BETONUN DAYANIKLILIK ÖZELLĐKLERĐ

Transkript

1 DAYANIKLILIK (DÜRABİLİTE, KALICILIK) BETONUN DAYANIKLILIK ÖZELLĐKLERĐ Hüsnü GERENGi, Ph.D. Duzce University Kaynaşlı Vocational College Corrosion Research Laboratory 81900/ Kaynaşlı-Düzce/Turkey Tel: (+90) ; Fax: (+90) BĐR YAPININ; 1)ĐÇĐNDE BULUNDUĞU-BULUNACAĞI ÇEVRE ETKĐLERĐ ALTINDA, 2) SERVĐS ÖMRÜ BOYUNCA, 3) DAYANIM VE DĐĞERĐŞLEVLERĐNĐ KORUYABĐLMESĐ ÖZELLĐĞĐDĐR. Prof. Dr. M. Hulusi ÖZKUL un sunumu zenginleştirilerek hazırlanmıştır. Kendilerine teşekkür ediyoruz. DAYANIM DAYANIKLILIK (DÜRABİLİTE) DAYANIM MALZEMENİN KIRILMA OLMADAN ALABİLECEĞİ EN YÜKSEK GERİLME OLARAK TANIMLANIR. PROJEDE BETON SINIFI OLARAK YER ALIR; C20, C30,... PROJEDE; DAYANIKLILIK MAKS. SU/ÇĐMENTO ORANI MĐN. ÇĐMENTO DOZAJI ÇĐMENTO CĐNSĐ SÜRÜKLENEN HAVA MĐKTARI GĐBĐ BĐLGĐLER OLARAK VERĐLĐR. DAYANIM Beton Sınıfları ve Dayanımları TS Beton Sınıfı fck karakteristik silindir basınç dayanımı (N/mm²) Eşdeğer küp (150mm) basınç dayanımı (N/mm²) fctk karakteristi k eksenel çekme dayanımı (N/mm²) C C C C C C C C Ec(28 günlük) Elastisite Modülü (N/mm²) C50 BETONUN 50DAYANIKLILIK ÖZELLĐKLERĐ

2 Beton Sınıfları ve Dayanımları TS EN Basınç Dayanımı Sınıfı En Düşük Karakteristik Silindir Dayanımı fck,sil (N/mm²) En Düşük Karakteristik Küp Dayanımı fck,küp (N/mm²) C 8/ C 12/ C 16/ C 20/ C 25/ C 30/ C 35/ C 40/ C 45/ C 50/ C 55/ C 60/ C 70/ C 80/ C 90/ C 100/ TÜRKİYE DEKİ UYGULAMA: PROJEDE; DURABİLİTE İLE İLGİLİ ÇOK AZ BİLGİYE RASTLANIR. Betonarme ve Korozyon BETONDAKİ YÜKSEK ALKALİ ORTAM, DONATI ÜZERİNDE PASİVASYON* TABAKASI SAĞLAYARAK DONATIYI KOROZYONDAN KORUR. Betonarme ve Korozyon YÜKSEK MİKTARDA SULU ORTAM, BETONARMEDE GÖZENEKLİ YAPIDAN DOLAYI OLAN GEÇİRGENLİK GİBİ ETKENLER, BETONUN KORUYUCU ÖZELLİĞİNİ KAYBETMESİNİ SAĞLAR. BU GİBİ DURUMLARDA, PASİVASYON TABAKASI KOROZYON HIZINI AZALTIR AMA KOROZYONU DURDURMAZ. *pasivasyon : İşlenen, kesilen, bükülen ve kaynatılan krom parçaların paslanmaya karşı pasiveedilmesidir. Betonarme ve Korozyon BETON GEÇİRİMLİ İSE VEYA YAPI ÇEVREYE UYGUN YAPILMAMIŞSA KOROZYON MEYDANA GELİR. BETONUN BU KORUMA ÖZELLİĞİ MİKTARINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER ARASINDA; SU/ÇİMENTO ORANI, AGREGA BOYUTU(GÖZENEK YAPISI) SAYILABİLİR. ALKALİ AGREGA REAKSİYONU (ÇİMENTO ve AGREGADAN) SERBEST CaO, MgO ETKİSİ (ÇİMENTODAN) İç Etkiler SÜLFAT ETKİSİ(BETON BİLEŞENLERİNDEN GELEN) ĐÇ ETKĐLER 2

