BETONARMENİN KALICILIĞI (DURABİLİTE, DAYANIKLILIK) II Doç Dr. Halit YAZICI Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü
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
FĐZĐKSEL ve MEKANĐK ETKENLER KÜTLE KAYBINA YOL AÇANLAR ÇATLAMAYA YOL AÇANLAR AŞINMA EROZYON KAVĐTASYON (OYULMA) DONMA- ÇÖZÜLME, BUZ ÇÖZÜCÜ TUZLAR, YANGIN, YÜKSEK SICAKLIKLAR AŞIRI YÜKLEME, TEKRARLI YÜKLEME, ISLANMA- KURUMA, BOY ve HACĐM DEĞĐŞĐMLERĐ YORULMA, DARBE
AŞINMA, OYULMA, EROZYON KURU SÜRTÜNME ETKĐSĐ TRAFĐK YÜKÜ (ĐŞ MAKĐNELERĐ&YAYALAR, vb.) AĞIR CĐSĐMLERĐN SÜRÜKLENMESĐ ĐÇĐNDE ASKI HALĐNDE YÜZER MADDELERĐN BULUNDUĞU SIVILARIN BETON YÜZEYĐNĐ ÇĐZEREK AŞINDIRMASI ABRESĐF AŞINMA EROZYON ZAMANLA KÜTLE KAYBI SUYUN ÇOK YÜKSEK HIZLARDA AKMASI SUYUN BASINCINDA ANĐ DÜŞMELER, OLUŞAN HAVA KABARCIKLARININ YOĞUNLA UNLAŞARAK ARAK YÜZEYE HIZLA ÇARPMASI OYULMA (KAVĐTASYON)
AŞINMA, OYULMA, EROZYON BİR R BARAJ DOLU SAVAĞINDA OYULMA (KAVİTASYON) HASARI
AŞINMA, OYULMA, EROZYON ÇİVİLİ LASTİKLER KLERİN SÜRTÜNME ETKİSİYLE OLU AN BETON YÜZEYY ZEYİ A INDIRICI DİSK D ETKİSİYLE OLU AN BETON YÜZEYY ZEYİ
FREEZE THAW EFFECT TAZE BETON HİDRATASYONUN YAVA LAMASI veya TAMAMEN DURMASI (<-12 12 C) BUZUN GENLE ME ETKİSİYLE BO LUKLARIN AÇILMASIA BUZUN ÇÖZÜLMES LMESİYLE HİDRATASYONUN YENİDEN BA LAMASI ÇOK BO LUKLU YAPI, MEKANİK ÖZELLİKLERDE ve DAYANIKLILIKTA DÜ MED SERTLE Mİ BETON BO LUK SUYUNUN DONMASI %9 GENLE ME PARAZİT T GERİLMELER ÇATLAK PARÇALANMA ALANMA-HASAR BETONUN YENİDEN KARI TIRILMASI ve SIKI TIRILMASI ART!!
