Betonda Sülfat Etkisi

Sülfat etkisi beton yapıların uzun vadede durabilitesini etkileyen en agresif çevresel bozulmalardan biridir. Sülfat saldırıları köprüler, iskeleler, beton borular, temeller vb. sülfat etkisine maruz kalan birçok mühendislik yapılarının genleşmesine, çatlamasına ve bozulmasına yol açmaktadır. Topraktan, yeraltı suyundan ve deniz suyundan gelen sülfat iyonları sodyum, magnezyum, kalsiyum ve potasyum iyonları gibi diğer iyonlarla kombinasyon halinde bulunurlar.

Magnezyum sülfat, sodyum sülfat, kalsiyum sülfat ve potasyum sülfat vb. tuzlar bazı killi topraklarda, yeraltı sularında ve cürufla doldurulmuş arazilerde oldukça yüksek miktarlarda bulunabilmektedir. Aynı zamanda deniz suları da önemli miktarlarda sülfat içermektedir. Sertleşmiş beton içerisine sülfatlar dışarıdan sızan sularla birlikte girmektedir. Sülfatların varlığıyla oluşan kimyasal olaylar sonucunda beton genleşip çatlamaktadır.

Genellikle sülfat saldırıları sonucunda sülfat iyonları ile kalsiyum hidroksit ve kalsiyum aluminat hidratlar rekasiyona girerek alçıtaşı ve etrenjit oluşumuna neden olmaktadır. Sülfat saldırısı sonucu oluşan bu etrenjit ve alçıtaşı bileşenleri başlangıçta tepkimeye giren maddelere göre oldukça büyük hacimlidir. Etrenjit ve alçıtaşı oluşumu betonarme yapılarda genleşmeye, çatlak oluşumuna, bozulmalara ve parçalanmalara neden olmaktadır.

Etrenjit ve alçıtaşı oluşumundan sonra, sülfat saldırılarından dolayı süzülen kalsiyum bileşiği, kalsiyum silika hidrate (C-S-H) jelinin bozulmasına neden olmaktadır. Bu süreç C-S-H jelinin sertliğini kaybetmesine ve çimento hamuru matrisinin bozulmasına yol açmaktadır.
Betonun sülfat saldırılarına karşı direncini belirleyen ana bileşenler çimentodaki serbest kireç (Ca(OH)₂ , kalsiyum alüminat (C₃A) ve ferroalüminat fazlarıdır.

Etrenjit ve alçıtaşı çimento hidratasyonunun iki tane kimyasal ürünüdür. Etrenjit oluşumu genleşmeye yol açan hacim artışına neden olmaktadır. Eğer bu hacim artışı sınırlandırılırsa çatlaklara yol açmaktadır. Alçıtaşı oluşumunda ise betonun ağırlık ve dayanım kaybetmesine ve rijitliğini kaybetmesine neden olmaktadır. Çimento bileşimi, betonun geçirimliliği, s/b oranı, sülfat tuzlarındaki katyon türü, sülfat iyonlarının konsantrasyonu, maruz kalma koşulları ve maruz kalma süresi, yeraltı su seviyesi ve yeraltı su seviyesinin hareketliliği gibi sülfat direncini etkileyen birçok faktör vardır.

Sülfat Etkisi Dış ve İç Kaynaklar

Yeraltı suyu en yaygın olan dış sülfat kaynağıdır. Göl, nehir ve endüstriyel atık suları da dış sülfat kaynaklarıdır. Endüstriyel atık suları genelde göl ve nehir sularına göre daha fazla miktarda sülfat içermektedir. Bunlar dışında dış sülfat kaynağı olarak; sülfat kaynağı açısından zengin kil, kurak bölgelerdeki topraklarda bulunan alçıtaşı ve diğer toprak türleri sayılabilmektedir.

Yağış sularının etkisiyle bu bölgelerdeki sülfat yüzeysel sulara ve yeraltı sularına karışır ve bu şekilde dış kaynaklı sülfat saldırısına neden olabilmektedir. Tarım alanlarında kullanılan gübrenin, sulara karışarak beton yapılarına nüfuz etmesi ile sülfat etkisi oluşabilmektedir.
Beton içerisine su içinde çözünmüş olarak giren sülfat iyonlarının etkisi iki şekilde görülür. Birincisi, beton boşluklarında bulunan kalsiyum hidroksit ile magnezyum sülfatın birleşmesi ile oluşan kalsiyum sülfattır. Bu reaksiyon sonucu meydana gelen magnezyum hidroksitin çözünürlüğü az olduğundan dolayı çökelmektedir. İki mol su bağlayan kalsiyum sülfat kristal hale gelir ve yaklaşık %15 oranında bir hacim genleşmesine neden olmaktadır.

İki tür iç kaynaklı sülfat etkisi vardır. Birincisi normal sıcaklıktaki beton ve harçlarda oluşan iç kaynaklı sülfat etkisidir. İkincisi ise buhar kürü gibi yüksek sıcaklıklara maruz kalan betonlarda oluşan iç kaynaklı sülfat etkisidir.

Alkali Silika reksiyonu hakkında bilgi edinmek için tıklayınız.