Yazı » Beton Borularda Korozyon ve Katodik Koruma | İnşaatım.com
Buradasınız » Anasayfa » Yazılar » İnşaat Yazıları-1 » Betonarme » Beton Borularda Korozyon ve Katodik Koruma
Beton borular uzak mesafelerden içme ve kullanma suyu taşımacılığında son zamanlarda büyük ölçülerde kullanılmağa başlanmıştır. Özellikle Amerika Birleşik Devletlerindeki birçok büyük projede ve Dünyanın en büyük yapay nehir projesi olan Kuzey Afrika’daki tatlı su boru hattında değişik çaplarda beton borular kullanılmıştır. Bu boruların normal çelik borulara tercih edilmesinin en önemli nedeni, hidrostatik basınca karşı normal çelik borulara göre 10-13 defa daha dayanıklı olanlarıdır . Bunun dışında yaklaşık olarak %65-70 oranında çelik tasarruf edilmekte ve böylece en az % 15 ekonomi sağlanmış olmaktadır [2}. Bu özellikleri nedeni ile çelik gömlekli ve ön gerilimli beton borular ülkemizde de üretilmekte ve bazı büyük içme suyu projelerinde kullanılmış bulunmaktadır [x]. Ön gerilimli beton borular çelik bir borunun yüzeyleri yüksek kalitede beton ile kaplanarak imal edilmektedir. Beton kürü tamamlandıktan sonra borunun dış yüzeylerine gerdirilmiş çelik tel sarılmaktadır. Daha sonra çelik tellerin üst kısmına yeniden beton harcı kaplanmaktadır. Borular genelde 1,6-2,2 m çapında ve 2-5 m uzunluğunda imal edilmektedir. Boruların arazide birbirine bağlantısı, boru uç kısımlarında bulunan yatak içine yerleştirilen lastik contalar yerleştirmek suretiyle mümkün olmaktadır.
[x] İlk olarak Kurtboğazı Barajı-İvedik arıtma tesisleri arasında 2200mm çapında ön gerilimli beton borular kullanılmıştır.
Beton en kuru koşullarda bile bir elektrolit ortamı kabul edilebilir. Beton boşlukları içinde daima bir miktar su bulunur. Bu su, çimento klinker bileşiklerinin hidratasyonu sırasında açığa çıkan kalsiyum hidroksit ve az miktarda alkali hidroksitleri nedeni ile alkali özelliktedir. Beton boşluk suyunun pH değeri doygun halde yaklaşık olarak 12,5 civarındadır. Betonun elektrolit olarak pH değeri dışında korozyon açısından diğer önemli bir özelliği de özgül elektrik drencidir. Beton rezistivitesi büyük ölçüde rutubet derecesine bağlı olup normal halde 7000 Ohm.cm ile 100000 Ohm.cm arasında değişmektedir .. Doygunluk derecesi % 20'den %80 kadar arttığında beton reviztesinde 100 kaTa varan azalmalar olmaktadır. Bu azalış su içinde oranı yüksek olan betonlarda daha belirgindir.
Fe Fe +2 + 2e; Fe +2 + H2O Fe(OH)2 + 2 H - Katot reaksiyonu 1 1/2 O2 + H2O + 2 e 2 OH- Toplam reaksiyon 2.Fe + 1/2 O2 + H2O Fe (OH)2 Bu reaksiyonlardan açıkça görülmektedir ki, katodik reaksiyonun yürümesi için katot yüzeyine oksijen difüzyonu zorunludur. Bu nedenle beton içindeki çeliğin korozyonu herşeyden önce beton içine oksijen difüzyonunun kontrolü altındadır. Atmosferden beton içindeki çelik yüzeylerine oksijen taşınımı iki yolla mümkün olabilir. Eğer beton kuru halde ise, yani beton boşlukları su ile dolu değilse, atmosferde beton iç bölgelerine oksijen taşınım hızı oldukça yüksektir. Aksi halde oksijenin su içinde çözünmüş olarak metal yüzeyine kadar difüze olması gerekecektir. Beton boşluklarında ki durgun çözelti içinde meydana gelen oksijen difüzyonu son derece yavaş bir olaydır. Korozyon hızı bu difüzyon hızının kontrol altında da sürekli su altında bulunan betonlarda ki betonarme demirlerinin korozyon hızı bu nedenle çok yavaştır. Korozyon reaksiyonunun yürümesi için yalnız oksijene değil aynı zamanda ve mutlaka suya da ihtiyaç vardır. Bu nedenle tam olarak kuru betonlar içinde de korozyon söz konusu değildir. Bu çelişkili durum ancak periyodik olarak ıslanan ve kuruyan betonlar içindeki Çeliğin etkili şekilde korozyona uğrayacağını gösterir. Kuruma sırasında atmosferik oksijen beton boşlukları içine kadar nüfuz ederek metal yüzeyine temas eden su içinde çözünür. Böylece katot reaksiyonu için gerekli olan oksijen metal yüzeyine kolayca aşınmış olur. Beton içine oksijen difüzyonu hızı beton kalitesine, özellikle beton permeabilitesine bağlıdır. Beton permeabilitesi başta su/çimento oranı olmak üzere betonun hazırlanması ve kuru sırasında bir çok faktöre bağlıdır. Beton hazırlanması sırasında kullanılmış olan su/çimento oranı ne kadar küçük tutulabilirse, beton boşluk yüzdesi ve permeabilitesi de o kadar yüksek olacaktır.
