SÜLFAT ATAĞI
Doğal yollarla oluşan sodyum, potasyum, kalsiyum veya magnezyum sülfatları toprakta, deniz suyunda veya yer altı suyunda bulunabilmektedir. Sülfatlar ayrıca sanayide ve gübre yapımında da yaygın olarak kullanılmaktadır. Sülfat tuzları toprağın ve yer altı suyunun kirlenmesine neden olmaktadır. Çimento bünyesinde de sülfat bulunmaktadır.
Sülfat saldırısı aşağıdaki biçimlerde gerçekleşebilmektedir:
1. Tuz kristalleşmesine bağlı fiziksel saldırı
2. Dış kaynaklardan gelen sülfat iyonları ile sertleşmiş çimentodaki bileşenler arasındaki reaksiyonları içeren dış kimyasal sülfat saldırısı
3. Beton içinde sülfatın geç salımından dolayı iç kimyasal sülfat saldırısı
Fiziksel Saldırı
Bu tür bir saldırının, üst yüzeyi kuru ortama maruz kalan ve alt yüzeyi ise tuz içeren çözeltilerle temas halinde olan geçirgenliği yüksek betonda meydana gelmesi muhtemeldir. Bu koşullar altında çözeltiler kılcal etkiyle yüzeye çıkmaktadır. Yüzey buharlaşması nedeniyle ve eğer buharlaşma hızı tuz çözeltisinin yüzeye göçünden daha hızlıysa üst yüzeyin altında tuz kristalleşmesi meydana gelmektedir. Bu durum; gözeneklerde pullanma, dökülme ve çatlamaya neden olan gerilmeler oluşturmaktadır. Hasar genellikle yüzeyin bozulması şeklindedir ve yüzeyden kütle kaybı ciddi seviyeye ulaşabilmektedir. Bu hasar, elemanın kesitinde önemli bir azalma olmadığı sürece genel olarak yapısal hasara yol açmamaktadır.
Bu tür hasarlar çatlak bölgelerinde beyaz kristal birikintilere neden olur ve beton yüzeyinde tuz kristalleşmesinin meydana geldiği çiçeklenme ile karıştırılmamalıdır. Fiziksel sülfat saldırısı sonucu hasarlı numunelerin mineralojik analizinde etrenjit ve alçıtaşı bulunmaz.
Dış Sülfat Saldırısı
Normal Portland çimentosu genel olarak kimyasal sülfat saldırısına karşı savunmasızdır. Hasarın boyutu betonun kalitesine, ilgili sülfat bileşiklerinin türüne ve bunların konsantrasyonlarına bağlıdır. Geçirimliliği yüksek betonda, sülfat iyonları dış kaynaklardan betona nüfuz eder ve çimento hidratasyon ürünleriyle reaksiyona girer. Düşük geçirgenlik özelliklerine sahip betonun kullanılması, sülfat iyonlarının betona nüfuz etmesinin sınırlandırılmasında oldukça önemlidir.
Sodyum sülfat, Ca(OH)2 ile tepkimeye girerek alçıtaşı ve NaOH oluşturur. Alçı daha sonra kalsiyum alüminat hidrat (C-A-H) ile reaksiyona girerek etrenjit (CaO.Al2O3·3CaSO4·32H2O) oluşturur. NaOH oluşumu çimento sisteminde yüksek alkalinite sağlar ve C-S-H stabil kalır.
Aşağıdaki şekilde aynı su/çimento oranına (0,5) sahip beton numunelerinin 28 günlük SEM fotoğrafları görülmektedir. %5 Na2SO4 içeren suda kür edilen numunedeki yoğun etrenjit oluşumu net bir şekilde gözükmektedir.
Şekil 1 / Yüzde 100 suda ve yüzde 5 Na2SO4 içeren suda kür edilen aynı su/çimento oranındaki beton numunelerinin 28 günlük SEM görüntüleri
Kalsiyum sülfat ise etrenjit oluşturmak için yalnızca kalsiyum alüminat hidrata saldırır. Etrenjit oluşumuna hacim genleşmesi eşlik eder, bu da iç gerilimlere ve çatlamaya neden olur. Magnezyum sülfatla temas eden betonda bozulma, diğer sülfatların neden olduğu hasardan daha ciddi olabilmektedir. Magnezyum sülfat, Ca(OH)2 ve kalsiyum alüminat hidratın yanı sıra C-S-H’ye de saldırır. Magnezyum sülfat saldırısının kritik sonucu, C-S-H’nin tahrip olması ve bunun sonucunda aderans kaybı ve dayanımın azalmasıdır.
