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

3 BETONUN İÇ VE DIŞ ETKENLERLE BOZULMASI KİMYASAL ve BİYOLOJB YOLOJİK ETKENLER 3

4 Düşük ph ın kaynakları ENDÜSTRİYEL ATIK SULAR DENİZ SUYU SÜLFAT VE KLOR İÇEREN YER ALTI SULARI SERBEST CO 2 VEYA H + İYONU İÇEREN SULAR TEHLĐKE SINIRI ph<6.5 1% Ca(OH) 2 Hidroliz ile yıkanma sonucu Basınç dayanımını 2% azaltır 4

5 ASİT T ETKİSİ Yerinde kalmış, bozulmuş tabaka (normal betondan çok daha geçirimli Cevreden asit eriyiği Reaksiyon ürünlerinin erime veya aşınma ile uzaklaşması Sertleşmiş çimentonun mikro yapısının tabaka tabaka bozulması. 5

6 ASİT T ETKİSİ Ph<6.5 OLAN SULAR ÇĐMENTO HARCI VE KARBONAT KÖKENLĐ TANELER ÜZERĐNDE ÇÖZÜCÜ ETKĐ YAPAR. KUVVETLĐ ASĐTLER SÜLFĐRĐK ASĐT H 2 SO 4 HĐDROKLORĐK ASĐT HCl NĐTRĐK ASĐT HNO 3 ZAYIF ASĐTLER H 2 S + SU FĐLMĐ + OKSĐJEN H 2 SO 4 SO 3 + SU FĐLMĐ + OKSĐJEN H 2 SO 4 6

7 ASİT T ETKİSİ Havadan CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 CaO + CO 2 CaCO 3 Sudan (KARBONĐK ASĐT) (MADEN SUYU SODALI SU) H 2 CO 3 + CaCO 3 Ca(HCO 3 ) 2 (KALSĐYUM BĐ KARBONAT) Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 CaCO H 2 O SUDA CO 2 AZ ĐSE BĐR SÜRE SONRA REAKSĐYON DURUR. 7

8 ASİT T ETKİSİ SANAYĐ MADDELERĐ ve ATIKLARI, KULLANILMIŞ SULAR ORGANĐK, ĐNORGANĐK BĐLEŞĐKLER ĐÇERĐR. GÜBRE FABRĐKASI ATIKLARINDAN (AMONYUM NĐTRAT GÜBRESĐ) 2NH 4 NO 3 +Ca(OH) 2 +2H 2 O 3Ca(NO 3 ) 2.4H 2 O + 2NH 3 3Ca(NO 3 ) 2.4H 2 O + 3CaO.Al 2 O 3.6H 2 O 3CaO.Al 2 O 3.Ca(NO 3 ) 2.10H 2 O KANALĐZASYON SULARI H 2 S + 2O 2 Aeorobik Bakteri H 2 SO 4 8

9 ASİT T ETKİSİ Beton yüzeyine Asit saldırısı Hidrojen sülfit kaçışı KANALĐZASYON KESĐTĐ Beton yüzeyinde oksijen içeren ortamda sülfirik asitin bakteriolojik oluşumu Oksijensiz kanalizasyon ortamında Hidrojen sülfit oluşumu 9

10 ASİT T ETKİSİ YENĐ VE HENÜZ BOZULMAMIŞ ASĐT ETKĐSĐNE MARUZ KALMIŞ 10

11 ASĐT T ETKĐSĐ

12 ASĐT T ETKĐSĐ

13 ASĐT T ETKĐSĐ

14

15 SÜLFAT ETKİSİ KATI KURU TUZLAR ZARARSIZ! NEMLĐ ORTAMDA ZARARLI Cevreden sülfat eriyiği Hidrate C 3 A Sülfatların betonun içine difuzyonu C 3 A nın genleşme reaksiyonu Çatlak Oluşumu. 15

16 SÜLFAT ETKİSİ SÜLFAT KAYNAKLARI: TOPRAKTAN (YÜZEY ZEYİNDE BEYAZ BİRİKİNTB NTİLER OLAN, ÇALILIK DIŞINDA INDA BİTKB TKİ YETİŞ İŞMEYEN ARAZİLER ŞÜPHELİ) ÇİMENTODAN (KATILAN ALÇITA ITAŞI, I, SO 3 3 OLMALI) DENİZ Z SUYU, YERALTI SUYU 16

