler
Bogue karma oksitleri
C3S C2S C3A C4AF
54,23 16,91 6,97 11,50
- - - - Beton Karışımları ve Uygulanan Yöntem
Bu çalışmada “merkezi kompozit tasarım” (MKT) adında bir istatistiksel yöntem kullanılmıştır. Karışım parametrelerinden toplam bağlayıcı miktarı (x1), su/bağlayıcı oranı (x2) ve YFC/bağlayıcı oranı (x3) olmak üzere üç adet bağımsız değişken seçilmiştir. Bağımsız değişkenlerin sınırları sırasıyla x1 için 300kg/m3-400kg/m3, x2 için 0.48-0.57 ve x3 için 0.17-0.68 olarak belirlenmiştir. Merkezi kompozit tasarım yönteminde; k=3 adet bağımsız değişken, her değişkenin sınır değerlerinin tüm kombinasyonlarını temsil eden 2k=8 adet faktöryel nokta, her bir değişkenin merkez noktasından ±α kadar uzaklıkta iken diğerlerinin merkezde olduğu 2k=6 adet “eksen”
noktası ve deneysel hatanın belirlenmesi amacıyla merkez noktasının 6 kere
tekrarlanmasından meydana gelen 20 adet karışımdan oluşur. Değişkenlerin aralıkları ve kodlanmış değerleri Tablo 2’de verilmiştir.
Tablo 2 Bağımsız değişkenler, değişim aralıkları ve kodlanmış değerleri Kodlanmış değerler
Değişkenler Birim -1.68 -1 0 1 1.68 Bağlayıcı (x1) kg/m3 266 300 350 400 434 Su/Bağlayıcı (x2) - 0.45 0.48 0.525 0.57 0.60 YFC/Bağlayıcı (x3) - 0 0.17 0.425 0.68 0.85 Tüm karışımlar rasgele sıralandıktan sonra her bir karışım 40 dm3 hacmindeki mikserde karıştırılmıştır. Yeterli işlenebilirlik için 16±2 cm çökme değeri esas alınmış ve katkı dozajı buna bağlı olarak değiştirilmiştir. Böylece çimento ağırlığına göre %0-1,7 aralığında katkı kullanılmıştır. Her karışımdan basınç dayanımı deneyleri için 150 x 150 x 150 mm boyutlarında küp ve hızlı klorür geçirimliliği deneyleri için 100 x 200 mm boyutlarında silindir numuneler üretilmiştir. Ayrıca korozyon ölçümleri için ortasına Φ10 nervürlü çelik donatı yerleştirilen 100 x 200 mm boyutlarında (lolipop) silindir numuneler hazırlanmıştır. Kalıplardan sökülen numunelerin yarısı 90 gün boyunca 23±2oC sıcaklığındaki kirece doygun su içerisinde, diğer yarısı da % 65±5 B.N. ve 22±2oC sıcaklıktaki laboratuar koşullarında havada saklanmıştır. Kür süresi sonunda basınç dayanımı ve klorür geçirimliliği deneyleri gerçekleştirilmiş, lolipop numunelerin ilk korozyon ölçümleri yapılmış ve ardından 7 gün 1 M NaCl çözeltisinde, 7 gün havada tutulmaktan oluşan iki haftalık çevrimler uygulanmıştır. Her çevrim sonunda, çözeltiye daldırılmadan önce lineer polarizasyon yöntemi ile korozyon hızı ölçümleri yapılmıştır
Deney Sonuçları ve Değerlendirme
Tüm karışımların çökme değerleri, her iki kür koşulu için 90 günlük basınç dayanımları (BD), hızlandırılmış klorür geçirimlilikleri (HKG) ve bir yıl sonundaki korozyon hızı değerleri Tablo 3’te verilmiştir. Burada, üretilen betonlar arasındaki tek YFC kullanılmayan karışım 51,2 MPa gibi yüksek sayılabilecek bir basınç dayanımına sahip iken HKG deneyinde toplam 3366 Coulomb akım geçirmiştir. Öte yandan, %85 oranında YFC içeren karışımda basınç dayanımının %50 civarında düşmesine rağmen klorür geçirimliliği yaklaşık 3,5 kat (980 C) azalmıştır. Buna göre, dayanıklı bir beton üretmek için mutlaka yüksek dayanıma sahip olması gerekmediği veya her yüksek dayanıma sahip betonun dayanıklı olmayabileceği bir daha ortaya çıkmıştır. Yine aynı betonların klorür geçirimlilik değerleri iki kür koşulu için incelendiğinde, yüksek oranda YFC içeren (%85) betona su kürü uygulanmaması durumunda geçirimliliği 9 kat artarken cüruf içermeyen betonda sadece 2,5 kat artış gözlenmiştir. Sadece Portland çimentosu kullanılarak üretilen betonların olumsuz kür koşullarına daha toleranslı olduğu, ancak puzolan kullanılması durumunda yeterli su kürü uygulamanın gerekliliği (Özer ve Özkul, 2004) burada da ortaya çıkmıştır.
