Korozyon Nedir, Binalarda Korozyon Nasıl Önlenir?

Korozyon Olgusunun Tanımı ve Yapısal Etkileri

Korozyon, metallerin çevreleriyle girdikleri elektrokimyasal etkileşimler sonucunda bozulmasıdır. Aslında bu, doğal bir süreçtir. Metaller, doğada daha kararlı kimyasal formlarına geri dönmeye çalışır. Halk arasında demirin ve çelik malzemelerdeki bu duruma genellikle paslanma denir. Ancak korozyon, yalnızca estetik bir sorun değildir. Çünkü binalarda, özellikle taşıyıcı sistemdeki metal bileşenleri etkiler. Bu durum, yapının taşıma kapasitesini ve dayanıklılığını zamanla azaltır. Üstelik gizlice ilerleyen bu süreç, yapısal bütünlüğü ciddi şekilde tehdit eder. Sonuç olarak, binaların güvenli servis ömrünü kısaltıyor. Bu nedenle korozyonla mücadele, yapı mühendisliğinin en önemli konularından birini oluşturuyor.

Betonarme Yapılarda Donatı Korozyonu: Gizli Tehlike

Beton, kendi başına oldukça dayanıklı ve koruyucu bir malzemedir. Ancak, betonarme yapılardaki gerçek tehlike, içindeki donatı çeliğinin paslanmasıdır. Donatı çeliği, betonun çekme dayanımını artırarak yapıyı bir bütün olarak tutar. Bu çeliğin paslanması ise betonarme elemanın taşıma kapasitesini temelden zayıflatır. Bu korozyon türü, genellikle dışarıdan fark edilmeden, betonun içinde başlıyor. Hasar, yüzeyde çatlaklar veya lekeler şeklinde görünür hale geldiğinde, genellikle içerideki bozulma oldukça ilerlemiş olur. Bu nedenle uzmanlar donatı korozyonunu “gizli tehlike” olarak adlandırıyor. Bu tehlikeyi anlamak, betonun ve çeliğin bir aradaki davranışını bilmeyi gerektiriyor. Kısacası korozyon, bu hassas dengeyi bozar.

Korozyonun Başlama Mekanizması: Pasif Film Tabakasının Bozulması

Yeni dökülmüş taze beton, yüksek alkali bir ortama sahiptir. Bu yüksek pH seviyesi (genellikle 12.5-13.5), donatı çeliğinin yüzeyinde görünmez bir koruyucu tabaka oluşturur. Bu tabakaya “pasif film tabakası” deniyor. Bu film, çeliği oksijen ve suyun aşındırıcı etkilerinden koruyan bir zırh görevi görüyor. Dolayısıyla bu tabaka sağlam kaldığı sürece, donatı çeliği paslanmaz. Ancak, dışarıdan gelen agresif kimyasal etkiler, betonun bu koruyucu özelliğini zamanla yok ediyor. Pasif film tabakası bozulduğunda, çelik savunmasız kalıyor. Yeterli oksijen ve nemin varlığında, korozyon süreci hızla başlıyor. Kısacası korozyon başlangıcı, bu koruyucu tabakanın bozulmasıyla tetiklenir.

Ana Tetikleyiciler: Karbonatlaşma ve Klorür Etkisi

Betonarme yapılarda donatı korozyonu sürecini başlatan iki ana mekanizma vardır. Bunlar, karbonatlaşma ve klorür iyonu etkisidir. Her iki mekanizma da, donatı çeliğini koruyan pasif film tabakasını bozarak çalışıyor. Karbonatlaşma, genellikle atmosferik koşullara bağlı, daha yavaş ilerleyen bir süreçtir. Klorür etkisi ise, özellikle deniz kenarındaki veya buzlanmaya karşı tuz kullanılan alanlardaki yapılar için çok daha hızlı ve tehlikeli bir korozyon nedenidir. Üstelik bir yapıda bu iki mekanizma aynı anda da etkili olabilir. Bu nedenle mühendisler, bir yapıyı değerlendirirken bu iki ana tetikleyiciyi de mutlaka araştırıyor.

Karbonatlaşma Süreci ve Nedenleri

Atmosferdeki karbondioksit (CO2), zamanla betonun gözeneklerinden içeri sızıyor. Bu gaz, betonun içindeki nemle birleşerek zayıf bir asit olan karbonik asit oluşturuyor. Bu asit, betonun yüksek alkali özelliğini nötralize eder. Uzmanlar, bu kimyasal reaksiyona karbonatlaşma diyor. Karbonatlaşma, betonun yüzeyinden başlayarak yavaşça içeri doğru ilerleyen bir cephe oluşturuyor. Betonun pH seviyesi, bu süreç sonucunda 9’un altına düşüyor. Alkali ortam ortadan kalktığında, donatıyı koruyan pasif film tabakası bozuluyor. Sonuç olarak, eğer karbonatlaşma cephesi donatıya ulaşırsa, korozyon başlıyor. Düşük kaliteli ve gözenekli betonlar, karbonatlaşmaya karşı daha savunmasızdır. Bu korozyon türü, şehirlerdeki eski binalarda sıkça görülür.

