Çimento Tipinin Donatı Korozyonuna Etkisi
İlker Bekir Topçu, Ahmet Raif Boğa
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi,
İnşaat Mühendisliği Bölümü, 26480 Batı Meşelik-Eskişehir
Tel: (222) 2393750
E-Posta: [email protected], [email protected]
Öz
Beton içindeki çeliğin korozyonu betonarme yapıların bozulmasında ve yapısal olarak
göçmesinde en önemli sebeplerden birisidir. Korozyondan dolayı yapıların göçmesini
önlemek için çeşitli mineral katkılar kullanılarak geçirimsiz ve kaliteli betonlar
üretilmelidir. Bu çalışmada farklı tip çimentolar (CEM II/B-M (P-L) 32.5 R ve CEM I
42.5 R) ile uçucu külsüz ve % 10, 20 oranlarında uçucu küllü (UK) olarak üretilen
betonların içindeki çeliklerin korozyon performansları araştırılmıştır. Çalışmada
numunelere 28 ve 180 gün olmak üzere iki farklı kür uygulanmıştır. Üretilen betonların
mekanik özelikleri belirlenmiş ve ayrıca beton içine donatıların dikildiği betonarme
eleman şeklinde üretilen numunelerde hızlandırılmış korozyon deneyleri yapılarak
betonlarda hasar oluşum süreleri belirlenmiştir. Hızlandırılmış korozyon deneylerinden
sonra betonarme elemanların içerisindeki donatı çıkartılmış ve Clarke çözeltisi ile
temizlendikten sonra korozyon sonrası donatıda meydana gelen ağırlık kayıpları
bulunmuştur. Ayrıca korozyona uğratılan donatılar üzerinde çekme deneyleri yapılmış
ve korozyon sonrasında donatıların çekme ve akma dayanımlarındaki değişimler
incelenmiştir. Yapılan çalışmaların sonucunda kompoze çimento kullanımının ve
çimento yerine belli oranlarda uçucu kül kullanımının korozyona karşı dayanıklılık
açısından oldukça yararlı olduğu sonucuna varılmıştır.
Anahtar sözcükler: Beton, Dayanıklılık, Uçucu kül, Hızlandırılmış korozyon
Giriş
Betonarme dünyada kullanılan en yaygın yapı malzemesidir (Sideris ve Sava, 2005).
Betonarmenin dayanıklılığı karbonatlaşma, korozyon, alkali-silika reaksiyonu ve
donma-çözülme gibi çevresel şartlara bağlıdır (Sakr, 2005; Yeau ve Kim, 2005). Beton
içindeki çeliğin korozyonu betonarme yapıların bozulmasında ve yapısal olarak
göçmesinde en önemli sebeplerden birisidir (Saraswathy ve Song, 2007; Elsener, 2005).
Beton içine gömülü çeliğin korozyonu betonarme yapıların dayanıklılığında ve servis
süresinin tahmininde çok önemli rol oynar (Parthiban ve diğ., 2005). Klorür ve
karbondioksit gibi zararlı maddelerin bulunduğu ortamlarda, yeterli pas payı ve iyi
kaliteli beton çok az veya hiç bir bakım gerektirmeden servis süresi boyunca içindeki
donatıyı korozyona karşı korumaktadır (Sideris ve Sava, 2005). Portland çimentosu ile
üretilen betonlar, içerisine gönülmüş donatıları hem kimyasal olarak hem de fiziksel
olarak çok iyi bir şekilde korumaktadır. Kimyasal koruma ilk önce çeliğin
elektrokimyasal olarak pasif hale geldiği boşluk suyunun yüksek alkalinitesinden
sağlanmaktadır. Beton kimyasal korumanın yanı sıra içerisindeki çeliğe zararlı olan klor
301
ve karbondioksit gibi maddelerin zararlı etkilerini geciktirerek koruma sağlar (Güneyisi
ve diğ., 2007). Beton içerisine giren zararlı iyonlar örneğin klor iyonları çelik donatının
yüzeyindeki doğal pasiviteyi bozar ve sıklıkla betonarme yapılarda donatının
korozyonuna neden olur (Sakr, 2005). Çeliğin korozyonu sonucu pas ürünleri oluşur, bu
pas ürünleri çeliğin hacminden 3-8 kat daha fazla hacme sahip olduklarından dolayı
betonun içerisinde gerilmeler oluşur. Bu gerilmeler betonun çatlamasına beton pas
payının dökülmesine sebep olur ve korozyonu hızlandırır (Ann ve diğ., 2006).
