BETONARMENĐN KALICILIĞI (DURABĐLĐTE, DAYANIKLILIK) IV. Doç Dr. Halit YAZICI. Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü

Transkript

1 BETONARMENĐN KALICILIĞI (DURABĐLĐTE, DAYANIKLILIK) IV Doç Dr. Halit YAZICI Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü

2 BETONUN İÇ VE DI ETKENLERLE BOZULMASI FİZİKSEL ve MEKANİK KİMYASAL ve BİYOLOJİK ÇELİK DONATININ KOROZYONU ÇATLAMA DÖKÜLME, KAPAK ATAMA DAYANIM ve RİJİTLİK KAYBI DEFORMASYON BETON BO LUK YAPISININ DEĞİ MESİ, GEÇİRİMLİLİKTE ARTI BOZULMA SÜRECİNDE HIZLANMA

3 KİMYASAL ve BİYOLOJİK ETKENLER I. GRUP HİDROLİZ, SUYUN YIKAMA ETKİSİ II. GRUP AGREASİF SIVILARLA İYON DEĞİ TİRME REAKSİYONLARI III. GRUP GENLE EN ÜRÜNLER OLU TURAN REAKSİYONLAR Ca ++ İYONLARININ ÇÖZÜNEN veya ÇÖZÜNMEYEN ÜRÜNLER OLU TURARAK AYRILMALARI CSH İÇİNDEKİ Ca ++ İYONLARININ Mg ++ İYONLARI ile YERDEĞİ TİRMELERİ SÜLFAT ETKİSİ DEF, ASR, CaO, MgO in GECİKMİ HİDRATASYONU, KOROZYON

4 METALLERİN ELEKTRO-KİMYASAL KOROZYONU BİRİBİRİNİ TAMAMLAYAN ve E ZAMANLI GELİ EN İKİ ELEKTRO- KİMYASAL REAKSİYON OKSİDASYON (ANOT) REDÜKSİYON (KATOT) ELEKTRON KAYBEDEN ÇELİĞİN İYONA DÖNÜ MESİ KÜTLE KAYBI ELEKTRONLARIN BA KA BİR ORTAMDA HARCANMASI, HİDROKSİT İYONLARININ OLU MASI KORUNUR ELEKTRONLARIN KATODA, HİDROKSİT(OH) - İYONLARININ ANOTA TA INMASI ART AYNI ÇELİK ÜZERİNDE; ANOT ve KATOT BİRBİRİNE ÇOK YAKIN (MİKRO ELEMAN) BİRBİRNDEN UZAKTA (MAKRO ELEMAN) OLABİLİR

5 METALLERİN ELKTRO-KİMYASAL KOROZYONU BETON BO LUK SUYU: ELEKTRON veiyon İLETEN ORTAM ÇELİK ELEKTRON İLETEN ORTAM ANOT ve KATOT BAĞLANTISI KURULUR PİL OLU UMU NEM, O 2 KONSANTRASYONU, TUZ KONSANTRASYONU, PAS PAYI TABAKASI ve GEÇİRİMLİLİĞİ BETON İÇİNDE BÖLGE BÖLGE DEĞİ KEN AYNI ÇELİĞİN FARKLI BÖLGELERİ ANOT ve KATOT REAKSİYONU GÖSTEREBİLİR

6 ÇELĐK DONATININ KOROZYONU ASLINA DÖNME OLAYI - ATMOSFERĐK KOROZYON - ELEKTROLĐTĐK KOROZYON - KLORÜR KOROZYONU - TEMAS KOROZYONU - HĐDROJEN KIRILGANLAŞMASI ATMOSFERĐK 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 ĐLE SÖKÜLEMĐYORSA ZARARSIZ PAS KOROZYON HIZI (HAVA NEMĐNE BAĞLI) 4-6 µm/yıl µm/yıl PUL PUL DÖKÜLME; ÇAP ÖLÇÜMÜ, ÇEKME DENEYĐ ve TEMĐZLEME ŞART

