Styropor Katksnn Betonarme Demirlerinin Korozyonu Üzerine Etkisi

Transkript

1 Politeknik Dergisi Journal of Polytechnic Cilt: 8 Say: 3 s , 2005 Vol: 8 No: 3 pp , 2005 Styropor Katksnn Betonarme Demirlerinin Korozyonu Üzerine Etkisi O,uzhan KELE.TEMUR, Servet YILDIZ Frat Üniversitesi, Teknik E,itim Fakültesi, Yap E,itimi Bölümü, ELAZI; ÖZET Bu çal=mada; beton kar=mna, agrega ile hacimce %5, %10 ve %15 oranlarnda yer de,i=tirecek =ekilde styropor ilave edilerek elde edilen betonlardaki, donat korozyonu ara=trlm=tr. Deneyler, korozif bir ortam olu=turmak amacyla beton numunelerin kar=m suyuna, deniz suyu ortamn sa,layabilmek için % 3 orannda NaCl ilave edilerek yaplm=tr. Korozyon hz deneyleri, klorür katlm= ve katlmam= beton numuneleri arasndaki galvanik akm ölçülerek gerçekle=tirilmi=tir. Beton numuneler içerisindeki elektrot potansiyellerinin zamana kar= de,i=imi 90 gün süresince her gün Cu/CuSO 4 referans elektrotu ile ölçülmü=tür. Sonuç olarak, styropor oranndaki art=a ba,l olarak, beton numunelerinin basnç dayanmlarnda azalma, betonarme demirlerinin korozyon hzlarnda ise art= meydana geldi,i görülmü=tür. Anahtar Kelimeler : Korozyon, Styropor, Betonarme, Çelik. The Effect of Styrofoam on the Corrosion of Steel Reinforced Concrete ABSTRACT In this study, the corrosion of steel reinforced into the concrete samples and obtained with the addition of styrofoam which was replacing 5, 10 and 15% of the agregate volume in the concrete structure was investigated. 3% NaCl which was base for seawater was added into the solution water of the concrete mortar for the sake of creating corrosive environment and then the tests have been carried out. The corrosion rates were measured according to the galvanic current method on the samples. The corrosion potentials have been measured by applying ASTM-C method for 90 days and using Cu/CuSO 4 reference electrode. As a result of these experiments, it is found that the corrosion rate of steels reinforced into the concrete increased and compressive strength of concrete samples decreased with the increasing of the portion of styrofoam. Key Words: Corrosion, Styrofoam, Reinforced concrete, Steel. 1. GR Ça,mzn en önemli yap malzemesi olan beton do,al bir malzeme olmayp, =antiyelerde çimento + agrega + su kar=m ile üretilen kompozit bir malzemedir. Bu nedenle en iyi üretim yöntemi ve i=çilik sa,lansa bile, beton içinde daima bir miktar bo=luk kalabilir. Bütün yap malzemelerinde oldu,u gibi, betonda da aranlan en önemli özellik yüksek bir mekanik mukavemete sahip olmas ve bu mukavemetini zamanla kaybetmemesidir. Betonun mekanik dayanmlar arasnda de,eri en büyük olan basnç dayanmdr (1). Basnç dayanm yüksek olan betonun kompasitesi, sertli,i, su geçirmezli,i, d= etkilere dayankll, artmakta, a=nmas ise azalmaktadr. Beton üzerinde yaplan bir çok çal=mada bu malzemenin baz özellikleri ile basnç dayanm arasndaki ba,ntlar ara=trlm= ve betonun çe- =itli mekanik özelliklerinin, basnç dayanm ile ayn yönde