DONMA ÇÖZÜLME ETKİSİ BETONUN DONMA-ÇÖ ÇÖZÜLME DAYANIKLILIĞINI INI ETKİLEYEN EN ÖNEMLİ 3 FAKTÖR: BETONUN BO LUK YAPISI BETONUN SUYA DOYGUNLUK DERECESİ (KRİTİK K DOYGUNLUK) DONMADAN ÖNCE YETERLİ BASINÇ DAYANIMA ULA ILMASI (ÖNER( NERİLEN 50-140 kgf/cm 2 ) İLGİNÇ BİR ÇELİ Kİ! ÇOK BO LUKLU (BAL PETEĞİ GÖRÜNÜMLÜ) ÇOK AZ BO LUKLU (GEÇİRİMS MSİZ) ZARAR GÖRMEZ G! KURU BETONLAR
DONMA ÇÖZÜLME ETKİSİ 150 DONMA-ÇÖZÜLME DEVRĐNE MARUZ KALMIŞ ÖRNEKLER Hava katkısız Yüksek S/Ç oranlı Hava katkılı Düşük S/Ç oranlı
DONMA ÇÖZÜLMEDE ÖNLEMLER ÜRETĐCĐNĐN ALACAĞI ÖNLEMLER TÜKETĐCĐNĐN ALACAĞI ÖNLEMLER - DÖKÜM SAATĐNĐ GÜNÜN DAHA SICAK SAATLERĐNE KAYDIRMAK - ERKEN DAYANIM KAZANAN BETON ÜRETMEK a) HĐDRATASYON ISISI YÜKSEK ÇĐMENTO KULLANMAK (EYÇ52.5, PÇ52.5, PÇ42.5) b) DAHA YÜKSEK ÇĐMENTO DOZAJI, DAHA DÜŞÜK S/Ç ORANI C) KATKI KULLANMAK (ANTĐFĐRĐZ, PRĐZ HIZLANDIRICI) SUYUN ve TAZE BETONUN DONMA SICAKLIĞINI DÜŞÜRMEK, HĐDRATASYONU HIZLANDIRMAK CaCl 2 ESASLI ĐSE MAX %1 d) YÜKSEK KÜR SICAKLIKLARI (BUHAR KÜRÜ) e) BĐRKAÇ YÖNTEMĐ BĐR ARADA KULLANMAK
DONMA ÇÖZÜLMEDE ÖNLEMLER - HAVALI BETON ÜRETMEK HAVA SÜRÜKLEYĐCĐ KATKI MADDELERĐ (SODYUM ABĐETAT, LĐNYO SÜLFONAT, HAYVANSAL-BĐTKĐSEL YAĞLAR, SENTETĐK DETERJANLAR) HAVA KABARCIKLARI 10-250 µ ÇAP 1 M 3 BETONDA 3 10 9 ~ 7 10 9 HACMĐN YAKLAŞIK %2-9
Boşluk çapına bağlı olarak suyun donma noktasının n değişimi imi Donma Noktası ( C) 30 20 10 0 1 10 100 mikro mesa macro Boşluk Yarıçapı (nm)
DONMA ÇÖZÜLME HASARI Donma-çö çözülmeye dayanıks ksız z agreganın betonda kapak atmaya yol açmasa ması Yerel olarak kabuk atma, soyulma, çimento matrisinde mikro çatlaklar
DONMA ÇÖZÜLME HASARI %25 Ağırlık kaybına yol açan donma-çözülme devir sayısı 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Hava katkısız beton Hava Katkılı beton 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 Su/Çimento oranı
Buz çözme çalışması
Boşluk çapına bağlı olarak suyun donma noktasının n değişimi imi Donma Noktası ( C) 30 20 10 Tuzlu su Saf su 0 1 10 100 mikro mesa macro Boşluk Yarıçapı (nm)
ÇEVRESEL ETKĐ SINIFI - TS EN206 En Büyük DONMA ÇÖZÜLME ETKĐSĐ XF1 XF2 XF3 XF4 S/Ç 0.55 0.55 0.50 0.45 Min. Dayanım (MPa) C30 C25 C30 C30 Min. Çimento Dozajı (kg/m 3 ) 300 300 320 320 Min. Hava (%) --- 4.0 4.0 4.0 DĐĞER DONMA-ÇÖZÜLMEYE DAYANIKLI AGREGA XF1 : Suya orta derecede doygun (düşey beton yüzeyleri) XF2 : Suya orta derecede doygun, buz çözü maddeler var (düşey beton yüzeyleri) XF3 : Suya yüksek derecede doygun (yatay beton yüzeyleri) XF4 : Suya yüksek derecede doygun, buz çözücü maddeler var (köprü tabliyesi, vb.)
