TEKNİK MAKALE 51. Sayı (Kasım Aralık 2004)

Metallerin çevreleri ile girdikleri elektro kimyasal reaksiyon sonucu aşınmaya veya bozunmaya uğramalarıyla fiziksel ve kimyasal özelliklerini kaybetmeleri, çevresel ve ekonomik birçok zarara yol açmaktadır.
Yapılan araştırmalarda sadece A.B.D’de yıllık 300 milyar dolardan daha fazla bir miktarın korozyondan korunmaya ve korozyona uğramış materyallerin yenilenmesine harcandığı tespit edilmiştir.[1] Diğer ülkelere bakıldığında milli gelirlerinin % 3,5 ile % 5’i kadar bir kısmının, ülkemizde de GSMH’nın yaklaşık % 4,5’ünün korozyon kayıplarına sarf edildiği tahmin edilmektedir. [2]

Ülke ekonomisi penceresinden değerlendirilirse göz ardı edilemeyecek kadar önem gösteren bu rakamlar korozyonla mücadele için korunma metotları ve politikalar geliştirilmesinin kaçınılmazlığını ortaya koymaktadır. Korozyon maliyetlerini düşürmek için, korozyon kontrol teknolojilerinin geliştirilmesini teşvik etmek, etkin bir korozyon kaynaklı kayıpları önleme politikası oluşturmak gibi stratejilerin yaratılması düşünülebilir. Ancak bu stratejilerin başarısı ve devamlılığı, konuyla ilgili tüm birimlerin katılımı sağlanarak hükümet-eğitim ve teknoloji kurumları-sivil toplum örgütleri-sanayi işbirliği çerçevesinde gerçekleştirilmelidir. Konunun ekonomik yönünün yanı sıra canlı yaşamında doğrudan etkili çevre boyutu da en başta değerlendirilmesi gereken bir konu olarak ele alınmalıdır.

2. Beton İçindeki Çeliğin

Korozyonunun Oluşum Nedenleri, Zararları ve Yapı Güvenliğine Etkisi

Genel olarak bir çok koşul altında beton, içine gömülmüş donatı çeliğini korozyona karşı korumaktadır. Donatı betona gömülür gömülmez oluşan ince film tabakası çeliğe yapışır ve korozyona karşı dayanım oluşturur. Bu dayanım betonun yüksek alkali ortamına ve elektriksel dirence doğrudan bağlıdır. [3] Betonun kılcal boşluklarındaki nemde mevcut bulunan iyonlar elektriksel iletkenlikte rol oynarlar. Yüksek elektriksel direnç de dayanıklı beton anlamına gelebilir.[4] Beton üzerindeki film tabakasını bozarak donatı çeliğinin korozyona uğramasına sebep olan şartlardan biri karbonasyondur. Atmosferdeki karbondioksitle betondaki çimentonun kimyasal reaksiyona girmesi betonun büzülmesine, dolayısıyla çatlakların artmasına neden olur. Aynı zamanda betonun pH değerinin düşmesi (normal bir betonun pH değeri 12,5-13,5 arasındadır; bu da korozyonun oluşmaması için yeterlidir) ara yüzeylerdeki alkaliliğin düşmesine mevcut pasivitenin de kırılmasına sebep olur. Pasivitenin kırılmasının bir diğer nedeni de klor iyonlarının mevcudiyetidir. [5] Sonuç olarak her iki durumda da korozyonun başlaması için gerekli şartlar oluşur ve süreç işlemeye başlar. Ortam şartlarının durumuna göre bir hızda, donatı yüzeyinde donatı hacminin 2.5 katı büyüklükte demir oksit oluşumları meydana gelir.

Oluşan pas, yetersiz pas payı sorunu da varsa mevcut betonu çatlatır. Betonun dökülmesiyle beraber donatı açığa çıkar, havayla temas sebebiyle de korozyon hızındaki artış kaçınılmaz olur.

Korozyona bağlı olarak donatı kesitinde oluşan kayıp, donatının başlangıçta tasarlanan hesap değerlerini karşılayamamasına neden olur. Bu da binanın taşıma gücü, dolayısıyla da yapı güvenliği açısından hiç de istenmeyen bir durumdur. Örnek olarak; hesap dayanımı 365 MPa olan S420b sınıfı f 12’lik bir donatı çeliği başlangıçta 41.3 kN yük taşıyabilirken korozyon kaynaklı donatı kesit kaybının 0.25 mm/yıl olduğu bir kabul sonucunda 5 yılın sonunda 25.9 kN, 15 yıl sonra da 5.8 kN yük taşıyabilmektedir. Mevcut bu koşullarda donatı 24 yıl sonunda taşıma kapasitesini tamamen kaybedecektir.

