BETON ÖNCESİ VE BETON SONRASI SUYUN ÖNEMİ VE TS EN 1008 BETON KARMA SUYUN ŞARTNAMESİ;
İnsanoğlu ve canlılar için ,suyun önemini hepimiz bilmekteyiz. Hatta insanoğlu yeni gezegen arayışlarında ise önceliği atmosfer ve su almaktadır. Biz İnşaat dünyası olarak beton karma suyu ve diğer evrelerininde, suyun ne kadar önemli bir bileşen olduğunu bilmek zorundayız.
Su ve çimentoda meydana gelen çimento hamurunda suyun çimentoya oranı ne kadar küçük olursa çimento hamuru o kadar koyu kıvamlı olur. Koyu kıvamlı hamurla elde edilen betonun basınç ve dış faktörlere dayanımı ve hacim sabitliği oldukça iyi netice verir.
Betonda uçucu kül ,taş unu ,silis dumanı ve kiremit veya tuğla unu kullanımı, betondaki s/ç oranını düşürmekte ve betonun su geçirgenliğini azaltmaktadır. Betonun gözenekli olması , su geçirgenliğini artırmaktadır. Suya karşı geçirgen bir betonun dayanımı düşmekte ve diğer özelikleri de olumsuz yönde etkilemektedir.
Beton su ile 2 şekilde karşılaşır. Bunlar karışım ve temas sularıdır. Beton karışım veya temas suyu, istenilen kalitede değilse betonda beklenmedik çatlamalar, parçalanmalar vb. sorunlar çıkarmaktadır.
a.)Karışım suyunun etkisi;
Beton karışım suyunda bazı zararlı kimyasal tuzlar bulunabilir. Karma suyundan toplam Cİ iyonları 500 ppm’i geçmekdikçe zararlı etkisi olmadığı belirtilmektedir. Klorür tuzları çimento içinde ki bileşenleri
etkinleşerek büyük hacimli tuzları meydana getirir. Klorür tuzunun cinsine göre bu ürünler değişmektedir. Kalsiyum klorür su içinde az miktarda bulunursa prizi çabuklaştırmak suretiyle mukavemet artışını hızlandırır. Fakat kalsiyum klorür miktarı fazla sularda olursa çimentolar için zararlıdır. Magnezyum klorür su içindeki konsantrasyonu %5-15 arasında olduğundan betonu tahrip eder. Su da ayrıca şeker oranı %0,05 geçmemelidir. Aksi takdirde çimentoda priz hızlandırıcı durum meydana gelmektedir.
Çözelti içinde tuz konsantrasyonu artıkça korozyon hızı artar. Bu artış NaCI konsantrasyonu 75 g. NaCI/kg. çözelti değerinde maksimuma ulaşır. Bundan sonra tuz konsantrasyonu arttığı halde korozyon hızının azaldığını görülür. Bunun nedeni tuz konsantrasyonu fazla olması durumunda oksijen çözünürlüğünün azalmasıdır. Çözelti içinde yeterli miktarda oksijenin bulunmaması korozyonu hızını düşürür. Ancak beton içinde tuz konsantrasyonu artıkça korozyon hızı artar.
Klor iyonları, betonarme demirlerin üzerinde pasif oksit filminin kırılmasına ve korozyonun daha kısa sürede başlanmasına neden olmaktadır.
Fe⁺⁺+2CI+2H₂O——Fe(OH)₂+2HCI
HCI—-CI⁻+H⁺
b.)Temas Sularının Etkisi;
Bilindiği üzere temas suyu, betonun sertleştikten sonra karşılaştığı sudur. Bu sular, betonu olgunlaştırmak amaçlı olduğu gibi beton elemanın kullanım amaçlı da olabilmektedir. Beton elemanının kullanım amacı; Bir atık su arıtma veya uzaklaştırma tesisi, sulama kanalı, yüzme havuzu herhangi bir sıvı deposu, istinat duvarları, dalga kıran veya balıkçı barınakları, çöp yakma veya depolama tesisi, hayvan barınağı vb. olabilir. Şimdi betona olumsuz etkide bulunan kimyasal bileşikleri veya betonun karşılaşabileceği ortamların etkileri üzerinde biraz aşağıda bakalım.
b.1.)Saf suyun etkisi;
Saf sular, betonu oldukça kuvvetli şekilde etkilemektedir. Saf suların betonu çözme etkisi fazla olduğundan, doğadaki tuzları az miktarda da olsa çözdüklerinden saf su özelliğini çabucak kaybeder.
