Çimentoya Sülfat Etkileri Ve Traslar Hakkında Genel Bilği

1.SÜLFAT ETKİLERİ VE TRASLAR HAKKINDA GENEL BİLGİLER:


1.1.Portland Çimentolarının Sülfata Dayanımı :

1.1.1.Portland Çimentoları ve Sülfat İyonları Arasındaki Reaksiyonlar:

Sülfatlar genellikle sodyum, potasyum, kalsiyuım veya magnezyum tuzu olarak toprakta ,yeraltı suyunda, atık sularda, deniz suyunda, yağmur suyunda , kirli havada ve beton ag-regalarında bulunurlar.

Bunun dışında , düşük seviyeli nükleer atıklar da ( Low level nuclear waste ) sülfat içer-mekte olup, içerisinde saklandıkları betonarme yeraltı depolarını sülfat korozyonuna uğ- ratabilmektedir.

Sülfatın betona etkisi, hidrate Portland çimentosu ile sülfat iyonları arsında meydana ge- len kimyasal reaksiyonlar yoluyla olur.Bu etki genelde iki ayrı şekilde meydana gelir:

1.Genişleme,

2.Mukavemetin zaman içinde giderek düşmesi ve bu olayla birlikte kütle azalması.

Sülfatlarla, çimento arasındaki önemli bir etkenin de sülfatın katyonunun cinsinden kay-naklandığı unutulmamalıdır.

Öte yandan beton genişleyince çatlamaya başlar.Bu çatlamalar sonucunda betonun ge-çirgenliği çoğalır ve böylece agresif suyun içeriye girişi daha kolaylaşmış olur.

Sülfat etkisi olayında, C 3 A ve alçitaşının hidratasyonu sırasında ortaya çıkan çözünebilir sülfatlar ve Kalsiyumhidroksidin dış ortamdan gelen sülfatlarla birleşmesi sözkonusu-dur.

Çimentonun hidratasyonu sırasında C 3 A ( 3CaO-Al 2 O 3 ) oranı %5’ten fazla olan Portland çimentolarında bu Sülfoaluminatların çoğu Monosülfoaluminat (C 3 A.CS.H 18 ) olarak meydana gelir.Eğer C3A oranı %8’den fazla ise hidratasyon ürünleri ayrıca C 3 A.CS.H 18 içereceklerdir.Çimento hamurunda CH ( Ca(OH) 2 ,kireç ) bulunması halinde bu hamur,sülfat iyonları ile karşılaşırsa, alüminat içeren her iki hidrat, etrenjite (C 3 A.CS.H 32 ) dönüşür.Aşağıda bu kimyasal reaksiyonlar gösterilmiştir.


C 3 A.CS.H 18 + 2CH + 2S + 12H C 3 A.CS.H 32 ………(1)

C 3 A.CH.H 18 + 2CH + 3S + 11H C 3 A.CS.H 32 ………(2)

( C : CaO , A : Al 2 O 3 , S : SO 4 , H : H 2 O )


Burada C 3 A oranı ve çimentonu inceliği de önem kazanmaktadır.Çimentoda C 3 A oranı %10’dan büyük ve SO 3 miktarı yüksek ise, çimentonun incelik faktörü diğer faktörlerin üzerinde bir önem kazanır.Buradan, çimento ne kadar az SO 3 içeriyorsa ve çok ince de-ğilse, sülfata karşı o kadar dayanıklıdır sonucu çıkarılabilir.

MEHTA ; sülfatlarla ilgili olarak oluşan genişlemelere etrenjitin neden olduğuna ait bir fikir birliği olmakla birlikte, etrenjit formasyonunun genişlemeye sebep olma şekillerin-de tam bir anlaşma yoktur, demektedir.Çoğu araştırmacılar genişlemeye sebep olan fak- törleri genellikle iki farklı nedene dayandırmaktadırlar:


1.Etrenjit kristallerinin büyümesi ile ortaya çıkan basınç,


2.Nispeten az kristalize olmuş etrenjit tarafıdan alkalin ortamda suyun adsorbe edilmesi ve bunun sonucunda meydana gelen şişme.


Bunlara ek olarak katyon değişim reaksiyonlarından doğan alçı oluşumu da nispeten dü- şük düzeyde genişlemelere neden olur.MEHTA’nın kimyasal reaksiyonlar ile ilgili yap-tığı gözlemlere göre sertleimiş çimento hamurunun alçı tarafından hasara uğratılması, sertliğin ve mukavemetin azalması ve bunları genişlemenin ve kırılmanın izlemesi şek-linde olmaktadır.