Korozyon problemini önlemek için geçirimsiz beton üretmek, çeliği kaplamak, betonu
kaplamak, katodik koruma ve korozyon inhibitörlerinin kullanılması gibi çeşitli önleyici
yöntemler uygulanmaktadır. Ayrıca beton üretimi sırasında çimento yerine uçucu kül,
yüksek fırın cürufu, silis dumanı gibi mineral katkılar katılarak beton geçirimliliğinin
azaltılması suretiyle donatının korozyona karşı dayanıklılığı arttırılmaktadır (Gürten ve
diğ., 2007; Parande ve diğ., 2006; Hossain ve Lachemi, 2004).
Yapılan bu çalışmada iki farklı tip çimento ile uçucu külsüz ve % 10, 20 oranlarında
uçucu küllü olarak üretilen betonların içindeki çeliklerin korozyon performansları
araştırılmıştır. Üretilen betonların mekanik ve fiziksel özelikleri belirlenmiş ve ayrıca
beton içine donatıların dikildiği betonarme eleman şeklinde üretilen numunelerde
hızlandırılmış korozyon deneyleri yapılarak betonlarda hasar oluşum süreleri
belirlenmiştir. Korozyon deneyleri sırasında her bir numuneden geçen korozyon
akımları zamana bağlı olarak veri toplama sistemi vasıtası ile toplanmış ve zamana bağlı
olarak korozyon akımı grafikleri oluşturulmuştur. Hızlandırılmış korozyon
deneylerinden sonra numuneler içerisindeki donatılar çıkartılmış ve Clarke çözeltisi ile
temizlendikten sonra korozyon sonrası donatılarda meydana gelen ağırlık kayıpları
bulunmuştur. Korozyona uğratılan donatılar üzerinde çekme deneyleri yapılmış ve
donatıların çekme ve akma dayanımlarındaki değişimler de incelenmiştir.
Deneysel Çalışmalar
Kullanılan Malzemeler
Çimento ve Uçucu Kül
Deneysel çalışmalarda Eskişehir Çimento Fabrikasının üretmiş olduğu TS EN 197-1
standartlı CEM I 42.5 R Portland Çimentosu ve CEM II/B-M (P-L) 32.5 R Portland
Kompoze Çimentosu kullanılmıştır. CEM II/B-M (P-L) çimentosu toplam olarak
kütlece % 21-35 oranında doğal puzolan ve kalker içermektedir. CEM I 42.5 R ve CEM
II/B-M (P-L) 32.5 R’nin özgül ağırlıkları sırasıyla 3.14 ve 2.85’dir. Deneylerde
Tunçbilek Termik Santraline ait F sınıfı uçucu kül (UK) kullanılmıştır. Bu çimentolara
ve uçucu küle ait kimyasal ve fiziksel analiz sonuçları Tablo1’de gösterilmiştir.
Agregalar
Deneylerde Eskişehir-Osmaneli kumu ve Söğüt Zemzemiye kırmataşları kullanılmıştır.
Agregaların en büyük tane büyüklüğü 31.5 mm’dir. Yapılan deneyler sonucunda
kumun, kırmataş I ve kırmataş II’nin özgül ağırlıkları sırası ile 2.62, 2.71 ve 2.71 olarak
bulunmuştur. Sıkışık birim hacim ağırlıkları ise sırası ile 1550, 1720 ve 1770 kg/m3
olarak bulunmuştur. Karışım granülometrisinde kum, kırmataş I ve kırmataş II sırasıyla
% 35, 30 ve 35 oranlarında kullanılmıştır.
302
Tablo 1 Çimentoların ve uçucu külün kimyasal ve fiziksel özelikleri.
Kimyasal
Çimento Tipi
Bileşim, %
CEM I 42.5R
CEM II/B-M(P-L)32.5R
SiO2
20.74
30.88
Al2O3
5.68
8.01
Fe2O3
4.12
3.57
CaO
63.70
47.78
MgO
1.22
1.30
Na2O
0.17
0.12
K2O
0.53
1.33
SO3
2.29
1.67
Cl
0.019
0.011
Kızdırma kaybı
1.34
6.20
Çözünmeyen Kalıntı
0.57
0.27
Serbest Kireç
1.29
1.31
Uçucu
Kül
58.25
16.66
12.91
1.95
5.08
0.33
1.37
0.41
0.002
2.09
0.16
Demir Donatılar ve NaCl çözeltisi
Korozyon deneylerinde kullanılan donatılı beton numunelerin hazırlanmasında 14 mm
çapında nervürlü S 420a betonarme çeliği kullanılmıştır. TS 708’e göre bu çeliğin en
düşük akma dayanımı 420 MPa, en düşük çekme dayanımı 500 MPa’dır. Korozyon
deney düzeneğindeki NaCl çözeltisinde sanayi tipi sodyum klorür tuzu kullanılmıştır.
