ISSN: 2148-0273 Cilt 5, Sayı 1, 2017 Vol. 5, Issue 1, 2017 Betonarme Donatılarında ve Metal Yapı Elemanlarında Görülen Korozyon Hasarları Ahmet KONUŞ 1, Murat DAL 2* Özet Bu çalışmada metal ve alaşımların, çevrenin çeşitli etkileriyle kimyasal ve elektrokimyasal değişme ya da fiziksel çözünme sonucu aşınmasıyla oluşan korozyon hasarlarının önemine vurgu yapılmıştır. Betonarme donatılarının korozyona uğraması ile kesit kaybı yanı sıra korozyon sonucu oluşan pas, metale göre çok daha büyük hacim kaplaması nedeniyle beton bünyesinde içsel gerilmeler ve çatlamalara sebep olmaktadır. Çatlak, metalin korozyona uğramasından kaynaklanıyorsa yapı elemanlarında hasar kaçınılmaz. Betonarmede donatı korozyonu nedeniyle çatlamış olan beton yapısal hasarlar oluşturacak boyutta tehlike arz eder. Çalışmada özellikle görseller üzerinden korozyon konusu tüm mimari yapı elemanlarında ele alınmıştır. Korozyonun yapı hasarı üzerindeki rolüne dikkat çekilmiştir. Anahtar Kelimeler: metallerde korozyon, yapı elemanlarında korozyon, donatı korozyonu, hasar Corrosion Damages in Reinforced Concrete Equipments and Metal Structure Elements Abstract In this study, the importance of corrosion damages occurring in metals and in their alloys due to the various environmental effects, chemical and electrochemical alteration or physical dissolution was investigated. Corrosion results in a loss in the cross-section of reinforced concrete equipment and moreover, rust due to the corrosion occupies larger volume than metal and creates internal stress and causes cracks in the reinforced concrete structure. If cracks are caused by the corrosion of metal, damage in the construction materials are unavoidable. Cracks caused by corrosion in reinforced concrete are dangerous for the building structure. In this study, corrosion was discussed through visual materials in all architectural building elements. The role of corrosion on the constructional damages was mentioned Keywords: corrosion in metals, corrosion in construction materials, corrosion in equipment, damage 1 Lisans öğrencisi, Munzur Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tunceli, e- mail: ahmet@konusan.com 2 * Murat Dal, Yrd. Doç. Dr., Munzur Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tunceli, e-mail: teknikmurathoca@gmail.com
8 Betonarme Donatılarında ve Metal Yapı Elemanlarında Görülen Korozyon Hasarları 1. Giriş Bir betonarme yapıda çok geniş çatlakların ve aşırı sehimlerin oluşması, stabilitesinin kaybolması, rahatsız edici titreşimler, çeliğin korozyonu, mimari estetiğin veya izolasyonunun işlevini kaybetmesi kullanılabilirliği tayin eden en başlıca nedenlerden biridir. Bir mühendis için yapı malzemesinin seçiminde korozyon durumunu göz önünde tutmak zorunluluğu vardır. Ancak betonarme yapımını üstüne alan inşaat mühendisi için beton ve çelik gibi iki ayrı malzemenin oluşturduğu betonarme ile uğraşmak kaçınılmazdır. Bundan dolayı betonarmenin korozyon özelliklerinin mühendis tarafından bilinmesi gerekmektedir. Korozyona uğramış metaller mukavemetlerini kaybederler (Kısmet, 2015; Kismet ve Wagner, 2017). Korozyon sonucunda oluşan pas, hacim genişlemesi yapacağından ötürü betonarmedeki donatılar betona gerilme yapıp böylece beton hasarları oluşturur. 2. Çalışma Yöntemi Korozyon konusunda ulusal ve uluslararası kaynaklar (kitap, makale, bildiri vb.) taranarak mimari yapılarda yaygınca kullanılan metallerdeki korozyon hasarları üzerine bir derleme yapılmıştır. Çalışmada özellikle görseller üzerinden korozyon hasarları irdelenmiştir. 3. Korozyon Hasarları Metal elemanlarda görülen kimyasal bir bozunmadır. Metallerin, havadaki oksijen, su, asitle teması sonucunda oksitlenmesine ya da paslanmasına korozyon denir. Asitler, havadaki CO 2 suyla birleşmesi ile oluşurlar. Korozyon etkisiyle metalin yapısı bozunur, hacmi büyür ve metal elemanın kesiti genişler. Yapı elemanlarının bünyesinde metal korozyonuna bağlı olarak genişlediğinde, çevresine baskı yapmaya başlar; cephede renk değişimi, çatlak ve parça kopması gibi hasarlara yol açabilir.
