Beton ve Betonarme Durabilite)

Transkript

1 Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği i BölümüB Beton ve Betonarme Yapılarda Kalıcılık k (Durabilite( Durabilite) Doç. Dr. Halit YAZICI

2 ASR - DENEYLER KİMYASAL JEOLOJİK FİZİKSEL- KİMYASAL AGREGANIN REAKTİVİTES TESİ ARAŞTIRILIR AGREGADA REAKTİF F BİLEB LEŞEN EN ARANIR ÇİMENTO-AGREGA KARIŞIMLARININ IMLARININ BOY DEĞİŞİ ĞİŞİMLERİ ÖLÇÜLÜR DENEY SONUÇLARI KIYASLANIR, SADECE BİR B YÖNTEME GÜVENMEK G MÜMKM MKÜN N DEĞİ ĞİL ASTM C227 UZUN VADELİ ASTM C 1260 CSA A A HIZLANDIRILMIŞ YÖNTEMLER HARÇ ÇUBUKLARININ BOY UZAMASI % 0.05 (ÜÇ AYDA) % 0.10 (ALTI AYDA) % 0.10 % 0.15 (14 GÜN G 80 N 80 C NaOH ÇÖZELT ZELTİSİNDE BEKLEDİKTEN KTEN SONRA) 2

3 HARÇ ÇUBUĞU U DENEYLERİ * ASTM C1260, AAR-2, CSA A 25A HIZLANDIRILMIŞ HARÇ ÇUBUĞU U DENEYLERĐ 80 C/1N NaOH 3

4 ASR ASR hasarına uğramu ramış köprü ayağı (İzmir) ASR hasarına uğramu ramış 4 aydınlatma direkleri (Bergama)

5 ASR YE KARŞI ALINACAK ÖNLEMLER ALKALĐLERĐN AZALTILMASI VE UYGUN ÇĐMENTO SEÇĐMĐ GEÇĐRĐMLĐLĐĞĐN VE NEMĐN AZALTILMASI KONTROLLÜ AGREGA SEÇĐMĐ MĐNERAL KATKILAR KĐMYASAL KATKI MADDELERĐ HAVA KATKISI YAPISAL TASARIM, SU YALITIMI 5

6 MĐNERAL KATKILAR Uçucu Kül Silika Tozu Yüksek Fırın Cürufu Doğal Puzolanlar Zeolit 6

7 14 günlük hızlandırılmış ASR deneyi sonuçları 0,35 0,3 Genleşme (%) 0,25 0,2 0,15 0,1 0, Mineral katkı oranı(%) genleşme sınırı (14 günlük) Kontrol Silis dumanı Uçucu kül Silis dumanı ve uçucu kül

8 MİNERAL KATKILARIN ETKİLERİ HİDROKSİL İYONU KONSANTRASYONU YÜKSEK ALKALİLİ ÇİMENTONUN YERİNE KULLANILDIĞINDA REAKTİF AGREGANIN YERİNE KULLANIM GEÇİRİMSİZLİĞİN SAĞLANMASI Ca(OH) 2 BAĞLANMASI REAKTİF SİLİKANIN ÇÖZÜNÜRLÜĞÜ AZALIR ALKALİ SEYRELTİCİ REAKTİF SİLİKANIN SEYRELMESİ ALKALİ ve NEM GİRİŞİNİN ENGELLENMESİ JELİN GENLEŞMESİNİN AZALMASI 8

9 ALKALi-KARBONAT REAKSiYONU (ACR) ALKALİ KARBONAT REAKSİYONU, DOLOMİT VE/VEYA KİL MİNERALLİ VE İNCE TANELİ KİREÇTAŞI İÇEREN AGREGALARDAN İMAL EDİLMİŞ BETONLARDA MEYDANA GELMEKTEDİR. REAKSİYON GENLEŞEN ÜRÜNLER ÇATLAK-HASAR 9