3 Alkali-Agrega Reaksiyonu (AAR) 1- ALKALİLER (Çimento ve diğ.) + AKTİF SİLİS (veya Mg Karbonat)(Agregadan) JEL 2- JEL + SU GENLEŞME AAR nin kontrolü: Uçucu kül Cüruf Puzolanlı çimento Düşük alkalili çimento Geçirimsiz beton Alkali-Agrega Reaksiyonu (AAR) Belirtiler: Çatlak ağı Yerdeğiştirmeler Kapanmış ya da kırılmış derzler ĐÇ ETKĐLER ĐÇ ETKĐLER Serbest CaO, MgO Etkisi Serbest CaO ve MgO fazla oranlarda olduğu zaman betona olumsuz etkiler yapar. Su ile Ca(OH) 2 ve Mg(OH) 2 olur.zamanla havadanco 2 alır,caco 3,MgCO 3 oluşur. Böylece ince yüzey çatlaklarının genişlemesine, derinleşmesine neden olurlar. CaO miktarı kütlece %3, MgO miktarı ise kütlece %4.5 ten fazla olmamalıdır. Sülfat Etkisi SÜLFATLI SULAR + C 3 A (Çimentodan)= ETRENJĐT ÖNLEMLER: Düşük su/çimento oranı Sülfata dayanıklı çimento kullanmak ĐÇ ETKĐLER ĐÇ ETKĐLER Sülfat Etkisi Dış Etkiler KOROZYON SÜLFAT ETKİSİ KİMYASALLARIN ETKİSİ DONMA-ÇÖZÜLME ETKİSİ AŞINMA ETKİSİ Yedi yıl sülfat etkisinde kalmış beton elemanlar 3

4 Korozyon Korozyon İnşaat sektöründe korozyon, donatının paslanarak mukavemetini yitirmesi durumudur. Beton ilk döküldüğünde, donatıyı sararak paslanmaya karşı korur. Beton içindeki yüksek alkali ortamı, donatı çeliğine sıkıca yapışır ve bir film oluşturarak korozyonun önüne geçer. Ancak zamanla titreşim, sarsıntı gibi etmenler, mekanik yorgunluk ve dış ortam şartlarından dolayı betonda mikroskobik çatlaklar oluşur ve giderek büyüyerek rutubet, dış ortamdaki korozif madde ve gazlar, CO2, havadaki baca ve ekzos gazlarının sızmasına neden olur. Bu sızıntılar ve oksijenin korozif etkisi gibi nedenlerden dolayı donatı paslanır, kesiti azalır ve mukavemeti düşer. Betonu oluşturan bileşenler de zaman zaman tepkimeye yol açar. Bu gibi iç korozyon olayları da donatının paslanmasına neden olabilir. Oluşan paslanma, demirin hacmini artırarak, betonda çatlamalara neden olabilir. Betonarme Donatısı Üzerinde Korozyon Oluşum Aşamaların Korozyon Korozyon özellikle rutubetin etkili olduğu dış cephelerde, çatı altlarında, bodrum katlarında, köprü, viyadük, baraj gibi su yapılarında, denize yakın yerlerde, baca ve ekzoz gazlarının yoğun olduğu yerlerde, endüstriyel kirlenmenin yaşandığı bölgelerde ve tuzlu deniz kumunun kullanıldığı yapılarda görülür. Korozyon Sülfat Etkisi Doğal sular ve zeminler içinde daima bir miktar sülfat iyonu bulunur. Az miktarda bulunan sülfat iyonu beton için zararlı değildir. Normal sıcaklıkta 15 alçının çözünürlüğü 1400 mg/litre civarındadır ve bu değer beton için zararlıdır. Su içinde çözünmüş olarak beton bünyesine giren sülfat iyonlarının iki şekilde etkisi görülür. Birincisi, sülfat tuzları (özellikle magnezyum sülfat) ile beton boşluklarında doygun çözelti halinde bulunan kalsiyum hidroksit ile birleşmesi sonucu oluşan kalsiyum sülfattan ileri gelir. 4