7 ÇELĐK DONATININ KOROZYONU Beton boşluk suyu (elektrolit) O 2 Paspayından oksijen difüzyonu Fe +2 2e - H 2 O ½O 2 2(OH) - Çelik Anodik işlem Katodik işlem ANOT REAKSĐYONU Fe Fe e - KATOT REAKSĐYONU 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

8 KLORÜR KOROZYONU KLORÜR İYONLARI: ÇELİK DONATININ KOROZYONU AÇISINDAN EN ZARARLI MADDE PASİF TABAKANIN YAPISINI GEV ETİP ÇÖZERLER ORTAMIN ELEKTRİKSEL DİRENCİNİ DÜ ÜRÜP, ELEKTROLİTLİĞİNİ ARTTIRIRLAR, İYON AKI I KOLAYLA IR ORTAMIN ph DEĞERİNİİNDİRGERLER KLORÜR KAYNAKLARI BETON ÜRETĐMĐNDE KULLANILAN MALZEMELER ÇEVREDE BULUNAN KLORÜRLERĐN BETON ĐÇĐNE TAŞINIMI

9 KLORÜR KAYNAKLARI TUZ ĐŞLEYEN SANAYĐ TESĐSLERĐ DENĐZ SUYUNUN BETONDA KARMA SUYU veya BAKIM SUYU OLARAK KULLANIMI DENĐZ SUYU ĐLE TEMAS ve ISLANMA KURUMA ETKĐSĐ KLORÜR ĐÇEREN AGREGALAR BUZ ÇÖZÜCÜ TUZLAR TUZLU YERALTI SULARI CaCl 2 ĐÇEREN BETON KATKI MADDELERĐ DENĐZ YÖNÜNDEN ESEN TUZ YÜKLÜ RÜZGARLAR vb.

10 KLORÜR İYONLARININ BETONA SIZMASI Çatlak Islanma- Kuruma Cl - Đyonlarının Betona Sızması Yüzeyden itibaren derinlik (mm) Klorür Đçeriği (%) KAPİLER EMME, SUYLA BİRLİKTE İLERLEME, DİFÜZYON SÜREÇLERİ ISLANMA- KURUMA TA INIM HIZINI ARTTIRIR ZAMANLA KLORÜR YOĞUNLUĞU vei LEME DERİNLİĞİ ARTAR

11 KLORÜR KOROZYONU Pasif tabaka ( 50 µm) 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 ĐYONLARI SÜREKLĐ YENĐLENMEKTE, BÖYLECE REAKSĐYON SÜREKLĐLĐK KAZANIYOR

12 KLORÜRLERİN BETONA İ LEMESİİLE ORANI PAS PAYI KALINLIĞI İLİ KİSİ DEVİRDEN SONRA KLORÜR MİKTARI <%0.2 İÇİN GEREKLİ PAS PAYI Pas payı (mm) S/Ç=0.60 S/Ç=0.50 S/Ç=0.40 S/Ç =0.4; 40 mm OLMALI S/Ç =0.5; 70 mm OLMALI S/Ç =0.6; 90 mm OLMALI Tuzlu ortamda ıslanma kuruma tekrar sayısı ACI 222R S/Ç =0.4 İSE PASPAYI 50 mm OLMALI S/Ç =0.45 İSE PASPAYI 65 mm OLMALI

13 REAKSİYON ÜRÜNLERİ Donatı Çatlama Fe FeO Fe 3 O 4 Fe 2 O 3 Fe(OH) 4 Fe(OH) 3Fe(OH)3. 3H 2 O Donatı Kapak atma Hacim (cm 3 ) KOROZYONN ÜRÜNLERĐ 6 KAT HACĐM ARTIŞI Paspayının tabaka halinde ayrışması OLUŞAN GENLEŞME NEDENĐYLE BETONDA HASAR

14 ÇELİK 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

15 KOROZYON HASARI

16 ÇELİK DONATININ KOROZYONU

17 ÇELİK DONATININ KOROZYONU Đzmir de korozyon hasarına uğramış elektrik direkleri