3. Korozyonun tespit edilmesi, korozyona uğramış elemanların rehabilitasyonu, korozyondan korunma yolları:

3.1 Tespit ve Ölçümler

Betonda donatı korozyonunun tespiti için çeşitli ölçüm teknikleri mevcuttur. Bu elektro kimyasal teknikler donatının korozyona maruz kalıp kalmadığını, kalıyorsa bunun büyüklüğünü ölçmeye yararlar. Potansiyel ölçümü, lineer polarizasyon ve AC Empedans tekniği en yaygın biçimde kullanılanlardır:

Potansiyel ölçümü; betonda gözle görülür bir hasar olmadan önce korozyon aktivitesinin tespitini sağlar. Uygulama bakımından basit olmakla birlikte dikkatli yorumlanması gereken bir tekniktir. Zira ortam koşulları iyi analiz edilmeden direkt olarak ölçüm sonucuna göre yorum yapılması her zaman doğru neticeyi vermeyebilir.

Lineer Polarizasyon; Beton içindeki donatıya istenilen sabit potansiyeli sağlayan potansiyonat yardımıyla elektrik akımı verilir, donatı polarize edilerek açık-devre potansiyelinde inceleme yapılır. Belirli sınırlar içerisinde uygulanan akım ile elektrot potansiyeli arasındaki doğrusal ilişkinin değiştiği bölgenin eğimi, bağıntılar yardımıyla korozyon akımı ile bağdaştırılır.

AC Empedans tekniği; Son yıllar da sık olarak kullanılan bu sistem lineer polarizasyonda kullanılan doğrusal akımın tersine alternatif akımın kullanılmasıyla düşük frekanslarda ölçüme imkan tanır. Nispeten düşük korozyon hızlarını daha iyi belirler, ancak Lineer polarizasyonda kullanılan yöntemlere göre cihaz bakımından karmaşık ve pahalıdır. [7]

3.2 Tamir Uygulamaları

Korozyon açısından problem yaratan alanların tespit edilmesiyle beraber buradan yaklaşık (0.5 x 0.5) m2’lik bir betonarme alanı içerisindeki hasar görmüş beton kaldırılır. Donatı açığa çıkartılarak durum tespiti yapılır.[4] Hasar görmüş donatının arkası da açığa çıkarılır, kumlama veya tel fırça yardımıyla temizlenir. Çıkarma işlemi sırasında yanak bölgelerinin dik şekilde kesilmesiyle sıfıra çekilen ve daha sonra patlamaya meyilli olan tamiratların önüne geçilir. Pastan arındırılan donatılar çimento ve epoksi esaslı korozyon kontrol malzemeleriyle korumaya alınır. Ortamın korozif etkisi göz önünde bulundurularak gereken kalınlıktaki pas payı oluşturulur. Daha sonra uygun tamir harcıyla boşluklar doldurulur. Kullanılan tamir harcı çimento esaslı ise gaz geçirimsizliğini sağlamak amacıyla yüzeyler karbonizasyon durdurucu ürünlerle astarlanmalıdır. Betonu kaldırma olasılığı bulunmayan yerlerde yine korozyon inhibitörleri sürülerek korozyon hızında belirli bir oranda azalma sağlanabilir. [8] Korozyon inhibitörleri taze veya sertleşmiş betona katılabilirler, beton içerisine hem sıvı hem gaz halde sızarlar, donatı üzerindeki klor iyonlarının yerini alarak, ortamdan uzaklaştırırlar.

3.3 Korozyondan Korunma Yolları İçin Tavsiyeler:

3.3.1 Betonun yapısı:

Normal bir beton geçirimsiz olmasına karşın dış ortam koşulları, betonun bünyesine katılan katkı malzemeleri vs. gibi nedenlerle betonda meydana gelen kimyasal değişimler geçirimliliğin bozulmasına neden olabilir.

Kaliteli beton üretimi korozyonu önleyici/geciktirici en önemli hususların başında gelir. Boşluksuz beton oksijene karşı, zararlı tuzlara, agresif kimyasallara ve zemin sularına karşı bariyer oluşturur. [3] Su/çimento oranı 0.40’dan az olan betonların bu işlevi gerçekleştirebildikleri söylenebilir.[7] Bununla birlikte uygun granülometri yapısı, deniz kumu ve yıkanmamış agrega kullanılmaması, etkili vibrasyon ve iyi bir beton işçiliği kaliteli, servis ömrü uzun bir beton üretiminin vazgeçilmezlerindendir.

