Betonarme Demirleri Nasıl Paslanır?

a- Betonarme Demirin Paslanma İşlemi: Beton içindeki demir, sulu çözeltiler içindeki metallere benzer biçimde paslanmaya uğrar. Beton değeri yüksek olduğu için beton içinde katotta hidrojen çıkışı olmaz. Katot tepkimesi ancak oksijen indirgemesi biçiminde yürüyebilir. 2 (OH-)’li ortamda demir hidroksit durumunda çökelir. Fe (OH)2 Beton pH değeri yüksek olduğu için beton içinde katotta hidrojen çıkışı olmaz. Katot tepkimesi ancak oksijen indirgemesi biçiminde yürüyebilir. 2(OH-)’li ortamda demir hidroksit durumunda çekilir. Fe (OH-)2 Beton ph değeri yüksek olduğu için beton içinde katotta hidrojen çıkışı olmaz. Katot süzülürken oksijeni betonarme demirlerine dek birlikte taşır ve betonarme demirde reaksiyon başlar.

b- Su/Çimento Oranı Önemi: Betonarme demirinin paslanması, Su7Çimento oranı ıslanan ve kuruyan betonlarda etkili olarak yürür yada hava doğrudan beton çatlak ve boşlukları içine dolarak oksijeni taşır. Eğer beton boşlukları su ile dolu değilse bu olay çok hızlı olarak gerçekleşir. Tersi durumda oksijenin, beton boşlukları içindeki suda çözünerek oradan betonarme demirlerine dek çözelti içinde yayılması gerekir. Oksijenin çözelti içindeki yayılma hızı çok düşük olduğundan, bu yolla oksijen taşınması son derece yavaştır. Her iki durumda da oksijenin betonarme demirleri yüzeyine dek girmesi büyük ölçüde beton yapısına ve gözenekliğine bağlıdır. Beton boşluk suyu içinde çözünmüş olan oksijenin yayılma katsayısı çok küçüktür. Diğer yandan betonun su ile doygunluk yüzdesi ve beton yapımı sırasında kullanılan su/çimento oranı da oksijen yayılma hızını etkiler. Beton içine oksijen yayılma hızının su/çimento oranına bağlılığı beton kalınlığına göre değişir. Su/çimento oranı arttıkça betonun gözenekliliği artmakta ve buna koşut olarak oksijen yayılma hızında da artış olmaktadır. Örnek olarak, su/çimento oranı 0,40’dan 0.60’a çıkarılacak olursa oksijen yayılma hızında yaklaşık iki kat artış olmaktadır. Bu durumda betonarme demirlerinin paslanma hızında da iki kata varan bşr artış olması beklenebilir.

c- Paslanma Hızı: Betonarme demirlerinin paslanması için hem oksijen ve hem de suya gerek vardır. Oksijen başka elemanların çoğuyla kolayca birleşir. Bu birleşme olduğu zaman, “oksidasyon-oksitlenme” olmuştur, deriz. Oksitlenmenin çok çabuk, son derece hızla olması “ateşlenme-yağma”dır. Hemen bütün oksitlenme olgularında ısı verilir. Bu yüzden ısı yükselir, alevlenme olur. Beton kuru durumda iken su eksikliğinden, beton su ile tam doymuş durumda iken de oksijen eksikliğinden betonarme demirlerinin paslanması son derece yavaştır. En yeğin paslanma, dönemsel olarak ıslanan ve kuruyan betonlarda görülür. Havaya açık bulunan betonların bir kısmı kuru bulunur. Bu durumdaki betonlar içindeki betonarme demirleri edilgen durumdadır. su ortam içinde paslanmazlık su içinde çözünmüş durumda olan oksijenin beton içinden süzülerek demir yüzeyine dek taşınmasının güçlüğünden ileri gelir.

d- Nemliğin Önemi: Beton içine oksijen yayılma hızı yalnız su/çimento oranına değil, betonun nem kertesine (beton boşluklarının su ile doluluk kertesine) de bağlıdır. Beton kuru durumdayken beton içindeki boşluklar hava ile doludur. Bu durumda havadan katot yüzeyine gaz durumunda, oksijen taşınması son derece kolaydır. Beton boşluklarının su ile dolması durumunda, oksijen önce boşluk suyu içinde çözünecek ve daha sonra çözelti içinde yayılarak betonarme demirlerine ulaşacaktır. Beton nem kertesinden kaynaklanan bu olay paslanma açısından büyük önem taşır.