Bu çalışmada, tasarım ve analiz için hazır bir bilgisayar programı kullanılmıştır. Hızlı klorür geçirimliliği, 90 günlük basınç dayanımı ve bir yıl sonundaki korozyon hızı değerleri ayrı ayrı modellenmiştir. Değişkenlerin anlamı, her model üzerine etkisi ve birbirleri arasındaki ilişkileri varyans analizi (ANOVA) ile hesaplanmıştır. 90 gün boyunca su içerisinde kür edilen ve açıkta saklanan numunelerin varyans analizi sonuçları sırasıyla Tablo 4 ve 5’te ayrı-ayrı verilmiştir.
Tablo 3 Karışım oranları ve deney sonuçları
Beton bileşenleri Kür Deney sonuçları Sıra
Bağlayıcı (kg/m3)
S/B YFC/B Çökme (cm)
90-gün BD (MPa)
HKG (Coulomb)
Korozyon hızı (μA/cm2)
Hava 32.7 2310 0,045
1 400 0.48 0.68
Su 18
43.2 241 0,030
Hava 40.3 9488 0,170
2 400 0.57 0.17 Su 18 46.9 1397 0,048
Hava 50.8 2174 0,028
3 300 0.48 0.17 Su 18 52.7 754 0,021
Hava 53.9 5430 0,119
4 400 0.48 0.17
Su 18
60.2 1411 0,032
Hava 16.0 8922 0,149
5 350 0.525 0.85 Su 13 24.9 980 0,106
Hava 48.4 1238 0,132
6 350 0.525 0.425
Su 18
51.3 383 0,052
Hava 46.4 1209 0,116
7 350 0.525 0.425 Su 18 51.8 387 0,080
Hava 46.2 1224 0,120
8 350 0.525 0.425 Su 18 51.1 385 0,052
Hava 30.4 2819 0,144
9 300 0.57 0.68
Su 16
39.9 387 0,080
Hava 49.3 1400 0,110
10 350 0.525 0.425 Su 17 53.8 427 0,100
Hava 31.4 8876 0,154
11 350 0.60 0.425
Su 17
42.2 621 0,061
Hava 52.5 831 0,058
12 350 0.45 0.425 Su 18 57.4 274 0,022
Hava 42.1 4175 0,057
13 434 0.525 0.425 Su 18 53.8 527 0,029
Hava 25.9 6624 0,179
14 400 0.57 0.68
Su 16
29.6 1046 0,098
Hava 46.8 8483 0,090
15 350 0.525 0 Su 15 51.2 3366 0,037
Hava 47.0 4658 0,051
16 300 0.57 0.17
Su 18
50.8 1129 0,021
Hava 43.2 1005 0,142
17 300 0.48 0.68 Su 16 50.4 151 0,041
Hava 47.9 1595 0,021
18 266 0.525 0.425 Su 14 53.7 273 0,021
Hava 47.8 1204 0,117
19 350 0.525 0.425
Su 17
49.6 439 0,101
Hava 47.1 1426 0,097
20 350 0.525 0.425 Su 17 52.2 435 0,064
Tablo 4 Suda saklanan betonların varyans analizi sonuçları Basınç Dayanımı
(R2=0.97)
HKG (R2=0.91)
Korozyon hızı (R2=0.84) Değişken
F Değeri Prob>F F Değeri Prob>F F Değeri Prob>F Model 37.69 < 0.0001 29.06 < 0.0001 5.87 0.0053
x1 3.35 0.0972 5.18 0.0391 0.93 0.3579
x2 74.89 < 0.0001 4.62 0.0495 9.67 0.0111 x3 150.36 < 0.0001 55.44 < 0.0001 16.06 0.0025
x12 1.75 0.2150 - - 15.77 0.0026
x22 1.73 0.2174 0.20 0.6592 6.88 0.0255
x32 82.89 < 0.0001 78.48 < 0.0001 0.029 0.8692
x1* x2 6.41 0.0297 - - 0.94 0.3552
x1* x3 13.57 0.0042 - - 0.45 0.5194
x3* x2 2.36 0.1552 - - 3.84 0.0784
Tablo 5 Havada saklanan betonların varyans analizi sonuçları Basınç Dayanımı
(R2=0.95)
HKG (R2=0.89)
Korozyon hızı (R2=0.93) Değişken
