İnşaat demirinin dayanıklılığını ne azaltır?

Paslı inşaat demiri ve yapısal dayanıma etkileri

İnşaat demiri (donatı çeliği), betonarme yapıların taşıyıcı sisteminin en önemli bileşenlerinden biridir. Beton basınç kuvvetlerine karşı direnç gösterirken, inşaat demiri çekme kuvvetlerini karşılar. Bu iki malzemenin birlikte çalışması, yapıların güvenli ve uzun ömürlü olmasını sağlar. Ancak bu sistemin dayanıklılığını ciddi şekilde azaltan en önemli unsur paslanma, yani korozyondur. Paslanmış bir inşaat demiri, yalnızca kendi mukavemetini kaybetmekle kalmaz; tüm yapının güvenliğini tehlikeye sokar.

Bu makalede inşaat demirinin neden paslandığı, pasın nasıl oluştuğu ve paslanmanın inşaat demirinin dayanıklılığını neden düşürdüğü tüm yönleriyle ele alınmaktadır.

İnşaat demiri nedir?

İnşaat demiri, düşük karbonlu çelikten üretilir ve yüksek çekme dayanımına sahiptir. Betonarme yapılarda;

Çekme gerilmelerini taşır

Yapıya süneklik kazandırır

Deprem ve dinamik yükler altında enerji sönümler

Ancak demirin bu üstün mekanik özellikleri, kimyasal olarak kararlı olduğu anlamına gelmez. Uygun koşullar oluştuğunda demir hızla paslanabilir.

İnşaat demiri neden paslanır?

Paslanma, demirin oksijen ve su ile girdiği elektrokimyasal bir reaksiyon sonucunda oluşur. Bu süreç doğal ve kaçınılmazdır.

Demirin paslanma reaksiyonları (Kopyalanabilir)

Anot bölgesinde gerçekleşen oksidasyon reaksiyonu:

Fe -> Fe2+ + 2e-

Katot bölgesinde gerçekleşen indirgenme reaksiyonu:

O2 + 2H2O + 4e- -> 4OH-

Ortaya çıkan iyonların birleşmesi:

Fe2+ + 2OH- -> Fe(OH)2

Bu bileşik zamanla oksijenle reaksiyona girerek pas haline dönüşür:

4Fe(OH)2 + O2 -> 2Fe2O3 + 4H2O

Oluşan Fe2O3 ve hidratlı türevleri halk arasında pas olarak adlandırılır.

Beton içindeki demir neden normalde paslanmaz?

Taze betonun pH değeri yaklaşık 12 – 13 arasındadır. Bu yüksek alkalin ortam, demirin yüzeyinde koruyucu bir oksit tabakası oluşturur. Bu tabaka demiri dış etkenlere karşı korur ve paslanmayı geciktirir.

Ancak betonun bu koruyucu özelliği zamanla azalır.

İnşaat demirinde paslanmayı başlatan etkenler

1. Karbonatlaşma

Beton, zamanla havadaki karbondioksit ile reaksiyona girer:

Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O

Bu reaksiyon betonun pH değerini düşürür. pH değeri 9’un altına düştüğünde demirin yüzeyindeki koruyucu tabaka bozulur ve paslanma başlar.

2. Su ve nem

Sürekli neme maruz kalan yapılarda;

Yağmur suyu

Yeraltı suyu

Yüksek bağıl nem

demirin paslanma hızını önemli ölçüde artırır.

3. Klorür iyonları (Tuz etkisi)

Klorür iyonları, beton içindeki pasif tabakayı delerek demirin doğrudan paslanmasına neden olur. Bu durum özellikle;

Deniz kenarı yapılar

Tuzlu kum veya su kullanılan betonlar

Kış aylarında tuzlanan yol çevresi yapılar

için büyük risk oluşturur.

4. Düşük beton kalitesi

Yüksek su/çimento oranı

Yetersiz beton örtüsü

Düşük çimento dozajı

demirin dış etkenlere karşı savunmasız kalmasına neden olur.

Pas, inşaat demirinin dayanıklılığını neden azaltır?

1. Kesit alanı kaybı

Paslanma sırasında demir atomları ortamdan uzaklaşır ve demirin efektif kesit alanı küçülür. Kesit alanı azaldıkça demirin taşıyabileceği yük de düşer.

Örnek olarak:

%10 kesit kaybı

%20 – %30 taşıma kapasitesi kaybına yol açabilir

2. Çekme dayanımının azalması

Paslanmış demirde;

Akma dayanımı düşer

Kopma uzaması azalır

Süneklik kaybolur

Bu durum, özellikle deprem sırasında kırılgan ve ani göçmelere neden olabilir.

3. Beton – demir aderansının bozulması

Pas, demirin yüzey yapısını değiştirir. Bu durum beton ile demir arasındaki aderansı zayıflatır. Aderans kaybı sonucunda;

Yük aktarımı sağlanamaz

Donatı betondan sıyrılabilir

4. Betonun çatlaması ve dökülmesi

Paslanma sonucunda demirin hacmi yaklaşık 6 – 8 kat artar. Bu hacim artışı beton içinde iç basınç oluşturur ve;

Beton çatlar

Kabarmalar oluşur

Beton örtüsü dökülür

Bu aşamadan sonra korozyon çok daha hızlı ilerler.

Paslı inşaat demiri kullanmanın yapısal sonuçları

Taşıyıcı sistem zayıflar

Kolon ve kirişlerde dayanım kaybı oluşur

Deprem performansı ciddi şekilde düşer

Yapının ekonomik ömrü kısalır

Can ve mal güvenliği tehlikeye girer

Sonuç

İnşaat demirinin dayanıklılığını azaltan en önemli etken paslanmadır. Pas, hem demirin mekanik özelliklerini zayıflatır hem de betonarme sistemin bütünlüğünü bozar. Bu nedenle paslı inşaat demiri, yalnızca bir malzeme kusuru değil, doğrudan yapısal güvenlik sorunudur.