Bazı iyonların beton dayanımı ve beton çeliği üzerine etkileri /
Yazar: AYŞE BAHAR YILMAZ
Danışman: PROF. DR. MEHMET ERBİL
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1994
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Beton = Concrete ; İyon = Ion

Özet:
94 ÖZET İnşaat sektöründe, beton ve betonarme yapılatın mimari karakteristiklerini korumaları istenir.Binalarm çevresel etkilerle performansını kaybetmesi sonucu yıkma işlemleri büyük ekonomik kayıplara neden olduğu gibi,restorasyon işlemleri de güç ve pahalıdır. Beton yapılar fiziksel, kimyasal, fiziko-kimyasal ve mekanik etkiler altında olup, bu et kilere karşı gösterdiği direnç dayanım olarak ifade edilir. Fiziksel özelliklerden porozite ve betonun geçirgenliği diğer etkileri yönlendirmekte olup,betonda görülen hasarlarla sıkı bir ilişki içindedir. Çevresel kirlilikler ile beton yapısına porlardan difüzlenen yabancı iyonlar, ya betonda istenmeyen ürünler oluşturmakta, ya da yapıya girmediği halde betonarme de miri için korozif etkili olmakta, böylece yapı malzemelerinin ömürlerini kısaltmaktadır.Bu amaçla beton dayanımını arttırıcı ve betonarme demirinin korozyonunu önleyici önlemler gereklidir. +2 Deniz suyunda bol miktarda bulunan Cl" ve Mg iyonları ile çevresel kirliliklerden kaynaklanan NH4, S= ve SOf iyonlarının beton dayanımına ve bununla birlikte betonar me demirine korozif etkileri ile bu etkilerin ortam pH'ina bağlılığı incelenerek karşılaştır malar yapılmıştır. Klorür iyonlarının beton yapıyla bağlanma ürünleri oluşturabileceği, porlardaki serbest klorürlerin betonarme demirinin korozyonunda etkin olduğu ve korozyon potansiyelini aktif bölgeye kaydırdığı, derişimin artmasıyla bu etkilerin oldukça fazla oranda arttığı, be tonun basınç dayanımında % 20 lere kadar azalmaya neden olduğu saptanmıştır. Sülfat iyonları beton yapısındaki ana bileşenlerden C3A ile büyük moleküllü ettringite tuzu yaparak betonda genleşmeye ve buna bağlı olarak çatlaklara neden olmaktadır. 3500 ppm sülfat iyonunun betonun dayanımını % 15 dolayında düşürdüğü saptanmıştır. Sülfat iyonlannm direkt olarak betonarme demirine korozif etki yapmadığı,betonarme demirleri nin korozyon potansiyellerinin pasif bölgede olmasıyla değerlendirilmiştir. Sülfür iyonlarının, sadece betonun basınç dayanımına olan etkisi araştırılmıştır. Dayanımda sülfür iyonlarına bağlı olarak % 14 dolaymda azalma tesbit edilmiştir. Amonyum iyonları beton yapıyla direkt bağlanma ürünleri oluşturmamaktadır. Ancak amonyum iyonu - amonyak gazı dengesinden kaynaklanan por - hacim değişimlerinin ola bileceği, çok az derişimlerinin bile beton basınç dayanımını % 5 dolayında azaltmasıyla değerlendirilmiştir. Betonarme demirlerinin, korozyon potansiyellerinin pasif bölgede olması, amonyum iyonunun betonarme demiri üzerine çalışılan koşullarda korozyon etki sinin olmadığını göstermektedir. Magnezyum iyonları, beton yapıyla olgunlaşma süresinde tepkimeler vererek brucite oluşturmaktadır. Bu yapının porlarda jel oluşumuyla betonarme demirinin korozyonu95 üzerine etkin olabileceği korozyon potansiyellerinin aktif bölgede bulunmasıyla değerlendi rilmiştir. Aynı zamanda beton örneklerin basınç dayanımında da % 14 e kadar azalma olmuştur. Betonarme demirlerinin galvanik akım ve korozyon potansiyelleri ölçüldüğünde, beto nun ilk olgunlaşma süresi olan 28 gün boyunca değişimler görülmüş, betonun olgun laşmasının % 90 oranında tamamlanmasından sonra betonarme demirinin de büyük oranda ortamla dengeye geldiği saptanmıştır. Çalışılan iyonların beton ve betonarme demirine zararlı etkisini azaltabilmek için, bu iyonların beton ortamından uzaklaştırılması düşünülerek, beton ile temas suyu arasındaki derişim gradiyenti büyütülmüş, betonun olgunlaşması süresinde bu iyonların betondan dış ortama difüzlenmesine çalışılmıştır. Özellikle klorür iyonlarında bu işlemin yapılabileceği, diğer iyonlarda kısmen gerçekleştirilebileceği görülmüştür. Ortam pH ımn, amonyum ve sülfür iyonlarında önemli olduğu, diğer iyonlar da pH m fazla önemli olmadığı sonucuna varılmıştır. Ancak bu iyonlar için de derişime bağlı etkiler görülmektedir.