de,i=ti,i sonucuna varlm=tr (2). Basnç dayanm betonun di,er pozitif özellikleriyle paralellik göstermektedir. Betonun mekanik mukavemeti bakmndan ilginç bir özelli,i, çekme veya e,ilme mukavemetlerinin, basnç mukavemetine göre çok küçük olmasdr. Betonun bu dezavantajn gidermek üzere, betonarme demiri kullanlmas yoluna gidilmi=tir (3). Bilindi,i gibi beton in=aat mühendisli,inde her türlü konstrüksiyon da çok yaygn olarak kullanlan bir yap malzemesidir. Özellikle ölü yük de,erinin toplam yüke orannn büyük oldu,u köprü gibi büyük açklkl konstrüksiyonlar da birim a,rl,n fonksiyonu daha çok önem kazanmaktadr. Ta=yc elamanlara gelen yüklerin fazlal,ndan dolay yapnn önemli derecede depremden etkilendi,i bilinen bir gerçektir. Bu etkiyi minimum seviyeye indirmek üzere, ta=yc elamanlara gelen yükleri azaltmak için daha hafif malzemeler kullanlmaldr. Bu nedenle günümüzde, betonun birim a,rl,nn azaltlarak konut yapmnda hafif beton kullanlmas önem kazanm=tr (4). Hafif betonlar yapmlarna göre; yapay yada do-,al hafif agregal, çimento hamurunun genle=tirilmesi suretiyle elde edilen hücreli yada gaz beton olarak snflandrld, gibi kullanm amacna göre yaltm betonu ve ta=yc beton olarak da snflandrlabilmektedir (5) li yllara kadar mühendislerde beton içinde bulunan çeli,in korozyona u,ramayaca, görü=ü hakim olmu=tur. Ancak sonraki yllarda çevre kirlenmesinin, 311

2 O,uzhan KELE.TEMUR, Servet YILDIZ / POLQTEKNQK DERGQSQ, CQLT 8, SAYI 3, 2005 özellikle otoyollarda buzlanmaya kar= tuz kullanmnn artmas ile birlikte betonarme demirlerinin korozyonu sonucu betonun çatlad, ve hatta parçalanarak da,ld, görülmü=tür. Karbonasyon olaynn da etkisi ile betonarme demirlerinin korozyonu günümüzde bütün beton yaplarn en büyük sorunu haline gelmi=tir. Yaplan ara=trmalar betonarme demirlerinin korozyonuna ba=lca beton bünyesine giren klorür tuzlarnn neden oldu,unu ortaya koymu=tur. Klorürün betona ve betonarme demirine difüzyonu, betondaki mevcut klorür iyonlar miktarna ba,l olan belirli bir süre içerisinde gerçekle=ir. Bu süre zarfnda beton, klorür iyonlarna doyduktan sonra betonarme demirindeki korozyona belirgin bir =ekilde katkda bulunur. Klorürlü ortamda bekleme süresi içinde korozyonun belirgin olarak hzland, süre, betonun mukavemeti ve kullanm süresi açsndan oldukça önemlidir (6). E,er beton içinde %0,4 den fazla klorür iyonu bulunursa, söz konusu betonarme yapnn ömrünün %80 orannda azald, ileri sürülmü=tür (3). Gerçekten =iddetli korozif ortamda bulunan birçok betonarme yap, korozyon etkisi ile yakla=k 20 yl içinde kullanlmaz hale gelmi=tir (3). Bu çal=mada, korozif bir ortam olu=turmak amacyla beton numunelerin kar=m suyuna, deniz suyu ortamn sa,layabilmek için %3 orannda NaCl ilave edilerek, de,i=ik oranlarda styropor katlm= betonlarda ki styropor katksnn betonarme demirlerinin korozyonu üzerine etkileri incelenmi=tir. 2. MATERYAL VE METOT Betonun birim a,rl,n azaltmak amacyla kullanlan styropor katksnn betonarme demirlerinin korozyonu üzerine etkisi, 