Karışım Oranları
Hazırlanan beton karışımlarında CEM II/B-M (P-L) 32.5 R ve CEM I 42.5 R olmak
üzere iki farklı tip çimento kullanılmıştır. Her bir çimento yerine ağırlıkça % 0, 10 ve 20
oranında uçucu külün kullanıldığı seriler üretilmiştir. Üretilen numuneler 28 ve 180 gün
olmak üzere iki farklı kür süresinde tutulmuştur. 1 m3 betonda kullanılan malzeme
miktarları Tablo 2’de gösterilmiştir.
Tablo 2 1 m3 betonun karışım oranları (kg/m3).
Çimento
Tipi
CEM I
42.5 R
CEM
II/B-M
32.5 R
UK,
%
Çimento
Kum
0
10
20
0
10
20
300
270
240
300
270
240
678
675
672
669
667
665
Kırma Kırma
Taş I Taş II
603
601
598
593
591
590
704
701
698
692
690
688
Su
UK
Çökme,
cm
150
150
150
150
150
150
--30
60
--30
60
9
11
12
9
10
13
*Karışımlarda bağlayıcı ağırlığının % 0.4’ü oranında süperakışkanlaştırıcı katkı kullanılmıştır.
Hazırlanan Numune Tipleri ve Yapılan Deneyler
Üretilen numunelerin mekanik özeliklerini belirlemek için basınç, yarmada-çekme ve
korozyona karşı dayanıklılığını belirlemek amacıyla betonarme eleman şeklinde üretilen
numunelerde hızlandırılmış korozyon deneyleri yapılmıştır. Basınç deneyleri
150x150x150 mm boyutlarındaki küp numuneler, yarmada-çekme deneyleri φ150x300
303
mm boyutlarında silindir numuneler üzerinde yapılmıştır. Hızlandırılmış korozyon
deneyleri ise içerisine φ14’lük bir donatının 250 mm’lik bölümünün gömüldüğü 150
mm çapında, 300 mm boyundaki silindir numuneler üzerinde yapılmıştır. Bütün
numuneler dökümden 24 saat sonra kalıplarından çıkartılmış 20 ± 2 ºC’deki su
havuzlarına konulmuştur. Betonarme numunelerde açıkta kalan donatılara herhangi bir
koruyucu kaplama uygulanmadan numuneler su havuzlarına koyulmuştur. Su
havuzlarında bekletilen numuneler üzerinde basınç ve hızlandırılmış korozyon deneyleri
28. ve 180. günlerde yapılmış yarmada çekme deneyleri ise 28. günde yapılmıştır.
Hızlandırılmış Korozyon Deney Düzeneği
Hızlandırılmış korozyon deneyi betonun geçirimlilik özelliği hakkında dolaylı olarak
bilgi veren bir yöntemdir. Bu deney düzeneği doğru akım kapasiteli bir güç kaynağı,
verilerin toplanmasında kullanılan bir data logger, içerisinde % 4’lük NaCl çözeltisi ve
iki adet paslanmaz çelik plaka bulunan bir plastik kap ve deney numunesinden
oluşmaktadır. Deney düzeneği Şekil 1’de gösterilmiştir.
+
Data
Logger
10Ω
Güç kaynağı
φ14’lük Çelik Donatı
50 mm
300 mm
Betonarme Eleman
_
Plastik Kap
Paslanmaz Çelik Plaka
% 4 NaCl Çözeltisi
150 mm
Şekil 1 Hızlandırılmış korozyon deney düzeneği.
Sisteme sabit 30 volt gerilim uygulayan doğru akım kaynağının pozitif kutupuna donatı
çubuğu (çalışan elektrot) ve negatif kutupuna plakalar (karşıt elektrot) olacak şekilde
bağlanmışlardır. Bu devrede donatı çubuğu anot, plakalar katod ve NaCl çözeltisi de
elektrolit görevini görmektedir. Hızlandırılmış korozyon deney düzeneğinde doğru akım
güç kaynağına bağlı numunelere hasar oluşuncaya kadar potansiyel uygulanmıştır.
Hasar oluşumları gözle kontrol edilmiştir. Hasar oluşum süreleri belirlenirken ölçüt,
numune yüzeyinde veya yan yüzeylerinde 0.5-1 mm mertebesinde çatlak oluşumu
olarak belirlenmiştir. Böylece numunelerde oluşan hasar süreleri belirlenmiştir. 0.5-1
mm mertebesinde çatlak oluşumu ile ilgili numune takibe alınmış ve korozyon
akımlarında ani artışları gözlemleyebilmek için deneyler bir süre daha devam
ettirilmiştir. Ayrıca hızlandırılmış korozyon düzeneğinde her bir hazneden geçen
korozyon akımı değerleri her 5 dakikada bir data logger tarafından toplanmış ve
korozyon akımı grafikleri çizilmiştir.