Ahmet KONUŞ, Murat DAL 9 3.1. Dış Yüzeylerde Kullanılan Metallerde Korozyon Hasarları Görevini yapamayacak derecede bozulmuş bir parçanın yenisi ile değiştirilmesi, ilgili tesisin bir süre kapatılarak üretimin durdurulması anlamına gelir. Şekil 1 de U profillerden teşkil edilmiş çelik konstrüksiyondaki birleşim bölgesinde özellikle kırmızı çerçeve içine alınan bölgede oluşan korozyon hasarı görülmektedir. Korozyon hasarı sonucunda buradaki malzeme tamamen işlevini yitirmiştir (Şekil 1). Şekil 1. Korozyon sebebiyle oluşan malzeme kaybı hasarı ve paslanmış çelik (URL 1) Korozyona karşı metalin çinko ile oluşan galvanizin kötü hazırlanması sonucu bazı maddelerin çatıdan ayrıştığı görülmüş ve üzeri boya ile onarılmaya çalışılmıştır (Şekil 2). Şekil 2. Kötü hazırlanan galvanizli çatı kaplama sonucu bazı maddelerin çatıdan ayrışması ve sonradan yüzeyin boya ile onarımı (URL 2)
10 Betonarme Donatılarında ve Metal Yapı Elemanlarında Görülen Korozyon Hasarları 3.2. Donatılarda Korozyon Hasarları Demir ve çelik genellikle; oksijen ve suyun bulunduğu her ortamda korozyona uğrar. Donatı aslında yumuşak çeliktir. Betonarme donatıları atmosfer etkisinde ve sulu çözeltiler içinde korozyona karşı dayanıksızdır. Şekil 3 de atmosfer etkisinde ve sulu çözeltiler içinde korozyon hasarları görülmektedir. (Şekil 3) Şekil 3. İzmir de korozyon hasarına uğramış elektrik direkleri (Yazıcı, 2017) Donatının korozyona uğraması yalnız çeliğin kaybedilmesi ile oluşmaz. Korozyon sonucu oluşan kimyasal bileşikler (pas), metale göre çok daha büyük hacim kaplaması nedeniyle beton bünyesinde içsel gerilmeler ve çatlamalara sebep olur (Şekil 4) (Dal ve Yılmaz, 2015; Üstün ve Dal, 2016; Yıldız ve Dal, 2016). Şekil 4. Betonarme donatılarında korozyon oluşumu (URL 3, URL 4)
Ahmet KONUŞ, Murat DAL 11 Şekil 5. Pasın betonu zorlayarak pullanma korozyonuna sebep olması (URL 5) Şekil 6. Merdiven altındaki betonda korozyon nedeniyle pas oluşumu (URL 6) Gözenekli bir yapıya sahip olan betona klorür iyonları betonun yüzeyinden kılcallıkla ve beton üretiminde kullanılan agrega, su, çimento ve katkıları olmak üzere iki şekilde girebilmektedir. Şekil 7 de klorür iyonlarından kaynaklı korozyon hasarları görülmektedir (Şekil 7).