F Değeri Prob>F F Değeri Prob>F F Değeri Prob>F Model 56.24 < 0.0001 21.86 < 0.0001 27.08 < 0.0001
x1 9.34 0.0085 15.16 0.0016 9.37 0.0091 x2 60.49 < 0.0001 33.84 < 0.0001 48.93 < 0.0001 x3 143.50 < 0.0001 3.36 0.0882 22.44 0.0004
x12 - - - - 33.26 < 0.0001
x22 5.76 0.0309 8.58 0.0110 - -
x32 65.07 < 0.0001 51.69 < 0.0001 - -
x1* x2 - - - - 18.92 0.0008
x1* x3 - - - - 29.56 0.0001
x3* x2 - - - - - -
x1: Bağlayıcı miktarı, x2: su/bağlayıcı oranı, x3: YFC/bağlayıcı oranı,
Tablo 4 ve 5’de verilen varyans analizinde hesaplanan Prob>F değerinin 0,05’ten küçük olması halinde o değişkenin anlamlı, yani deney sonucu üzerinde etkili olduğu anlaşılmalıdır. Anlamlı değişkenler tabloda koyu yazılmıştır. ANOVA sonucunda her iki kür koşulu için elde edilen modellerin katsayıları Tablo 6’da verilmiştir.
Tablo 6 Elde edilen modellerin katsayıları
Basınç Dayanımı Hızlı Klorür Geçirimliliği
Korozyon Hızı Değişken
Hava kürü Su kürü Hava kürü Su kürü Hava kürü Su kürü Sabit -93.47 -149.60 +1.049 x 105 -3965.57 +0.11 -1.897 x1 -0.0417 +0.293 +25.676 +3.078 +2.24 x 10-3 +3.71 x 10-3 x2 +704.26 +581.736 -4.426 x 105 +18536.95 -3.077 +4.889 x3 +37.64 +159.97 -32391.63 -9561.68 +0.902 -0.335 x12 - +2.826 x10-4 - - -9.4 x 10-6 -6.868 x 10-6 x22 -783.03 -346.886 +4.622 x 105 -14576.53 - -5.598 x32 -81.99 -74.717 +35319.09 +8925.62 - -0.0112
x1 x2 - -0.806 - - +0.011 +2.5 x 10-3
x1 x3 - -0.207 - - -2.35 x 10-3 -3.039 x 10-4
x3 x2 - -95.97 - - - +0.991
Tablo 3’de verilen deney sonuçlarının analizi sonrasında hesaplanan matematiksel modellerle (Tablo 6) Şekil 1-3’de verilen tepki yüzeyleri elde edilmiştir. Şekil 1’de %20 oranında çimentonun YFC ile yer değiştirildiği betonlarda S/B oranı ve bağlayıcı miktarının basınç dayanımı üzerindeki etkisi görülmektedir. Ancak suda kür edilen betonlarda puzolanik reaksiyonun tamamlanabildiği bilinmektedir. Puzolanik reaksiyonun tamamlanabilmesi ise daha yoğun bir matris fazının varlığı anlamına gelmektedir. Bu nedenle düşük S/B oranı ile üretilen betonlarda artan bağlayıcı miktarının yüksek dayanımlı matris fazının hacmini artıracağından betonun basınç dayanımını da yükseltmesi anlaşılabilir. Su kürü gören betonlarda S/B oranının artmasıyla bağlayıcı miktarının etkisinin ortadan kalkması ise %20 oranındaki cürufun gerçekleştirdiği puzolanik reaksiyonun kılcal ve arayüzey boşluklarını doldurmada yeterli olmadığını göstermektedir. Laboratuar ortamında açıkta saklanan numunelerde ise kür süresi boyunca karma suyu haricinde dışarıdan su temini olmaması nedeniyle agrega konsantrasyonu basınç dayanımı üzerinde etkili hale gelmekte, azalan bağlayıcı miktarı ile basınç dayanımı bir miktar artmaktadır.