Klorür İyonu Kaynakları ve Etkileri

Klorür iyonları, donatı çeliği için en tehlikeli düşmanlardan biridir. Bu klorür, betonun alkali ortamını bozmadan doğrudan pasif film tabakasına saldırır. Film tabakasını yerel olarak kırarak, “pitting” adı verilen çok hızlı ve derin bir korozyon türünü başlatır. Bu durum, donatı kesitinin çok hızlı bir şekilde azalmasına neden oluyor. Klorür iyonlarının binalara girmesinin birkaç yolu vardır:

• Deniz Ortamı: Deniz kenarındaki yapılara, rüzgarla taşınan tuzlu su zerrecikleri (deniz spreyi) ile ulaşıyor.
• Buz Çözücü Tuzlar: Kış aylarında yollarda ve köprülerde kullanılan buz çözücü tuzlar, eriyen kar sularıyla betona taşınıyor.
• Kirli Agrega: İnşaat sırasında yıkanmamış deniz kumu gibi klorür içeren malzemelerin kullanılması. Sonuç olarak bu etki, korozyon sürecini büyük ölçüde hızlandırıyor.

Donatı Korozyonunun Yıkıcı Sonuçları

Donatı çeliğinde korozyon başladığında, bir dizi yıkıcı olaylar zinciri tetiklenir. Bu süreç, yalnızca çeliğin zayıflamasıyla sınırlı kalmıyor. Aynı zamanda çevreleyen betona da ciddi zararlar veriyor.

• Hacim Artışı: Öncelikle pas (demir oksit), orijinal çeliğin hacminin 2 ila 6 katı kadar daha fazla yer kaplar.
• İçsel Basınç: Ardından bu hacim artışı, betonun içinde dışarıya doğru muazzam bir genleşme basıncı oluşturuyor.
• Çatlama ve Dökülme: Beton, bu içsel basınca dayanamayarak çatlıyor. Zamanla, donatının üzerindeki koruyucu beton tabakası (paspayı) tamamen dökülüyor.
• Kesit Kaybı: Paspayı döküldükten sonra, donatı doğrudan dış etkenlere maruz kalıyor. Bu, korozyon sürecini daha da hızlandırarak donatı kesitinin azalmasına neden oluyor.
• Aderans Kaybı: Son olarak paslanma, donatı ile beton arasındaki yapışma kuvvetini (aderans) yok ediyor. Bu, beton ve çeliğin birlikte çalışma yeteneğini ortadan kaldırıyor.

Sonuç olarak korozyon, betonarme elemanın taşıma kapasitesini tehlikeli bir şekilde azaltıyor.

Tasarım Aşamasında Korozyon Önleme Stratejileri

Korozyonla mücadelenin en etkili, ekonomik ve kalıcı yolu, tasarım aşamasında doğru önlemleri almaktır. Gerçekten de inşaat tamamlandıktan sonra korozyon sorunlarını çözmek her zaman daha zordur. Ayrıca bu durum çok daha maliyetlidir. Proaktif bir tasarım yaklaşımı, yapıyı en başından itibaren dayanıklı ve uzun ömürlü kılmayı hedefler. Bu yaklaşım, yalnızca doğru malzemeyi seçmekle kalmıyor. Ayrıca, bu malzemelerin doğru bir şekilde detaylandırılmasını da içeriyor. Mühendisler ve mimarlar, yapının maruz kalacağı çevresel koşulları analiz ediyor. Bu analize göre, en uygun korozyon önleme stratejilerini belirliyorlar. Böylece bu stratejiler, yapının tüm ömrü boyunca güvenli kalmasını sağlıyor.

Kaliteli ve Yoğun Beton Tasarımı

Betonun kendisi, donatı için ilk ve en önemli koruma katmanıdır. Düşük kaliteli, gözenekli bir beton, zararlı maddelerin donatıya kolayca ulaşmasına izin veriyor. Bu nedenle, korozyon riskini azaltmanın ilk adımı, kaliteli ve yoğun bir beton tasarlamaktır.

