Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESİ II DERSİ BETON TEKNOLOJİSİ DIŞ ETKİLERE DAYANIKLILIK-2 (DURABİLİTE, KALICILIK)

Transkript

1 Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESİ II DERSİ BETON TEKNOLOJİSİ DIŞ ETKİLERE DAYANIKLILIK-2 (DURABİLİTE, KALICILIK) Yrd.Doç.Dr. Kamile Tosun Felekoğlu

2 ASİT ETKİSİ BETON BAZİK ORTAM ASİDİK SIVILAR KALSİYUMLU BİLEŞENLER ÜZERİNDE (Ca(OH) 2, CSH, CAH) ÇÖZÜCÜ ETKİ KUVVETLİ ASİTLER SÜLFÜRİK ASİT H 2 SO 4 NİTRİK ASİT HNO 3 HİDROKLORİK ASİT HCl HİDROFLORİK ASİT ZAYIF ASİTLER H 2 S + SU FİLMİ + OKSİJEN H 2 SO 4 SO 3 + SU FİLMİ + OKSİJEN H 2 SO 4

3 ASİT ETKİSİ Cevreden asit eriyiği Sertleşmiş çimentonun mikro yapısının (boşluk sisteminin) tabaka tabaka bozulması TS EN206 Yerinde kalmış, bozulmuş tabaka (normal betondan çok daha geçirimli Reaksiyon ürünlerinin erime veya aşınma ile uzaklaşması HAFİF (XA1) KUVVETLİ (XA2) ÇOK KUVVETLİ (XA3) 6.5 ph < ph ph 4.0 ÖNLEM: Yüzey asit etkisine dayanıklı geçirimsiz maddelerle (bitümlü malzemeler, poliüretan, sentetik reçineler vb.) kaplanmalıdır.

4 ÇEVRESEL ETKİ SINIFI- TS EN 206 EN BÜYÜK S/C EN AZ DAYANIM EN AZ DOZAJ kg/m DİĞER 3 ZARARLI KİMYASAL ÇEVRELER XA C30/ XA C30/ XA1 Düşük derecede agresif kimyasal etki XA C35/ SÜLFATA DAYANIKLI ÇİMENTO XA2 XA3 Orta derecede agresif kimyasal etki veya deniz suyuna maruz İleri derecede agresif kimyasal etki

5 ASİT ETKİSİ Beton yüzeyine Asit saldırısı Hidrojen sülfit kaçışı KANALİZASYON KESİTİ Beton yüzeyinde oksijen içeren ortamda sülfirik asitin bakteriolojik oluşumu Oksijensiz kanalizasyon ortamında Hidrojen sülfit oluşumu H 2 S + 2O 2 Aeorobik Bakteri H 2 SO 4

6 SÜLFÜRİK ASİT ETKİSİ DENİZLİ İLİ MERKEZ BİR ARITMA TESİSİ BETONARME İSTİNAT DUVARI

7 FOSEPTİK ÇUKURU DENİZLİ İLİ BEKİLLİ İLÇESİ FOSEPTİK HAVUZU BETONARME ELEMANI

8 ASİT ETKİSİ YENİ VE HENÜZ BOZULMAMIŞ ASİT ETKİSİNE MARUZ KALMIŞ

9 ÇİÇEKLENME KİREÇLİ BİLEŞENLERİN SIZMASI (CaCO 3, CaSO 4 ) TUZ BİRİKİMİ (Deniz kumu kullanılan yerler)

10 ÇİÇEKLENME Betonarme Kolon Tuğla Duvar Sıva Buharlaşma Tuz birikimi Çiçeklenme Zemin Y.A.S.S. Tuğla veya harçtaki çözünebilir tuzların nemli ortamda çözünmesi Oluşan çözeltinin kapiler boşluklardaki hareketi Kapiler yolla suyun yükselmesi Zemin Y.A.S.S. Suya doygun beton ÖNLEM: Yapının zeminden su emmesi engellenmeli, temiz ve yıkanmış agrega kullanımı, geçirimsiz beton üretimi, uygun çimento kullanımı, puzolanik katkı kullanımı, nem önleyici katkı maddeleri kullanımı vb.