Cüruf/Baglayici = 0.20 Su kürü
Şekil 1 Cüruf/Bağlayıcı oranları 0,20 olan betonların her iki kür koşulu için elde edilen basınç dayanımı deney sonuçları
Şekil 2 Toplam bağlayıcı miktarı 350 kg/m3 olan betonların her iki kür koşulu için elde edilen hızlı klorür geçirimliliği deney sonuçları
49.2 52.1 55.0 57.8 60.7
Dayanim
300 325 350 375 400 0.48
0.50 0.52
0.55
0.57 X1: Toplam Bağlayıcı X2: Su/Baglayıcı
Cüruf/Baglayici = 0.20 Hava kürü
52.2 48.5 44.8 41.1 55.9
0.48
0.50 300
325 0.52
350
0.55 375
400
0.57 X1: Toplam Bağlayıcı X2: Su/Baglayıcı
Su kürü
Toplam Baglayici = 350
91 462 833 1204 1574
HKG
0.17 0.30
0.43 0.55
0.68 0.48 0.50
0.52 0.55
0.57
X3: Cüruf/Baglayici X2: Su/Baglayici Hava kürü
Toplam Baglayici = 350
527 2221 3915 5609 7303
0.17
0.55 0.30
0.52 0.43
0.50 0.55
0.68 0.48
0.57
Cüruf/Baglayici Su/Baglayici
Hızlı klorür geçirimliliği değerlerinden elde edilen tepki yüzeyleri incelendiğinde (Şekil 2) 90 gün süresince suda saklanan numunelerde S/B oranının etkisinin düşük fakat YFC/B oranı etkisinin oldukça yüksek olduğu görülmektedir. Havada tutulan numunelerde ise S/B oranı 0,57’den 0,48’e düşürüldüğünde geçirimlilik yarı yarıya azalmaktadır. Diğer taraftan, her iki kür koşulunda da en düşük klorür geçirimliliği için optimum YFC/Bağlayıcı oranı kolayca fark edilebilmektedir. Bu oran suda kür edilen betonlarda %55 iken havada saklananlarda %45 seviyesine düşmüştür. Şekil 2’den çıkarılan tüm bu sonuçların kaynaklandığı en önemli nokta havada saklanan numunelerde bulunan cürufun, ortamda yeterli su bulunmaması nedeniyle etkinliğini suda saklanan numuneler kadar gösterememesidir.
Su kürü uygulanmayan betonların YFC içermemesi veya yüksek oranda içermesi durumunda, S/B oranı ve toplam bağlayıcı miktarına bağlı olarak klorür etkisinde korozyon oluşumuna karşı performansları Şekil 3’den karşılaştırılabilir. Bu şartlar altında eğer YFC kullanılmayacaksa bir yıl sonunda en yüksek performansı elde etmek için çimento dozajı 300 kg/m3 değerini aşmayacak şekilde ayarlanmalıdır. Yüksek oranda (%85 gibi) YFC’nun karışımda bulunması halinde ise toplam bağlayıcı miktarının mümkün olan en yüksek oranda kullanılması gerekmektedir. Cüruf için dökümden bir süre sonra gereken suyun bulunmaması nedeniyle, cürufa göre çok daha erken bağlayıcılık özelliği gösteren çimentonun en çok bulunduğu karışımların korozyona karşı en yüksek direnci göstermeleri oldukça mantıklı görünmektedir.
Şekil 3 Açıkta saklanan , YFC/B oranı 0 ve 0,85 olan numunelerin 1 yıl sonundaki klorür etkisinde korozyon hızı değerleri.
Sonuçlar
Betonarme yapıların hizmet süreleri çoğunlukla betonun geçirgenliğinin yüksek olması yüzünden içerisindeki çelik donatının paslanması neticesinde sona ermektedir. Betonun geçirimliliği ve korozyon oluşumuna karşı direnci ise her zaman basınç dayanımı ile doğru orantılı olmayabilmektedir.
