Korozyonun Belirlenmesi İçin Yapılan Teşhisler ve İncelemeler

Betonarme yapıların servis ömrünü etkileyen faktörler, çevre etkileri (mikro iklim), tasarım, kötü malzeme, kötü iş ve rutin bakımların aksatılması olarak sıralanabilir. Bu faktörlerin hepsi, CO₂, O₂, ve Cl'nın betona nüfuz etmesini aşırı hızlandırır. Yapının genç yaşlarında başlayıp gelişebilen bu nüfuzun ardından tahribat faslına geçilmekte, kanser hızla yaygınlaşmaktadır. Kötü işçiliğin bir sonucu olan tehlikeli bir şey de, düşük pas payıdır. Beton ne kadar kaliteli yapılırsa yapılsın, pas payı çok düşük olursa, beton karbonasyon açısından çok büyük risk altındadır. Betonda kanser kendini ilk olarak çatlaklar ve lekeler olarak gösterir. Betonun "ben hastayım" diye verdiği bu ilk sinyaller, tecrübeli ve bilgili personel tarafından değerlendirilmelidir. Örneğin çatlakların yapıdaki konumu, genişlikleri, boyutları ve betondaki renk değişimlerinden araştırmayı yapan kişi gerekli mesajları alabilmeleridir. Teşhiste doğru karar vermek için söyle bir çalışma sırası uygulanmalıdır: 

a-) Şüpheli yapının genel olarak incelenmesi; 

b-) Kalite kontrol raporları incelenmesi, eğer kalite kontrolü yapılmamış ise, numune alarak ve tahribatsız deneylerle beton karışımı hakkında bilgi sağlanması; 

c-) Taşıdığı yük ve doğal çevre şartları açısından kanser riskli bölgelerin tespiti; 

d-) Çatlak incelenmesi; 

e-) Karbonasyon, klor deneyleri ve elektropotansiyel ölçümler; 

f-) Beton bileşenleri hakkında bilgi verecek diğer deneyler. 

Çatlak muayenelerini aşağıdaki iki kademede yapmak uygun olur;

"A" kademesi olarak: 

A 1-) Genişlik ve derinlik tesbiti; 

A 2-) Pas payı ölçümü; 

A 3-) Çatlak derinliği ve genişliği; 

A 4-) Çatlak haritası, fotoğraflar ve detaylı çizim; 

A 5-) Verilerin incelenmesi ve B kademesine geçilip geçilemeyeceğine karar verilmesi. 

"B" Kademesi (Detaylı deney ve muayeneler): 

B 1-) Donatının bir kısmının beton içinden açığa çıkarılması; 

B 2-) Elektropotansiyel ölçümler; 

B 3-) Toz numune alınması; 

B 4-) Beton yüzeyindeki lekelerin incelenmesi; 

B 5-) Karot numune alınması; 

B 6-) Varsa endoskop ile inceleme. 

Korozyon açısından en riskli bölgeler tespit edildikten sonra, bu bölgelerde betonarme çeliği açığa çıkarılır, rengi ve durumu hakkında rapor tutularak, fotoğraf çekilir. Genellikle, 0.5*0.5 m² bir beton yüzey alanı bu iş için yeterli bilgiyi verebilmektedir. Çeliğin açığa çıkmasından sonra korozyon potansiyelini ölçmek mümkündür. Elde edilen bu bilgileri, çevre şartlarını da göz önünde bulundurarak, çeliğin korozyonu açısından aktif veya pasif kıyaslanmasında kullanılır. Çünkü ölçülen bu potansiyeller betonun o andaki fiziksel durumuna da bağlıdırlar. Örneğin betonun nemi ölçüm esnasında düşük ise, elde edilen düşük potansiyel ölçümleri, bize yanıltıcı bilgiler vermektedir.