11 ALKALİ-SİLİKA REAKSİYONU ÜÇ KOŞUL BİR ARADA OLMALI! 1) ÇİMENTODA ALKALİ OKSİT DEĞERİ (Na 2 O K 2 O) > %0.6 2) AGREGADA AKTİF SİLİS BULUNMALI (OPAL, TRİDİMİT, KRİSTOBALLİT, VOLKANİK CAM, RİYOLİT, ANDEZİT ve TÜFLERİ) 3) NEM YILLAR SONRA JEL OLUŞUMU (SODYUM + POTASYUM + KALSİYUM SİLİKAT) HACİM GENLEŞMESİ AĞ ŞEKLİNDE ÇATLAKLAR SİLİSLİ YÜZEY SERTLEŞTİRİCİLERE DİKKAT!

12 ALKALİ-AGREGA REAKTİVİTESİ JEL OLUŞUMU İNCE KESİT FOTOĞRAFI

13 ALKALİ-SİLİKA REAKSİYONU

14 ALKALİ-SİLİKA REAKSİYONU ASR Hasarına Uğramış Köprü Ayağı (İzmir)

15 ALKALİ-AGREGA REAKTİVİTESİ ALKALİ-AGREGA REAKTİVİTESİ BOZULMASI

16 ASR HASARINA UĞRAMIŞ YAPI ÖRNEKLERİ

17 ASR nedeniyle oluşan çatlaklar, beton yüzeyinde dökülmeler ve yüzeyden sızan ASR jelinin karbonatlaşması

18 ASR NEDENİYLE ÇATLAYAN ELEKTRİK DİREKLERİ-BERGAMA

19 DENEY ALETLERİ HARÇ ÇUBUĞU DENEYLERİ

20 ASR - ÖNLEMLER REAKTİF AGREGA MİKTARI SINIRLANDIRILMALI BETONUN ALKALİ İÇERİĞİ AZALTILMALI BETONUN NEM İÇERİĞİ AZALTILMALI BETONUN GEÇİRİMSİZLİĞİ SAĞLANMALI MİNERAL veya KİMYASAL KATKI KULLANILMALI (Silika Tozu, Uçucu Kül, Lityum tuzları vb.)

21 ALKALi-KARBONAT REAKSiYONU (ACR) ALKALİ KARBONAT REAKSİYONU (AKR), DOLOMİT VE/VEYA KİL MİNERALLİ VE İNCE TANELİ KİREÇTAŞI İÇEREN AGREGALARDAN İMAL EDİLMİŞ BETONLARDA MEYDANA GELMEKTEDİR. REAKSİYON GENLEŞEN ÜRÜNLER ÇATLAK-HASAR

22 ALKALi-KARBONAT REAKSiYONU (ACR) İlk aşamada dolomit yüksek ph ta çözünerek kalsit, brusit ve karbonat iyonlarına ayrılır: CaMg(CO 3 ) OH - CaCO 3 + Mg(OH) 2 + CO 3 2- Çözeltideki fazla karbonatlar kireçle reaksiyona girerek ilave kalsit ve hidroksit iyonları oluştururlar. Hidroksit iyonları reaksiyon serisinin ilk aşamasında tekrar görev alırlar: CO Ca(OH) 2 CaCO OH - Net reaksiyon dolomit veya portlandit tükeninceye kadar devam eder: CaMg(CO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 Mg(OH) CaCO 3

23 ALKALi-KARBONAT REAKSiYONU (ACR) Yaya yolu kaplamasında alkalikarbonat reaktivitesi sebebiyle oluşan harita çatlağı Kingston, Ontario

24 ACR ve ASR KOMBİNASYONU ALKALİ-SİLiKA REAKSİYONU VE ALKALİ-KARBONAT REAKSİYONU KOMBİNASYONU SONUCU YAPIDA HASAR, NEW-JERSEY

25 DENİZ SUYU ETKİSİ FİZİKSEL * Aşındırma etkisi (Dalgalar ve suda yüzen parçacıklar) * Islanma-kuruma * Donma-çözülme Geçirimlilik artar * Donatı Korozyonu (klorürler) * Sülfat (Mg 2 SO 4 ) * Magnezyum İyonları * Karbonik Asit Bozuk yüzey KİMYASAL Açığa çıkmış agrega Dayanıklılık azalır EN ÇOK ZARAR ISLANMA-KURUMA BÖLGELERİNDE