Hava kürü YFC/Bağlayıcı = 0
0.0059 0.040 0.087 0.133 0.179
Korozyon Hızı
300 325
350 375
400
Hava kürü
YFC/Baglayici = 0.85
0.039 0.075 0.111 0.148 0.184
300 325 350
375 400
0.48 0.50 0.52 0.55 0.57
Toplam Baglayici Su/Baglayici
0.55 0.52
0.50 0.48 0.57
Toplam Baglayici Su/Baglayici
Bu çalışmada kullanılan yüksek fırın cürufu basınç dayanımını düşürse de klorür geçirimliliğini büyük oranda azaltmıştır. Ancak söz konusu faydanın sağlanabilmesi için çimentoya oranla oldukça yavaş ilerleyen yüksek fırın cürufunun hidratasyon reaksiyonu süresince ortamda yeterli su bulunmalıdır. Aksi takdirde, yani betonun uygun şekilde kür edilmemesi durumunda yapıların kısa zamanda kullanılamaz hale gelmesi olağan bir durumdur.
Seçilen değişkenlerden su/bağlayıcı oranı beklenildiği gibi bütün beton özellikleri üzerinde etkili olmuştur. Yüksek fırın cürufu/bağlayıcı oranı ise sadece kür uygulanmayan betonların hızlı klorür geçirimlilikleri dışındaki diğer tüm özellikler üzerinde anlamlı bir etkiye sahip olduğu saptanmıştır.
Bu çalışmada, su kürü uygulanmayan betonlarda yüksek fırın cürufu kullanılmaması durumunda en yüksek performans incelenen aralığın alt sınırı olan 300 kg/m3 çimento dozajıyla elde edilmiştir. Bu sonuç literatürde bağlayıcı miktarının beton geçirimliliğine etkisi üzerine yapılmış çalışmalarla uyumludur (Dhir ve diğ., 2000). Diğer taraftan, bu betonlarda yüksek oranda YFC kullanılması durumunda ise tüm reaksiyonun ilk günlerdeki çimentonun reaksiyonuna bağlı olmasından dolayı seçilmesi gereken karışım en fazla bağlayıcı yani en fazla çimento içeren karışımdır.
Kaynaklar
Aldea, C.M., F. Young, K. Wang and S.P. Shah (2000) Effects of curing conditions on properties of concrete using slag replacement, Cement and Concrete Research, Vol. 30, pp. 465-472.
Dhir, R.K., P.A.J. Tittle and M.J. McCarthy (2000) Role of cement content in specifications for durability of concrete – a review, Concrete, Vol. 34, 10, pp.68-76.
Leng, F., N. Feng and X. Lu (2000) An experimental study on the properties of resistance to diffusion of chloride ions of fly ash and blast furnace slag concrete, Cement and Concrete Research, Vol. 30, pp. 989-992.
Mangat, P.S. and B.T. Molloy (1991) Influence of PFA, slag and micro silica on chloride induced corrosion of reinforcement in concrete, Cement and Concrete Research, Vol. 21, pp. 819-834.
Neville, A.M. (1993) Properties of Concrete, Longman Scientific & Technical, Harlow, Essex.
Özer, B. and M.H. Özkul (2004) The influence of initial water curing on the strength development of ordinary Portland and pozzolanic cement concretes, Cement and Concrete Research, Vol. 34, pp. 13-18.
Pal, S.C., A. Mukherjee and S.R. Pathak (2002) Corrosion behavior of reinforcement in slag concrete, ACI Materials Journal, V. 99, No. 6, pp. 521-527.
Robins, P.J., S.A. Austin and A. Issaad (1992) Suitability of GGBFS as a cement replacement for concrete in hot arid climates, Materials and Structures, Vol. 25, pp.
598-612.
Song, H.W. and V. Saraswathy (2006) Studies on the corrosion resistance of reinforced steel in concrete with ground granulated blast-furnace slag – An overview, Journal of Hazardous Materials, Vol. B138, pp. 226-233.
Thomas, M.D.A. and P.B. Bamforth (1999) Modelling chloride diffusion in concrete:
Effect of fly ash and slag, Cement and Concrete Research, Vol. 29, pp. 487-495.