17 SÜLFAT ETKİSİNDE KALMIŞ ÖRNEKLERİN N BOZULMASI HASARSIZ ÖRNEK HASARLI ÖRNEK 17

18 SÜLFAT ETKĐSĐNDE KALMIŞ ÖRNEKLERĐN N BOZULMASI 18

19 SÜLFAT REAKSİYONLARI Ca(OH) 2 ĐLE REAKSĐYONLARI SO 3 ĐYONLARININ Ca(OH) 2 ĐLE REAKSĐYONLARI 200 (600 ppm) mg/l DEĞERĐNDEN ĐTĐBAREN TEHLĐKELĐ SÜLFAT ĐYONLARI SO 3- + Ca(OH) 2 + H 2 O Na 2 SO 4 Na 2 SO 4.10H 2 O + Ca(OH) 2 MgSO 4 MgSO 4.7H 2 O + Ca(OH) 2 ALÇI TAŞI CaSO 4.2H 2 O (%124 Hacim artışı) ALÇI TAŞI CaSO 4.2H 2 O + 2NaOH + 8.H 2 O ALÇI TAŞI CaSO 4.2H 2 O+Mg(OH) H 2 O 19

20 SÜLFAT REAKSİYONLARI C 3 A ĐLE REAKSĐYONLARI CaSO 4.2H 2 O 3(CaSO 4.2H 2 O)+3 CaO.Al 2 O 3.12H 2 O+20H 2 O Na 2 SO4 2(3CaO.Al 2 O 3.12H 2 O) + 3Na 2 SO 4. 10H 2 O ETRENJĐT ( Candlot Tuzu) % 227 Hacim artışı 3CaO.Al 2 O 3.3 CaSO 4.32H 2 O 3CaO.AL 2 O 3.3CaSO 4.31H 2 O + 2Al(OH) 3 + 6NaOH + 17H 2 O ETRENJĐT MgSO 4 En Tehlikelisi C 3 A ve Ca(OH) 2 dışında CSH ye saldırı 3CaO.2SiO 2.aq + MgSO 4.7H 2 O CaSO 4.2H 2 O + Mg(OH) 2 + SiO 2.aq 20

21 BELĐRTĐLER SÜLFAT ETKİSİ * BEYAZ LEKELER * KÖŞE ve KENARLARDA BAŞLAYAN ÇATLAKLAR * PULLANMA - DÖKÜLME * UFALANMA - YUMUŞAMA SU HAREKETĐ (ISLANMA - KURUMA ŞĐDDETĐ ARTIRMAKTA) TEHLĐKELĐ DEĞERLER SUDA TOPRAKTA HAFĐF 600 ppmso ppmso -2 4 ORTA 2000 ppmso ppmso -2 4 ŞĐDDETLĐ 3000 ppmso

22 SÜLFAT ETKİSİNDE KALMIŞ SU KANALI 22

23 SÜLFAT ETKİSİNDE BIRAKILMIŞ ÖRNEKLER 23

24 SÜLFAT ETKİSİNDE KÖPRÜ AYAĞI 24

25 SÜLFAT ETKİSİ DENĐZL ZLĐ ĐLĐ SARAYKÖY ĐLÇESĐ SÜLFATLI SU (900 mg/l) AKAN TAŞ DUVARDA HARÇLARIN DAĞILMASI

26 EN BÜYÜK B K S/C EN AZ DAYANIM EN AZ DOZAJ kg/m 3 DĐĞER ÇEVRESEL ETKİ SINIFI- TS EN 206 ZARARLI KĐMYASAL K ÇEVRELER XA C30/ XA C30/ XA C35/ SÜLFATA DAYANIKLI ÇĐMENTO XA1 XA2 XA3 Düşük k derecede agresif kimyasal etki Orta derecede agresif kimyasal etki veya deniz suyuna maruz Đleri derecede agresif kimyasal etki 26

27 GEO (Gecikmiş Etrenjit Oluşumu) umu) DEF(Delayed Delayed Ettringite Formation) GEO; dışarıdan sülfat girişi olmaksızın, sertleşmiş betonda zaman içinde çeşitli nedenlerden dolayı etrenjit meydana gelmesi içsel sülfat hasarı Almanya, 1980 Heinz ve Ludwig, 1987 Buhar kürü kaynaklı GEO hasarı 27

28 8 yıllık otopark merdiveni prefabrik panel elemanı Fransa Shimada 2005 Teksas aydınlatma direği temeli ASR+GEO Buhar kürü yok Teksas Öngerilmeli köprü kirişleri ASR+ GEO (Üretimden 1 yıl sonra) 28