304
Deney Sonuçları ve Değerlendirilmesi
Basınç, Yarmada-çekme Dayanımı ve Hasar Oluşum Süresi Sonuçları
Tablo 3’te basınç, yarmada-çekme dayanımı sonuçları ve hızlandırılmış korozyona
uğratılan numunelerdeki hasar oluşum süreleri verilmiştir. Basınç dayanımı sonuçları 28
ve 180 günlük numunelerde genel olarak incelendiğinde, CEM I 42.5 R çimentosu ile
üretilen numunelerin basınç dayanımı sonuçlarının CEM II/B-M 32.5 R çimentosu ile
üretilen numunelerin basınç dayanımı sonuçlarından daha yüksek olduğu görülmektedir.
Uçucu kül miktarının artışı ile birlikte 28 günlük basınç dayanımı sonuçlarının azaldığı
görülmektedir. Bunun nedeni UK gibi mineral katkıların puzolanik reaksiyonlarını 28.
günde tam olarak tamamlayamamasındandır (Erdoğan, 2003). 180 günlük bazı serilerde
UK miktarının artışı ile birlikte basınç dayanımlarının arttığı görülmektedir. Her iki
çimento ile üretilen betonlarda kür süresinin artması ile birlikte UK puzolanik
reaksiyonlarını tamamlamış ve basınç dayanımlarında artışlar olmuştur. Tablo 3 genel
olarak incelendiğinde CEM I 42.5 R çimentosu ile üretilen numunelerin yarmada-çekme
dayanımları birbirine oldukça yakın çıkmıştır. En düşük dayanımlar CEM II/B-M (P-L)
32.5 R çimentosu ile üretilen serilerden elde edilmiştir. UK miktarının artışı ile birlikte
CEM II/B-M (P-L) 32.5 R çimentosu ile üretilen serilerde yarmada-çekme dayanımları
azalırken diğer çimento ile üretilen serilerde artmıştır. Hızlandırılmış korozyon deneyi
sonrasında numuneler içinde bulunan donatılar korozyona uğramış ve numunelerde
hasarlar oluşmuştur. Hasara uğrayan numunelere ait görüntüler Şekil 2’de gösterilmiştir.
Korozyon ürünlerinin (pasın) hacmi, korozyonda rol alan demirin hacminden 3-8 kat
daha büyük olduğundan bu pas ürünleri sertleşmiş betonun içerisinde çok büyük
gerilmeler oluşturmaktadır. Artan iç gerilmeler karşısında sertleşmiş beton çatlayıp
parçalanmaktadır (Erdoğan, 2003; Yüzer ve diğ., 2003; Topçu ve Boğa, 2006).
Tablo 3 Basınç, yarmada-çekme dayanımı ve hasar oluşum süreleri.
Basınç Dayanımı Hasar Oluşum Süresi
Yar.-çekme
UK
MPa
Saat/Gün
Çimento Tipi
Dayanımı
%
28
180
28
180
MPa
günlük günlük
günlük
günlük
0
2.36
36.7
38.9
291/12.13 368/15.33
CEM II/B-M
10
2.24
33.8
41.6
311/12.96 381/15.88
32.5 R
20
1.80
31.2
38.3
325/13.54 394/16.42
0
3.20
46.5
48.2
279/11.63 303/12.63
CEM I 42.5
10
3.34
43.7
49.2
310/12.92 324/13.50
R
20
3.42
42.6
48.1
319/13.29 327/13.63
Şekil 2 Hasar oluşan numunelere ait görüntüler.
305
Tablo 3 incelendiğinde genellikle, UK miktarının ve kür süresinin artması ile birlikte
hasar oluşum süreleri artmaktadır. Hasar oluşum süreleri 11 ile 17 gün arasında değişim
göstermektedir. 28 ve 180 gün boyunca kür edilen numunelerin hasar oluşum süreleri
incelendiğinde CEM II/B-M 32.5 R çimentosu ile üretilen numunelerden daha iyi
sonuçlar elde edilmiştir. Kür süresinin uzaması ile birlikte uçucu külün kireçle
reaksiyona girerek oluşturduğu CSH jeli miktarı daha da artarak betonların
geçirimsizliği iyice artmıştır. Sonuç olarak betonlar daha geçirimsiz hale geldiklerinden
dolayı hasar oluşum süreleri uzamıştır. Beton basınç dayanımları ile geçirimlilik
arasında genel olarak bir ilişki vardır. Basınç dayanımı yüksek olan betonların
geçirimliliğinin daha düşük olduğu bilinmektedir (Erdoğan, 2003; Topçu, 2006a, 2006b,
2006c). Basınç dayanımı yüksek olan ve dolayısıyla geçirimliliği düşük olan betonlara
Cl- iyonları daha geç sürelerde girecek ve hasar oluşum süreleri uzayacaktır. Ancak
Tablo 3’de CEM II/B-M 32.5 R çimentosu ile üretilen betonların basınç dayanımları
daha düşük olmasına rağmen hasar oluşum süreleri daha uzun olarak elde edilmiştir.