Saf suyun beton üzerinde ki etkisi şu şekilde olmaktadır.
Çimentoyu oluşturan trikalsiyum alüminat ve kalsiyum silikatlar suyun etkisiyle yapı değiştirirler.
3CaO.Al₂O₃+6H₂O→3Ca(OH)₂.Al₂O₃.3H₂O
Trikalsiyum alüminat
3CaO.SiO₂+nH₂O→3Ca(OH)₂+SiO₂H₂O
Trikalsiyum silikat
3CaO.SiO₂+nH₂O→2Ca(OH)₂+2CaO.SiO₂.H₂O
Trikalsiyumsilikat dikalsiyum silikat
3CaO.SiO₂+nH₂O→2Ca(OH)₂+CaO.SiO₂.H₂O
Trikalsiyum silikat monokalsiyum silikat
Bu reaksiyonda görüldüğü gibi saf su, çimento yapısından kireçi çözerek uzaklaştırmaktadır. Çözünme olayı, betonun temasta olduğu suyun kireçe doymasına kadar devam etmekte ve daha sonra durmaktadır. Bu nedenle eğer su durgun ise bir süre sonra betonun korozyonu duracak, eğer su akar durumda ise bu reaksiyonlar devam ederek betonu parçalayacaktır. Saf suyun betonu parçalanması; ortam ısısına, betonun porozitesine ve yüzey yapısına bağlıdır.
b.2.)Asitlerin etkisi;
Bütün asitler ;Kireç çimento, harç ve betonu kuvvetle etkiler. Bu etki sonucunda tuzlar ve koloidal silis meydana getirirler.
Beton üzerine en çok anorganik asitler (hidroklorik ve nitrik asitler)etkide bulunur Sülfürik asit ,güç çözünen kalsiyum sülfat meydana getirdiğinden reaksiyon yavaşlatır. Asitlerin etkisi, çimentonun cinsine bağlıdır. Kireç bakımından zengin olan çimentolar ise daha dayanıklıdır. Beton üretimde ,ister dayanıklı isterse dayanıksız çimento kullanılsın ,genelikle betonu asitlerden uzak tutmak gerekir.
b.3.) Sudaki İyonların Etkisi;
Klor iyonları normalde demir üzerindeki koruyucu pasif tabakanın kırılmasına neden olmaktadır. Demir Yüzeyinde yoğunlaşması koruyucu kabuğun bölgesel olarak kırılmasına neden olup, bölgesel korozyonun yoğun olarak başlamasına sağlamaktadır.
Klorun en yaygın olduğu kaynaklar ise aşağıdaki gibidir.
Yeryüzü ve yer altı suları klorür tuzları yönünden çok zayıf iken deniz suyunda tuz miktarı fazladır.
Deniz suyu; Deniz suyundaki klor, sahil boyunca ve sahilden birkaç yüz metre mesafede klor etkisine neden olmaktadır.
Beton yapıya klorürler değişik yollardan geçebilir,
Bunlar;
-CaCI₂ gibi priz-hızlandırıcı katkılardan,
-Beton yapımında kullanılan deniz agregasından veya tuzlu ortamdan elde edilmiş olan agregalardan.
-Kışın betonun üzerindeki buzlanmanın çözülmesi için kullanılan sodyum klorür veya kalsiyum klorür gibi tuzlardan,
-Deniz suyundan,
-Deniz yakın bölgelerdeki nedenleri,
-Klor etkisi,
-Karbonlaşma,
-Çatlama,
b.4)Karbondioksit Etkisi(Karbonatlaşma);
Betonda karbonatlaşma doğrudan CO₂ ile ilişkili olduğundan betona etkisi havadaki CO₂ miktarına bağlıdır. Kırsal alanlardaki temiz havada %0,03 kadar karbondioksit bulunmaktadır .Büyük şehirlerdeki havada genel olarak %0,3’e civarında iken sanayinin yoğun olduğu yerlerde CO₂ %0,3 den daha büyüktür. Yer altı suları da karbondioksit içermektedir. Betonun yüzeyi ile temas eden ve betonun içerisine giren CO₂, betonun içerisinde bulunan kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek karbonatlaşmaya yol açmaktadır.