5 Kimyasalların Etkisi Betonda ortaya çıkan zararlı kimyasal reaksiyonlar kendini; betonun gözenekliliğinin ve geçirimsizliliğin artması, çatlamalar, dökülmeler, kapak atmalar ve betonun yumuşaması, dayanımı ve rijitliğini kaybetmesi olarak gösterir. Betonun kimyasal reaksiyonlar sonucu zamanla bozulmasına sebep olarak zararlı maddelerin (iyon-molekül) çoğunlukla çevreden nem yoluyla beton yüzeyine taşınımı ile olduğu bilinmektedir. Böylece bozulma süreci hızlanmaktadır. Bu kimyasal reaksiyonlar kuru ortamda oluşmazken, korozyonun oluşmasını sağlayan su veya su buharının varlığıdır. Nem içinde zararlı kimyasal maddelerin en çok rastlanılanları ve betonda yol açtığı hasarlar aşağıdaki gibidir. a-karbondioksit: Karbonatlaşma olayına yol açar. b-oksijen: Donatı korozyonuna yol açar. c- Asitler: Çimentoyu eritir Kimyasalların Etkisi d-klorürler: Donatı korozyonuna yol açar. e-sülfatlar: Çimento ile genleşen reaksiyona yol açar. f-alkaliler: Agrega ile genleşen reaksiyona girer. Nemin içinde bulunan klorür iyonlarının bulunduğu ortamda (nem tutuculuk) hidroskobik etki nedeniyle betonun su içeriği artar.(baradan,2002) Donma-Çözenme Etkisi Aşınma Etkisi Sertleşmiş bir betonun don etkisine dayanıklılığı başta mukavemeti olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır. Bunlardan en önemlisi beton içinde bulunan boşlukların boyutları ve dağılımlarıdır. Ayrıca betonun suyla doygunluk derecesi, yani donabilen su miktarı da önemli rol oynar. Beton yüzeyine çarpma ya da sürtünme şeklinde gelen etki karşısında yüzeyde oluşan tepkiye aşınma denir. Beton yüzeylerinin (döşeme, zemin betonu, basamak, yol betonu vb.) araç tekerlekleri, iş makinelerinin paletleri (tank, dozer, vinç vb.), yaya trafiği, ağır cisimler gibi faktörlerin yarattığı kuru sürtünme etkisi nedeni ile zamanla kütle kaybına neden olur. Betonun kimyasal süreçlerle bozulması sonucu gözenekliliğinin artması, aşınma gibi fiziksel özelliklere dayanıklılığını büyük ölçüde azaltır. Sınıf X0 XC Çevresel Etki Sınıfları (TS EN 206) Açıklama Korozyon riski veya zararlı etki yok Karbonatlaşma Maks. su/çim. oranı (w/c) Min. çimento dozajı (kg/m 3 ) Min. dayanım sınıfı Sınır yok Sınır yok C12/15 XC1 Kuru veya sürekli ıslak 0, C20/25 XC2 Islak, bazen kuru 0, C25/30 XC3 Orta derecede rutubet 0, C30/37 XC4 Tekrarlı ıslanma-kuruma 0, C30/37 XD Klorür etkisi (deniz suyu hariç) XD1 Orta derecede nemli 0, C30/37 XD2 Islak, bazen kuru 0, C30/37 XD3 Tekrarlı ıslanma-kuruma 0, C35/45 XS XS1 Klorür etkisi (yalnızca deniz suyu) Deniz suyu ile doğrudan temas etmeyen 0, C30/37 XS2 Sürekli su içinde 0, C35/45 XS3 Tekrarlı ıslanma-kuruma 0, C35/45 XF XF1 XF2 XF3 XF4 XA Donma Çözülme + tuz Buz çözücü madde içermeyen suya orta derecede doygun Buz çözücü madde içeren suya orta derecede doygun Buz çözücü madde içermeyen suya yüksek derecede doygun Buz çözücü madde içeren veya deniz suyuna yüksek derecede doygun Kimyasal etki 0, C30/37 0,55 a 300 C25/30 0,50 a 320 C30/37 0,45 a 340 C30/37 XA1 Az zararlı kimyasal ortam 0, b C30/37 XA2 Orta derecede zararlı ortam 0, b C30/37 XA3 Çok zararlı kimyasal ortam 0, b C35/45 XM Aşınma XM1 Orta düzeyde aşınma 0, C30/37 XM2 Ağır aşınma 0, C30/37 XM3 Çok ağır aşınma 0, C35/45 5