Kireç tüketen puzolanik reaksiyon nedeniyle mineral katkıların kullanılması, kalsiyum hidroksit miktarının azaltılmasında ve alçı oluşumunun baskılanmasında faydalı olmaktadır. Düşük C3A içeriğine sahip, sülfata dayanıklı çimentonun kullanılması, etrenjitin zarar verici oluşumunu en aza indirmektedir.
Yeraltı yapıları veya tüneller, temeller, borular ve kazıklar gibi elemanlar sülfat saldırısına karşı hassastır. Hasarlı betonun yüzeyi genellikle beyazımsı bir görünüme sahiptir. Hasar genellikle kenarlarda ve köşelerde başlar ve sonunda kırılgan ve hatta yumuşak bir duruma düşer. Etrenjit ve alçıtaşının her ikisi de hasarlı numunelerin mineralojik analizinde mevcuttur.
Şekil 2 / Beton yüzeyinde sülfat etkisi sonucu hasar oluşumu
İç Sülfat Saldırısı
İç sülfat saldırısı, sülfat kaynağının dahili olduğu bir kimyasal saldırı durumudur. Geç sülfat salımı nedeniyle sertleşmiş betonda etrenjit oluşarak genleşme ve çatlamaya neden olur. Bu olaya gecikmiş etrenjit oluşumu (GEO) adı verilmektedir. Bu olgu, yüksek sülfat içeriğine sahip çimentoların kullanıldığı buharla kürlenen ürünlerde rapor edilmiştir. Etrenjit 70 oC’nin üzerindeki sıcaklıklarda stabil değildir. Bu nedenle, çimentonun erken hidratasyonu sırasında oluşan etrenjit, kür sıcaklığı 70 oC’yi aştığında ayrışır. Açığa çıkan sülfat iyonları C-S-H tarafından emilir. Hizmet sırasında bu iyonlar, etrenjitin yeniden oluşmasıyla ortam koşulları altında desorbe edilir.
Bütünsel bir yaklaşım mekanizmasında, GEO’nun oluşması için üç koşulun karşılanması gerekmektedir. Bunlar (a) mikro çatlakların varlığı, (b) geç sülfat salımı ve (c) suya maruz kalmadır. Betonda mikro çatlaklar, üretim sırasında buhar kürü işlemiyle veya öngerilmeli elemanlarda bölgesel yüksek gerilmelerle oluşabilir.
Alçı taşıyla karışmış agregalar veya kükürt bakımından zengin klinker, erken hidratasyonda hemen bulunmayan, ancak daha sonra GEO’yu besleyebilen sülfat kaynakları olabilir. Aşırı ısıtılmış betonda etrenjitin erken hidratasyonundan kaynaklanan termal bozunması nedeniyle sülfatlar da mevcut olabilir. Suya maruz kalma, bu sülfat ve diğer reaktif iyonların göçünü ve ardından mevcut mikro çatlakların içinde etrenjitin birikmesini sağlar. Hasar, etrenjit şişmesi veya kristal büyümesinden kaynaklanır.
Sülfat bakımından zengin topraklara veya yeraltı suyuna maruz kalan yüksek geçirgenliğe sahip beton, fiziksel ve kimyasal etkilerden dolayı bozulabilir. Bu nedenle sülfat atağının kontrolünde yüksek kaliteli, düşük geçirimli betonun kullanılması önemlidir. Sülfat dirençli veya katkılı çimentonun kullanılması ek bir avantaj sağlar. Buhar kürleme işlemiyle üretilen öngerilmeli ürünler GEO ile ilgili sorunlara daha yatkındır. Sülfat kaynağına bakılmaksızın, birbirine bağlı mikro çatlakların ve suyun varlığı, sülfatla ilgili herhangi bir beton için gerekli bir durumdur. Yukarıdakilerin ışığında, mikro çatlakların gelişimini en aza indirmek için prefabrik ürünlerin üretim sürecinde dikkatli olunmalıdır. Servis sırasında betonu nispeten kuru bir durumda tutmak için iyi bir drenaj veya su yalıtım sistemi gerekli olabilir.
TS EN 206 Standardına göre zeminden alınacak su veya toprak numunelerinin sülfat içeriği analiz edildikten sonra sülfat etkisinin şiddetine göre çevresel etki sınıfını belirlenmeli ve beton tasarımı bu etkiye göre yapılmalıdır. Özellikle XA2 ve XA3 sınıfları için sülfata dayanıklı çimento içeren veya belirli koşulları karşılamak koşuluyla uçucu kül ve yüksek fırın cürufu içeren beton karışımları kullanılmalıdır. TS EN 197-1 Standardı kapsamında CEM I SR, CEM IV SR ve CEM III ana sınıfları olmak üzere toplam 7 adet sülfata dayanıklı çimento cinsi bulunmaktadır.