YÜKSEK SICAKLIKLAR 1-2 SAAT Max.250ºC ye KADAR FAZLA SORUN YOK! ZEHĐRLĐ GAZLAR, DUMAN VEYA ALEV YOK! 100~150ºC KILCAL BOŞLUKLARDA SUYUN BUHARLAŞMASI 150~200ºC BÜZÜLME, KILCAL ÇATLAK OLUŞUMU ÇEKME DAYANIMINDA DÜŞÜŞ - PEMBEMSĐ RENK ~300ºC ALUMĐNLĐ ve DEMĐR OKSĐTLĐ BĐLEŞENLERDE BÜNYE SUYU KAYBI-BASINÇ DAYANIMINDA DÜŞÜŞ - KOYU PEMBEMSĐ - KIRMIZIMSI RENK ~400ºC Ca(OH) 2 CaO %30 HACĐM AZALMASI (ĐTFAĐYE SU SIKINCA) 400~600ºC CSH YAPISININ TAHRĐBĐ GRĐ - BEYAZ - RENK DAYANIMDA %80 AZALMA
DAYANIM KAYBI Kalan dayanım (%) 120 100 80 60 40 20 Yavaş Soğutma Suyla soğutma 0 20 100 200 300 Sıcaklık ( C) 400
DAYANIM KAYBI 120 100 Kalan dayanım (%) 80 60 40 Çakıl Kireç Taşı 20 Renk Değişimi Pembe veya Kırmızımsı Gri Kül 0 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Sıcaklık ( C)
DONATI ÇELĐĞĐ 100 St I (Akma dayanımı) Kalan dayanım (%) 80 60 40 20 Soğuk haddelenmiş tel ya da kablo (Çekme dayanımı) Yüksek dayanımlı St IIIa (Çekme dayanımı) 0 100 200 300 400 500 600 700 Sıcaklık ( C )
Yüksek SıcaklS caklıklarda klarda Çeliğin in σ-ε davranışı ışının n değişimi imi 700 600 1 : 24 C 2 : 99 C 3 : 149 C 4 : 204 C 5 : 260 C 6 : 316 C 7 : 368 C 8 : 427 C 9 : 482 C 10 : 535 C 11 : 593 C 12 : 649 C σ - Gerilme (Mpa) 500 400 300 200 1 2 5 6 2 8 9 10 11 4 7 3 1 100 12 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 ε - Birim Deformasyon
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
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
SÜLFAT ETKİSİ KATI KURU TUZLAR ZARARSIZ! NEMLİ ORTAMDA ZARARLI Cevreden sülfat eriyiği Hidrate C 3 A Sülfatların betonun içine difuzyonu C 3 A nın genleşme reaksiyonu Çatlak Oluşumu
SÜLFAT ETKİSİ SÜLFAT KAYNAKLARI: TOPRAKTAN (YÜZEYİNDE BEYAZ BİRİKİNTİLER OLAN, ÇALILIK DI INDA BİTKİ YETİ MEYEN ARAZİLER ÜPHELİ) ÇİMENTODAN (KATILAN ALÇITA I, SO 3 3 OLMALI) DENİZ SUYU, YERALTI SUYU
SÜLFAT ETKİSİ - REAKSİYONLAR SO 3 - Na 2 SO 4 Ca(OH) 2 H 2 O ALÇI CaSO 4.2H 2 O (Hacim artışı) MgSO 4 ALÇI Na 2 SO 4 Hidrate C 3 A ETRENJİT (Hacim artışı) MgSO 4 (Deniz Suyu) CSH ALÇI