20 adet beton numunesi üzerinde incelenmi=tir. Beton içine daldrlm= olan çeliklerin korozyon hzlar Jang ve Iwasaki tarafndan geli=tirilmi= olan Galvanik Akm Yöntemi ile ölçülmü=tür (7). Bu yöntem farkl özellikte elektrolit içine daldrlm= olan elektrotlar arasnda olu=an galvanik akmn duyarl bir ampermetre ile ölçülmesi ilkesine dayanmaktadr. Ayrca betonarme demirlerinin aktif yada pasif halde bulundu,unu belirlemek üzere korozyon potansiyelleri ASTM-C standardna uygun olarak 90 gün boyunca her gün Cu/CuSO 4 referans elektrodu ile ölçülerek grafi,e geçirilmi=tir Elektrotlar'n Haz'rlanmas' Elektrot olarak, in=aat sektöründe temel yap malzemesi olan Ere,li Demir ve Çelik Fabrikalar üretimi, SAE1010 çelik çubuklar kullanlm=tr. Bu çeli,in kimyasal bile=imi Tablo 1. de verilmi=tir. Tablo 1: Deneylerde kullanlan çeli,in a,rlkça analizi Element A,rlkça, % Karbon (C) Mangan (Mn) Silisyum (Si) Fosfor (P) Kükürt (S) 0,100 0,249 0,051 0,005 0,044 Tablo 1 de a,rlkça analizi verilen çelik çubuklardan 8 mm. çapnda, 14 cm. uzunlu,unda, 40 adet kesilmi= ve yüzeyleri mekanik olarak temizlenmi= ve son olarak 1200 me= lik zmpara ile yüzeyler parlatlm=tr. Parlatlan yüzeyler, etil alkolle temizlenmi=tir. Hazrlanan elektrotlarn, betona gömülecek olan uçlarnda 10 cm 2 lik yüzey alan açk braklm=tr. Deney esnasnda ölçümlerin kolayca yaplabilmesi için çelik elektrotlarn di,er ucuna vida di=i açlarak bu vidalara kablolar ba,lanm=tr. Elektrotlarn geriye kalan bölgeleri ise, önce epoksi reçinesi ile sonrada polietilen sarg ile kapatlarak d= etkilere kar= korunmu=tur Beton bloklar'n Haz'rlanmas' Deneysel çal=ma için, 10cm x 10cm x 10cm boyutlarnda yap=k konumda beton bloklar hazrlanm=tr. Daha önce hazrlanm= olan çelik elektrotlar bu beton bloklar içine yerle=tirilmi=tir. Bloklardan biri normal bile=imde, di,eri kar=m suyunun %3 ü oran- nda NaCl içermektedir..ekil 1. Yap=k konumdaki beton bloklar.ekil 1 de yer alan elektrotlar üzerindeki siyah bölgeler, koruma altna alnan bölgeleri ifade etmektedir. Beton numuneler, laboratuar ortamnda 24 saat bekletildikten sonra kalplar sökülmü=tür. Numuneler, iletkenliklerini yitirmeden daha hassas okumalar yaplabilmesi için, deney süresince %90 ba,l nemli ortamda bekletilmi=tir Beton Blok Bile,imleri Deneyler için B, B05, B10 ve B15 =eklinde adlandrlan toplam 20 adet beton blok numunesi hazrlanm=tr. B Numunesi : Bu gruptaki yap=k beton bloklardan birinde normal beton kullanlm=, di,erine ise kar- =m B05 Numunesi : Bu gruptaki beton bloklarn yapmnda, agrega ile hacimce %5 orannda styropor yer de,i=tirilmi=tir. Ayrca bloklardan birine yine kar=m B10 Numunesi : Bu gruptaki beton bloklarn yapmnda, agrega ile hacimce %10 orannda styropor yer de,i=tirilmi=tir. Ayrca bloklardan birine yine kar=m 312