Karbonatlaşma, havadaki karbondioksit miktarının çok az olduğu durumlarda dahi yer alabilmektedir. Ancak bu durumda reaksiyon çok yavaş seyretmektedir. karbonatlaşma, beton yüzeyinde başlayarak, içeriye doğru ilerlemektedir. O nedenle yüzeye yakın bölgeler (yüzeyden 2.5-3.0 cm.) karbonatlaşmanın etkisi altındadır. Karbonatlaşmanın gerçekleşebilme hızı ,havadaki karbondioksit miktarının ve nem miktarının yanı sıra, betonun geçirimliliğine bağlıdır. Rölatif nemin %50 civarında olmasıda karbonatlaşmayı artırmaktadır. Rölatif nemin %25 den az veya %100 olması durumunda ,karbonatlaşma yer almamaktadır.
Karbonatlaşma sonucunda sertleşmiş çimento hamuru büzülme göstermekte, dolayısı ile betonda çatlaklar oluşmaktadır. Karbonatlaşma sonucunda, kalsiyum hidroksitin çözülmesi nedeniyle, betonun içerisinde mevcut olan alkalin ortam daha düşük düzeye inmektedir . Alkalinitenin azalması ile betonda karbonatlaşmanın yer aldığı bölgelerdeki betonarme demirlerinin korozyonu daha hızlı olmaktadır.
Karbondioksit gazı beton içindeki hidroksitler ile reaksiyona girerek , karbonatları oluşturur. Bu reaksiyonlar sonucu betondaki alkali ortam zayıftır. Betonu ve donatıyı dış etkilerden alkalinitlerdir. Beton içindeki alkalilik azalması demek çimentonun beton donatısının üzerine oluşturduğu oksit tabakasının zayıflamasına neden olur. Bunun sebebi, sodyum hidroksitlerin çözünebilme yeteneği daha az olan Na₂CO₂ ‘e dönüştüğünden donatısının pasifleştirmesi açısında gerekli alkaliği sağlamak için ortama yeterli miktarda sodyum verememesidir. Dış yüzeyler hava ile temas halindedir .Bu dış yüzeyler karbone olurlar.
Etki tepki prensibine dayanarak geliştirilen beton test çekiçi deney yönteminde ,beton test çekiçi deney yönteminde ,beton basınç dayanımı yüzey sertliğinden hareketle yaklaşık olarak saptanabilmektedir. Karbonatlaşma sonucu yüzeyin sertleşmesi özelikle eski yapılar üzerinde yapılan beton basınç test çekiçi deneylerinde büyük yanılgılara yol açabilmektedir. Betondaki karbonatlaşmanın daha az olabilmesini sağlayabilmek amacıyla yapılması gereken en önemli işlem ,betonun mümkün olabildiğince geçirimsiz olarak üretilmesidir.
b.5.) Karbonatlaşma Derinliği tayini ;
Karbonatlaşma derinliğini belirlemek için beton mümkün olduğunca yüzeye dik kesip, kesilen temiz yüzeye indikatör sıvı püskürtmektedir. Karbonatlaşmış kısım renksiz kalırken, karbonatlaşmamış kısım sıvı ile reaksiyona girip renk verir…
b.6.)Betondaki pH Değerinin Etkisi;
Taze betonun pH değeri 12,5-13 civarındadır. Betondaki yüksek alkalinite portlant çimentosundaki C₃S ve C₂S ana bileşenlerinin hidratasyonu sonucunda ortaya çıkan kalsiyum hidroksitler tarafından sağlanmaktadırlar.
pH derecesi yüksek olan beton ,içinde gömülü çelik çubukları korozyona karşı koruyabilecek çok iyi bir malzemedir. Betonun içine sızan sulardaki tuzların ve karbonatlaşmanın etkisiyle zamanla betondaki pH değerinde azalma olabilmektedir. Betonun pH değerinin 9-10 gibi sayılara düşmesiyle ,çelik üzerinde ki koruyucu oksit filmi kırılmakta ,beton içinde ki çeliği korozyona karşı koruyamaz duruma gelmektedir.
b.7.)Oksijen Difüzyonunun Etkisi;
Beton içindeki donatının korozyonu, katotda oksijen indirgenmesi reaksiyonu ile yürür. Bu nedenle korozyon hızı, beton içine difüzlenen oksijen hızına bağlıdır. Beton bünyesine oksijen girişi engelenebilirse ,korozyon tamamıyla önlenebilir.