6 34 MLZ Dış duvar XC4, XF1, XA1 Yakıt pompası XC4, XD3, XA2 XF4, XM Depo (hafif kimyasal etki) Üretim holü Yalıtım tabakası grobeton X0 Endüstriyel zemin XM Dış duvar (don ve ıslanma kuruma etkisi) XC4, XD1, XF2 Donatılı endüstriyel zemin (don ve buz çözücü etkisi) XC4, XD3, XF4, XM2 Serbest yüzey XC4, XF2, XA1 İş makinasıgirişi Endüstriyel zemin (donatısız beton) XF4, XM1, (XA2) Dış duvar XC4, XF1 Garaj tavanı XC4, XF3 Garaj XC4, XF1 Betonarme temel XC1,XC2, XF1, XA1 Parapet XC4, XF1 Döşeme XC1 Yalıtım tabakası grobeton X0 İç duvarlar XC1 Zemin plağı XC1 ya da XC2 Dış duvar XC4, XF1 Bodrum duvarı XC4, XF1, XA1 Geçirimsiz beton Başlık XC4, XD3, XF4 Üst yapı XC4, XD1, XF2 Köprü ayağı (ıslanma kuruma) XC4, XD1, XF2 Kanal duvarı XC4, XF3, XA1 Kazık XC2, XA1 Kazık başlığı XC2, XA1, XF1 Suya doygun Kum tabakası Betonarme yol XC4, XD3, XF4, XM1 Donatısız beton yol XF4, XA1, XM1 Koruma duvarı XC4, XD2, XF2, XA1 Betonarme temel XC2, XA1 Yeni Yapılarda Korozyon Oluşumuna Karşı Alınabilecek Önlemler Dikkatli Tasarım ve İyi yapım Teknikleri Yeterli drenajın sağlanması Yeterli kalınlıkta beton paspayı kullanılması Uygun kür yapılması Düşük su / çimento oranı Silis dumanı ilave edilmesi Yapıya Dışarıdan Klorür İyon Girişinin Önlenmesi Su yalıtım sistemleri Koruyucu kaplamalar Epoksi / poliüretan ile beton kaplama Yeni Yapılarda Korozyon Oluşumuna Karşı Alınabilecek Önlemler Doğrudan Donatı Korozyonunu Önleyen Teknikler Kullanılması Katodik Koruma Elektrolit ile temas eden anot yerleştirmek ve elektrolit üzerinden anottan donatıya düşük voltajlı doğrudan akım geçirerek elektrokimyasal döngünün seçilmiş malzeme üzerinden olmasını sağlamaya dayanan bir koruma yöntemidir. Bu kullanılan malzemeye anot yatağı adı verilir. Donatı yerine bu anot yatağı aşınır. Anot yatağı, aşınma ömrünü tamamladığında yöntem işe yaramaz hale gelir ve donatı paslanması başlar. Donatı Korozyonu BETON BAZİK: ÇELİK DONATI İÇİN KORUYUCU BİR ORTAM PASİVASYON TABAKASI 6