ALKALİ-AGREGA REAKSİYONU
Bazı kayaç türleri, çimentodaki alkalilerden (Na2O, K2O) türetilen gözenek suyundaki hidroksitlerle reaksiyona girerek betona zarar verebilen reaktif silika içermektedir. Bu reaksiyona alkali-silika reaksiyonu denilmektedir. Alkali-silika reaksiyonu (ASR) hasarının görsel işaretleri, beton yüzeyindeki çatlaklardan gelen jellerle birlikte ortaya çıkan çıkıntılar veya aşağıdaki şekilde görülen “harita” çatlaklarıdır.
Şekil 3 / Alkali-silika reaksiyonu sonucu oluşan harita çatlakları
ASR, çimento hidratasyonu sonucu açığa çıkan alkali iyonların agregadaki reaktif silis içeren minerallere saldırmasıyla başlar ve agregaların yüzeyinde veya gözeneklerinde alkali-silis jeli oluşumuna neden olur. Oluşan jel; suyu emerek şişer ve bölgesel genleşmeye ve çatlamaya neden olur. Bu da agrega bütünlüğünü veya agrega ile hidrate çimento hamuru arasındaki bağı (aderansı) bozar. Su, betonun içine nüfuz ettikçe jel katı fazdan sıvı faza geçer. Sıvı jelin bir kısmı daha sonra su ile süzülür ve çatlaklarda birikir.
Şekil 4 / Agrega etrafında ASR jeli oluşumu (kırmızı oklar)
ASR nedeniyle oluşan hasar; yapı sahiplerinde ve özellikle de birçok inşaat mühendisliği yapısının (barajlar, iskeleler ve köprüler) yapısal bütünlüğünden sorumlu olan yetkililerde büyük endişeye neden olabilmektedir. Bununla birlikte, ASR’nin ne ölçüde zararlı olabileceği; agregaların doğası ve boyutu, reaktif silika miktarı, alkali konsantrasyonu ve nemin mevcudiyeti gibi belirli kritik koşullara bağlıdır.
Alkali-karbonat reaksiyonu olarak bilinen bazı dolomitik kireç taşları ile çimentodaki alkaliler arasındaki reaksiyon da betona zarar verebilmektedir. Ancak reaktif karbonat kayaçları çok yaygın değildir.
ASR yalnızca yüksek pH’ta gerçekleşmektedir; çünkü silisli minerallerin çözünürlüğü pH arttıkça artmaktadır. Düşük alkali içeren çimento kullanımı alkali içeriğini ve dolayısıyla gözenek çözeltisinin pH’ını kontrol etmektedir. Reaktif alkali içeriği genellikle alkali eşdeğeri (Na2O + 0,65 K2O) cinsinden ifade edilir ve maksimum seviye genellikle çimento kütlesinin %0,6’sı veya 3,0 kg/m3 beton olarak kabul edilir. Puzolanik malzemeler içeren katkılı çimento kullanımı ya da beton üretiminde doğrudan bu mineral katkıların kullanımı çeşitli nedenlerden dolayı ASR açısından faydalıdır. Bunlardan en önemlileri puzolanik reaksiyonla oluşan C-S-H oluşumu, geçirgenliğin azalması ve pH’ın düşmesidir.
Silika jelinin şişmesi yalnızca suyun varlığında meydana gelmektedir, ancak pratikte, özellikle su tutan yapılarda, suyu açıktaki betondan uzak tutmak neredeyse imkansızdır. Servis koşullarında suyun varlığı nedeniyle baraj, iskele ve rıhtım gibi yapılar ASR saldırılarına karşı diğer yapılara göre daha savunmasızdır.
Devam edecek
(*) Bu içerik, Katkı Üreticileri Birliği (KÜB) tarafından hazırlanan “Betonun Dayanıklılığı ve Kimyasal Katkıların Etkisi Rehberi”nden derlenmiştir. Hazırlayan: KÜB Teknik Komitesi / Editör: Yasin Engin / Katkıda Bulunanlar: Devrim Nazlıkol, Doç. Dr. Hüseyin Yiğiter, Osman Onur Tezel, Özgür Mutlu, Sera Set, Uğur Semih Aytaç
ŞANTİYE®
Daha iyi yapılar için...
12 Haziran 2025
Türkiye'nin en ESKİ ve en çok ZİYARET EDİLEN şantiyesi: ŞANTİYE®...
İnşaata dair "KAYDADEĞER" ne varsa... 1988'den bu yana...
Şantiye®nin ürettiği, derlediği ve yayınladığı içeriklerde öncelik “KAMUSAL YARAR”dır...
Ve yayınlanan içeriğin “ÖZEL” olmasına özen gösterilir...
BASILI DERGİ + E-DERGİ + SANTİYE.COM.TR + SOSYAL MEDYA + DİJİTAL PLATFORMLAR...
İnşaat sektörünün buluşma noktası Şantiye®, “Güven”i temsil eden “Basılı bir Yayın” olma özelliğinin yanı sıra yenilenen web sitesi, Turkcell Dergilik ve Türk Telekom E-Dergi gibi mobil uygulamalardaki varlığı, 42 bin E-Bülten abonesi ve 85 bin sosyal medya takipçisi-bağlantısıyla inşaat sektörünün en önemli iletişim platformlarından biri olmaya her ortamda devam ediyor... 1988'den bu yana...
Şantiye® ayrıca yapı sektörüne "Şantiye'nin Yıldızı Ödülü", "Yılın Yeşil Yapı Malzemesi / Teknolojisi Ödülü" ve "Şantiyeden Kareler Fotoğraf Yarışması" gibi farklı organizasyonlarla da katkı sunuyor.
Şantiye®nin son sayısı da dahil 1988 yılından bugüne kadar yayınlanan TÜM SAYILARINA E-Dergi olarak göz atmak için lütfen tıklayın...
Şantiye®, başta ABONELERİ olmak üzere 2020-2025 yıllarında ilan veren firmalar ABS Yapı, Akyapı, Alumil, Anadolu Motor (Honda), Alkur, Ak-İzo, Altensis, Arbiogaz, Aremas, Arfen, Artus, Assan Panel, Asteknik, Atos, Batıçim, Baumit, Betek, Betonblock, Borusan CAT, Bosch Termoteknik, Bostik, BTM, Buderus, Bureau Veritas, Chryso, Çimsa, Çuhadaroğlu, Çukurova Isı, Deutsche Messe, Duyar Vana, DYO, Efectis ERA, Ekomaxi, Elkon, Emülzer, Eryap, Filli Boya, Fixa, Fullboard, Form Endüstri Ürünleri, Form Endüstri Tesisleri, Form MHI (Mitsubishi Heavy Industries) Klima, Garanti Leasing, GF Hakan Plastik, Gökçe Brülör, Grundfos, Hannover Fairs, Hilti, IQ Alüminyum (by Deceuninck), İNKA, İntek, İpragaz, İstanbul Teknik, İzocam, İzoser, Kalekim, Knauf, Knauf Insulation, Komatsu, Köster, Kuzu Grup, LG, Marubeni, Masdaf, Master Builders Solutions, MBI Braas, Meiller Kipper (Doğuş Otomotiv), Messe Frankfurt, Messe München/Agora Tur., Mekon, Mitsubishi Chemical, Molecor, Nalburdayim.com, NETCAD, ODE, Ökotek, Özler Kalıp, Özpor, Panasonic, PERI, Pimakina, Polyfibers, Polyfin, Prometeon, Ravago, Rehau, Saint Gobain Türkiye, Samsung, Saray Alüminyum, Schüco, Selena (Tytan), Sentez Mekanik, Serge Ferrari, Shell, Siemens, Sistem İnşaat, Soudal, Sika, Şişecam, Temsa, TMS, Tekno Yapı, Türk Ytong, Tremco illbruck, Vaillant, Vekon, Viessmann, Wermut, Wielton, Wilo, Winsa, XCMG, Xylem ve ZF'nin değerli katkılarıyla hazırlanmaktadır.
ABONE OLMAK İÇİN
Bir yıllık abonelik bedelimiz olan 2.100 TL (6 Sayı, KDV Dahil)'yi TR70 0001 0008 5291 9602 1550 01 IBAN no’lu hesabımıza (Ekosistem Medya) yatırıp; ardından dekontu, açık adresinizi ve fatura bilgilerinizi (şahıs ise TC kimlik no; firma ise vergi dairesi-numarası) santiye@santiye.com.tr adresine e-posta veya 0532 516 03 29 no’lu telefona WhatsApp / SMS aracılığıyla ulaştırabilirsiniz.
