Betonarme Demirinin Korozyonunun Nedenleri

Oktay AKAT, 2012

1. Beton Karbonasyonu

Daha önceki bölümlerde anlatıldığı üzere beton yapının pH değeri 13 civarındadır. Bu değer beton yapının alkali özellikte olduğunu belirtir. Bu alkali ortam, betonarme demirinin beton ortamında korozyona karşı siyah bir film ile kaplanmasına ve pasif halde bulunmasına neden olur. Bu durum Pourbaix diyagramı incelendiğinde de görülebilir.

Beton pH değerinin yükselmesinin nedeni; beton hücrelerinde ve boşluklarında OH iyonlarının ve H2O moleküllerinin yüksek yoğunlukta olmasıdır. Beton yüzeyinin geçirgenliğine bağlı olarak havadaki CO₂, yüzeydeki gözeneklerden betonarme yapının içine nüfuz edecektir. Nüfuz etme hızı yaklaşık 0,5 mm/yıl olmaktadır. Demir donatı ile beton kalıp arasındaki pas payının 20 mm olduğu kabul edilirse, 40 yıl sonra havadaki serbest CO₂ donatı yüzeyine ulaşacak kadar beton yapının içine nüfuz edecektir.

Bu durumda OH iyonları ile nüfuz eden CO₂ molekülleri kimyasal tepkimeye girerek kalsiyum karbonat tuzunu meydana getirir. Bu tuz pH bakımından nötr değerlilikte olacağı için betondaki alkali özelliğin kaybolmasına neden olacaktır. Beton ortamının betonarme demirini pasif halde bulundurma ve koruma etkisi kaybolunca; demir donatı atmosfer ortamındaki gibi korozyona uğrayacaktır. Beton ortamı içerisindeki demirinin korozyona uğraması daha önceki bölümlerde belirtilen sıkıntılara ve yapının betonarme özelliklerinin kaybolmasına neden olacaktır.

2. Klorür İyonlarının Etkisi

Betonarme yapıların özellikle deniz atmosferine veya tuzlu yeraltı sularına maruz kaldığı durumlarda yine beton yüzeyinin geçirgenliğine bağlı olarak, klor iyonları demir donatıya eriştiğinde donatının üzerindeki mevcut pasif tabakaya zarar vererek; donatı üzerinde anodik ve katodik özellikteki yüzeylerin oluşmasına neden olurlar.

Önceki bölümlerde farklı özelliklerdeki anodik ve katodik yüzeylerin oluşmasından ötürü korozyon hadisesinin yaşanacağı belirtilmiştir. Bu durumun gözle görülebilir en önemli belirtileri betondaki çatlamalar ve beton yüzeyindeki kahverengi-kırmızı akıntı izleridir. Beton ortamı içerisindeki demirin klorür saldırısı nedeniyle korozyona uğraması ile korozyon ürünleri meydana gelir ve beton-donatı yapısal bütünlüğü araya korozyon ürünleri girmesi nedeniyle bozulur. Bu durum yapının betonarme özelliklerinin kaybolmasına neden olacaktır.

Betonarme Yapılarda Korozyona Karşı Alınabilecek Tedbirler

Önceki bölümlerde betonarme yapının korozyondan dolayı özellikle beton-donatı yapısal bütünlügünün zayıflamasından ötürü yaşanan sıkıntılar ve deprem etkisi ile ne gibi sonuçların ortaya çıkabilecegi belirtilmiştir. Bu durumun can kayıplarına ve ne gibi büyük tahribatlara mal olduğu anlatılmaya çalışılmıştır.

Korozyon ve dolayısıyla depreme karşı ne yapılabilir

1. Betonun geçirgenliğini azaltıcı tedbirlerin alınması, beton kalitesinin yükseltilmesi.
2. Beton yapıların üzerine gerek atmosfer etkilerinden gerekse yeraltı sularının etkilerinden oluşabilecek korozyon hadisesine karşı özel kaplamalar, boya veya bohçalama işlemleri ile beton yapıların bulunduğu ortam ile olan fiziksel ilişkisinin sınırlandırılması.
3. Beton katkıları, özellikle klorürlü katkılar üreticinin talimatına göre ve çok dikkatli bir şekilde kullanılmalıdır.
4. Beton pH değeri alkali değerlerde, yaklaşık olarak pH 13,5-14 değerleri arasında, tutacak katkılar kullanılabilir.
5. Beton-donatı yapısal bütünlüğünü (adherans) artıracak katkılar kullanılabilir.
6. Donatı demirleri, beton-donatı yapısal bütünlüğünü azaltmayacak şekilde özel epoksi boyalar ile kaplanabilir.
7. Demir donatıların sıcak daldırma galvaniz yapılması düşünülebilir.
8. Yeni yapılan betonarme yapılarda koruyucu önlem olarak katodik muhafaza uygulamaları yapılabilir (Dış Akım Kaynaklı veya Galvanik seçenekleri ile).
9. Eski betonarme yapılarda katodik koruma uygulamaları yapılabilir (Dış Akım Kaynaklı veya Galvanik seçenekleri ile).
10. Klor ile kirlenmiş betonarme yapılarda elektrokimyasal klor sağıma (Chlorine Extraction) işlemi ve alkali hale getirme (Re-Alkalinisation) işlemleri gerçekleştirilebilir.
11. İlkel gerilmeli betonarme yapılarda katodik koruma tedbirleri alınırken katot haline getirilen betonarme demirlerinden aşırı korunma nedeniyle hidrojen çıkışı olayının meydana gelmemesi için dikkat edilmelidir. Aksi takdirde aşırı koruma nedeniyle hidrojen kırılganlığı meydana gelerek donatı yüzeyinde kırılmalar ve malzeme bütünlüğünün bozulması gözlemlenir.

Yazar Hakkında:
Oktay AKAT, 1937 yılında doğmuş ve İTÜ Elektrik Fakültesi’nden 1960 yılında Yüksek Mühendis olarak mezun olmuştur. Meslek hayatında elektrifikasyon işleri, enerji nakil hatları, sanayi tesisleri ve teknik müşavirlik alanlarında çalışmıştır. ODTÜ’de kurulan Korozyon Derneği’nin kurucu üyesi olup halen yönetim kurulunda görev yapmaktadır.