10 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 10

11 Serbest kireç ve magnezinin gecikmiş reaksiyonu (CaO( & MgO) CaO - MgO (Sönmemiş Kireç Karışması Hali) Gecikmeli hidratasyon Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 11

12 BİYOLOJİK K ETKİLENME BĐYOKĐMYASAL BİYOLOJİK, KİMYASAL K OLUŞUMLAR UMLAR BAZI BİTKB TKİLER, AĞAÇA KÖKLERİ FĐZĐKSEL BİTKİ KÖKLERİNİN BETONU ÇATLATMASI VE / VEYA BORULARI TIKAMASI BAZI TÜR T R DENİZ Z YOSUNLARI, MİKROORGANİZMALAR ASİT T ETKİSİ OLUMLU ETKİ O2 girişinin engellenmesi BETON YÜZEYY ZEYİNDEN İTİBAREN TABAKA TABAKA BOZULMA 12

13 Çam kozalağı (Uşak)

14 DENİZ Z SUYU ETKİSİ FĐZĐKSEL (Don, Dalga, Aşındırma) KĐMYASAL Sülfat (Mg 2 SO4) Kristalleşme (Tuz Kristalleri) EN ÇOK ZARAR ISLANMA KURUMA BÖLGELERĐ Bozuk yüzey Açığa çıkmış agrega 14

15 DENĐZ Z SUYU ETKĐSĐ 15

16 DENĐZ Z SUYU ETKĐSĐ 16

17 DENĐZ Z SUYU ETKĐSĐ 17

18 DENĐZ Z SUYU ETKĐSĐ EN ÇOK ZARAR ISLANMA KURUMA BÖLGELERB LGELERĐNDE YARIMCA PETKĐM ĐSKELES SKELESĐ (DEPREM SONRASI) 18

19 DENĐZ Z SUYU ETKĐSĐ TUZLA ĐSKELESĐ 19

20 ÇEVRESEL ETKİ SINIFI- TS EN 206 KLORÜRLERDEN RLERDEN KAYNAKLANAN KOROZYON DENĐZ Z SUYU EN BÜYÜK B S/C EN KÜÇÜK ÜÇÜK DAYANIM EN AZ DOZAJ kg/m 3 XS C30/ XS C35/ XS C35/ XS1 XS2 XS3 Deniz suyu ile doğrudan temas yok (sahile yakın n yapılar) Denizin altında (deniz yapılar larının n belli kısımlark mları) Gelgit, dalga ve serpintiye maruz (deniz yapılar larının n belli 20 kısımları)

21 ÇİÇEKLENME KĐREÇLĐ BĐLEŞENLERĐN SIZMASI (CaCO 3, CaSO 4 ) TUZ BĐRĐKĐMĐ (Deniz kumu kullanılan yerler) 21

22 ÇĐÇEKLENME

23 KARBONATLAŞMA 23

24 KARBONATLAŞMA ALUMĐNYUM, BAKIR vb. OKSĐT FĐLMĐ STABĐLĐTE PASLANMA PASĐF TABAKA PASLANMA DURUR OKSĐT DEMĐR PASĐF STABĐL DEĞĐL TABAKA PASLANMA KALİTEL TELİ GEÇİRİMS MSİZ Z BETON, İÇİNE GÖMÜLÜG ÇELİĞİ KOROZYONDAN KORUR: FİZİKSEL KORUMA SAĞLANAN GEÇİRİMS MSİZLİKLE ZARARLI MADDELERİN, SUYUN KOLAYCA ÇELİĞE E ULAŞMASININ ENGELLENMESİDİR KİMYASAL KORUMA YÜKSEK DERECEDEN ALKALİ OLAN BETONUN (ph( 12.6) ÇELİĞİ PASSİVİZASYONUYLA SAĞLANIR. 24