Ancak yapılan çalışmalarda uçucu kül, yüksek fırın cürufu, silis dumanı ve puzolanların
klor iyonunu bağlayıp klor geçirimliliğini azalttığı bilinmektedir (Yeau ve Kim, 2005;
Hossain ve Lachmi, 2004; Shah and Ahmad, 1994; Hussain and Rasheeduzzafar, 1994).
CEM II/B-M (P-L) 32.5 R kompoze çimentosu ile üretilen betonlar yüksek oranda
puzolanik reaksiyona girmemiş doğal puzolan ve uçucu kül içermeleri sebebiyle daha
boşluklu ve geçirimli olmalarına rağmen, bunların klor iyonunu bağlamalarından dolayı
bu betonlarda klor geçirimliliği daha düşük olmuştur. Klor geçirimliliğinin düşük
olmasından ve klor iyonlarının bağlanmasından dolayı betonlarda korozyon nedeniyle
oluşan hasar süreleri uzamıştır. Hasar oluşum süreleri incelendiğinde örneğin CEM
II/B-M 32.5 R çimentosu ile üretilen ve 180 gün boyunca kür uygulanan serilerde UK
miktarının artması ile birlikte hasar oluşum süreleri 15.33, 15.88 ve 16.42 gün olarak
bulunurken bu seriler 28 gün boyunca kür edildiğinde hasar oluşum süreleri 12.13,
12.96, 13.54 gün olarak bulunmuştur. Bu sonuçlara göre UK miktarının artması ile
birlikte hasar oluşum sürelerinde belli artışlar olmuş fakat bu artış miktarları birbirine
oldukça yakındır. Yapılan bir çalışmada da portland çimentosu yerine kullanılan UK
miktarının artması ile birlikte numunelerde oluşan hasar sürelerinin birbirine çok yakın
değerler aldığı görülmüştür (Ha ve diğ., 2007). Ancak kür sürelerinin arttırılması ile
birlikte hasar oluşum sürelerindeki artışların daha anlamlı olduğu gözükmektedir.
Korozyon Akımı Sonuçları
CEM II/B-M (P-L) 32.5 R ve CEM I 42.5 R çimentoları ile üretilen, çimento yerine
ağırlıkça % 10, 20 oranında UK kullanılan ve 28, 180 gün boyunca kür uygulanan
numunelerin zamana karşılık korozyon akımı değerleri Şekil 3 ve 4’te gösterilmiştir.
Şekil içindeki 32.5 ve 42.5 sayıları çimento tiplerini göstermektedir. % 0, 10 ve 20
oranları da çimento yerine kullanılan uçucu kül miktarını göstermektedir. Hızlandırılmış
korozyon deneyleri her bir seri için 2 adet numune üzerinde yapılmıştır. Zamana bağlı
korozyon akımı değişimleri her iki numunede de birbirine benzer davranış
gösterdiğinden iki değerin ortalaması alınarak korozyon akımları elde edilmiştir. Şekil 3
incelendiğinde CEM II/B-M (P-L) 32.5 R ve CEM I 42.5 R çimentoları ile üretilen
betonlarda çimento yerine kullanılan uçucu kül miktarının artması ile birlikte korozyon
akımlarının azaldığı 2, 3, 5 ve 6 eğrilerinden görülmektedir. Elde edilen bu sonuçlara
göre uçucu kül kullanımının oldukça yararlı olduğu gözükmektedir. Uçucu külün klor
iyonlarını bağladığı yapılan çalışmalarda da belirtilmiştir (Shah and Ahmad, 1994;
Hussain and Rasheeduzzafar, 1994). Uçucu kül içeren betonların başlangıçta daha
düşük akım çekmesinin bir nedeni de uçucu küllü betonların elektriksel dirençlerinin
daha yüksek olmasıdır. Uçucu külün klor iyonlarını bağlaması ile korozyon akımları
306
Şekil 3’de görüldüğü gibi azalmıştır. Örneğin CEM II/B-M (P-L) 32.5 R çimentosu ile
UK katkısız olarak üretilen betonlar başlangıçta 0.05 A akım çekerken, % 20 UK katkılı
betonlar 0.02 A akım çekmektedirler. CEM I 42.5 R çimentosu ile UK katkısız olarak
üretilen betonlar başlangıçta sırasıyla 0.18 A akım çekerken, % 20 UK katkılı betonlar
0.06 A akım çekmektedirler.
Korozyon Akımı, A .
0,30
32.5 %0 (1)
32.5 %10 (2)
32.5 %20 (3)
42.5 %0 (4)
42.5 %10 (5)
42.5 %20 (6)
4
0,20
5
1
2
0,10
6
3
0,00
0
50
100
150
200
250
300
350
Zaman, saat
Şekil 3 Korozyon akımının zamanla değişimi (28 günlük).