Betonarme demirlerinin farklı miktarda hava alması durumunda, az hava alan bölgeler anot, çok daha hava alan bölgeler katot olur.Bu durumda şiddetli derecede korozyon gerçekleşir. Beton içine oksijen difüzyonu kuru betonlarda daha hızlıdır. Oksijen beton içinde suda çözünmüş halde bulunmaktadır.
b.8.)Deniz Suyunun Etkisi;
Deniz yapılarının alınması tedbirler şöyle olmalıdır.;
Deniz sularının içerisinde klorür iyonunun bulunuyor olması, sülfat reaksiyonları sonucunda ortaya çıkan ürünlerin daha az genleşme yaratmasına neden olmaktadır. Klorür, sülfat hücumu sonucunda betonun içerisinde oluşan alçıtaşının ve etrenjitin bir miktarının çözünerek ,betonun yüzeyine çıkmasına yol açmaktadır.
Deniz sularının gel-git hareketleriyle yükselip alçalması sonucunda beton yüzeyinin bir bölümü, ıslanma-kuruma devirlerinin etkisinde kalmaktadır .Bu tür ıslanma-kurunma durumu ile karşı karşıya kalan beton devamlı olarak su içerisnde bulunan betona göre çok hasar görmektedir. Dalgaların aşındırıcı etkilerinin yanı sıra ıslanma-kuruma etkisiyle/yüzeydeki çimento hamuru ve ince agrega yok olmuş,iri agregalar tamamen açığa çıkmış ve duvar kütle kaybına uğramıştır.
Deniz suyunun etkisine maruz kalacak betonların üretiminde kullanılan s/ç oranı 0.45’i geçmemelidir.
Deniz sularının beton yapılarına esas zararı,bu tür sularda bulunan klordan kaynaklanmaktadır. Deniz suyundaki klor, betonun içerisindeki demir donatıların korozyonunu hızlandırmakta betonun parçalanmasına yol açmaktadır.
Pis sulara karşı dayanıklılık;
Kanalizasyon sularının pH değeri yaklaşık 7 civarındadır. Eğer buna endüstriyel atık sularda karışıyorsa pH değeri değişiklik gösterir. Bazı kükürt bileşikleri nedeniyle veya bakteri bozulmalarıyla pis su ,hidrojen sülfür ihtiva eder. İşte bu gaz nem ve havadaki oksijen ile birleşerek sülfürik aside dönüşür. Ardından bu kimyasal su malzemesi betona zarar verebilir. Bu sebep den dolayı betonun yüzeyleri kaplama yapılmalıdır.
Sonuç;
Beton karışımda suyun bu kadar önemli olması nedeni, beton basınç değerleri ve beton çatlakları, renk ve adrens gibi değerlerin çok hassas olduğunu ve bunların sağlıklı olması gerekmektedir. Özelikle zor coğrafyalarda, bu koşulları sağlayamayan su cinsleri ile çalışmak zorunda kalındığında ise ,beton sonrası ciddi hasarlar meydana gelmektedir.
Son zamanlarda özelikle BASF ar-ge elemanları kirli suların katkılarla arındırılması konusunda ciddi bir çalışmaları bulunmaktadır;
‘’’ Yeni geliştirilen polimer katkı ile agrega kaynak kalite süreksizliğinin, betonun kalite sürekliliğini olumsuz etkilemesinin önüne geçilebilir ve böylece problemli agregalarla yapılan taze betona yeni geliştirilen bu kimyasal katkı katıldığında, taze ve sertleşmiş beton özelliklerinde kalite sürekliliği sağlanmaktadır. ‘’’
Tabii henüz yasalaşmayan bu süreçi bizler ve bilim dünyası, bu ar-ge çalışmalarını merakla beklemekteyiz.
Teşekkürederim.
Saygılarımla..
Kaynaklar;
-ASTM,
-TS-EN,
-Beton ve beton teknojisi (Yrd.Doç.Dr.Osman Şimşek),
-İstanbul İMO makaleleri,
-THBB makaleleri,
-ODTÜ makaleleri,
Linkback: http://www.medeniyetmuhendisleri.com/makaleler-tezler/beton-oncesi-ve-beton-sonrasi-suyun-onemi-ahmet-ozurun-02012015-t1042.0.html