25 ALKALİ KAYNAKLARI 2(3CaO.SiO 2 )+nh 2 O 3CaO.2SiO 2 (n-3)h 2 O+3Ca(OH) 2 2(2CaO.SiO 2 )+nh 2 O 3CaO.2SiO 2 (n-3)h 2 O+Ca(OH) 2 CaO + H 2 O 3Ca(OH) 2 ALKALĐĐÇEREN KLĐNKER FAZLARI + H 2 O KOH, NaOH, vd. Ca(OH) 2 3Ca(OH) 2 +CO 2 ph 12.6 CaCO 3 +H 2 O ph 8.3 CO 2 ph<9.5 ise PASLANMA. 25

26 KARBONATLAŞMA CO 2 + NaOH Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 Na 2 CO 3 +H 2 O CaCO 3 +2NaOH CO 2 +H 2 O SO 2 + H 2 O H 2 CO 3 (KARBONĐK ASĐT) H 2 SO 3 (SÜLFĐRĐK ASĐT) KARBONATLAŞMA OLUMSUZ KOŞULLARDA 10 YILDA 20 mm den FAZLA ĐLERLEYEBĐLĐR 26

27 KARBONATLAŞMA CEPHESİNİN N TESPİTİ Karbonatlaşmış beton Karbonatlaşma cephesi Karbonatlaşmamış beton YAPIDAN ÇIKARTILAN ve YÜZEYE DĐK KESĐLEN KAROT ÖRNEĞĐNĐN ÜZERĐNE ĐNDĐKATÖR SIVI PÜSKÜRTÜLÜR CO 2 10 cm KARBONATLAŞMAMIŞ, YÜKSEK ph lı KISIM RENK VERĐR ph < 9.3 ph > 9.3 YÖNTEMLE KARBONATLAŞMA CEPHESĐ TESPĐT EDĐLĐR. KARBONATLAŞMAKTA OLAN KISIM BELĐRLENEMEZ 27

28 KARBONATLAŞMA CEPHESİNİN N TESPİTİ PHENOLPTHALEĐN (%0.1 ) ph > 8.3 PEMBE, KIRMIZI RENK THYMOLPTHALEĐN (%0.1 ) ph > 9.3 MAVĐ, MOR RENK 28

29 KARBONATLAŞMA KARBONATLAŞMA HIZI; BETONUN BOŞLUK YAPISINI ETKİLEYEN TÜM M FAKTÖRLER (S/Ç ORANI, KÜR, K DOZAJ vb.) PAS PAYININ KALINLIĞI I ve KALİTES TESİ (GEÇİRİMS MSİZLİK) HAVA NEMİ (%50-60 maks.. HIZ) CO 2 YÜZDESİ (N. H. % 0.03, B. ŞEHİR R % 0.3) SICAKLIK vb., FAKTÖRLERE BAĞLIDIR İngiltere de açıkta a bırakb rakılan (yağmurdan korunmuş) ) beton elemanların 30 yıl y l sonunda karbonatlaşma derinlikleri 28 günlük basınç dayanımı (Mpa) Karbonatlaşma Derinliği (mm)

30 ÇELİK K DONATININ KOROZYONU ASLINA DÖNME OLAYI - ATMOSFERĐK KOROZYON - ELEKTROLĐTĐK KOROZYON - KLORÜR KOROZYONU - TEMAS KOROZYONU ATMOSFERĐK KOROZYON Fe + ½O 2 +H 2 O Fe(OH) 2 PAS Fe (OH) 2 FeO + H 2 O ELEKROLĐTĐK KOROZYON (PĐL OLUŞUMU) ELEKTRĐK ĐLETEN ORTAM: ELEKTROLĐTĐK ERĐYĐK (SU ve ERĐMĐŞ TUZ) ELEKTROLĐTĐK REAKSĐYON ANOT ve KATOD KĐSMĐ REAKSĐYONU 30