• Düşük Su/Çimento Oranı: Öncelikle karışımdaki su miktarını azaltmak, betonun daha az gözenekli ve daha geçirimsiz olmasını sağlıyor. Mühendisler, bunu sağlamak için su azaltıcı kimyasal katkılar kullanıyor.
• Doğru Agrega Seçimi: Bununla birlikte, temiz, dayanıklı ve iyi granülometriye sahip agregalar kullanmak, betonun yoğunluğunu artırıyor.
• Puzolanik Katklar: Ayrıca karışıma silis dumanı veya uçucu kül gibi malzemeler eklemek, betonun hem dayanımını hem de kimyasal direncini artırıyor. Bu önlemler, betonun zararlı maddelere karşı bir bariyer gibi çalışmasını sağlıyor. Kısacası bu, korozyon için etkili bir önlemdir.

Yeterli Paspayı Kalınlığının Sağlanması

Paspayı, donatı çeliği ile betonun dış yüzeyi arasındaki beton tabakasının kalınlığıdır. Başka bir deyişle bu tabaka, donatıyı dış etkenlerden koruyan fiziksel bir bariyerdir. Paspayı ne kadar kalın ve kaliteli ise, korozyon başlangıcı o kadar gecikiyor. Bu nedenle deprem yönetmelikleri ve standartlar, minimum paspayı kalınlıklarını belirliyor. Örneğin, deniz kenarındaki agresif bir ortamda bulunan bir yapı için gereken paspayı daha kalındır. İnşaat sırasında, ekipler donatı ile kalıp arasına “paspayı elemanları” yerleştirerek bu mesafenin korunmasını sağlıyor. Sonuç olarak, yetersiz paspayı, korozyon hasarlarının en yaygın nedenlerinden biridir.

Koruyucu Özellikli Donatı Çeliği Seçimi

Standart karbon çeliği donatıya ek olarak, uzmanlar özel donatı çelikleri de kullanıyor. Özellikle korozyon riskinin çok yüksek olduğu projeler için bu çelikler mevcut. Bu malzemeler, daha yüksek bir başlangıç maliyetine sahip. Ancak, yapının toplam ömür maliyetini önemli ölçüde azaltıyor. Çünkü gelecekteki bakım ve onarım ihtiyacını ortadan kaldırıyorlar.

• Paslanmaz Çelik Donatı: Bu, en dayanıklı ve en uzun ömürlü seçenektir. Paslanmaz çelik, kendi kendini onaran bir pasif film tabakasına sahiptir. Bu nedenle, klorür iyonlarına karşı son derece dirençlidir.
• Epoksi Kaplı Donatı: Bu yöntemde, donatı çeliğinin yüzeyini fabrika ortamında epoksi bir filmle kaplıyorlar. Bu kaplama, çeliği su ve oksijenden izole ederek korozyon mekanizmasını engelliyor.
• Galvanizli Donatı: Burada ise, donatı çeliğini erimiş çinko banyosuna daldırarak yüzeyinde bir çinko tabakası oluşturuyorlar. Çinko, “kurban anot” olarak çalışarak çeliği koruyor.

Sonuç olarak bu malzemeler, özellikle agresif ortamlardaki korozyon sorununa kalıcı çözümler getiriyor.

Mevcut Binalarda Korozyon ile Mücadele ve Onarım

Mevcut binalarda korozyon hasarı tespit edildiğinde, yapının güvenliğini yeniden sağlamak amacıyla onarım çalışmaları yapılıyor. Onarım süreci, her zaman detaylı bir hasar tespiti ile başlıyor. Öncelikle mühendisler, korozyonun boyutunu, nedenlerini ve yapı üzerindeki etkilerini analiz ediyor. Ardından bu analize göre, en uygun onarım stratejisini belirliyorlar. Onarım yöntemleri, geleneksel beton onarım tekniklerinden, ileri teknoloji elektrokimyasal yöntemlere kadar geniş bir yelpazeyi kapsıyor. Nitekim amaç, sadece görünen hasarı onarmak değildir. Aynı zamanda korozyon sürecini durdurmak ve gelecekteki hasarları önlemektir.

Korozyon Tespiti ve Hasar Değerlendirme

Doğru bir onarım için, öncelikle korozyon hasarının boyutunu ve yerini doğru bir şekilde tespit etmek gerekiyor. Bu amaçla mühendisler, çeşitli denetim teknikleri kullanıyor.

• Görsel Muayene: İlk olarak pas lekeleri, çatlaklar ve beton dökülmeleri gibi belirtileri arıyorlar.
• Çekiçleme Testi: Sonrasında beton yüzeyine küçük bir çekiçle vurarak sesini dinliyorlar. Sağlam betondan tok bir ses gelirken, boşluk olan bölgelerden kof bir ses geliyor.
• Yarım Hücre Potansiyel Haritalaması: Ayrıca bu NDT yöntemi, donatının aktif olarak paslanıp paslanmadığını gösteren bir korozyon risk haritası oluşturuyor.
• Karbonatlaşma Derinliği Ölçümü: Betondan alınan bir numuneye veya açılan küçük bir deliğe fenolftalein indikatörü püskürtüyorlar. Sonuç olarak renk değişimi, karbonatlaşmanın ne kadar derine indiğini gösteriyor.