26 DENİZ SUYU ETKİSİ

27 DENİZ SUYU ETKİSİ

28 DENİZ SUYU ETKİSİ KONAK-GÜZELYALI SAHİL BULVARI

29 DENİZ SUYU ETKİSİ GÜLLÜK İSKELESİ

30 DENİZ SUYU ETKİSİ TUZLA İSKELESİ

31 ÇEVRESEL ETKİ SINIFI- TS EN 206 KLORÜRLERDEN KAYNAKLANAN KOROZYON DENİZ SUYU EN BÜYÜK S/C EN KÜÇÜK DAYANIM EN AZ DOZAJ kg/m 3 XS C30/ XS C35/ XS C35/ XS1 Deniz suyu ile direkt temas yok (sahile yakın yapılar) XS2 XS3 Denizin altında (deniz yapılarının belli kısımları) Gelgit, dalga ve serpintiye maruz (deniz yapılarının belli kısımları)

32 FİZİKSEL KORUMA BETONUN ÇELİĞİ KOROZYONDAN KORUMASI KALİTELİ GEÇİRİMSİZ BETON, İÇİNE GÖMÜLÜ ÇELİĞİ KOROZYONDAN KORUR: ZARARLI MADDELERİN, SUYUN KOLAYCA ÇELİĞE ULAŞMASININ ENGELLENMESİ (BETONUN GEÇİRİMSİZLİĞİNE ve PAS PAYI TABAKASI KALINLIĞINA BAĞLI) Beton yüzeyi Donatı Çubuğu KİMYASAL KORUMA BETONUN ÇELİĞE YÜKSEK DERECEDEN ALKALİ BİR ORTAM SUNMASI (ph ) (PASSİVİZASYON) ph 12.5 MİKROSKOBİK OKSİT TABAKASI (PASİF TABAKA) DONATININ PASLANMASI MÜMKÜN DEĞİL (PASİF TABAKANIN STABİL KALMASI DURUMUNDA)

33 ph değeri BETONDA YÜKSEK ph ın KAYNAĞI ÇİMENTO C 3 S ve C 2 S BİLEŞENLERİNİN HİDRATASYONU Ca(OH) 2 (SÖNMÜŞ KİREÇ) SERBEST CaO + H 2 O Ca(OH) 2 (ALKALİ OKSİTLER) K 2 O, Na 2 O + H 2 O KOH, NaOH Beton Üretimi Alkali koruyucu etkinin başlangıcı Karbonatlaşmanın başlangıcı Zaman 4 5 Alkali koruyucu etkinin sonu Donatının elektrolitik korozyonunun başlangıcı

34 KARBONATLAŞMA Ca(OH) 2 CO 2 Ca(OH) 2 +CO 2 ph 12.6 CaCO 3 +H 2 O ph 8.3 ph< ise PASLANMA!! (ORTAMDA O 2 ve SU MEVCUTSA) KARBONATLAŞMA HIZI; BETONUN BOŞLUK YAPISINI ETKİLEYEN TÜM FAKTÖRLER (S/Ç ORANI, KÜR, DOZAJ vb.) PAS PAYININ KALINLIĞI ve KALİTESİ (GEÇİRİMSİZLİK) HAVA NEMİ (%50-60 maks. HIZ) CO 2 YÜZDESİ (N. H. % 0.03, B. ŞEHİR % 0.3) ÇİMENTO KİMYASAL YAPISI (ALKALİ İÇERİĞİ, CaO İÇERİĞİ) SICAKLIK vb., FAKTÖRLERE BAĞLIDIR

35 KARBONATLAŞMA CEPHESİNİN TESPİTİ PHENOLPTHALEİN (%0.1 ) ph > 8.3 PEMBE, KIRMIZI RENK THYMOLPTHALEİN (%0.1 ) ph > 9.3 MAVİ, MOR RENK İngiltere de açıkta bırakılan (yağmurdan korunmuş) beton elemanların 30 yıl sonunda karbonatlaşma derinlikleri 28 günlük basınç dayanımı ( MPa) Karbonatlaşma Derinliği (mm) ÖNLEM: MÜMKÜNSE KARBONATLAŞMIŞ BETON UZAKLAŞTIRILMALI BU BÖLGE TAMİR HARÇLARIYLA YENİLENMELİ ve GEÇİRİMSİZLİĞİ SAĞLANMALI