31 Beton boşluk suyu (elektrolit) ÇELİK K DONATININ KOROZYONU O 2 Paspayından oksijen difüzyonu Fe +2 2e - H 2 O ½O 2 2(OH) - Çelik Anodik işlem Katodik işlem ANOD REAKSĐYONU Fe 0 Fe e - Fe +2 Fe +3 + e - KATOD REAKSĐYONU H 2 O (OH) - + H + Fe +3 +3(OH) - Fe(OH) 3 DONATI + SU OKSĐJEN ERĐYĐK TUZLAR PAS 31

32 ÇELİK K DONATININ KOROZYONU TEMAS KOROZYONU ĐKĐ FARKLI METAL BĐR ARADA + NEM + OKSĐJEN GALVANĐ PĐLĐ DAHA AZ ASĐLMETAL ELEKTRON KAYBI KOROZYON BETONARMEDE BAĞINTILAR AÇIK DEĞĐL! 32

33 KLORİD D KOROZYONU DENĐZ SUYU, KLOR ĐYONU ĐÇEREN YER ALTI SUYU ĐLE TEMAS EDEN BETONARME ELEMANLAR, KLOR TEMAS HAVUZU, TUZ FABRĐKALARI Fe Cl - Elektrolitik FeCl 3 FeCl 3 + 3(OH) - Elektrolitik Fe(OH) 3 + 3Cl - KLOR SÜREKLĐ KENDĐNĐ YENĐLEMEKTE, Cl REAKSĐYON SÜREKLĐ, - ÇOK TEHLĐKELĐ Elektrolit ortam ph>12.5 Pasif film Cl - (OH) - ph 5 - Fe +2 Fe H 2 O 2e - 33

34 REAKSĐYON ÜRÜNLERĐ Fe FeO Fe 3 O 4 Fe 2 O 3 Fe(OH) 4 Fe(OH) 3 Fe(OH).3H 3 2 O REAKSĐYON ÜRÜNLERĐ 6 6 KAT HACĐM ARTIŞI Hacim OLUŞAN GENLEŞME NEDENĐYLE BETONDA HASAR. 34

35 ÇELİK K DONATININ KOROZYONU BETONARME YAPI ELEMANINDA KOROZYON DONATI ÇELĐĞĐNDE KESĐT KAYBI ÇELĐĞĐN DEFORMASYON ÖZELLĐKLERĐNĐN ve KOPMA MUKAVEMETĐNĐN DEĞĐŞMESĐ DONATI-BETON ADERANSININ AZALMASI PAS PAYI TABAKASININ ÇATLAMASI PAS PAYI TABAKASININ DÖKÜLMESĐ DONATININ AÇIKTA KALARAK ATMOSFERĐK KOROZYONUN BAŞLAMASI. 35

36 ÇELİK K DONATININ KOROZYONU SONUÇ * YAPI GÜVENLĐĞĐNDE AZALMA * BETONUN GEÇĐRĐMLĐLĐĞĐNĐN ARTMASI, DIŞ ETKĐLERE DAYANIKLILIĞININ AZALMASI * YAPI ELEMANININ veya YAPININ SERVĐS ÖMRÜNÜ KISA SÜREDE TAMAMLAMASI. 36

37 ÇELĐK DONATININ KOROZYONU 37

38 ÇELİK K DONATININ KOROZYONU Đzmir de korozyon hasarına uğramış elektrik direkleri 38

39 ÇELİK K DONATININ KOROZYONU Paraşüt Kulesi (Đzmir) korozyon hasarı 39

40 ÇELİK K DONATININ KOROZYONU Donatıda kesit kaybının moment taşıma kapasitesine etkisi x70 cm N=100 ton Moment Taşıma Kapasitesinde Kayıp % Donatıda Kesit Kaybı % Düktil Davranış ıştan Gevrek Kırılmaya K Geçiş Uyarı vermeden ani göçg öçme tehlikesi. 40