3 STYROPOR KATKISININ BETONARME DEMQRLERQNQN KOROZYONU ÜZERQNE / POLQTEKNQK DERGQSQ, CQLT 8, SAYI 3, 2005 B15 Numunesi : Bu gruptaki beton bloklarn yapmnda, agrega ile hacimce %15 orannda styropor yer de,i=tirilmi=tir. Bu grupta da, yine bloklardan birine kar=m B, B05, B10 ve B15 beton numunelerine ait bile- =imler Tablo 2. de, 10cm x 10cm x 10cm lik beton numunelerin kar=m oranlar ise Tablo 3. de verilmi=tir. Beton bloklarn hazrlanmasnda kullanlan Elaz, Altnova Çimento Fabrikas A... nin üretmi= oldu,u Çal=mada kullanlan styropor malzemesine dair üretici firmann belirlemi= oldu,u baz de,erler =unlardr; yo,unluk kg/dm 3, basnç dayanm 0.15 N/mm 2, çekme dayanm 0.30 N/mm 2, E-Modülü 1.70 N/mm 2, tamamen suya batm= durumda su alma durumu (1 yl) hacimce % 4.1 dir Bas'nç Dayan'm' Deneyi Korozyon deneylerine ilave olarak hazrlanan beton numuneler, 28 gün sonunda üniversal test cihaz Tablo 2. Beton bloklarn bile=imi Numune Sol Blok Sa8 Blok B Num. Normal Beton Normal Beton + 7,41 kg Cl - /m 3 B05 Num. Normal Beton + %5 Styropor Normal Beton + %5 Styropor + 7,41 kg Cl - /m 3 B10 Num. Normal Beton + %10 Styropor Normal Beton + %10 Styropor + 7,41 kg Cl - /m 3 B15 Num. Normal Beton + %15 Styropor Normal Beton + %15 Styropor + 7,41 kg Cl - /m 3 Tablo 3. Numunelere ait kar=m oranlar Çimento, kg 0,465 0,465 0,465 0,465 Kum( 0-4 mm), kg 0,907 0,862 0,816 0,771 Çakl(4-8 mm), kg 0,863 0,863 0,863 0,863 Su, kg 0,247 0,247 0,247 0,247 Styropor, kg - 0, , ,00225 NaCl, kg Cl - /m 3 7,41 7,41 7,41 7,41 Su/Çimento 0,53 0,53 0,53 0,53 PÇ 42,5 çimentosunun minerolojik bile=imi Tablo 4. de, styropor (polistren sert köpük) malzemesine dair genel özellikler ise Tablo 5. de verilmi=tir. Kullanlan çimento dozaj, 300 kg/m 3 tür. Kar=m suyu olarak içme suyu kullanlm=tr. Tablo 4. Çimentonun minerolojik bile=imi Bile,enler Bile,en Miktarlar' (%) Silisyum dioksit (SiO 2 ) 20,04 Alüminyum oksit (Al 2 O 3 ) 5,61 Demir oksit (Fe 2 O 3 ) 3,27 Kalsiyum oksit (CaO) 63,01 Ma,nezyum oksit (MgO) 2,49 Kükürt trioksit (SO 3 ) 2,26 Klorür (Cl) 0,006 Kzdrma kayb (K.K.) 1,64 Tayin edilemeyen (T.E.) 1,68 ile basnç deneyine tabi tutularak elde edilen sonuçlar numunelerin korozyon hzlar ile birlikte yorumlanm=tr. Deney esnasnda, yükleme hz 3,00 KN/S olarak alnm=tr Korozyon Potansiyeli Ölçümleri Korozyon potansiyeli ölçümlerinde, referans elektrot olarak doygun Bakr / Bakr Sülfat (Cu / CuSO 4 ) referans elektrotu kullanlm=tr. Korozyon potansiyelleri, ASTM-C standardna uygun olarak 90 gün boyunca her gün ölçülmü=tür. Ölçümlerde Fluke 45 Dual Display Multimeter cihaz kullanlm=tr. Korozyon potansiyellerinin zamana göre de,i=imleri, çeli,in aktif veya pasif halde bulundu,unu belirlemek üzere grafi,e geçirilmi=tir. Bu yöntem ile, zamana kar= yaplan potansiyel ölçümlerinde, beton Tablo 5. Styropor un genel özellikleri Teknik Özellikler lgili Standart Birim Oran Yo,unluk DIN kg/dm 3 0,015 0,020 0,030 Basnç Dayanm DIN N/mm 2 0,07-0,12 0,12-0,16 0,18-0,26 Çekme Dayanm DIN N/mm 2 0,15-0,23 0,25-0,32 0,37-0,52 Makaslama Dayanm DIN N/mm 2 0,09-0,12 0,12-0,15 0,19-0,22 Bükülme Dayanm DIN N/mm 2 0,16-0,21 0,25-0,30 0,42-0,50 E-Modülü - N/mm 2 0,6-1,25 1,0-1,75 1,8-3,1 Issal Uzama Katsays - 1/K Özgül Is Kapasitesi DIN 4108 J / (kg.k) Su Buhar Geçirgenli,i DIN g/ m 2.d Buhar Difizyon Direnç Katsays, (V) DIN /50 30/70 40/100 Tamamen Suya Batm= 7 Durumda Su Alma Durumu Gün DIN Hacim, % 3,0 2,3 2,0 1 Yl Hacim, % 5,0 4,0 3,5 313