Önerilen Makale: Paslanmaz çelik malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için paslanmaz çelik çeşitleri sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Betonarme çeliklerinin korozyonu sonucu meydana gelen içsel gerilmeler betonu çatlatır, hatta şiddetli korozyon halinde demirler üzerinde bulunan beton kabuk halinde kalkabilir. Ancak betonun bu görünüşü her zaman betonarme demirlerinin korozyonundan ileri gelmez. Betonların sülfat korozyonu ve alkali-agrega reaksiyonu da benzer şekilde çatlamalara neden olabilir. Bu nedenle korozyon olayına kesin olarak karar verebilmek için betonarme demirlerinin potansiyelinin ölçülmesi ve beton içindeki klorür konsantrasyonunun belirlenmesi gerekir. Elektro-potansiyel araştırma sonuçlarının daha verimli kullanılabilmesi için elektrik direnç deneyleri tavsiye edilebilir. Bilindiği gibi elektrokimyasal bir olay olan korozyon, beton boşluklarında bulunan nem içindeki iyonların varlığı ile gelişir. Bu iyonlar betonun elektriksel iletkenliğinde rol oynarlar. Betonun iletkenliği, kalitesine ve nem miktarına bağlı olarak 100 Ohm.cm'den 100.000 Ohm.cm'ye kadar değerler alınabilir. Elektriksel direnç ne kadar yüksek olursa, beton korozyona karşı o kadar dayanıklıdır diyebiliriz. Yapılan ölçümler sonucu tespit edilen riskli bölgelerden toz veya karot şeklinde numune alınarak karbonasyon, klor deneyi ve çimento dozu tayini deneyleri yapılabilir. Numune almadan önce pas payının kalınlığı ve çeliğin konumu tespit edilmiş olmalıdır. 
 

Bu deney, betondan alınmış numuneler üzerine bir baz indikatörü püskürtülmesiyle elde edilen renk değişiminden yararlanarak yapılır. Beton geçirimli boşluklar yardımı ile giren CO₂, boşluk suyundaki serbest Ca(OH)₂ ile birleşerek ortamın pH değerini düşün. Bilindiği gibi pH değeri bir ortamdaki H₃O⁺ veya OH^- iyonlarının konsantrasyonu hakkında bilgi veren 1-14 arası boyutsuz bir değerdir. Beton yüzeyine sürülen baz indikatörü, yaklaşık pH değeri 11-12.5 arası olan betonu, koyu pembe renge dönüştürür. pH değeri karbonasyon sonucu 8-9 'a düşmüş beton ise renk değişimi göstermez. Bilindiği gibi çeliğin korozyona karşı doğal koruyucu Fe₂O₃ tabakası ancak yüksek pH değerinde varlığını korur.
 

Betonarme çeliklerinin potansiyeli ASTM - C 876 ya göre ölçülür. Bu amaçla doygun bakır / bakır sülfat referans elektrodu kullanılır. Deney sonunda elde edilen değerleri ASTM C-876`ya göre değerlendirilerek betonarme çeliklerinin korozyon durumu hakkında aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir; 

Potansiyel değeri -200 mV dan daha pozitif ise, betonarme çelikleri % 90 bir ihtimalle pasif halde bulunmaktadır. 

Potansiyel değeri -350 mV dan daha negatif ise, betonarme çelikleri % 90 bir ihtimalle korozyona uğramaktadır. 

Potansiyel değeri -200 mV ile - 350 mV arasında bulunuyor ise, betonarme çeliklerinin korozyona uğrayıp uğramadığı hakkında bir karar verebilmek mümkün değildir. 
 

Beton içinde bulunan klorür konsantrasyonu biri asitte çözünen, diğeri suda çözünen olmak üzere iki şekilde tayin edilir. Klorür konsantrasyonu tayini için betondan numune almış şekli sonuca etki yapar. Klorür konsantrasyonu yüzeyden itibaren derinliğe göre değişir. Bu nedenle numunenin alınmış olduğu derinlik büyük önem taşır. Beton bir breyz makinası ile delinerek belli derinlikten çıkan toz halindeki beton toplanır ve klorür tayini deneyi bu numune üzerinde yapılır. Toz halindeki beton numunesi asitte çözülerek klorür iyonları gümüş nitrat çözeltisi ile titre edilir. Böylece beton içindeki toplam klorür bulunmuş olur. Suda çözünen klorür konsantrasyonunu bulmak için, toz edilmiş betondan alman bir miktar numune su içinde 24 saat bekletilir. Çözeltiye geçen klorür iyonları nötrü ortamda gümüş nitrat ile titre edilir.