7 ANCAK; KLOR ETKİSİ, ve/veya KARBONATLAŞMA ETKİSİ PASİVASYON TABAKASI TAHRİP OLUR VE KOROZYON BAŞLAR. Ca(OH) 2 +CO 2 Karbonatlaşma CaCO 3 + H 2 O Normal beton: ph= Karbonatlaşan beton: ph= 8-9 PASİVASYON TAHRİP OLUR. KOROZYONUN BAŞLAMASI İÇİN: KLOR ve/veya KARBONDİOKSİT KOROZYONUN SÜRMESİ İÇİN: O 2 vesu PASPAYINI AŞARAK DONATIYA ULAŞMALIDIR BETONGEÇİRİMSİZ OLMALI, PASPAYI KALINLIĞI YETERLİ OLMALIDIR. TS-EN 206, CI Sınır Değerleri BETON Cl - ĐÇERĐK SINIFI Cl - Miktarı (Çim.Göre) DONATISIZ Cl 1,0 % 1,0 BETONARME Cl 0,2 % 0,2 ÖNGERMELĐ BETON Cl 0,4 % 0,4 Cl 0,1 % 0,1 Cl 0,2 % 0,2 HACİM ARTIŞI: Korozyon Etkisi Pas Hacmi > (2-6) x Çelik Hacmi İç Gerilme ve Betonda Çatlama ÇELİKTE KESİT AZALMASI 7

8 -GEÇİRİMSİZ BETON Su / Çimento Oranı Çimento dozajı Agrega granülometresi Maks. agrega boyutu, Yerleştirme KÜR Çözüm -YETERLİ PASPAYI KALINLIĞI Donma-Çözülme Etkisi 150 kez donma-çözülme çevrimi uygulanmış betonlar Su/çimento oranı yüksek Hava sürüklenmemiş Durabilite Açısından ACI 318 ile TS 500 ü Karşılaştırma Korozyon etkisi(betonda maks. Klor içeriği) Maks. su/çimento oranı Min. Beton sınıfları (TS 500 de böyle bir bölüm yok) Su/çimento oranı düşük Hava sürüklenmiş 8

9 A.B.D. İnfrastrüktür Onarım Harcamaları (ASCE, 2003 tahmini) Yollar, Köprüler, Havaalanları, Okullar, İçme suyu şebekesi, Atık su şebekeleri, Barajlar, Katı atık depolama, Zararlı atıklar, Enerji TOPLAM BEDEL: 1.6 Trilyon $ Korozif Ortamların ve Betondaki Aktif Korozyonun Tespiti ve Tamiri Yapının Mevcut Durumunun Belirlenmesi İçin Kullanılacak Yöntemler Donatı Korozyonu Gözlem Delaminasyon İncelemesi Beton Paspayı Ölçümü Klorür İyon İçeriği Analizi Karbonatlaşma Kalınlığı Testi Elektriksel Süreklilik Testi Beton Nemi ve Direnci Testi Korozyon Potansiyel Haritalarının Çıkarılması Kesit Kaybı Belirlenmesi Beton Korozyonu Gözlem Basınç Dayanım Testi CL-Geçirgenliği Testi Petrografi Analizi Korozif Ortamların ve Betondaki Aktif Korozyonun Tespiti ve Tamiri Donatı Korozyonu Gözlem: Çatlak, pas, betonda dökülmeler ve diğer fiziksel hasarın tespitedilmesidir. Delaminasyon İncelemesi:Donatı korozyonunun yapıya verdiği en önemli hasar, donatı hacmi artması sebebiyle meydana gelen genleşme kuvvetlerinin genellikle donatıya paralel olarak betonda meydana getirdiği ayrılmalardır. Onarım ve güçlendirme çalışmaları sırasında ayrılan beton tamamen çıkartılmalı, korozyona uğramış donatıonarılmalı, ayrılan beton yerine yama yapılmalıdır. Beton Paspayı Ölçümü: Covermetre, Pashometre gibi cihazlarla tahribatsızbir şekildepaspayının ölçülmesidir. Donatı Korozyonu Klorür İçeriği Analizi: Donatının bulunduğu seviyenin altında ve üstünde olmak üzere farklı derinliklerden parçalar alınması ve laboratuar ortamında içeriğin tespit edilmesidir. Korozyon Potansiyel Haritalarının Çıkartılması: Beton üzerine yerleştirilmiş yarı hücre ile beton içindeki donatı arasında voltaj ölçümleri yapılır.aktif korozyon oluşma olasılığının belirlenmesinde kullanılır. Kesit Kaybının Belirlenmesi: Kesit kaybının belirlenmesi için donatının dökülen kısımların çıkartılması, korozyon temizleme ürünleri ile temizlenmesi ve kumpas yardımıyla kesit kaybı ölçümü yapılmasıdır. Korozif Ortamların ve Betondaki Aktif Korozyonun Tespiti ve Tamiri Korozif Ortamların ve Betondaki Aktif Korozyonun Tespiti ve Tamiri Donatı Korozyonu Elektriksel Süreklilik Testi:Korozyonun ne mertebede olduğunun belirlenmesini sağlayan çok önemli bir testtir. Donatıların birbirine temas edip etmediğinin de anlaşılmasınısağlar. Beton Nemi ve Direnci Ölçümü: Betondaki nem içeriğinin ölçülmesi için prob isimli cihaz beton içinde açılmış boşluğa yerleştirilir. Boşluk içersindeki rölatif nem ölçülür. Bu yöntem rölatif nem değişikliklerinin zamanla değişimini gözlemler ve yapıdaki nem döngüsünün anlaşılmasını sağlar.betondaki nem oranının korozyon ile doğrudan ilişkisivardır. Korozyon Potansiyel Haritalarının Çıkartılması: Beton üzerine yerleştirilmiş yarı hücre ile beton içindeki donatı arasında voltaj ölçümleri yapılır. Aktif korozyon oluşma olasılığının belirlenmesinde kullanılır. Beton Korozyonu Basınç Dayanım Testi:Numunenin donma çözünme işlemlerinden ve alkali silis reaksiyonundan etkilenip etkilenmediği gözlemlenerek yapılan basınç dayanım testidir. Klorür İyonu Geçirgenliği Testi:Laboratuar ortamında gerçekleşen bu test yönteminde, 50 mm kalınlığında100 mm çapında numuneden 6 saat boyunca 60 volt potansiyel farkı altında elektrik akımı geçirilir. Toplam geçen akıma bakılarak kolondaki iyon geçirgenliği oranı belirlenebilir. Kolondaki korozyon oluşum potansiyelini anlamak açısından önemlidir. Petrografi Analizi:Beton numunenin mikroskobik olarak incelenmesidir. Korozif Ortamların ve Betondaki Aktif Korozyonun Tespiti ve Tamiri Korozif Ortamların ve Betondaki Aktif Korozyonun Tespiti ve Tamiri 9