Abstract:
96 SUMMARY In civil engineering field, maintaining the architectural characteristics of reinforced concrete structures is very important. Razing which become necessary in the lack of the performance of structures due to environmental effects and restoration of these structures have been very expensive, diffucult and causing to great economic losses. Concrete structures are under the influence of physical, chemical, physico-chemical and mechanical effects.The resistivity of concrete to these effects are called as strength.The physical properties of concrete, porosity and diffusivity, have been driving the other ef fects and they also have strong connections on the deterioration of reinforced concrete. The ions, diffusing into the concrete structure through pores from environment, have either been forming undesired products or have been effective in the corrosion of reinforce ment steel and as a result, they have been shortening the life of the stuctures.For these rea sons, necessary precautions must be taken to prevent the reduction of strength and the cor rosion of reinforcement steel. Q" and Mg ions from sources such as sea water, NH4, S04 and S ions from en vironmental pollutants, their effects to the strength of concrete, corrosiveness of these ions and dependancy of these effects to the pH (8 and 5) of the condition were studied. According to the experimental data, chloride ions found to be able to form reaction products with concrete. Free chlorides in the pores were effective in the corrosion of rein forcement steel, by shifting the corrosion potential to the active region.lt has been also de termined that these effects have been increasing remarkably, as the concentration rises. Chloride ions have been causing about 20 percent reduction in the compressive strength. The formation of ettringite usually results in expansion and eventually in disruption. Experimental studies show that, S04 ions (3500 ppm) have been reducing the compressive strength about 15 percent. Deducing from the fact that corrosion potential of reinforcement steel was readily in passive region, mentioned ions were not effective in the corrosion of reinforcement steel. The effects of S= ions to the compressive strength of concrete have been investigated and about 14 percent reduction have been determined. NH4 ions haven't been forming reaction products directly with the concrete materi- al.But, about 5 percent reduction of compressive strength of the concrete in the presence of even very low concentrations of NH4 ions has led us that pore-volume changes are taking place depending on NH4 ion- NH3 gas equilibrium.As the corrosion potential of the rein forcement steel was in the passive region, this has proved us that the NH4 ions were not effective on the corrosion, directly.97 The Mg+2 ions in the maturation period causes to brucite formation.Having the corro sion potentials of reinforcement steel in the active region has been evaluated as the results of brucite gel in the pores. At the same time 14 percent reduction in the compressive strength of concrete samples has been observed. In the first 28 days of maturation period, galvanic currents and corrosion potentials of reinforcement steels were changing. After the 90 percent completion of maturation of con crete, it was determined that reinforcement steel has reached to a considerable equilibrium with the environment.Studied ions, were tried to diffuse into external solution by magnify ing the concentration gradient between concrete and bath water in order to reduce the harm ful effects of mentioned ions to concrete and to reinforcement steel. This process was effective for chloride ions, but was not successful enough for the other ions. Also following results have been derived that the pH of the condition is impor tant in the presence pf the NH4 and S=, but for the other ions, pH values has no such sig nificant importance.