Şekil 4 incelendiğinde CEM I 42.5 R çimentosu ile UK katkısız olarak üretilen
betonların 0.1 A’in üzerinde korozyon akımı çektikleri görülmektedir. Diğer
numunelerin hepsi başlangıçta 0.1 A’in altında korozyon akımı çekmektedirler. Şekil
4’den görüldüğü gibi çimento yerine % 10 ve 20 oranında UK kullanımı ile korozyon
akımlarının oldukça düştüğü görülmektedir. Ancak en iyi sonuçlar CEM II/B-M (P-L)
32.5 R çimentosu yerine ağırlıkça % 10 ve 20 oranında UK kullanılan ve CEM I 42.5 R
çimentosu yerine ağırlıkça % 20 UK kullanılan serilerden elde edilmiştir.
Korozyon Akımı, A .
0,30
32.5 %0 (1)
42.5 %0 (4)
32.5 %10 (2)
42.5 %10 (5)
32.5 %20 (3)
42.5 %20 (6)
4
0,20
5
0,10
1
2
6
3
0,00
0
50
100
150
200
250
300
350
Zaman, saat
Şekil 4 Korozyon akımının zamanla değişimi (180 günlük).
307
400
CEM II/B-M (P-L) 32.5 R çimentosu ile üretilen betonların 180 günlük kürü ile yeni
CSH jelleri oluşmuş ve betonların geçirimliliği iyice azalmıştır. Bu yüzden daha az Cliyonu donatıya ulaşmış ve korozyon akımlarında artışlar görülmemiştir. CEM I 42.5 R
çimentosu ile üretilen ve 180 gün boyunca küre uğratılan numuneler % 0, 10 ve 20
oranında UK içerdiklerinde sırasıyla 0.12, 0.08 ve 0.04 A’lik korozyon akımları
çekerken aynı seriler 28 gün boyunca küre uğratıldığında sırasıyla 0.18, 0.12 ve 0.09
A’lik akım çekmektedirler. Bu sonuçlara göre kür süresinin artışı ile birlikte
numunelerin çekmiş olduğu korozyon akımlarının azaldığı görülmektedir. Şekil 3 ve
4’teki 4 numaralı eğri ile gösterilen CEM I 42.5 R çimentosu ile UK katkısız olarak
üretilen betonlarda görülen ani akım artışının nedeni bu numunelerde oluşan çatlakların
2-3 mm mertebesine ulaşması ile birlikte Cl- iyonlarının donatıya direkt olarak
ulaşmasıdır. Diğer numunelerde 0.5-1 mm mertebesinde çatlak oluşmuş ancak 2-3 mm
mertebesinde çatlaklar oluşmamıştır. Deneylere son verilmeyip devam ettiriliş olsaydı
bu numunelerde de bu ani artışlar gözlemlenebilecekti. Örneğin CEM II/B-M (P-L) 32.5
R çimentosu ile uçucu kül içermeyen 28 gün kür edilmiş betonda 0.5-1 mm
mertebesinde çatlak 291 saat gibi bir sürede elde edilmiş olmasına rağmen ani akım
artışının gözlemlenebilmesi için deney 340 saate kadar devam ettirilmiş fakat ani akım
artışı gözlemlenememiştir.
Ağırlık Kaybı Sonuçları
Hızlandırılmış korozyon deneyleri sonrasında hasara uğramış betonlar yarılmış ve
içerisinden donatılar çıkartılmıştır. Daha sonra korozyona uğramış bu donatılar Clarke
çözeltisi ile temizlenmiştir. Clarke çözeltisi 1000 mL HCl, 24 g Sb2O3 ve 71.3 g
SnCl2.2H2O’dan oluşmaktadır. Bu çözelti ile donatılarda korozyon nedeniyle oluşan pas
ürünleri giderilmiştir. Sonrasında donatılar tartılmış ve oluşan ağırlık kayıpları
bulunmuştur. Farklı beton karışımlarının içerisindeki donatıların korozyona uğraması
sonucu oluşan ağırlık kayıpları Şekil 5’te gösterilmiştir.
Ağırlık Kaybı, %
7
6
5
28 günlük
180 günlük
4
3
2
1
0
32.5 %0
32.5 %10
32.5 %20
42.5 %0
42.5 %10
42.5 %20
Karışım Tipi
Şekil 5 Farklı beton karışımlarında korozyona uğrayan donatıların ağırlık kayıpları.