18 ÇELİK DONATININ KOROZYONU Paraşüt Kulesi (izmir) korozyon hasarı

19 ÇELİK DONATININ KOROZYONU ANITKABĐR R ASLANLI YOL ALTI GALERĐLER LERĐNDE KOROZYON HASARI

20 ÇELİK DONATININ KOROZYONU

21 ÇELİK DONATININ KOROZYONU

22 ÇELİK DONATININ KOROZYONU

23 ÇELİK DONATININ KOROZYONU

24 ÇELİK DONATININ KOROZYONU

25 ÇELİK DONATININ KOROZYONU

26 ÇATLAKLI BETONDA DONATI KOROZYONU Çatlaklı Kısımda Anot Reaksiyonu O 2 O 2 (OH) - Fe +2 Fe +2 (OH) - MAKRO ELEMAN BÜYÜK YÜZEY KATOT KÜÇÜK YÜZEY ANOT Çatlak Dışındaki Büyük Yüzey Katot W O 2 (OH) - Fe +2 c MĐKRO ELEMAN ANOT ve KATOT ÇATLAK ĐÇĐNDE BĐRBĐRĐNE ÇOK YAKIN AŞILMAMASI ÖNERĐLEN ÇATLAK GENĐŞLĐĞĐ W < mm

27 BETONUN GEÇİRİMLİLİĞİ - KOROZYON İLİ KİSİ KULLANILAN MALZEMELER Karışım oranları, çimento, agrega özellikleri, kimyasal ve mineral katkılar, su vb. HAZIRLAMA YÖNTEMİ Karıştırma, taşıma, yerleştirme, sıkıştırma, sonlandırma (finishing) SONRAKİİ LEMLER Kür, yüzeye uygulanan işlemler, yükleme anındaki beton yaşı, servis koşulları vb. CO 2 GİRİ İ GEÇİRİMLİLİK KARBONATLA MA BETONUN İÇ YAPISINDA DEĞİ İKLİKLER ph DEĞERİNİN AZALMASI Cl - İYONLARININ GİRİ İ SUYUN GİRİ İ (EMME ve TA INIM) OKSİJEN GİRİ İ Ca(OH) 2 in YIKANARAK DI ARIYA SÜZÜLMESİ BETONDA ÇATLAMA, DÖKÜLME KOROZYON

28 NEMİN REAKSİYONLARA ETKİSİ

29 TEMAS KOROZYONU DAHA ASAL METAL ELEKTROMOTĐF SERĐDE (SHE) YÜKSEK ELEKTROPOTANSĐYELLĐ ĐKĐ FARKLI METAL BĐR ARADA + NEM + OKSĐJEN GALVANĐ PĐLĐ DAHA AZ ASAL METAL ELEKTRON KAYBI KOROZYON DONATININ KOROZYONA KARŞI EPOKSĐ vb. ĐLE KAPLANMASI HALĐNDE KAPLANMIŞ ve KAPLANMAMIŞ DONATILARIN BĐRARDA KULLANIMI

30 KOROZYONUN GELİ İMİ Korozyon Servis Ömrü Kabul edilebilir Bozulma Sınırı KLORÜRLERİN, KARBONATLA MA CEPHESİNİN, NEMİN ve OKSİJENİN DONATIYA KOLAYCA ULA MASI ENGELLENMELİ Başlangıç Aşaması Aktif Korozyon KALİTELİ, GEÇİRİMSİZ, YETERLİ KALINLIKTA PAS PAYI ART ÇOK NADİREN ÖZEL ve MALİYETİ YÜKSEK EK ÖNLEMLER ZORUNLU OLABİLİR

31 ÖNLEMLER BETONARMENİN DAYANIKLILIĞINDA AÇISINDAN PAS PAYI TABAKASININ KALINLIĞI ve GEÇİRİMSİZLİĞİ ANAHTAR ROL OYNAR UYGULAMADA YAPILAN HATALAR NEDENİYLE BU BÖLGE GENELDE GEÇİRİMLİ ve ÇATLAKLI OLMAKTA TERLEME, AGREGALARIN A AĞIYA HAREKETİ SIRASINDA BETON YÜZEYİNE SU ÇIKI I, S/Ç ORANININ GÖRECELİ OLARAK ARTMASI HIZLI BUHARLA MA vb. FAKTÖRLER NEDENİYLE OLU AN BÜZÜLMENİN (RÖTRE) OLU TURDUĞU ÇATLAKLI YAPI KÜR HASSASİYETİ YÜKSEK OLAN BÖLGEDE YETERSİZ KÜR, HİDRATSYONUN İLERLEYEMEMESİ BETON İÇ BÖLGEYE KIYASLA ÇOK GEÇİRİMLİ