Sülfatların sertleşmiş çimento hamuru içerisine yaptıkları difüzyonun oranı, hamurun difüzyon karakteristiklerine ve sülfat iyonlarının konsantrasyonuna bağlıdır.Hamurun difüzyon karakteristikleri onun fiziksel ve kimyasal yapısına bağlıdır.Gözenek boyutu olarak açıklanabilen fiziksel yapı bir takım permeabilite testleri ile karakterize edilebi -lir.Fakat ölçülen permeabilite değerleri ile gözenek boyutları arasındaki ilişki tartışılabi- lir bir olaydır.Kimyasal yapı ise doygun ve düzensiz gözenekler arasındaki difüzyon olayında önemlidir.


1.1.2.Sülfat Katyonlarının, Sülfat Korozyonundaki Etkileri :


Sülfat eriyiklerinde CaSO 4 dışında çoğunlukla mevcut olan iki katyonu ( Na ve Mg ) ele alalım, ve bunların kireç ve silikatlarla olan reaksiyonlarını izleyelim:


NaSO 4 + Ca(OH) 2 + 2H 2 O CaSO 4 .2H 2 O + 2NaOH………(3)

MgSO 4 + Ca(OH) 2 + 2H 2 O CaSO 4 .2H 2 O + Mg(OH) 2 …….(4)

3MgSO 4 +3CaO.2SiO 2. 3H 2 O + 8H 2 O 3(CaSO4.2H 2 O) + 3Mg(OH) 2 +

+2SiO 2 .H 2 O……….(5)


Yukarıda gösterilen iyon değiştirme reaksiyonlarında, reaksiyon ürünü olarak alçıtaşı (CaSO 4 .2H 2 O) çıkmakta.Hacim genişlemesi ile meydana gelen alçıtaşı sülfat etkimesi-nin birinci aşamasıdır; alçıtaşı sonradan daha büyük bir hacim genleşmesine yol açan etrenjite dönüşebilir.Alçıtaşının su içerisinde nispeten çözülebilir karaktere sahip olması ve sağlam yapılı silikatların dahi MgSO 4 durumunda çözünür bir maddeye dönüşmeleri ve çimentonun esas taşıyıcı ögelerinin bozulması hasarın nedenleridir.


Öte yandan MgSO 4 ile CSH arasındaki reaksiyondan meydana çıkan Mg(OH) 2 beton yü- zeyini ve gözenekleri erimeyen bir jel meydana getirerek tıkar ve zararlı sülfat sularının beton içerisine nüfuzunu önlemek suretiyle etrenjit oluşumunu önler.Fakat uzun vadede Mg(OH) 2 (Diğer adıyla brüsit) reksiyonunun ortaya çıkardığı 2SiO 2. H 2 O (silis jeli) ile birleşerek magnezyum silikata dönüşür.Magnezyum silikat ise, kalsiyum silikatın aksine bağlıyıcı nitelikten yoksundur.


(4)Reaksiyonunda da görülebileceği gibi MgSO 4, kireçle reaksiyona girerek alçıtaşı oluş- turmaktadır.Ancak kirecin az olduğu ortamlarda MgSO 4 kireç yerine direkt olarak sili-katlarla reaksiyona girebilecek ve esas yapıyı bozmak suretiyle betona zarar verecektir. Örneğin, puzolanlı çimentolarda, puzolan kireci bağladığından dolayı, kendiliğinden ki- reç fakiri bir ortam doğar.Bu da MgSO 4 ’ün silikatlarla reaksiyona girmesine sebep ola -cağından, MgSO 4 ’ün silikatlarla reaksiyona girmesine sebep olacağından, MgSO 4 ’ün varolduğu ortamlarda puzolanlı çimentonun kullanılması kaçınılması gereken bir husus kabul edilmelidir.


Buna karşılık (3) reaksiyonunda gösterilen Na 2 SO 4 etkisi, MgSO 4 ’e oranla salt etrenjitli sülfat etkisi yönünden daha zararlıdır.Burada oluşan NaOH suda çözülebilen bir bileşik- tir.Erimeyen Mg(OH) 2 jeli gibi betonu tıkamaz ve geçirimliliği azaltarak bir koruma sağlamaz.