Karbonatlaşma olayının beton üzerindeki etkisi ve tespit yöntemi
Beton içerisindeki bazı malzemelerin karbonat esaslı ürünlere dönüşmesi karbonatlaşma olayı için önemli bir parametredir. Dolayısıyla, olayın ilerleme hızı, beton özelliklerine ve çevresel maruz kalma koşullarına bağlıdır. Bu etkiler zaman yasasının karekökünü bağlıdır. Karbonatlaşma reaksiyonu sırasında oluşan su karbonatlaşma sürecinin kendi kendisini devam ettirmektedir. Ayrıca karbondioksitin betonun derinliğine nüfuz etmesinde çeşitli şartların oluşması gerekmektedir. Karbondioksitin beton gözeneklerinde çözülmesi ile reaksiyon sonucu üretilen karbonatlar, gözenek boyutunu ve gözenekler arasındaki ara bağlantı derecesini küçültüp geçirgenliği azaltmaktadır. Buna ek olarak karbon dioksit, o noktadaki karbonatlaşabilir tüm malzemeler karbonatlaşma reaksiyonunda tükettikten sonra belirli bir noktanın ötesine geçebilir.
Betonarme gözenek hacmi ve geçirgenliğin azaltılmasıyla donatısız betonda, karbonatlaşmanın hem mukavemet hem de dayanıklılık açısından yararlı etkileri vardır. Bununla birlikte, betonarme yapılarda gerçekleşen karbonatlaşma, çeliğin korozyonunu başlatmada önemli bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, betonarme yapıların dayanıklılık performansını ve ömrünü azaltmaktadır. Karbonatlaşma reaksiyonu tamamlandıktan sonra beton boşluk suyunun pH değerini 13.2’nin üstünden 8.5’in altına düşürmektedir. Bu işlem çelik seviyesine ulaştığında azaltılmış pH çeliğin pasif gama-ferrik oksit tabakasının kararsız hale gelmesine ve depasifize olmasına neden olur.
Gamma ferrik oksit, alkalin bir ortamda çeliğin yüzeyinde oluşan Fe2O3‘ün ince bir film tabakasıdır. Yeterli oksijen ve nem mevcutsa, beton içerisindeki çelikte korozyondan sonra kesit kaybı başlamaktadır. Böylelikle, betonarme elemanın veya yapının servis ömrü içerisinde yük taşıma kapasitesi azalacaktır. Karbonatlaşma çelik korozyonuna ve uzun süreli dayanıklılığa ciddi şekilde zarar verebileceği gibi, betonarme bir yapının tasarım aşamasında olduğu kadar mevcut bir betonarme yapının ömrü boyunca da etkili olmaktadır.
Beton yapılarda gerekli hizmet ömrü ve dayanıklılık performansını sağlamak için betonda kullanılan bağlayıcı ve çevre etki koşulları dikkate alınmalıdır. Yapıdaki beton için karışım oranları ve pas payı derinliğinin arzu edilen servis ömrünün elde edilmesi için önemli katkısı bulunmaktadır. Benzer şekilde, mevcut beton yapıların artık servis ömrünün uzatılması için de bakım ve onarım planlarının etkili bir şekilde yapılması gerekmektedir. Betonun bu problemi, karbonatlaşma hızı veya derinliğinin belirlenmesi 70’lerin sonlarından beri incelenmektedir. Güney Afrika’da, beton yapıların karbonatlaşmaya bağlı korozyon hasarının artan olasılıklarını takiben, 90’lı yılların başında beton karbonatlaşma problemine dikkat edilmiş ve dolayısıyla karasal iklimdeki yapıların dayanıklılık performansını ve ömrünü ölçme ihtiyacı ortaya çıkmıştır.
Betonda karbonatlaşma derinliğini değerlendirmek için çeşitli ölçüm teknikleri önerilmiştir. Fenolftalein çözeltisi (pH indikatörü) geleneksel olarak karbonatlaşma derinliği ölçümleri için kullanılır. Beton kırık yüzeyine fenolftalein sprey ile püskürtülür. Karbonatlaşmamış alanların rengi pembeye dönüşürken, karbonatlaşma gerçekleşmiş alanların rengi değişmez. Karbonatlaşma olayı ayrıntıları petrografik mikroskop tekniği kullanılarak da elde edilebilir. Bu teknikte iki tür numune kullanılabilinir. CO2‘ye maruz kalan beton yüzeyden küçük beton veya matris parçalarında incelemeler yapılmaktadır. Petrografik mikroskop kullanılarak karbonatlaşmanın belirlenmesi için çok ince kesitler hazırlanmalıdır. Matriste karbonatlı ve karbonat içermeyen alanlar, farklı mineraller nedeniyle polarize ışık altında farklı bir renk tayfı sergileyecektir. Karbonatlaşmış betonun somut mikroyapısal morfolojik gözlemleri ve karbonatlaşmaya bağlı olarak hidratasyon ürünlerinin kimyasal değişiklikleri için, SEM’in sekonder modu çeşitli araştırmacılar tarafından kullanılmaktadır.