4 O,uzhan KELE.TEMUR, Servet YILDIZ / POLQTEKNQK DERGQSQ, CQLT 8, SAYI 3, 2005 örnekleri içindeki in=aat demirlerinin, korozyonu kalitatif olarak incelenmektedir Galvanik Ak'm Ölçümleri Bu ölçümlerde B, B05, B10 ve B15 numunelerinin 90 gün süresince her gün galvanik akm de,erleri okunmu=tur. Ba,l korozyon hzlar galvanik hücrelerden geçen galvanik akmn elektrot yüzey alanna bölünmesiyle belirlenmi=tir. Ölçümlerde Fluke 45 Dual Display Multimeter cihaz kullanlm=tr. 3. BULGULAR VE TARTIMA 3.1. Bas'nç Dayan'm' Deney Sonuçlar' Beton numuneler üzerinde yaplan basnç dayanm deneyleri ile elde edilen sonuçlar.ekil 2. de gösterilmi=tir. Bas'nç Dayan'm' (N/mm 2 ) ,61 44,44 35,01 29,23 B Num. B05 Num. B10 Num. B15 Num. Numuneler.ekil 2. Numunelerin styropor oranna ba,l olarak basnç dayanm de,i=imi Yaplan basnç dayanm deneyleri neticesinde, normal betonunun basnç dayanm 48,61 N/mm 2 olarak belirlenmi=tir. Beton numunelerde styropor orannn artmas ile birlikte beklenildi,i gibi, basnç dayanmlarnda azalmalarn meydana geldi,i.ekil 2 den açk bir =ekilde görülmektedir. Ani basnç azalmas %21,22 lik bir azalma ile B10 numunesinde gözlenmi=tir Korozyon Potansiyeli Ölçüm Sonuçlar' ASTM-C standardna göre elde edilen korozyon potansiyeli de,erleri Tablo 6. da çizelge halinde,.ekil 3. de ise grafiksel olarak verilmi=tir. Korozyon Potansiyeli, (mv) Zaman (Gün).ekil 3. Numunelerdeki korozyon potansiyelinin zamana göre de,i=imi Tablo 6. Numunelerin korozyon potansiyeli de,erleri Numunelerin Korozyon Potansiyeli De8erleri, (mv) Gün B B05 B10 B Korozyon potansiyeli ölçümleri, styropor oranna ba,l olarak betonarme demirlerinin korozyon hzlarnda art= meydana geldi,ini açkça ortaya koymu=tur. Çal=ma sonucu elde edilen korozyon potansiyeli de-,erleri, B ve B05 numunelerinde betonarme demirlerinin pasif bölgede kald,n, B10 ve B15 numunelerinde ise aktif bölgede kald,n göstermi=tir Galvanik Ak'm Ölçüm Sonuçlar' Galvanik akm ölçümleri neticesinde elde edilen de,erler Tablo 7. de çizelge halinde,.ekil 4. de ise grafiksel olarak verilmi=tir. Tablo 7. Numunelerin galvanik akm de,erleri Numunelerdeki Galvanik Ak'm De8erleri, (µa/10 cm 2 ) Gün B B05 B10 B

5 STYROPOR KATKISININ BETONARME DEMQRLERQNQN KOROZYONU ÜZERQNE / POLQTEKNQK DERGQSQ, CQLT 8, SAYI 3, 2005 Galvanik Ak'm, (µa/10 cm 2 ) Zaman, (Gün).ekil 4. Numunelerdeki galvanik akmn zamana göre de,i=imi Galvanik akm ölçümleri neticesinde elde edilen de,erler, korozyon potansiyeli de,erlerini desteklemi=tir. Galvanik akm ölçümleri ile beton içine katlan styropor oranna ba,l olarak galvanik akm de,erlerinin de artmakta oldu,u açkça belirlenmi=tir. Galvanik akm de,erlerinde ki ani art=n oldu,u numune B10 numunesidir. 