41 ÖNLEMLER BETON TEKNOLOJĐSĐNE UYGUN ÜRETĐM! 41

42 ÖNLEMLER EN ÖNEMLİ ÖNLEM KALİTEL TELİ,, GEÇİRİMS MSİZ BETON KULLANIMI BETON TEKNOLOJİSİ KURALLARINA UYGUN ÜRETİLMİŞ GEÇİRİMS MSİZ Z BETON KULLANILMALI BETON SINIFI SADECE MUKAVEMET ESASLI DEĞİ ĞİL L (MUKAVEMET + KALICILIK) DİKKATE ALINARAK SEÇİLMLEL LMLELİ

43 HAFĐF ETKĐ ÖNLEMLER 1) GEÇĐRĐMS MSĐZ Z BETON ÜRETMEK - Düzgün Granülometri - Đyi SıkışS ışma - Düşük k S/C Oranı - Đyi KürK - Çatlaksız z yapı oluşturmak - Yapısal Dizayn (Derzler, köşeler, k su tutucular) - Su geçirimsizlik Katkısı - Puzolanlarla serbest kireci bağlamak. 43

44 I 25 II III IV V EN BÜYÜK B K S/C B. DAYANIMI (MPa( MPa) EN AZ DOZAJ kg/m PAS PAYI- BS I Yüzeyi havadan yıpraty pratıcı etkilerden korunmuş II Aşırı yağmurdan, donmadan korunmuş, yoğuşma III Aşırı yağmura, ıslanma-kurumaya maruz IV Deniz suyu, buz çözücü tuzlar, donma-çö çözülme V Asidik (ph( ph 4.5) suya, aşıa şınmaya, erozyona maruz 44

45 PAS PAYI- TS500 (2000) ZEMĐNLE DOĞRUDAN ĐLĐŞKĐDE OLAN ELEMANLARDA HAVA KOŞULLARINA AÇIK A KOLON ve KĐRĐŞK ĐŞLERDE YAPI ĐÇĐNDE HAVA KOŞULLARINA AÇIK A OLMAYAN KOLON ve KĐRĐŞK ĐŞLERDE PERDE DUVAR ve DÖŞEMELERDED KABUK ve KATLANMIŞ PLAKLARDA GEREKLĐ EN AZ BETON ÖRTÜSÜ 50 mm 25 mm 20 mm 15 mm 15 mm 45

46 PAS PAYI KALINLIĞIN YANISIRA PASPAYI TABAKASININ KALİTES TESİ (GEÇİRİMS MSİZLİĞİ) ÇOK ÖNEMLİ!!!! 46

47 ÖNLEMLER ORTA ŞĐDDETTE ETKĐ 2) (1) + ÖZEL TĐP T ÇĐMENTO KULLANMAK - CEM I, CEM I-RI - CEM III/A 32,5 veya DÜŞÜK D K HĐDRATASYONLU H ÇĐMENTO - CEM II /B-P P 32,5 R - SDÇ - SÜPERSÜLFAT ÇĐMENTOSU - ALÜMĐNL NLĐ ÇĐMENTO SIRALAMA DĐĞER ETKENLERĐN AYNI KALMASI KOŞULU ĐLE GEÇERLĐ KÜR SÜRESĐ ÇOK ÖNEMLĐ. 47

48 KATKILI ÇĐMENTOLAR DOĞAL PUZOLANLAR CURUF UÇUCU KÜL Vb. YAVAŞ HĐDRATASYON Kür olayı Portland çimentosuna kıyasla daha önemli Permeabilite Kötü kür Portland Çimentosu 0 Katkılı Çimento Đyi kür Yüksek Katkı Oranı 48

49 ŞĐDDETLĐ ETKĐ ÖNLEMLER 3) (2) + DIŞ YÜZEYLERĐN N YALITIMI 49

50 Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği i BölümüB Beton ve Betonarme Yapılarda Kalıcılık k (Durabilite( Durabilite) Doç. Dr. Halit YAZICI