Beton içine girmiş olan klorürü yüzeyden basınçlı su ile yıkayarak kısmen temizlemek mümkündür. Bu amaçla 10 MPa basıncındaki temiz su beton yüzeylerine püskürtülür. Bu su beton boşluklarına girerek orada bulunan klorür iyonlarını çözerek dışarı taşıyabilir. Ancak bu tip temizleme yüzeylerde etkili olur. Daha etkili bir klorür giderme yöntemi de elektrokimyasal olarak "iyon taşınması" yöntemidir. Klorür iyonu, elektrokimyasal olarak yürüyen korozyon reaksiyonunda kimyasal katalizör olarak rol alır. Dışardan tekrar Cl^- iyonu girmese de, beton içindeki mevcut klorürler O²'le suyun bulunduğu ortamlarda donatıyı korozyona uğratmaya devam ederler.

Bağıl nemin yüksek olduğu denize yakın onamlarda, rüzgarın ve hava sirkülasyonlarının etkisiyle de deniz suyunda sürekli Cl^- iyonu ortama taşınmaktadır. Betonun gözenekli yapısı dikkate alınırsa. beton içine O² difüzyonu kaçınılmazdır. Bu koşullarda, betonun sürekli olarak klorla kirlenmesi doğal bir olaydır. Beton yüzeyine yapılacak işlemlerden sonra artık klorür girişi engellense bile, daha önce girmiş olan Cl^- iyonları korozyonun sürekli olarak devam etmesini sağlamaya yeterlidir.

Yerinden alınan örneklerde zararlı Cl^- limiti üzerinde, iyonu tespit edilmiştir. Çözülmüş halde bulunan iyonları, elektrikle yüklü olduğundan uzaklaştırma işleminde elektrokimyasal yöntemler uygulanır. İşte, elektro-kimyasal olarak klorürün beton içinden beton dışına çıkarılması işlemine elektro-kimyasal klorür ekstraksiyonu denir ve bu tanımı ECE ile sembolize edilir. ECE prosesi elektrokimyasal bir proses olduğundan, bu prosesin uygulanmasında 4 temel eleman bulunması gerekir. Bunlar anot, elektrolit, katot ve doğru akım güç kaynağıdır. Anot olarak kullanılacak malzemelerin elektrolit olan beton içinde kalması ve olabildiğince harcanmaması gerekir. Yapılan çalışmalarda, geliştirilen anot; titanyum bazlı karma oksit kaplı anottur. Bu anotların yüzeylerinin arttırılması ve akım dağılımının homojenizasyonu için elek şeklinde kullanılması uygulamada tercih edilmelidir. Elektrolitik ortam olan betonun bu prosesin uygulamasında mutlaka iletken özellik taşıması gerekir. Su ile ıslanmış betonlarda, beton gözeneklerinde bulunan Ca(OH)₂ betonda iletkenliği sağlar. Cl^- iyonlarıyla kirlenmiş olan betonlarda da mevcut klorür iyonları bu iletkenliğin artmasına sebep olur. Betonun aşırı kuru olması halinde su ile ıslatılması gerekir. Özellikle alkali-silika reaksiyonlarının oluştuğu betonlarda başta olmak üzere, betonda iletkenliği artırıcı çözelti olarak lityum borat kullanılmaktadır. Bu çözelti donatının daha fazla pasifleşmesine de ayrıca yardımcı olmaktadır. pH değeri çok düşmüş olan (pH 9) betonlarda iletkenlik arttırıcı elektrolit olarak çeşitli çözeltileri kullanılır. Bu proseste katot olarak beton içindeki mevcut donatı kullanılır. Donatı negatif elektrikle yüklü olacağından, Cl^- iyonlarını itecek ancak yüzeyinde katot reaksiyonları devam edecektir. ECE projesi öncesi katot yüzeyleri bazik bir karakter taşırken bu prosesin uygulanması sırasında bu özelliğinden bir miktar kaybolur. Çünkü katot bölgesine suda mevcut H⁺ iyonları göç eder. Bu iyonların bir kısmı burada indirgenirken kalan kısmı ortamın bazik karakterini aşağıya çeker. Bu nedenle bu prosesin kontrollü bir şekilde yapılmasına mutlak surette ihtiyaç vardır. işte prosesin kontrolü doğru akan güç kaynağından sağladığımız enerjinin kontrol edilmesi ile sağlanır. Uygulamada donatı potansiyeli ve doğru akım kaynağından çekilen akım iki ayrı parametre olarak ele alınır. Ve bu parametreler sınır değerleri belirlenerek uygulanır.