12 Betonarme Donatılarında ve Metal Yapı Elemanlarında Görülen Korozyon Hasarları Şekil 7. Klorür maddesinin donatı etrafındaki koruma tabakasının korozyona uğramasına yol açtığını gösteren örnek (URL 7, URL 8, URL 9) Havadaki oksijenin beton veya demir malzemesinin üstündeki su ile bağlantılı halde tesis edilmesinden korozyon oluştuğu görülmüştür (Şekil 8). Şekil 8. Bodrum katında su nedeniyle oluşmuş korozyon (URL 10) Betonarme donatıları korozyona uğraması yalnız donatının kesit kaybı ile kalmaz. Bunun yanında, korozyon sonucu oluşan kimyasal bileşikler (pas), metale göre çok daha büyük hacim kaplaması nedeniyle beton bünyesinde içsel gerilmeler ve çatlamalara sebep olmuştur (Şekil 9, Şekil 10). Ülkemizde deprem sonrası yapılar incelendiğinde donatı korozyonu yoğun görülen bir sorundur.
Ahmet KONUŞ, Murat DAL 13 Şekil 9. Beton içindeki çeliğin korozyona uğraması sonucunda, beton kabukta oluşan çatlama ve kırılmaların şematik gösterimi (Kaftan, 2006) Şekil 9 daki çatlağın, betonun içerisindeki çeliğin korozyona uğramasından kaynaklandığı beton kırıldıktan sonra çok net olarak görülmektedir (Şekil 10). Bu durumdaki betonarme yapı elemanı için hayati tehlike söz konusudur. Betonarme demirlerinin korozyonu nedeniyle çatlamış olan betonun etkili bir tamir yöntemi yoktur. Şekil 10. Donatılardaki korozyondan dolayı betonun oluşturduğu gerilme ile betonda görülen çatlama hasarı (Kaftan, 2006)
14 Betonarme Donatılarında ve Metal Yapı Elemanlarında Görülen Korozyon Hasarları Donatısı korozyona uğramış yapılar olabilecek orta büyüklükteki bir depremde kullanılamayacak derecede hasar görebilmektedir. Deprem riski olan bölgelerdeki korozyon oluşumu yapının deprem dalgalarından dolayı göreceği sismik kuvveti artırmaktadır (Doğan, 2009), (Şekil 11). Şekil 11. 1999 İzmit depreminde Eskişehir de hasar gören yapılardaki korozyonlar (Doğan, 2009). 3.3. Tesisatta Korozyon Hasarları Galvaniz yüzeylerde başlangıçta açık renkli çinkolu koruma tabakası oluşur ve devamlı olarak da suya çinko karışır. Zamanla bu galvaniz tabaka akışkanla girdiği reaksiyon sonucu tamamen ayrışır ve çözülmüş olarak suyla beraber tamamı taşınır. Uzun dönemde de Şekil 12 de görüldüğü gibi tesisatta kireç-pas tabakası oluşumu gözlemlenir. (Şekil 12) Şekil 12. Galvanizsiz fittinglerde çökme korozyonu görülmektedir. (Bıdı ve Höffer, 2010) Sıcak su tesisatındaki yüksek sıcaklık nedeniyle galvaniz tabaka kabarmış ve alt kesitte yüksek çökme korozyonu oluştuğu gözlemlenmiştir.(şekil 13).
Ahmet KONUŞ, Murat DAL 15 Şekil 13. Kullanma suyu tesisatındaki yüksek sıcaklık nedeniyle kabaran galvaniz tabaka ve alt kesitte yüksek çökme korozyonu (Bıdı ve Höffer, 2010) Galvaniz kaplamanın yüzeyindeki sıcaklığın 105 C olması nedeniyle cidarlarda korozyon meydana geldiği görülmüştür (Şekil 14). Şekil 14. 105 C kazan suyuyla ısıtılan çift katlı sıcak su boylerindeki cidarlarında çökme korozyonu da görülen kabaran galvaniz tabaka (Bıdı ve Höffer, 2010) Sağda 110 C sıcaklık girişindeki borular, solda da 40 C çıkıştaki borular bulunmakta ve soldan sağa doğru sıcaklık artışına paralel olarak korozyonun arttığı gözlemlenmektedir. (Şekil 15).