4. SONUÇLAR VE ÖNERLER Yaplan çal=ma neticesinde elde edilen de,erlere göre, beton numunelerin basnç dayanmlar ile betonarme demirlerinin korozyon hz de,erleri benzer de,i- =imler göstermi=tir. Basnç dayanmnda oldu,u gibi korozyon hzlarnda da ani de,i=im %10 styropor katkl numuneden sonra meydana gelmi=tir. Sonuç olarak, betonun birim a,rl,n azaltmak amacyla kullanlan styropor katks için maksimum miktarn %5 olaca,, bu de,erden fazla miktarda styropor un kullanlmas durumunda ise betonun basnç dayanmnda önemli miktarda azalmalar, betonarme demirlerinin korozyon hzlarnda ise önemli ölçüde art= meydana gelece,i belirlenmi=tir. Ara=trma sonucunda elde edilen bulgular =-,nda ileride yaplacak çal=malara =k tutmas bakmndan a=a,daki öneri yaplm=tr Yaplan çal=ma neticesinde, styroporun betonarme yaplar için tek ba=na uygulanabilecek bir katk maddesi olmad, sonucuna varlm=tr. Bundan dolay, styropor un betonla aderansn artrabilecek ba=ka arac katk maddeleri ile birlikte kullanlarak çal=malarn devam ettirilmesi önerilmektedir. 5. KAYNAKLAR 1. Uluata, A., R., Yap Malzemesi Olarak Beton Ders Notlar, Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Kültürteknik Bölümü, Erzurum, Postaco,lu, B., Yap Malzemeleri Dersleri, Q.T.Ü. Kütüphanesi, Say:1011, Qstanbul, Yalçn, H., Koç, T., Betonarme Demirlerinin Korozyonu ve Önlenmesi, CMS Kongre Yönetim sistemleri Uluslar aras Organizasyon Yaynclk Bili=im Hizmetleri Limited.irketi, Ankara, Argunhan, E., Pomza Ta= ile Üretilen Ta=yc Hafif Betonarme Elemanlarn Özelliklerine Süper Ak=kanla=trc Katk Maddesinin Etkisinin Ara=trlmas, Qstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Kaya, A., Styropor Kullanlarak Elde Edilen Hafif Betonun Karakteristik Özelliklerinin Qncelenmesi, Frat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Asan, A., Galvanik Akm Metodu Kullanarak Klorür Qyonlar, Asetat Qyonlar ve Uçucu Külün, Beton Qçindeki Çeli-,in Korozyonu Üzerindeki Etkilerinin Ara=trlmas, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Jang, W., Iwasaki, I., Rebar Corrosion Under Simulated Concrete Conditions Using Galvanic Current Measurements, Corrosion-Nace, 47(11): , ACI Journal Committee Report, Corrosion of Metals in Concrete, Ame. Concrete Inst., ACI 222 R-85, 3,Detroit, Asan, A., Yalçn, H., Uçucu Kül Katksnn Betonarme Demirlerinin Korozyonu Üzerine Etkisi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 16(1): 47-54, Doruk, M., Korozyon ve Önlenmesi, Orta Do,u Teknik Üniversitesi Müh. Fak., Yayn No:70, Ankara, Stratfull, R. F., Half-Cell Potentials and the Corrosion of Steel in Concrete, Highway Research Record 433, p.12, TS 802, Beton Kar=m Hesap Esaslar, Türk Standartlar Enstitüsü, Ankara, TS 2511, Ta=yc Hafif Betonlarn Kar=m Hesap Esaslar, TSE, Ankara, TS 3114, Beton Basnç Mukavemeti Tayini, TSE, Ankara, Yalçn, H., Koç, T., Katodik Koruma, Palme Yayn Da,tm, Ankara, Yalçn, H., Koç, T., Mühendisler için Korozyon, Türk Mühendisler ve Mimarlar Birli,i Odas, Kimya Mühendisleri Odas, Ankara, Üneri, S., Korozyon ve Önlenmesi, Korozyon Derne,i, Poyraz Ofset, Ankara,