29 Etrenjit: C 6 AS 3 H 32 Ca 6 [Al (OH) 6 ]2.24H 2 O. (SO 4 )3.2H 2 O Etrenjit morfolojisi & Genleşme 29

30 GEO OLUŞUMUNU UMUNU ENGELLEMEK İÇİN ÖNLEMLER KLİNKERİN ve ÇİMENTONUN SÜLFAT İÇERİĞİ DÜŞÜK OLMALI SU İLE TEMAS KESİLMELİ DİĞER REAKSİYONLARDAN KAYNAKLANAN MİKROÇATLAKLARIN OLUŞUMU ENGELLENMELİ DÜŞÜK HİDRATASYON ISILI ÇİMENTO KULLANILMALI PUZOLANİK MADDE KULLANMAK SURETİYLE SÜLFAT MİKTARINI AZALTMAK KÜR SICAKLIĞI ÇOK YÜKSEK OLMAMALI 30

31 TOMASĐT T SALDIRISI (TSA) Özellikle Đskandinav ülkeleri, Đngiltere ve Kuzey Amerika da köprü ve tünel yapılarında C-S-H + S + CaCO 3 T OMA S Đ T -Đç veya dış sülfat kaynağı -Đç veya dış karbonat kaynağı (Öğütülmüş Kalker Đçeren Çimentolar) -Su -CSH -Düşük sıcaklık (<15 o C) (CaSiO 3.CaCO 3.CaSO 4.15H 2 O) CSH yapısının bozulması Betonda yumuşama 31

32 TOMASĐT T SALDIRISI (TSA) Sıcaklığın etkisi: Pek çok kimyasal reaksiyonun tersine, tomasit oluşumu soğuk ortamlarda daha hızlı gerçekleşir. Bu durum karbondioksit gazının soğuk sudaki çözünürlüğünün artmasına bağlanabilir. 32

33 TOMASİT FERENC PUSKAS STADI 2004 Ferenç Puşkaş Stadı, Budapeşte (1954) 33

34 TOMASİT FERENC PUSKAS STADI Stadın yapımından 10 yıl sonra beton, dayanımını kaybetmeye başlamıştır 34

35 TOMASİT FERENC PUSKAS STADI 35

36 TOMASĐT T SALDIRISI (TSA) Kalker oranı: %0 %5 %10 %20 %40 Küp ve Prizma örneklerinde 6 ay süre (4 misli fazla MgSO4 içeriği) Hızlandırılmış TSA deneyi (Tübitak 104I083) 36

37 Tomasit (CaSiO 3.CaCO 3.CaSO 4.15H 2 O) MgSO 4 çözeltisinde %40 kalker katkılı örneklerde tomasit oluşumu 37

38 ALKALİ-AGREGA AGREGA REAKTİVİTES TESİ ALKALĐ AGREGA REAKSĐYONU ALKALĐ-AGREGA REAKTĐVĐTESĐ JEL OLUŞUMU Alkali Silika Reaktivitesi (ASR) Alkali Karbonat Reaktivitesi (ACR) 38

39 ALKALİ-AGREGA REAKT Cevreden su ve/veya alkaliler (örneğin buz çözücü tuzlardan AGREGA REAKTİVİTESİ Mevcut alkalilerin boşluk sistemine sızması (çimentodan ve katkı maddelerinden) Reaktif Agrega Su ve alkalinin betona difuzyonu Çatlak Oluşumu (Harita şeklinde ve yüzeyde paralel). Reaktif Agreganın Genleşmesi 39

40 ALKALİ-AGREGA AGREGA REAKTİVİTES TESİ ÜÇ KOŞUL BĐR ARADA OLMALI! 1) ÇĐMENTODA ALKALĐ OKSĐT DEĞERĐ (Na 2 O K 2 O) > %0.6 2) AGREGADA AKTĐF SĐLĐS BULUNMALI (OPAL, TRĐDĐMĐT, KRĐSTOBALLĐT, VOLKANĐK CAM, RĐYOLĐT, ANDEZĐT ve TÜFLERĐ) 3) NEM YILLAR SONRA JEL OLUŞUMU (SODYUM + POTASYUM + KALSĐYUM SĐLĐKAT) HACĐM GENLEŞMESĐ AĞ ŞEKLĐNDE ÇATLAKLAR SĐLĐSLĐ YÜZEY SERTLEŞTĐRĐCĐLERE DĐKKAT! 40

41 ALKALİ-AGREGA AGREGA REAKTİVİTES TESİ ALKALĐ-AGREGA REAKTĐVĐTESĐ BOZULMASI 41

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