32 ÇEVRESEL ETKİ SINIFI- TS EN206 EN BÜYÜK S/C EN KÜÇÜK DAYANIM EN AZ DOZAJ kg/m 3 XO XC1 XC2 XC3 XC4 KOROZYON veya ZARAR RĐSKĐ YOK XO ---- C KARBONATLAŞMADAN KAYNAKLANAN KOROZYON XC C XC C XC C XC C 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)

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

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

35 PASPAYI - pren RİSK YOK XO KARBONATLA MADAN KAYNAKLANAN KOROZYON KLORÜRLERDEN KAYNAKLANAN KOROZYON DENİZ SUYUNDAN KAYNAKLANAN KOROZYON XC1 XC2/XC3 XC4 XD1/XD2/XD3 XS1/XS2/XS3 BETONARME Cmin (mm) ÖN GERİLMELİ BETON Cmin (mm)

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

37 ÖNLEMLER DAYANIKLILIĞIN SAĞLANMASI İÇİN BETON KARI IMI 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)

38 ÖZEL ÖNLEMLER PASLANMAZ ÇELİK ADERANSI İYİ DEĞİL, MALİYETİ ÇOK YÜKSEK EPOKSİ KAPLAMA KİMYASAL DAYANIKLILIKLARI İYİ, GEVREKTİRLER, DONATININ İ LENMESİ SIRASINDA ZARAR GÖREBİLİRLER, MALİYETLERİ YÜKSEK, ADERANS KAYBI, UZUN DÖNEMLİ PERFORMANSLARI TARTI MALI ÇİNKO (GALVANİZ) KAPLAMA UZUN DÖNEM PERFORMANSLARI BELİRSİZ, ADERANSIN AZALMASI, DONATININ İ LENMESİ SIRASINDA ÇATLAMASI, KAYNAK YAPILAMAMASI

39 ÖZEL ÖNLEMLER CAM ELYAFI DONATISI HENÜZ ARA TIRMA SAFHASINDA, GEVREKTİRLER, İ LENEMEZLER ALKALİLERE DAYANIKLI TÜRÜİSE ÇOK PAHALIDIR KOROZYON ÖNLEYİCİ KİMYASAL KATKI (İNHİBİTÖR) KALSİYUM NİTRİTLE CESARET VERİCİ SONUÇLAR UZUN DÖNEMLİ PERFORMANSLARI BELİRSİZ, ASR, PRİZ GECİKTİRME, BASINÇ DAYANIMINDA DÜ ME, ÇİÇEKLENME GİBİ YAN ETKİLERİ VAR

40 ÖZEL ÖNLEMLER KATODİK KORUMA HARCANABİLİR ANOTLAR OLU TURULARAK ESAS METAL KORUNABİLİR ÇELİK YAPILARDA ÇİNKO, MAGNEZYUM ÇUBUKLAR KULLANILARAK UYGULANABİLMEKTE, BETONARMEDE UYGULANMASI ÇOK ZOR DOĞRU AKIMLA KATODİK KORUMA DONATININ ELEKTRO-POTANSİYELİ DEĞİ TİRİLEREK KOROZYON ÖNLENMEKTE ÜNİFORM AKIM UYGULAMA ZORLUĞU, ÖNGERİLME HALATLARINDA HİDROJEN KIRILGANLA MASI RİSKİ

41 HASARLI DONATI HASAR GÖRMÜ BETON UZAKLA TIRILIR, ÇELİK ve BETON TEMİZLENİR DONATI ANTİKOROZİF BOYALARLA BOYANABİLİR, TAMİR HARÇLARIYLA BETON İLK HALİNE GETİLİR