SÜLFAT ETKİSİ REAKSİYONUN GELİ İMİ ORTAM KO ULLARI (SO 4-2 veya SO 3-2 İYONU ) BETONUN GEÇİRİMLİLİĞİ SUYUN VARLIĞI ÇİMENTO KİMYASAL YAPISI (C 3 A İÇERİĞİ) BELİRTİLER * BEYAZ LEKELER * KÖ E ve KENARLARDA BA LAYAN ÇATLAKLAR * PULLANMA - DÖKÜLME * UFALANMA - YUMU AMA SU HAREKETİ (ISLANMA - KURUMA İDDETİ ARTIRMAKTA)
SÜLFAT ETKİSİ
SÜLFAT ETKİSİNDE KALMI ÖRNEKLERİN BOZULMASI HASARSIZ ÖRNEK HASARLI ÖRNEK
SÜLFAT ETKİSİNDE KALMI SU KANALI
SÜLFAT ETKİSİNDE BIRAKILMI ÖRNEKLER
ÖNLEMLER TEHLİKELİ DEĞERLER SUDA ÇOK KUVVETLİ >3000 ppm SO 4-2 (TS3440) TOPRAKTA HAFİF 200-600 ppm SO 4-2 2000-5000 ppm SO 4-2 KUVVETLİ 600-3000 ppm SO 4-2 >5000 ppm SO 4-2 BETONUN GEÇİRİMSİZLİĞİ SAĞLANMALI DÜ ÜK C 3 A İÇERİKLİ ÇİMENTO KULLANILMALI C 3 A %8 SÜLFATA ORTA DERECEDE DAYANIKLI ÇİMENTO C 3 A %5 SÜLFATA YÜKSEK DERECEDE DAYANIKLI ÇİMENTO KİRECİN (Ca(OH) 2 ) PUZOLANLARLA TESPİTİ FAYDALI GEREĞİNDE BETON İZOLE EDİLMELİ
ÇEVRESEL ETKİ SINIFI - EN 206-1 EN BÜYÜK S/C EN AZ DAYANIM ZARARLI KĐMYASAL ÇEVRELER XA1 0.55 C30 XA2 0.50 C30 XA3 0.45 C35 EN AZ DOZAJ kg/m 3 DĐĞER 300 320 360 SÜLFATA DAYANIKLI ÇĐMENTO XA1 XA2 XA3 Düşük derecede agresif kimyasal etki Orta derecede agresif kimyasal etki veya deniz suyuna maruz Suya yüksek derecede doygun (yatay beton yüzeyleri)
DEF (GECİKMİ ETRENJİT OLU UMU) PREFABRİK ÜRETİMİNDE A IRI SICAK HAVALARDA KÜTLE BETONLARINDA Gecikmiş etrenjit oluşumu ile betonda bozulma
DEF (GECİKMİ ETRENJİT OLU UMU) C 3 A.CaSO 4.32H 2 O YÜKSEK SO 3 İÇERİĞİ (%2 5 ) DÜ ÜK SO 3 ERİYEBİLİRLİĞİ YÜKSEK KÜR SICAKLIĞI (60-70 C) HİDRATASYONUN İLK DAKİKALARINDAKİ ETRENJİT OLU UMUNUN ENGELLENMESİ SÜREKLİ AÇIK HAVADA ISLANMA-KURUMA SERTLE Mİ BETONDA ETRENJİT OLU UMU GENLE ME ÇATLAKLAR
ASİT ETKİSİ BETON BAZİK ORTAM ASİDİK SIVILAR KALSİYUMLU BİLE ENLER ÜZERİNDE (Ca(OH) 2, CSH, CAH) ÇÖZÜCÜ ETKİ KUVVETLİ ASİTLER SÜLFÜRİK ASİT H 2 SO 4 NİTRİK ASİT HNO 3 HİDROKLORİK ASİT HCl HİDROFLORİK ASİT ZAYIF ASİTLER H 2 S + SU FİLMİ + OKSİJEN H 2 SO 4 SO 3 + SU FİLMİ + OKSİJEN H 2 SO 4
Cevreden asit eriyiği Yerinde kalmış, bozulmuş tabaka (normal betondan çok daha geçirimli Reaksiyon ürünlerinin erime veya aşınma ile uzaklaşması ASİT ETKİSİ Sertleşmiş çimentonun mikro yapısının (boşluk sisteminin tabaka tabaka bozulması) ZAYIF ORTA İDDETLİ TS EN206 6.5 ph 5.5 5.5 < ph 4.5 4.5 ph 4.0