e- Tuz ve Oksijen Çokluğunun Etkisi: Su içinde bulunan çözünmüş oksijen oranı paslanma açısından büyük önem taşır. Oksijenin sudaki çözünürlüğü oldukça küçüktür ve su sıcaklığı arttıkça azalır. Oksijenin tuzlu sular içindeki çözünürlüğü de saf suya göre daha azdır. Tuz oranı arttıkça su içinde çözünmüş durumdaki oksijen içeriği gittikçe azalır. Bu nedenle çok tuzlu sular içinde paslanma hızının artık artmadığı görülür. Başlangıçta çözelti tuzluluğu arttıkça klorür iyonu etkisi ile paslanma hızında da artış olmaktadır. Ancak tuzluluk belli bir değere eriştikten sonra (75 gr./kg çözelti) paslanma hızında azalma görülür. Bu durum tuz artışı ile birlikte su içinde çözünmüş oksijen oranının azalmasından ileri gelir.

Beton içine tuz başlıca iki yoldan girer. Bunlardan birincisi ve önlenebilir olanı, beton karışımı hazırlanırken kullanılan kum, çakıl, karışımı suyu ve çeşitli katkı maddeleri ile giren klorür bileşikleridir. İkincisi ve uygulamada daha sık karşılaşılan beton sertleştikten sonra çevreden beton içine giren klorür yük ünleridir. Betonarme demirlerinin paslanması üzerine başlangıçta ve sonradan giren bu klorürlerin etkisi ayrıdır. Başlangıçta beton içine giren klorür yük ünlerinin bir kısmı, çimento hidratasyonu tepkimesi sırasında sırasın da çimento klinker bileşiklerinden üç kalsiyum alümini klorürü (Friedel tuzu) oluşturur. Böylece klorür yükünün bir kısmı bağlanmış olur. Bu bağlı klorürün, edilgenliği bozucu etkisi yoktur. Paslanma üzerine beton boşluk suyu içine çözünmüş durumda bulunan klorür yük ünleri etkili olur.

f- Tuz Nasıl Bozar? Beton içinde bulunan klorür yük ünlerinin edilgenliği bozucu etkisi şöyledir. Klorür iyonu elektronegativitesi yüksek bir yükündür. Bu nedenle metal yüzeyinde oksijen ve hidroksit yük ünlerinden daha sağlam biçimde soğurulur. Soğurulan bu klorür yük ünleri paslanma sonucu oluşan demir yükünler ile birleşerek demir klorür biçiminde çözeltiye geçer. Böylece metal yüzeyinde Fe (OH-)2 çökelmesi ve edilgen zarın oluşması önlenmiş olur. Bu bölgede paslanma olayı artık kendiliğinden sürer. Çünkü çözelti içine giren demir klorür su ve oksijenle birleşerek pas oluştururken, klorür iyonu yeniden çözelti içine karışır. Aşağıda verilen reaksiyonlardan açıkça görüldüğü gibi klorür yükünü doğrudan paslanma yaratmaz. Ancak bir aracı gibi paslanma olayının hızını arttırıcı olarak görev yapar. Klorür yükünün çukur paslanması oluşturması yukarıdaki zincirleme tepkimelerin dar bir bölgede yürümesi sonucu ortaya çıkar. Klorür yükünü ile kirlenmiş betonlar içinde çukur paslanması olayına sıkça rastlanır. Çevreden beton içine süzülen klorür yükünler edilgen durumda bulunan betonarme demirleri üzerindeki edilgen katmanı bozarak paslanmaya neden olabilir. Klorür yükünü su içinde çözünmüş olarak beton kılcal çatlaklarından ya da boşluklarından ilerleyerek belli bir süre içinde yüzeye en yakın olan betonarme demirine ulaşır. Burada metal yüzeylerinde bulunan edilgen katmanı geçerek metal yüzeyine soğurulur ve paslanmasına neden olur.

Nazmi Şahin
İnşaat Mühendisi
Yapı Denetim ve Deprem Mühendisliği Derneği
Genel Başkanı