Şekil 5 genel olarak incelendiğinde çimento yerine kullanılan UK’nın artması ile
birlikte donatılardaki ağırlık kaybı miktarlarının azaldığı gözükmektedir. CEM I 42.5 R
çimentosu ile üretilen numunelerin içinde korozyona uğrayan donatıların ağırlık
kayıplarının CEM II/B-M (P-L) 32.5 R çimentosu ile üretilen numunelerin içerisinde
korozyona uğrayan donatılardan daha fazla olduğu görülmüştür. Kür süresinin artması
ile birlikte bazı serilerde ağırlık kayıpları azalırken bazı serilerde ise artmıştır.
308
Akma ve Çekme Dayanımı Sonuçları
Korozyon numuneleri φ15x30 cm’lik silindir numunelerin içerisine 40 cm’lik donatının
25 cm’lik kısmı gömülerek üretilmiştir. Bu yüzden korozyon donatının 25 cm’lik
kısmında oluşmuştur. Bütün donatılarda korozyon nedeniyle oluşan pas ürünleri
temizlendikten sonra oluşan ağırlık kayıpları bulunmuş ve sonrasında 40 cm’lik
donatının 15 cm’lik korozyona uğramayan kısmı kesilmiştir. Böylece 25 cm boyunda
korozyona uğramış çekme deneyi numuneleri hazırlanmıştır. Bu numuneler üzerinde
çekme deneyleri yapılmış ve numunelerin akma ve çekme dayanımları elde edilmiştir.
Çekme deneyleri sonrasında korozyona uğramış donatıların çekme dayanımları
hesaplanırken donatıların incelmiş kesiti yerine gerekli karşılaştırmaların yapılabilmesi
için orijinal kesit kullanılmıştır.
Akma Dayanımı, MPa
550
28 günlük
180 günlük
500
450
400
350
300
Kontrol
32.5 %0 32.5 %10 32.5 %20 42.5 %0 42.5 %10 42.5 %20
Karışım Tipi
Şekil 6 Farklı beton karışımlarında korozyona uğrayan donatıların akma dayanımı.
Şekil 6’da karışım tiplerinde gösterilen kontrol ifadesinin anlamı hiç korozyona
uğramayan donatı grubunu göstermektedir. Şekil 6 genel olarak incelendiğinde
korozyon nedeniyle akma dayanımları kontrol grubuna göre neredeyse bütün serilerde
düşmüştür. CEM II/B-M (P-L) 32.5 R çimentosunun kullanıldığı serilerde akma
dayanımı düşüşlerinin daha az olduğu görülmüştür. Çimento yerine kullanılan UK
miktarının artışı ile akma dayanımlarında iyileşmeler olduğu görülmektedir. Kür
süresinin artması ile birliktede akma dayanımları daha iyi sonuçlar vermiştir.
Çekme Dayanımı, MPa
750
28 günlük
180 günlük
700
650
600
550
500
450
400
Kontrol
32.5 %0
32.5 %10 32.5 %20
42.5 %0
42.5 %10 42.5 %20
Karışım Tipi
Şekil 7 Farklı beton karışımlarında korozyona uğrayan donatıların çekme dayanımı.
Şekil 7 incelendiğinde UK miktarının ve kür süresinin artışı ile birlikte çekme
dayanımlarının arttığı gözükmektedir. CEM II/B-M (P-L) 32.5 R çimentosu ile üretilen
serilerde çekme dayanımlarının daha iyi olduğu gözükmektedir. CEM II/B-M (P-L)
309
32.5 R çimentosu ile üretilen betonların içindeki donatıların korozyon nedeniyle ağırlık
kayıpları Şekil 5’de görüldüğü gibi diğer çimentolarla üretilen betonların içindeki
donatılara göre daha az olmuştur. Böylece bu donatıların kesit kayıpları da daha az
olmuştur ve dolayısıyla çekme dayanımları daha yüksek olarak elde edilmiştir.
Sonuçlar ve Öneriler
Üretilen numunelerin basınç dayanımları kür süresinin artmasıyla birlikte artmıştır.
CEM I 42.5 R çimentosu ile üretilen betonlarda en yüksek basınç dayanımı sonuçları
elde edilmiştir. Sonuçlar genel olarak incelendiğinde, kür süresinin ve çimento yerine
kullanılan UK miktarının artması ile birlikte betonarme elemanlarda korozyon
nedeniyle oluşan hasarların süresi uzamıştır. UK miktarının artması ile birlikte hasar
oluşum sürelerinde belli artışlar olmuş fakat bu artış miktarları birbirine oldukça
yakındır. Ancak kür sürelerinin arttırılması ile birlikte hasar oluşum sürelerindeki
artışların daha anlamlı olduğu gözükmektedir. Numunelerin çektikleri korozyon
akımlarına bakıldığında da uçucu kül miktarının artışı ile birlikte korozyon akımlarının
düştüğü görülmektedir. Ağırlık kaybı, akma ve çekme dayanımı sonuçlarına
bakıldığında da en iyi sonuçlar CEM II/B-M (P-L) 32.5 R çimentosunun içerisinde
korozyona uğrayan donatılardan elde edilmiştir. Sonuç olarak beton üretiminde
kullanılan çimento tipi ve uygulanan kür süresi betonların içinde gömülü donatının
korozyonunu önemli ölçüde etkilemektedir. Yapılan bütün deneyler sonucunda
korozyona karşı dayanıklılık açısından CEM II/B-M (P-L) 32.5 R tipi çimento
kullanımının ve kür sürelerinin arttırılmasının oldukça yararlı olacağı görülmüştür.