36 KARBONATLAŞMIŞ BETONDA BETON TABANCASI DENEYİ KARBONATLAŞMIŞ BETON BETON YÜZEYİNDE SERTLEŞME BETON TABANCASI (ÇEKİCİ) DENEYİNDE ÇOK BÜYÜK YANILGILAR!!! ÖRNEK ÇALIŞMA: BETON YAŞI 25 YILLIK ve 50 GÜNLÜK OLAN İKİ YAPIDA BETON TABANCASI + KAROT DENEYİ UYGULANMIŞ BETON YAŞI 25 YIL BETON YAŞI 50 GÜN BETON TABANCASI İLE fck = 16.9 MPa!! KAROT İLE fck = 4.8 MPa BETON TABANCASI İLE fck = 25.1 MPa KAROT İLE fck = 18.0 MPa

37 ÇEVRESEL ETKİ SINIFI- TS EN206 EN BÜYÜK S/C EN KÜÇÜK DAYANIM EN AZ DOZAJ kg/m 3 KOROZYON veya ZARAR RİSKİ YOK XO ---- C12/ KARBONATLAŞMADAN KAYNAKLANAN KOROZYON XC C20/ XC C25/ XC C30/ XC C30/ XO Çok kuru (Hava nemi çok düşük, bina içi betonlar) XC1 Kuru (Hava nemi düşük, bina içi betonlar) XC2 XC3 XC4 Islak, nadiren kuru (Su tutucu yapı bölümleri, temeller) Orta derecede nem ( yağmurdan korunmuş dış/iç eleman) Tekrarlı ıslanma-kuruma (su temasına açık yüzeyler)

38 ÇELİK DONATININ KOROZYONU ASLINA DÖNME OLAYI - ATMOSFERİK KOROZYON - ELEKTROLİTİK KOROZYON - KLORÜR KOROZYONU - TEMAS KOROZYONU ATMOSFERİK KOROZYON Fe + ½O 2 +H 2 O Fe(OH) 2 Fe (OH) 2 FeO + H 2 O Temiz atmosfer koşullarında Zararlı Kirli Atmosferik Koşullarda PAS TABAKASI TEL FIRÇA İLE SÖKÜLEMİYORSA ZARARSIZ PAS KOROZYON HIZI (HAVA NEMİNE BAĞLI) 4-6 m/yıl m/yıl PUL PUL DÖKÜLME; ÇAP ÖLÇÜMÜ, ÇEKME DENEYİ ve TEMİZLEME ŞART

39 Beton boşluk suyu (elektrolit) ELEKTROLİTİK KOROZYON O 2 Paspayından oksijen difüzyonu Fe +2 2e - Anodik işlem H 2 O 2(OH) ½O 2 - Çelik Katodik işlem ANOT REAKSİYONU Fe Fe e - KATOT REAKSİYONU H 2 O +1/2O 2 + 2e - 2(OH) - Fe (OH) - Fe(OH) 2 Fe(OH) 2 + H 2 O+ 1/2O 2 Fe(OH) 3

40 KLORÜR KOROZYONU KLORÜR İYONLARI: ÇELİK DONATININ KOROZYONU AÇISINDAN EN ZARARLI MADDE PASİF TABAKANIN YAPISINI GEVŞETİP ÇÖZERLER ORTAMIN ELEKTRİKSEL DİRENCİNİ DÜŞÜRÜP, ELEKTROLİTLİĞİNİ ARTTIRIRLAR, İYON AKIŞI KOLAYLAŞIR ORTAMIN ph DEĞERİNİ İNDİRGERLER KLORÜR KAYNAKLARI BETON ÜRETİMİNDE KULLANILAN MALZEMELER ÇEVREDE BULUNAN KLORÜRLERİN BETON İÇİNE TAŞINIMI

