GİRİŞ

Betonarme yapılarda kullanılan çelik donatılardaki korozyon gelişimi, yapılardan beklenen emniyet ve servis ömrü ile ilgili gereksinimleri büyük ölçüde etkilemektedir. Karbonatlaşma ve klorür etkileri gibi çeşitli agresif şartlara maruz kalan betonarme elemanlar kısa sürede kullanım dışı kalabilmektedir. Betonarme yapılarda kullanılan çelik donatılar çeşitli süreçler sonunda korozyona maruz kalabilir. Açıkta bekletilen donatılarda veya betonarme yapılarda pas payı tabakasının yeterli olmaması nedeni ile çelik donatılarda, nem ve oksijen ile gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar sonucu atmosferik korozyon görülür. Beton bünyesinde elektron ve iyon akışını sağlayan beton boşluk suyunun oluşturduğu elektrolitik ortam ile birbirine bağlı anodik ve katodik reaksiyonlar ile gelişen korozyon ise elektrolitik korozyon olarak tanımlanır. Betonun alkali ortamında çelik donatı üzerinde oluşan pasif tabakanın çözünmesine yol açan klorür iyonlarının, katalizör görevi yaparak demirin hızla iyonlaşmasını sağladığı ve tehlikeli lokal hasarlara sebebiyet veren korozyon türü ise klorür korozyonu olarak adlandırılmaktadır. Bir elektrolitik ortamda farklı çözünme potansiyellerine sahip metallerin bir arada kullanımı sonucu daha negatif elektropotansiyele sahip metalin çözünerek paslanması sonucu temas korozyonu (galvanik korozyon) gerçekleşebilir (Baradan, Yazıcı ve Ün, 2003). Prefabrik veya yerinde dökme betonarme sistemlerde çelik donatı korozyon sonucu kesit ve düktilite kaybına uğrar. Oluşan reaksiyon ürünleri nedeniyle betonda meydana gelen genleşme etkisi önceleri pas payı tabakasının çatlamasına, ilerleyen aşamalarda ise tamamen dökülmesine yol açar. Bu durumda, hiç bir fiziksel ve kimyasal koruması kalmayan donatının çok daha hızlı şekilde kesit kaybetmesi, zamanla tamamen yok olması mümkündür (Baradan, Yazıcı ve Ün, 2003). Zararlı dış ortam koşullarında korozyon gelişimini tamamen durdurmak mümkün olmasa da, başlangıç zamanını geciktirmek veya gelişim hızını yapının servis ömrü boyunca kabul edilebilir limitlerin altına düşürmek için birçok yönteme başvurulabilir. Bu amaçla yeni yapılacak yapılarda beton teknolojisine uygun kalitede malzeme seçimi, çeşitli mineral ve kimyasal katkı maddelerinin kullanımı, yalıtım önlemleri ve elektrokimyasal koruma yöntemleri ön plana çıkmaktadır. Betonarme yapılar için malzeme ve imalat standartları, donatı korozyonu açısından çeşitli hükümler getirmiştir. Korozyon önlemleri hakkında standartlarda paspayı kalınlığı, beton sınıfı ve çimento dozajı için en küçük, su / çimento oranı ve klorür içeriği için ise en yüksek değerler tanımlanmıştır (TS-EN 206, ACI 222, EN 1992, TS 500, BS8110). Örneğin paspayı tabakası kalınlığı konusunda EN 1992, dış cephede su temasına açık korunmasız prefabrik betonarme elemanlar için en az 30 mm, öngerilmeli elemanlarda ise 40 mm değerini önermektedir. Yapı elemanına klorür ya da deniz suyu etkisi söz konusu ise bu değerler sırası ile 45 ve 55 mm olmaktadır. Çimento tipi ve su/çimento oranı açısından çeşitli beton kompozisyonları için, buz çözücü tuz etkisi altında, bir betonun elektriksel rezistivitesi, klorür penetrasyonu ile ilişkili özelliklerini yansıtmaktadır. Su/çimento oranının etkisi 0,40 ve 0,45 değerleri için sınırlı olsa da, 0,55 olan karışımlarda önemli derecede düşük rezistivite ve daha büyük klor iyon penetrasyonu derinliği değerleri görülmüştür. Benzeştirilmiş buz çözücü tuz şartları altında, denizortamındaki katkılı çimentoların yüksek klorid penetrasyon direnci olduğu bulunmuştur (Polder ve Peelen, 2002). Betonda kullanılan puzolanik mineral katkılar, betonun donatıya karşı fiziksel ve kimyasal koruma özelliklerini etkileyerek korozyon davranışını değiştirirler. Mineral katkıların donatı çeliklerinin korozyonu