10 Beton Korozyonu Onarım Önerileri Meydana gelen bozulma sebebi, Proje özellikleri ile uyumu, Su / çimento oranı, Hava boşluğu yapısı, Çatlama yapısı hakkında fikir verir. Yama Yapmak Korozyona maruz kalmış beton kısımların temizlenip, kaliteli beton ile yama yapılması yöntemidir. Korozyona Uğramış Donatıya Kaynak Yapılması Korozyondan dolayı kesit kaybına uğramış donatıya, kaynak ile donatı eklenmesidir. Mantolama yapmak Korozyona maruz kalmış kolonun, temizlenip, gerekli önlemler alınıp,çepeçevre mantolanmasıdır. Onarım Önerileri Korozyona Uğramış Betonarme Örnek Bir Çalışmanın Adımları İTÜ İnşaat Fakültesi Dış Cephe Korozyon Tamiri 1)Yüzey çekiçle tokmaklanarak sağlam betona kadar zayıf olan kısım belirlendi ve tamamen alındı. 2)Donatı pürüzlülüğü mekanik olarak fırça giderildi. 3)Korozyon önleyici astar malzemesi sürüldü. 4)Dolgu malzemesi olarak tamir harcı uygulandı. 5)Dış sıvanın içine lifli aderans arttırıcı malzeme ilave edilerek tamir harcı ve dış sıvanın aderansı sağlandı. 6)Komple astar ve silikonlu dış cephe boyası yapıldı. 7)Çatı esnek su yalıtım malzemesi ile kaplandı. SONUÇ BETONARMENİN ANA MALZEMESİ OLAN BETONUN; Sadece dayanıma göre değil, aynı zamanda dürabiliteye göre de tasarlanması, Ağırlık esasına göre(%3 duyarlık) tartılıp hazırlanması, Uygun şekilde taşınması, İyi şekilde yerleştirilmesi, Doğru şekilde kür edilmesi Doğru şekilde denetlenmesi gerekir. 10