41 KLORÜR KOROZYONU Pasif tabaka ( 50 m) ph>12.5 Cl - Cl Cl - - H 2 O Elektrolitik ortam 3e - (OH) - Cl - Fe +3 ph 5 Fe Katot Çelik Fe Cl - Elektrolitik FeCl 3 Anot FeCl 3 + 3(OH) - Elektrolitik Fe(OH) 3 + 3Cl - KLORÜR İYONLARI SÜREKLİ YENİLENMEKTE, BÖYLECE REAKSİYON SÜREKLİLİK KAZANIYOR

42 REAKSİYON ÜRÜNLERİ Donatı Çatlama Fe FeO Fe 3 O 4 Fe 2 O 3 Fe(OH) 4 Fe(OH) 3 Fe(OH) 3. 3H 2 O Donatı Kapak atma Hacim (cm 3 ) KOROZYON ÜRÜNLERİ 6 KAT HACİM ARTIŞI Paspayının tabaka halinde ayrışması OLUŞAN GENLEŞME NEDENİYLE BETONDA HASAR

43 ÇELİK DONATININ KOROZYONU

45 ÇELİK DONATININ KOROZYONU İzmir de korozyon hasarına uğramış elektrik direkleri

46 ÇELİK DONATININ KOROZYONU Paraşüt Kulesi (izmir) korozyon hasarı

47 ÇELİK DONATININ KOROZYONU ANITKABİR ASLANLI YOL ALTI GALERİLERİNDE KOROZYON HASARI

51 ÇELİK DONATININ KOROZYONU DENİZLİ İLİ MERKEZ BİR ARITMA TESİSİ PASPAYI OLMAYAN BÖLGEDE KOROZYON

55 ÇEVRESEL ETKİ SINIFI- TS EN206 KLORÜRLERDEN KAYNAKLANAN KOROZYON DENİZ SUYU DIŞINDAKİ KLORÜR EN BÜYÜK S/C EN KÜÇÜK DAYANIM EN AZ DOZAJ kg/m 3 XD C30/ XD C30/ XD C35/ XD1 Islak, nadiren kuru (klorür içeren su sıçraması) XD2 XD3 Orta derecede rutubet (yüzme havuzu, endüstriyel su) Tekrarlı ıslanma-kuruma (köprü, yer kaplaması, otopark)

56 KOROZYON ÖNLEMLER DAYANIKLILIĞIN SAĞLANMASI İÇİN BETON KARIŞIMI VE PAS PAYI KALINLIĞI İÇİN STANDARTLARIN ÖNERİLERİ GENELLİKLE SERVİS ÖMRÜNÜN 50 YIL ve AGREGA EN BÜYÜK TANE ÇAPININ mm OLMASI KABULÜNE DAYANIR DAHA UZUN SERVİS ÖMRÜ PROJEDE GÖSTERİLECEK PAS PAYI Cnom PAS PAYINI ARTTIR ör: 100 YIL İÇİN 10 mm İLAVE Cnom = Cmin + c ÇİMENTO DOZAJI vb. FAKTÖRLER GÖZDEN GEÇİRİLMELİ c PROJE TOLERANSLARI, KALİTE KONTROL SİSTEMİ vb. BAĞLI PAY (GENELDE 5 mm ALINIR)

57 PAS PAYI- BS8110 I II III IV V EN BÜYÜK S/C B. DAYANIMI (MPa) EN AZ DOZAJ kg/m I 3 Yüzeyi havadan yıpratıcı etkilerden korunmuş II Aşırı yağmurdan, donmadan korunmuş, yoğuşma III Aşırı yağmura, ıslanma-kurumaya maruz IV Deniz suyu, buz çözücü tuzlar, donma-çözülme V Asidik (ph 4.5) suya, aşınmaya, erozyona maruz