16 Betonarme Donatılarında ve Metal Yapı Elemanlarında Görülen Korozyon Hasarları Şekil 15. Soldan sağa doğru akışkan ve dış yüzey sıcaklığı artışına paralel olarak artan korozyon (Bıdı ve Höffer, 2010) Yüksek kaynak ısısı ve fazla lehim bakırın yüzeyinin bozulmasına neden olmuş ve korozyon başlamıştır (Şekil 16). Şekil 16. Bakır sıcak su sirkülasyon borusundaki düzensiz sert lehim bağlantısı erozyon korozyonu başlatması (Bıdı ve Höffer, 2010) Sudaki klorür yüksekliği paslanmaz çelik tesisatta delik ve yarık korozyonuna yol açmaktadır (Şekil 17).
Ahmet KONUŞ, Murat DAL 17 Şekil 17. Kullanma suyunun temas ettiği yüzeyden başlayan bir ana yırtık ve altta da delik korozyonu (Bıdı ve Höffer, 2010) Çinko, su ya da nemli havada korozyona uğrarsa beyaz pas oluşur (Şekil 18). Şekil 18. Çinkonun su yada nemli havada korozyona uğraması sonucu beyaz pas oluşumu (Eker, 2017) Saldırgan ortamlarda temas halinde olan metal yapıların çoğu mekanik gerilimler altındadır. Bronz anıtta gerilmeli korozyon oluştuğu görülmektedir (Şekil 19).
18 Betonarme Donatılarında ve Metal Yapı Elemanlarında Görülen Korozyon Hasarları Şekil 19. Bronz anıtta gerilmeli korozyon kırılması (Eker, 2017) Jeotermal dağıtım sisteminde kullanılan ısı değiştirgeçleri, boru ve kompansatörlerin iç kısmında kabuklaşma tespit edilmiştir (Şekil 20). Şekil 20. Kompansatörün iç kısmında oluşan kabuklaşma sonucu korozyon (Aygün, 2009) Korozyona uğrayarak bozunan ve işlevselliğini kaybeden boruların homojen dağılımlı korozyon olduğu görülmüştür (Şekil 21).
Ahmet KONUŞ, Murat DAL 19 Şekil 21. Homojen dağılımlı korozyona uğramış boru parçası (Aygün, 2009) Kaynakla birleştirilen iki borudan birinin homojen dağılımlı korozyona maruz kalarak metal kaybına uğradığı ve sonuçta da kopmuş olduğu görülmektedir (Şekil 22). Şekil 22. Korozyon sonucu kopan boru ucu (Aygün, 2009) Boru dirseğinin yüzeyinde hatalı üretimden dolayı çapaklar oluşmuş ve ezilme görülmüştür (Şekil 23).
20 Betonarme Donatılarında ve Metal Yapı Elemanlarında Görülen Korozyon Hasarları Şekil 23. Korozyon sonucu Dirsek yüzeyinde görülen ezilme, çapak ve delik (Aygün, 2009) 4. Sonuçlar Demir ve çelik genellikle; oksijen ve suyun bulunduğu her ortamda korozyona uğrar. Donatı aslında yumuşak çeliktir. Bu çelik atmosfer etkisinde ve sulu çözeltiler içinde korozyona karşı dayanıksızdır. Çalışmada atmosfer etkisinde ve sulu çözeltiler içinde korozyon hasarları görülmektedir. Betonarme demirlerinin korozyona uğraması yalnız çeliğin kaybedilmesi ile kalmaz. Bunun yanında, korozyon sonucu oluşan kimyasal bileşikler (pas), metale göre çok daha büyük hacim kaplaması nedeniyle beton bünyesinde içsel gerilmeler ve çatlamalara sebep olarak yapısal hasarların oluşmasını sağlar. Korozyonun doğurduğu sonuçlar itibariyle oluşan hasarlar, ihmal edilemeyecek kadar büyüktür. Çalışmada genel olarak donatılarda, tesisatlarda ve borularda korozyon hasarlarına örnekler verilerek konu ele alınmıştır. Su-nem etkisi ile görülen korozyon hasarlarına zamanında önlemler alınmadığı taktirde yapısal hasarların olacağı unutulmamalıdır. Korozyon hasarlarının oluşmaması için gerekli önlemlerin alınması gerekir, aksi taktirde yapısal hasarlar boyutuna ulaşabilir. Ülkemizde özellikle deprem sonrası yapısal hasarlar incelendiğinde su-nem kaynaklı betonarme yapılardaki donatı korozyonları yapıların yıkılmasında aktif rol aldığı görülmüştür.