3.3.2 Donatı Çeliğini Epoksi Kaplama İle Koruma:

Son zamanlarda oldukça yaygın olarak kullanılan epoksi kaplı çelik uygulaması tamamen epoksinin korozyonun reaksiyon zincirini kırarak engellemesi prensibine dayanır. Tabii bu noktada epoksinin kalitesi ve kalınlığı birinci derecede önem taşır. Su hatlarının yakınında veya deniz suyu içeren, deniz suyunun rüzgarla taşındığı mekanlarda ve diğer sert iklim koşullarında normalde kullanılandan daha kalın bir kaplama kullanılması tavsiye edilir. Bu kalınlığın 75mm-100 mm’den az olmaması önerilir. [3]

3.3.3 Katodik Koruma:

Sisteme ters yönde bir doğru akım uygulanmasıyla donatının katodik olacak şekilde polarize edilmesidir. Anodik reaksiyonların durdurularak korozyon sürecinin engellenmesini sağlar. Bu sistemde en önemli detay gereğinden fazla akım yüklememek ve her noktaya eşit akım ulaşmasını sağlamaktır.

3.3.4 Etkin Drenaj ve Su Yalıtımı:

Yapıya suyun gelmesini engellemek ya da mevcut suyu uzaklaştırmak amacıyla söz konusu şartlar için uygun drenaj sistemleri belirlenmeli ve uygulanmalıdır. Ancak bu drenaj sisteminin tek başına hiçbir zaman yeterli olamayacağı unutulmamalıdır. Bölgedeki suyun basıncı ve kimyasal yapısı tespit edildikten sonra su yalıtımı mutlaka yapılmalıdır. Uygulanan su yalıtımında kullanılan malzemelerin kalitesi ve uygulandığı detay, doğru işçilik, standart ve kurallara uygun aplikasyon yalıtımın başarı açısından çok büyük önem taşır.

3.3.5 Yeterli Pas Payı Bırakılması:

Donatının korozyonunu önleme açısından çok önemli bir parametredir. Fakat tek başına yeterli bir çözüm olduğunu söylemek teknik açıdan çok doğru değildir. Pas payı ne kadar çok olursa korozyona neden olan gaz veya sıvı maddelerin donatıya ulaşması o kadar gecikir. Bu amaçla, ACI 318 tarafından önerilen minimum pas payı 75 mm’dir. [7]

4. Sonuç ve Değerlendirmeler:

Korozyonun yapı güvenliği, ülke ekonomisi ve çevre üzerindeki göz ardı edilemeyecek etkisine rağmen henüz gerekli ilgiyi gördüğünü söylemek ne yazık ki mümkün değildir. Oysa ki yapı güvenliğinin canlı yaşamında ne derece önemli olduğunu acı felaketler yaşamış bir toplum olarak daha dikkatle düşünmemiz gerekmektedir. Özellikle Marmara ve Düzce depremlerinden sonra yapılan araştırmalarda yapılarda korozyonun olumsuz etkileri açıkça tespit edilmiştir. Yine bir araştırma sonucunda İstanbul’da 15 farklı ilçede 132 bina incelenmiş ve binaların % 49’unda betondaki donatılarda korozyon tespit edilmiştir. [6] Yapıda beton ve donatı arasındaki aderansı bozan, ayrıca donatıda oluşturduğu kesit kaybıyla donatının tasarlanan işlevleri yerine getirememesine sebep olan korozyonun önüne geçebilmek için devletçe bir politika belirlenmesinin ve bu politikadan taviz verilmeden ilerlenmesinin sorunun önlenmesinde büyük yararları olacaktır. Baştan alınmamış önlemlerin sonradan büyük mali yükümlülükler getirdiği ve çözümlerinin de sınırlı olduğu unutulmadan yeni yapılacak her türlü yapıda korozyon konusu üzerinde titizlikle durulması konuyla ilgili her teknik bireyin görevi ve her vatandaşında talebi olmalıdır.

Kaynakça

[1] www.corrosioncost.com

[2] www.korozyondernegi.org.tr

[3] ACI Committee Report, Corrosion of Steel and other Materials Embedded in Concrete

[4] İ.BALTA- N.CELASUN, Betonda Kanser, Teşhis, Tedavi; IV. Korozyon Sempozyumu, 1994

[5] The Highways Agency, The Scottish Office Development, The Welsh Office, The Department of the Environment For N.Ireland; DepartmentThe Assesment of Concrete Structures affected by Steel Corrosion, BA 51/95; Feb.1995

[6] T.COSGUN; İstanbul’da Deprem Sonrası Yapılan İncelemelerde Karşılaşılan Korozyon Hasarı Üzerine Bir İnceleme, Aralık 2003

[7] Ş.Erdoğdu, Betonda Donatı Korozyonu-Ölçümü ve İrdelenmesinde Yaygın Olarak Kullanılan Yöntemler ve Teknikler

[8] F.Bilal, Betonarme Yapılarda Korozyon, Himerpa Bülten Yıl 1 Sayı: 2, sf: 8-9, 2000

İnş. Müh. Turgay ÖZKUN

Sika Yapı Kimyasalları A.Ş. Teknik Servis Sorumlusu