üzerinde birbirine zıt iki etkisi bulunmaktadır. Bu etkilerden ilki fiziksel koruma üzerinde etkilidir. Uygun dozajda kullanılan puzolanik malzemeler ile daha yoğun ve geçirimsiz bir içyapı elde edilir. Geçirimliliğin azalması ile fiziksel koruma sağlayan bariyer etkisi daha yüksek mertebede bir koruma sağlar. Diğer yandan, puzolanik reaksiyonlar ile bağlanan kirecin azalmasıyla, betonun boşluk suyundaki alkalinite azalır, pH seviyesi düşer. Kimyasal koruma yüksek pH ile sağlandığından mineral katkıların kullanımı ile kimyasal koruma seviyesi azalmış olur. Aynı anda gelişen bu iki etkiden hangisi daha baskın çıkar ise sonuç o yönde ilerleyecektir. Fiziksel koruma artarsa donatı daha iyi korunacak, kimyasal koruma azalırsa da donatının korozyon riski artacaktır. Choi, Kim ve Lee (2006) uçucu küllü betonlara gömülü çelik çubukların korozyon davranışını %3,5 NaCl içeren agresif ortamda açık devre potansiyeli, polarizasyon direnci ölçümleri, elektrokimyasal impedans spektroskopisi ve hızlı klor geçirimliliği ölçümleri ile araştırmışlardır. Uçucu kül içeren betonlardaki donatıların açık devre potansiyellerindeki değişimin daha az olduğunu tespit etmişlerdir. Hızlı klor geçirimliği deney verilerine göre, uçucu küllü betonlardaki elektriksel yükün transfer direnci daha yüksektir. Düşük korozyon hızı, oluşan çukurcuk sayısının ve boyutunun az olması ile iyi uyumludur. Su/bağlayıcı oranı azaldıkça korozyon direnci artmıştır. Uçucu kül kullanımının klorid iyonlarının permeabilitesinin azalması sebebiyle betondaki çeliğin korozyon direncine yararlı etkileri olmaktadır. Mineral katkı kullanımının korozyon üzerindeki etkilerinin araştırıldığı bir çalışmada; yüksek fırın cürufunun, silis dumanı katkılı ve yalnızca Portland çimentolu betonlardan daha yüksek performans gösterdiği tespit edilmiştir. Yüzde 50 oranına kadar mineral katkı kullanımının korozyon hızlarını yavaşlattığı rapor edilmiştir (Türkmen vd, 2003). Mineral katkıların (uçucu kül, silis dumanı, yüksek fırını cürufu gibi) ikili veya üçlü kombinasyonlarda kullanımı ise, betonun elektriksel direncini büyük ölçüde arttırmış ve bunun sonucunda korozyon başlangıç zamanlarını geciktirmiş ve korozyon gelişimini yavaşlatmıştır (Sun vd, 2004). Ha ve ekibi (2007), F tipi uçucu küllerin betonda kullanımının çeliğin korozyon performansına etkilerini hızlandırılmış kısa dönemli teknikler ile incelemişlerdir. Sodyum klorid çözeltisinde hızlandırılmış korozyon etkisi altında; açık devre potansiyel ölçümleri, anodik polarizasyon çalışmaları, zorlanmış voltaj tekniği, makrohücre korozyon çalışmaları ve pH ölçümleri gerçekleştirmişler, elde ettikleri elektrokimyasal verileri ağırlık kayıpları ile karşılaştırmışlardır. Çalışma sonuçlarına göre, betonun nihai pH değeri, pasifliğin bozulmasına yol açacak pH değerinin üzerinde olsa bile, mineral katkı kullanımı pH değerini düşürmekte ancak, çimento yerine %30’a kadar uçucu kül kullanımı, betondaki çeliğin korozyon direnci özelliğini geliştirmektedir. Uçucu kül betonun geçirimlilik karakteristiklerini geliştirmekte ve klorid bağlama kapasitesini arttırmaktadır. Sunulan çalışmada, beton kalitesinin ve beton üretiminde kullanılan mineral katkıların donatı korozyonuna etkisinin belirlenmesi amacıyla beton karışımları hazırlanmıştır. Bu amaçla normal ve yüksek dayanımlı beton karışımlarında çimento yerine, ağırlıkça %40 oranında uçucu kül veya %10 oranında silis dumanı ikame edilerek beton ve betonarme numuneler hazırlanmıştır. Hazırlanan beton numunelerde basınç dayanımı, hızlı klor geçirimliliği, klor iyon penetrasyon derinliği tespiti, donatılı numunelerde ise korozyon ölçümleri gerçekleştirilmiş ve sonuçlar kontrol örnekleri ile kıyaslanmıştır.

Mineral Katkıların Donatı Korozyonuna Etkisinin Elektrokimyasal Yöntemlerle İncelenmesi