1. Beton içindeki çeliğin doygun bakır-bakır sülfat referans elektrotuna göre ölçülen potansiyel değeri eğer -0.20 V'dan daha pozitif ise, % 90 bir olasılıkla korozyon mevcut değildir.
3. Beton içindeki çeliğin doygun bakır-bakır sülfat referans elektroduna göre ölçülen potansiyel değeri eğer -0,35 V'dan daha negatif ise, % 90 bir olasılıkla söz konusu çelik korozyona uğramaktadır.
4. Beton içindeki çeliğin doygun bakır-bakır-sülfat referans elektroduna göre ölçülen potansiyel değeri eğer -0.50 'dan daha negatif ise, şiddetli korozyon olayı söz konusudur.
> Çizelge-1 Korozyon için zararlı sayılan klorür yüzdeleri  Standard Adı Normal beton Öngerilimli beton %C1- %C1- American concrete Ins. 0,15 0,06 British Code (CP-110) 0,35* - Norwegian Code (NS-3474) 0,60* 0,002* ASTM C-114 0,20* 0,08* *Asitte çözünen klorür NOT: Kütlesel yüzde olarak verilen bu değerler beton yoğunluğu (~2300 kg/m3) ile çarpılarak m3 beton için klorü değeri bulunabilir.
- Beton bünyesine oksijen difüzyonunu azaltır.
- Betonu sülfat korozyonundan ve diğer kimyasal etkilerden korur.
- Betonu don etkisinden korur. - Beton rutubetinin artmasını önler.
- Coal tar epoxy ( 400- 750 mikron)
- Poliüretan ( 500-1000 mikron)
- Plastik Kaplama (1000-2000 mikron)
- Beton borunun içinden geçmiş olduğu zeminin rezistivite değerinin 1300 Ohm.cm'den daha düşük olması halinde.
- Beton borunun içinden geçmiş olduğu zeminin 500 ppm'den fazla klorür içermesi halinde.
- Kum ve silt gibi yüksek geçirimli olan ve zaman zaman ıslanan çöl karakterli veya bataklık karekterli bölgelerde.
- Kaçak akımların söz konusu olduğu bölgelerde
2. Beton içindeki çelik yapıların katodik koruması için gerekli olan akım ihtiyacı tartışmalı bir konudur. Akım ihtiyacı olarak bütün halleri kapsayan kesin bir değerin verilmesi mümkün değildir. Betonun rutubeti, tuz yüzdesi, rezistivitesi ve kaplama durumuna göre akım ihtiyacı belirlenmelidir. Bu değer 0,6mA/m2 ile 16mA/m2 arasında değişmektedir . Hausmann , beton içindeki çeliğin katodik koruması üzerine yapmış olduğu araştırmalarda akım ihtiyacının ilk 15 gün içinde 5ma/m2 olduğu, daha sonra bu değerin 0,5mA/m2'nin altına düştüğünü belirlemiştir. Beton içinde etkili oranda iyonu bulunması halinde katodik koruma akım ihtiyacı değeri 12-16mA/m2'ye yükselmektedir . Öngerilimli beton borularda, dış yüzeylere yapılmış olan beton kaplama kalitesi oldukça yüksektir. Bu durum çelik yüzeylerine oksijen difüzyon hızının azalmasına ve katodik koruma akım ihtiyacının daha küçük olmasına neden olur. Ön gerilimli beton borularda katodik koruma akım ihtiyacı değeri 0,02 mâ/m2 ile 2,4 mâ/m2 arasında kabul edilebilir .
3. Beton içindeki çeliğin Katodik koruma potansiyel kriteri üzerinde de tartışmalar mevcuttur. Hausmann [10}, Katodik koruma için yeterli olan minimum potansiyel değerlerini klorür konsantrasyonuna bağlı olarak şekil-9'da görüldüğü gibi vermiştir. Buna göre klorürlü ortamlarda beton içindeki çeliğin potansiyelinin -435mV (SCE)'nin altına düşürülmesi yeterli olmaktadır. Son zamanlarda E-logi grafiği yoluyla, katodik koruma için gerekli olan limit potansiyel değeri -460 V ile V (SCE) arasında belirlenmiştir. Katodik polarizasyon eğrileri kullanılarak yapılmış olan bir çalışmada, katodik polarizasyon eğrisindeki lineer bölgenin başlamasına karşı gelen polarizasyon kayması ile korozyon hızının azalışı arasında bir bağıntı bulunmuştur . Çizelge-2'de verilen değerlerden görüleceği üzere, zemin içinde çeliğin katodik koruması için kullanılmakta olan 100 mV polarizasyon kayması beton içindeki katodik koruma sistemlerinde yetersiz kalmaktadır. Korozyon hızını 595 oranında azaltmak için en az 200 mV'luk bir polarizasyon kayması gerekmektedir.