58 PASPAYI - EN BETONARME Cmin (mm) ÖN GERİLMELİ BETON Cmin (mm) XO XC1 XC2 XC3 XC4 XD1 XD2 XD3 XS1 XS2 XS3 RİSK YOK XO KARBONATLAŞMADAN KAYNAKLANAN KOROZYON XC1 XC2/XC3 XC4 KLORÜRLERDEN KAYNAKLANAN KOROZYON DENİZ SUYUNDAN KAYNAKLANAN KOROZYON XD1/XD2/XD3 XS1/XS2/XS Çok kuru (Hava nemi çok düşük, bina içi betonlar) Kuru (Hava nemi düşük, bina içi betonlar) Islak, nadiren kuru (Su tutucu yapı bölümleri, temeller) Orta derecede nem ( yağmurdan korunmuş dış/iç eleman) Tekrarlı ıslanma-kuruma (su temasına açık yüzeyler) Islak, nadiren kuru (klorür içeren su sıçraması) Orta derecede rutubet (yüzme havuzu, endüstriyel su) Tekrarlı ıslanma-kuruma (köprü, yer kaplaması, otopark) Deniz suyu ile direkt temas yok (sahile yakın yapılar) Denizin altında (deniz yapılarının belli kısımları) Gelgit, dalga ve serpintiye maruz (deniz yapılarının belli kısımları)

59 PAS PAYI- TS500 (2000) GEREKLİ EN AZ BETON ÖRTÜSÜ ZEMİNLE DOĞRUDAN İLİŞKİDE OLAN ELEMANLARDA HAVA KOŞULLARINA AÇIK KOLON ve KİRİŞLERDE YAPI İÇİNDE HAVA KOŞULLARINA AÇIK OLMAYAN KOLON ve KİRİŞLERDE PERDE DUVAR ve DÖŞEMELERDE KABUK ve KATLANMIŞ PLAKLARDA 50 mm 25 mm 20 mm 15 mm 15 mm

60 PAS PAYI KALINLIĞIN YANISIRA PASPAYI TABAKASININ KALİTESİ (GEÇİRİMSİZLİĞİ) ÇOK ÖNEMLİ!!!!

61 HAFİF ETKİ GENEL ÖNLEMLER 1) GEÇİRİMSİZ BETON ÜRETMEK - Doğru beton sınıfının seçimi (C30 ve üstü) - Düzgün Granülometri - İyi Sıkışma - Düşük S/C Oranı - İyi Kür - Kaliteli ve yeterli kalınlıkta pas payı - Çatlaksız yapı oluşturmak - Yapısal Dizayn (Derzler, köşeler, su tutucular) - Su geçirimsizlik Katkısı - Puzolanlarla serbest kireci bağlamak

62 GENEL ÖNLEMLER - Yapısal Dizayn (Derzler, köşeler, su tutucular) H 2 O H 2 O H 2 O izolasyon Korunmuş donatı YANLIŞ DOĞRU KISMEN DOĞRU H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O YANLIŞ DOĞRU

63 GENEL ÖNLEMLER - Yapısal Dizayn (Derzler, köşeler, su tutucular) BORU KOLON YAĞMUR SUYU BİRİKİMİ (Cl İYONLARI) YANLIŞ YANLIŞ

64 GENEL ÖNLEMLER - Yapısal Dizayn (Derzler, köşeler, su tutucular) YANLIŞ YANLIŞ DOĞRU DOĞRU DOĞRU

65 GENEL ÖNLEMLER - YANLIŞ Yapısal Dizayn (Derzler, köşeler, su tutucular)

66 GENEL ÖNLEMLER - YANLIŞ Yapısal Dizayn (Derzler, köşeler, su tutucular)

67 DEÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

68 GENEL ÖNLEMLER - DOĞRU Yapısal Dizayn (Derzler, köşeler, su tutucular)

69 GENEL ÖNLEMLER ORTA ŞİDDETTE ETKİ 2) (1) + ÖZEL TİP ÇİMENTO KULLANMAK - PÇ, EYÇ - CÇ veya DÜŞÜK HİDRATASYONLU ÇİMENTO - TÇ - SDÇ - SÜPERSÜLFAT ÇİMENTOSU - ALÜMİNLİ ÇİMENTO SIRALAMA DİĞER ETKENLERİN AYNI KALMASI KOŞULU İLE GEÇERLİ KÜR SÜRESİ ÇOK ÖNEMLİ

70 KATKILI ÇİMENTOLAR DOĞAL PUZOLANLAR CURUF UÇUCU KÜL Vb. YAVAŞ HİDRATASYON Kür olayı Portland çimentosuna kıyasla daha önemli Permeabilite Kötü kür Portland Çimentosu 0 Katkılı Çimento İyi kür Yüksek Katkı Oranı