Kaynaklar
Ann, K.Y., H.S. Jung, H.S. Kim, S.S. Kim, H.Y. Moon (2006) Effect of calcium nitritebased corrosion inhibitor in preventing corrosion of embedded steel in concrete. Cement
and Concrete Research, Vol. 36, No. 3, pp. 530-535.
Elsener, B. (2005) Corrosion rate of steel in concrete—Measurements beyond the Tafel
law. Corrosion Science, Vol. 47, pp. 3019–3033.
Erdoğan, T.Y. (2003) Beton. METU Press, Ankara, Turkiye.
Güneyisi, E., T. Özturan, M. Gesoğlu (2007) Effect of initial curing on chloride ingress
and corrosion resistance characteristics of concretes made with plain and blended
cements. Building and Environment, Vol. 42, No. 7, pp. 2676-2685.
Gürten, A.A., K. Kayakırılmaz, M. Erbil (2007) The effect of thiosemicarbazide on
corrosion resistance of steel reinforcement in concrete. Construction and Building
Materials, Vol. 21, pp. 669–676.
Ha, T.H., S. Muralidharan, J.H. Bae, Y.C. Ha, H.G. Lee, K.W. Park, D.K. Kim (2007)
Accelerated short-term techniques to evaluate the corrosion performance of steel in fly
ash blended concrete. Building and Environment, Vol. 42, pp. 78–85.
Hossain, K.M.A. and M. Lachemi (2004) Corrosion resistance and chloride diffusivity
of volcanic ash blended cement mortar. Cement & Conc. Res. Vol. 34, pp. 695-702.
Hussain, S.E., Rasheeduzzafar (1994) Corrosion resistance performance of fly ash
blended cement concrete. ACI Materials Journal, Vol. 91, No. 3, pp. 264-272.
310
Parande, A.K., B.R. Babu, M.A. Karthik, K.K.D. Kumaar, N. Palaniswamy (2006)
Study on strength and corrosion performance for steel embedded in metakaolin blended
concrete/mortar. Construction and Building Materials (Article in press)
Parthiban, T., R. Ravi, G.T. Parthiban, S. Srinivasan, K.R. Ramakrishnan, M. Raghavan
(2005) Neural network analysis for corrosion of steel in concrete. Corrosion Science,
Vol. 47, pp. 1625–1642.
Sakr, K. (2005) Effect of cement type on the corrosion of reinforcing steel bars exposed
to acidic media using electrochemical techniques. Cement and Concrete Research, Vol.
35, pp. 1820-1826.
Saraswathy, V. and H.W. Song (2007) Improving the durability of concrete by using
inhibitors. Building and Environment, Vol. 42, No. 1, pp. 464-472.
Shah, S.P., S.H. Ahmad (1994) High performance concretes and applications. Hodder
Headline Group, London.
Sideris, K.K. and A.E. Sava (2005) Durability of mixtures containing calcium nitrite
based corrosion inhibitor. Cement & Concrete Composites, Vol. 27, pp. 277–287.
Topçu, İ.B., A.R. Boğa (2006) Uçucu küllü betonlarda donatı korozyonunun
hızlandırılmış yöntem ile araştırılması. 3. Ulusal Yapı Malzemesi Kongresi ve Sergisi,
İstanbul, Turkiye, s. 132-143.
Topçu, İ.B. (2006a) Beton. Uğur Offset, Eskişehir, Turkiye.
Topçu, İ.B. (2006b) Beton Teknolojisi. Uğur Offset, Eskişehir, Turkiye.
Topçu, İ.B. (2006c) Yapı Malzemesi ve Beton. Şahvar Offset, Eskişehir, Turkiye.
Yeau, K.Y. and E.K. Kim (2005) An experimental study on corrosion resistance of
concrete with ground granulate blast-furnace slag. Cement and Concrete Research, Vol.
35, pp. 1391–1399.
Yüzer, N., F. Aköz, N. Özhendekçi (2003) Korozyon nedeni ile beton örtüyü çatlatan
donatıdaki kesit kaybının belirlenmesi. İMO Teknik Dergi, Cilt 14, s. 2923-2934.
311
312
Download

Çimento Tipinin Donatı Korozyonuna Etkisi