ASİT ETKİSİ Beton yüzeyine Asit saldırısı Hidrojen sülfit kaçışı KANALİZASYON KESİTİ Beton yüzeyinde oksijen içeren ortamda sülfirik asitin bakteriolojik oluşumu Oksijensiz kanalizasyon ortamında Hidrojen sülfit oluşumu
BİYOLOJİK ETKİLENME BAZI BİTKİLER, AĞAÇ KÖKLERİ BAZI TÜR DENİZ YOSUNLARI, MİKROORGANİZMALAR BİYOLOJİK, KİMYASAL OLU UMLAR ASİT ETKİSİ BETON YÜZEYİNDEN İTİBAREN TABAKA TABAKA BOZULMA
ÇİÇEKLENME KİREÇLİ BİLE ENLERİN BETON DI INA SIZMASI (CaCO 3, CaSO 4 ) TUZ BİRİKİMİ (Deniz kumu kullanılan yerler)
ÇİÇEKLENME Betonarme Kolon Tuğla Duvar Sıva Buharlaşma Tuğla veya harçtaki çözünebilir tuzların nemli ortamda çözünmesi Tuz birikimi Çiçeklenme Zemin Y.A.S.S. Oluşan çözeltinin kapiler boşluklardaki hareketi Kapiler yolla suyun yükselmesi Zemin Y.A.S.S. Suya doygun beton
ALKALİ-AGREGA REAKTİVİTESİ Cevreden su ve/veya alkaliler (örneğin buz çözücü tuzlardan 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
ALKALİ-AGREGA REAKTİVİTESİ JEL OLU UMU İNCE KESİT FOTOĞRAFI
ALKALİ-AGREGA REAKTİVİTESİ ÜÇ KO UL BİR ARADA OLMALI! 1) ÇİMENTODA ALKALİ OKSİT DEĞERİ (Na 2 O + 0.658 K 2 O) > %0.6 2) AGREGADA AKTİF SİLİS BULUNMALI (OPAL, TRİDİMİT, KRİSTOBALLİT, VOLKANİK CAM, RİYOLİT, ANDEZİT ve TÜFLERİ) 3) SU YILLAR SONRA JEL OLU UMU (SODYUM + POTASYUM + KALSİYUM SİLİKAT) HACİM GENLE MESİ AĞ EKLİNDE ÇATLAKLAR SİLİSLİ YÜZEY SERTLE TİRİCİLERE DİKKAT!
REAKTİF AGREGANIN TESPİTİ KİMYASAL JEOLOJİK FİZİKSEL- KİMYASAL AGREGANIN REKTİVİTESİ ARA TIRILIR AGREGADA REAKTİF BİLE EN ARANIR ÇİMENTO-AGREGA KARI IMLARININ BOY DEĞİ İMLERİ ÖLÇÜLÜR DENEY SONUÇLARI KIYASLANIR, SADECE BİR YÖNTEME GÜVENMEK MÜMKÜN DEĞİL
ASR ASR Hasarına Uğramış Köprü Ayağı (İzmir)
ASR
ASR - ÖNLEMLER ASR GENLE MESİNİN ÖNLENMESİ REAKTİF AGREGA MİKTARI SINIRLANDIRILMALI BETONUN ALKALİ İÇERİĞİ AZALTILMALI BETONUN NEM İÇERİĞİ AZALTILMALI BETONUN GEÇİRİMSİZLİĞİ SAĞLANMALI MİNERAL veya KİMYASAL KATKI KULLANILMALI (Silika Tozu, Uçucu Kül, Lityum tuzları vb.)
BETONARMENİN KALICILIĞI (DURABİLİTE, DAYANIKLILIK) II Doç Dr. Halit YAZICI Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü