Betonarme donatısında klorid korozyonu gelişiminin elektrokimyasal yöntemlerle belirlenmesi

Abstract

Betonarme yapı sistemi, çok farklı çevresel etkiler altında kullanılabilmesi ile birlikte, beton ve donatı açısından önemli dayanıklılık sorunlarını da beraberinde getirmektedir. Gerek betonun bozulma sürecinin, gerekse içindeki donatının korozyon sürecinin doğru bir şekilde değerlendirilmesi, yapıların emniyetli servis ömürleri açısından büyük önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında özellikle beton bileşenleri ve beton teknolojisi açısından donatı korozyonunda etkili faktörlerin şekli ve derecelerinin ortaya koyulması amaçlanmıştır. İlk aşamada, donatılarda korozyon gelişiminin izlenmesi için metalürji mühendisliği ve korozyon mühendisliğinin çalışmalarında kullanılan elektrokimyasal yöntemlerden polarizasyon tekniği, betonarme sistemine uygulanmıştır. Betonun kalitesine yönelik su/çimento oranı, çimento dozajı, gibi önemli parametreler, söz konusu yöntem ile değerlendirilmiştir. İkinci aşamada, normal ve yüksek performanslı betonlarda mineral katkı (uçucu kül ve silis dumanı) kullanımı, inhibitör kullanımı ve epoksi yalıtımı gibi performans arttırıcı uygulamaların donatı korozyonuna etkileri hızlandırılmış süreçte incelenmiştir. Üçüncü aşamada, beton üretiminde en yaygın olarak kullanılan uçucu kül ile özellikle deniz suyu etkisinde kullanılması tavsiye edilen yüksek fırın cürufunun kullanım oranlarının, donatı korozyonu üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu aşamada ayrıca, standart kür görmüş, buhar kürü uygulanmış ve kür yapılmamış betonarme elemanlardaki korozyon gelişimleri de deneysel program çerçevesindedir. Bulgular, havada ve suda bekleme koşulları ile korozif sodyumklorür ortamında ıslanma-kuruma çevrimlerinde tekrar sayısına ve zamana göre karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Dördüncü aşamada, betonarme elemanlarda pas payı tabakasının kalınlığının donatılardaki korozyon gelişimine etkisi değerlendirilmiştir. Korozif ortamdaki değişik pas payı tabakası kalınlıklarına sahip örneklerden elektrokimyasal yöntemle tahmin edilen malzeme kayıpları, gerçek kütle kayıpları ile karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışmalarda betonarme örneklerdeki donatı çeliklerinde doğrudan korozyon akım yoğunluğu değerlerinin belirlenmesinin yanında, örneklerde donatı korozyonu ile ilgili dolaylı tekniklere de yer verilmiştir. Betonarme donatılarındaki elektrot potansiyeli değerleri, beton numunelerde hızlı klor geçirimliliği, klor penetrasyon derinliği, karbonatlaşma derinliği, su emme, pH ve basınç dayanımı verileri karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Bu çalışma kapsamında elde edilen sonuçların, klorür etkisine maruz kalacak betonarme elemanlarda, korozyon problemlerinin değerlendirilmesinde yararlı olacağı düşünülmektedir. Anahtar Kelimeler: Klorid korozyonu, korozyon potansiyeli, korozyon akım yoğunluğu, beton kalitesi, mineral katkı, kür yöntemi, pas payı tabakası. Reinforced concrete structures are exposed to important durability problems under different environmental conditions. Evaluation of concrete degradation and rebar corrosion has significant importance on the service life of the structure. The aim of this research is to investigate the factors that influence the rebar corrosion, especially from the viewpoint of concrete ingredients and concrete production. Firstly, polarization technique which is widely used in the metallurgy and corrosion engineering has been applied to reinforced concrete specimens. The parameters affecting concrete quality, such as water/cement ratio and cement dosage, have been evaluated by this method. In the second stage, the effects of performance improving applications, such as incorporation of mineral admixtures and corrosion inhibitors, insulation applications with epoxy based materials, on the reinforcement corrosion process in normal and high performance concrete have been investigated under accelerated corrosive conditions. The effects of replacement ratio of fly ash which is most widely used in concrete production and blast furnace slag that is known for its durability against sea water, have been examined in detail during the third stage. Corrosion potentials of standard cured, steam cured and non-cured specimens were in the scope of this stage. Test results have been comparatively presented with respect to time under different exposure conditions. Finally, effect of concrete cover thickness on the corrosion behavior of rebars has been investigated. A relationship in gravimetric mass loss values and estimated values from polarization measurements has been established. In addition to determination of corrosion current density values of steel, indirect methods related with reinforcement corrosion have also been studied. Electrode potentials of reinforcement bars and rapid chloride permeability, chloride penetration depth, carbonation depth, water absorption, pH and compressive strength tests for concrete specimens have been carried out. The results obtained within the scope of this study are expected to assist understanding of the corrosion problems of reinforced concrete structures that are exposed to chloride contaminated environments. Keywords: Chloride induced corrosion, corrosion potential, corrosion current density, concrete quality, mineral admixture, curing method, concrete cover.