Ahmet KONUŞ, Murat DAL 21 5. Kaynaklar Aygün, H. (2009). Jeotermal Enerji Semineri: Korozyon ve Jeotermal Uygulamalar, 423-446. Bıdı, A. Höffer, U. (2010). V. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi: Tesisatta Korozyon, 355-369. Dal, M., Yılmaz, D. (2015) The Negative Impact of Water-Moisture to Building Elements and Architecture Comfort, The International Journal of Pure and Applied Sciences, 1, 89-99. Doğan M. (2009) Betonarme yapılardaki Deprem Hasarlarına Korozyonun Etkisi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, XXII, 1, 147-168. Eker, A. (2017) Korozyon, http://www.yildiz.edu.tr/~akdogan/lessons/korozyonvekoruma/korozyon_kor ozyon_mekanizmalari.pdf, Erişim Tarihi: 10.05.2017. Kaftan, M. A. (2006). Çelik Yapılarda Korozyon Oluşumu ve Korozyondan Korunma Yöntemlerinin Maliyet Açısından Karşılaştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Denizli. Kismet, Y., Wagner, M.H., (2017) Enhancing the potential of employing thermosetting powder recyclates as filler in LLDPE by structural modifications, J Polym Eng 37(3):287-296. Kısmet, Y. (2015) Kurutulmuş Kolza Bitkisinin Dolgu Malzemesi Olarak Alçak Yoğunluklu Polietilenin Mekanik Özelliklerine, Yoğunluğuna ve Su Emme Kapasitesine Etkileri, Politeknik Dergisi, 18(4):203-209. Üstün, B., Dal, M. (2016) Betonarme Donatı Uygulamalarının Değerlendirilmesi, Bilim ve Gençlik Dergisi, 4(1):8-19. Yıldız, Ö., Dal, M. (2016) İnşaat Mühendisliği Uygulamalarında Su-Nem Kaynaklı Hasarların Değerlendirilmesi, Bilim ve Gençlik Dergisi, 4(1):25-37. Yazıcı, H. (2017) Donatı Korozyonu, http://kisi.deu.edu.tr//halit.yazici/sunumlar/korozyon.pdf, Erişim Tarihi: 10.01.2017. URL 1.(2017). https://www.galvanizeit.org/corrosion/effects-of-corrosion URL 2.(2017). http://tarayalitim.com/metal-cati.html
22 Betonarme Donatılarında ve Metal Yapı Elemanlarında Görülen Korozyon Hasarları URL 3.(2017). http://www.conrehab.com/cathodic-protection/corrosion-process URL 4.(2017). https://www.baw.de/en/bautechnik/themen/baustoffe/images/b3_referatsseite_chlorid korrosion.jpg? blob=poster&v=4 URL 5.(2017). http://theconversation.com/the-problem-with-reinforced-concrete-56078 URL 6.(2017). http://www.cementlab.com/photo-research.htm URL 7.(2017). http://blog.kryton.com/2016/02/5-ways-water-attacks-concretestructures/ URL 8.(2017). http://www.arab-eng.org/vb/t192968-2.html URL 9.(2017). http://surtreat-info.weebly.com/corrosion.html URL 10.(2017). http://www.intechopen.com/books/environmental-and-industrialcorrosion-practical-and-theoretical-aspects/corrosion-control-in-industry