Bu testler, korozyon onarımının nerelere odaklanması gerektiğini belirliyor.

Geleneksel Beton Onarım Teknikleri (Patch Repair)

En yaygın korozyon onarım yöntemi, hasarlı bölgenin temizlenerek yeniden doldurulmasıdır. Uzmanlar, bu işleme “yama onarımı” (patch repair) diyor.

• Hasarlı Betonun Kaldırılması: Öncelikle ekipler, gevşek ve hasarlı betonu, sağlam betona ulaşana kadar dikkatlice kırıyor.
• Donatının Temizlenmesi: Ardından açığa çıkan paslı donatı, kumlama veya tel fırça gibi yöntemlerle tamamen temizleniyor.
• Donatının Pasivasyonu: Sonrasında temizlenen donatının yüzeyine, yeniden paslanmasını önlemek için özel bir koruyucu astar sürüyorlar.
• Tamir Harcı Uygulaması: Nihayetinde hazırlanan bölgeye, mevcut betonla uyumlu, düşük büzülme özelliğine sahip yapısal tamir harcı uyguluyorlar.

Bu yöntem, lokal korozyon hasarlarını onarmak için oldukça etkilidir.

Katodik Koruma Sistemleri

Katodik koruma, donatı korozyonu ile mücadelede en ileri teknoloji ve en etkili yöntemdir. Bu yöntem, korozyonun elektrokimyasal prensibini tersine çevirerek çalışıyor. Başka bir deyişle, donatı çeliğini bir katot haline getirerek, paslanmasını tamamen durduruyor. İki ana tür katodik koruma sistemi bulunuyor:

• Kurban Anot Sistemi: Bu sistemde çelikten daha aktif bir metal (genellikle çinko), donatıya elektriksel olarak bağlanıyor. Bu durumda, kurban anot kendini feda ederek korozyona uğruyor ve donatı çeliğini koruyor.
• Dış Akım Sistemi: Burada ise bir redresör (doğrultucu) yardımıyla, yapıya dışarıdan düşük voltajlı bir doğru akım uygulanıyor. Bu akım, korozyon akımını bastırarak çeliği koruyor.

Sonuç olarak bu sistemler, özellikle klorür iyonlarının neden olduğu agresif korozyon sorunları için kalıcı bir çözüm oluşturuyor.

Çelik Yapılarda Korozyon ve Korunma Yöntemleri

Çelik yapılar, yüksek dayanımları ve esneklikleri nedeniyle geniş bir kullanım alanına sahiptir. Ancak, bu yapıların en büyük zayıf noktası korozyon riskidir. Çelik, korumasız kaldığında atmosferdeki oksijen ve nem ile hızla reaksiyona girerek paslanıyor. Nitekim bu durum, zamanla çelik elemanların kesitinin azalmasına ve taşıma kapasitesinin düşmesine neden oluyor. Bu nedenle, çelik yapıların tasarımında ve bakımında korozyonla mücadele merkezi bir rol oynuyor. Korunma stratejileri, genellikle çeliğin çevreyle temasını kesen bariyerler oluşturmayı hedefliyor. Ayrıca çeliğin kendisini daha dirençli hale getirmeyi de amaçlıyor.

Koruyucu Kaplama Sistemleri (Boyalar)

Çelik yapıları korozyon riskinden korumanın en yaygın yolu, koruyucu boya sistemleri uygulamaktır. Modern boya sistemleri, sadece estetik bir katman değildir. Aynı zamanda, çeliği agresif çevresel koşullardan izole eden yüksek teknolojili bir bariyerdir. Etkili bir boya sistemi, genellikle üç farklı katmandan oluşuyor:

• Astar Kat (Primer): Öncelikle doğrudan temizlenmiş çelik yüzeye uygulanıyor. Yüzeye mükemmel bir yapışma sağlıyor ve aktif korozyon önleyici pigmentler içeriyor.
• Ara Kat: Ardından astar kat ile son kat arasında bir bariyer görevi görüyor. Sistemin toplam kalınlığını ve dayanıklılığını artırıyor.
• Son Kat: Son olarak bu katman, sistemin en dış yüzeyini oluşturuyor. Yapıyı UV ışınlarına, aşınmaya ve kimyasal etkilere karşı koruyor. Ayrıca, yapıya istenen rengi ve parlaklığı veriyor.

Bu katmanların doğru bir şekilde uygulanması, korozyon için uzun süreli bir koruma meydana getirir.

Youtube videolarımızı izlemek için buraya tıklayabilirsiniz.

Daha fazla bilgi almak ve bizimle iletişim kurmak için buraya tıklayabilirsiniz.