42 HAFĐF ETKĐ GENEL ÖNLEMLER 1) GEÇĐRĐMSĐZ BETON ÜRETMEK - Düşük S/C Oranı - En az çimento dozajından taviz verilmemeli - Düzgün Granülometri -Đyi Sıkıştırma (vibratör kullanımı) -Đyi Kür - Puzolanlarla serbest kireci bağlamak - Çatlaksız yapı oluşturmak - Yapısal Dizayn (Derzler, köşeler, su tutucular) - Su geçirimsizlik Katkısı

43 ÖNLEMLER - Yapısal Dizayn (Derzler, köşeler, su tutucular) BORU KOLON YAĞMUR SUYU BĐRĐKĐMĐ (ClĐYONLARI) YANLIŞ YANLIŞ

44 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

45 ÖNLEMLER Şiddetli etki Yalıtımlı Donatısı ve kendisi iyi şekilde korunmuş ve yalıtılmış değiştirebilir betonarme eleman Yalıtımsız Betonarme köprü ayağı

46 ÖNLEMLER Su birikimi Su birikimi YANLIŞ DOĞRU Yapı elemanında dış cephelerde bulunan çıkmaların yağmur ve serpinti sularının birikmesini engelleyecek şekilde tasarlanması gerekir. Tekrarlı ıslanma etkisi ile kimyasal maddelerin (Cl - vb.) yoğunluğunun artması, yapı elemanında şiddetli bozulma etkisine yol açabilir.

47 ÖNLEMLER - Yapısal Dizayn (Derzler, köşeler, su tutucular) YANLIŞ YANLIŞ DOĞRU DOĞRU DOĞRU E ğik yüzeyde suyun ak ışı ve yüzeyin yıkanması Toz birikimi, kirlenme

48 ÖNLEMLER Yağmur suyu oluğu Bahçe sulaması Yağmur suyu oluklarının ağızlarının doğal zemin veya bahçe toprağı üzerinde yapılması durumunda, serbest kalan su önce zemine oradan da kapiler yolla binaya girecektir. Yalıtımsız yüzey Doğal zemin veya bahçe toprağı Yağmur suyundan, sulamadan veya yeraltından gelen su

49 ÖNLEMLER ORTA ŞĐDDETTE ETKĐ 2) (1) + ÖZEL TĐP ÇĐMENTO KULLANMAK ÇĐMENTOLARIN KĐMYASAL ETKĐLERE KARŞI DAYANIKLILIĞI - PÇ, EYÇ - CÇ - UKÇ, TÇ - SDÇ - SÜPERSÜLFAT ÇĐMENTOSU - ALÜMĐNLĐ ÇĐMENTO SIRALAMA DĐĞER ETKENLERĐN AYNI KALMASI KOŞULU ĐLE GEÇERLĐ KÜR SÜRESĐ ÇOK ÖNEMLĐ

50 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

51 ÖNLEMLER ÇOK ŞĐDDETLĐ ETKĐ 3) (2) + DIŞ YÜZEYLERĐN YALITIMI

52 ÖNLEMLER İDDETLİ ETKİ SINIRLI BİR KORUMA KISA SÜRELERLE TEKRARLANMASI GEREKLİ YÜZEYE BOYA GİBİ UYGULANABİLEN ve GEÇİRİMSİZLİK SAĞLAYAN POLİMER ESASLI KAPLAMALAR

53 ÖNLEMLER Kaplama-beton arayüzeyi Kaplama BETON YAPI İDDETLİ ETKİ 6 mm derinliğe kadar beton yüzeyi Grobeton PLASTİK ESASLI MALZEMELERLE BETON YÜZEYİ KAPLANABİLİR, GEÇİRİMSİZLİK SAĞLANABİLİR Su Geçirimsiz Membran Y.A.S.S. Zemin YÜZEY TEMİZ ve KURU OLMALI, BETON BELLİ BİR ÇEKME DAYANIMINI SAĞLAMALI

54 BETONARMENĐN KALICILIĞI (DURABĐLĐTE, DAYANIKLILIK) IV Doç Dr. Halit YAZICI Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü