Betonarme yapılardaki donatı korozyonunun kimyasal analizi

1. ISSN: 2148-0273 Cilt 5, Sayı 1, 2017
Vol. 5, Issue 1, 2017
1
Yüksek Lisans öğrencisi, Munzur Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik ve Elektronik
Mühendisliği Bölümü, Tunceli, e-mail: aliguzelcicek@besmuhendislik.com
2
Murat Dal, Yrd. Doç. Dr., Munzur Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü,
Tunceli, e-mail: teknikmurathoca@gmail.com
3*
Bilgin Zengin, Yrd. Doç. Dr., Munzur Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik ve Elektronik
Mühendisliği Bölümü, Tunceli, e-mail: bilginzengin@munzur.edu.tr
Betonarme Yapılardaki Donatı Korozyonunun Kimyasal Analizi
Ali GÜZELÇİÇEK1
, Murat DAL2
, Bilgin ZENGİN3*
Özet
Türkiye, dünyanın en etkin deprem kuşaklarından birinin üzerinde bulunmaktadır. Bulunduğu
konum itibarı ile her yıl sayısız deprem olmaktadır. Can ve mal kayıpları yaşamaktadır. Deprem gerçeği
ile betonarme yapıların korozyon sebebi ile binaların hasar gördüğü yaygın olarak bilinen bir durumdur.
Bu çalışmada, korozyona uğramamış ve koroze olmuş donatılar İstanbul, Ataşehir, Küçükbakkalköy
Mah., Cengiz Topel Cad., No:25/27B adresindeki yapının farklı noktalarından örnekler alınarak kimyasal
analiz sonuçları spektrometrik ölçüm cihazı ile kimyasal analiz sonuçları tespit edilerek, karşılaştırmalı
olarak sonuçlar yorumlanmış ve donatı korozyonunun önemi vurgulanmıştır.
Anahtar kelimeler: deprem, donatı, spektrometre, korozyon, kimyasal analiz
Chemical Analysis of Reinforcement Corrosion in Reinforced Concrete
Structures
Abstract
Turkey is on one of the most active seismic zones in the world. Due to its location, there are
countless earthquakes every year. Life and property losses are alive.It is a well-known fact that buildings
are damaged due to the corrosion of reinforced concrete structures due to the earthquake reality.In this
study, samples of untreated and samples of corrosion were taken from different points of the structure at
Istanbul, Ataşehir, Küçükbakkalköy Mah., Cengiz Topel Cad., No: 25 / 27B, the results of the chemical
analysis were determined with a spectrometer, the results were interpreted comparatively and the
importance of the corrosion of the reinforcement was emphasized.
Keywords: earthquake, reinforcement, spektrometer, corrosion, chemical analysis

2. 53 | Betonarme Yapılardaki Donatı Korozyonunun Kimyasal Analizi
1. Giriş
Türkiye’nin coğrafi bakımdan %8’lik kısmı hariç deprem kuşağında olduğu, nüfusun
yaklaşık %95 kısmının deprem riski altında yaşadığı ayrıca birçok baraj ve
sanayileşmenin yine bu deprem kuşağında olduğu bilinmektedir. 1950’den bu yana
yaklaşık 60.000 insanımız hayatını kaybetmiş, birçok vatandaşımız yaralanmış ve
400.000 den fazla bina yıkılmış veya hasar görmüştür(Çoşgun, 2006).Bu deprem
gerçeği betonarme ve donatı çeliğine önemi artırmış ayrıca denetimler sıklaştırılmıştır.
Her ne kadar yapılar yönetmeliklere uygun hazırlanmış olsa bile, yapım sırasındaki kötü
malzeme kullanımı ve yapılan hatalı uygulamalar olası bir deprem karşısında binanın
performansını olumsuz ölçüde etkilemektedir. Yapıları depreme karşı uzun vadede
etkileyen en önemli problemlerden biri de yapının taşıyıcı elemanlarındaki çelik
donatıların korozyona uğramasıdır (Taché, 2001).
Çelik donatılar, betonarmenin yüksek alkalik yapısından ötürü uzun süre korozyona
uğramadan kalabilirler. Alkalik ortamda pasif bir oksit tabaka oluşması donatının
korozyona uğrama hızını azaltır (Rodriguez ve ark. , 1994). Ayrıca beton yapısı
bakımından boşluklu olmasına rağmen geçirgenliği oldukça azdır. Bu yüzden oksijen,
su ve klorür gibi donatı çeliğinin korozyona uğramasına neden olan başlıca etkilerin
betonarmeye girmesi oldukça zor diyebiliriz. Bu bağlamda korozyon olma olasılığı
oldukça düşüktür (Doğan, 2009). Çelik donatının korozyonu, betonarmenin yapım
aşamasında beton içindeki bileşenler ile betonarmenin servis sırasındaki etkilerinden ve
bunlarınkollektif davranışlarından oluşur (Koç, 1998). Betonarme yapıda zaman
içerisinde büyük ve küçük depremlere, titreşim ve sarsıntılara, mekanik yorgunluk ve
dış ortamdaki çeşitli nedenlere bağlı olarak betonda önce oldukça küçük sonra giderek
büyüyen gözenek ve çatlaklar oluşur. Bu gözenek ve çatlaklardan betonarmenin içine
sızan nem, deniz kumu kullanımından ileri gelen tuzlar, araçların egzoz gazları ile
sanayi kirliliğinden kaynaklananhavadaki CO2, kükürt, nitrojen oksit gibi korrozif
gazlar ve karayollarında buzla mücadelede kullanılan tuzlar çelik donatının korozyona
uğramasına neden olur (Doğan, 2009). Günümüzde depreme dayanıklı binaların
yapımında sentetik içerikli malzemelerde kullanılmaktadır. Bu malzemeler binaların
hem daha dayanıklı hem de daha hafif olmasına olanak sağlamaktadır (Kısmet, 2016) .

3. Ali GÜZELÇİÇEK, Murat DAL, Bilgin ZENGİN | 54
Bu bağlamda betonarme donatı hayati önem taşımaktadır. Donatının kalitesi, içerdiği
elementlerin ne kadar yoğunluğa sahip olduğu yapılacak inşa için önem taşımaktadır.
Spektrometre metal ölçüm cihazı ile maddelerin kimyasal analizleri yapılmaktadır.
2. Çalışma Yöntemi
Yapacağımız deneyde düz yüzeyin (zımpara veya torna ile) ölçüm sonuçlarını SMA
Spectrolab ile yapılmıştır. Çalışma prensibi; Spektrometre, aldığı yüksek voltajı elektrot
yardımıyla numuneye (Şekil 1) uygulayarak bir uyarım yapar. Bu uyarım numune ile
elektrot arasında bir elektrik boşalmasına(plazma) neden olur. Bu oluşan plazma fiber
optik kablolarla cihazın optik kısımlarına (air optik ve CCD optik) iletilir. Ancak 200
nm altındaki ışık miktarına sahip elementler fiber optik kablolarla değil, direkt N (azot)
veya Ar (argon) gazıyla optiklere gönderilir. Taşınan bu ışıklar fiber optiğin diğer
ucunda bulunan grating (kalite) kısmına iletilir. Burada ışık dalga boyuna göre kırılır ve
optiklerde bulunan PMT (photo multi tube)’lere düşer(Heckel, 2008).
Şekil 1. Spektrometrede numune ölçümü
Spektrometre, CCD deki (Şekil 2) PMT’lerde oluşan, dalga boyları 120-766 nm
arasında değişen elementlerin ışık miktarlarını okur. Her elementin dalga boyu farklıdır.
Alınan ışık miktarı önceden cihaza girilmiş olan ışık konsantrasyon değerleriyle
karşılaştırılıp yüzdesel olarak sayısal kodlarla ekrana yansıtılır. Bu şekilde ölçüm
yaptığımız malzemenin saflık derecesini, hangi elementlerden oluştuğunu, kalitesini,
cinsini tesbit etmemiz mümkündür (Manfred, 2006).

4. 55 | Betonarme Yapılardaki Donatı Korozyonunun Kimyasal Analizi
Şekil 2. CCD Optik ve PMT’ler
Koroze olmuş donatı çubuğunun yüzeysel kimyasal analiz sonuçlarını XRF Spectro
XEPOS cihazıyla tesbit edilmiştir. Çalışma prensibi; elemental bazda kimyasal
kompozisyonu belirlemede kullanılan önemli cihazlardan biridir. Atom X ışınları gibi
yüksek enerjili bir ışınıma maruz kalırsa, bu yüksek enerji girişi atomun çekirdeğine
yakın K, L veya M enerji yörüngelerdeki elektronları bulundukları yörüngeden uyarır.
Uyarılan atomda enerji yörüngesinde boşalan elektronun yeri üst enerji seviyesindeki
elektronlar tarafından doldurularak kararlı hale geri döner. Enerji düzeyleri arasındaki
fark ile soğurmuş oldukları bu enerjiyi dalga boyu 0,1-50 Å olan X ışınları şeklinde
yayınlarlar. Yayınlanan bu ışımalara floresans ışıma adı verilir. Elementlerin
yayınladığı bu ışımalar her element için farklı dalga boyuna sahiptirler.Bu nedenle, bu
ışımalar o elementin parmak izi gibi ayırt edici bir özelliğidir. Numunede bulunan
elementlerden yayımlanan karakteristik X-ışınları Silikon Drift Dedektör (SDD)
üzerine düşer. Elektronik kısımda yarı iletken teknolojisi ile üretilen peltier akımı ile
soğutulan yüksek sayım ve enerji çözünürlüğüne sahip dedektörde her fotonlar
elektronik sinyale dönüştürülür. Her sinyal çok kanallı analizörde enerjiye bağlı ilgili
elementin kanalına yönlendirilerek elementler için şiddet ölçümü alınır. Programda
elementlerin konsantrasyonuna karşılık sinyal şiddetleri eşleştirmesi ile oluşturulan
kalibrasyon eğrisi sayesinde bilinmeyen numunelerde nitel ve nicel analiz
gerçekleştirilecektir (Paul, 2006).

5. Ali GÜZELÇİÇEK, Murat DAL, Bilgin ZENGİN | 56
3. Araştırma Bulguları
Şekil 3. Koroze olmuş yapı (Küçükbakkalköy Mah. Cengiz Topel Cad. No:25/27B Ataşehir, İstanbul)
Şekil 3’deki yerden alınan koroze olmuş donatı demir çubuğu yüzey kimyasal analizi
yapan Spectro Xepos (Şekil 4) cihazında ölçüm yapıldı ve Tablo 1,2,3 deki sonuçlar
bulunmuştur.
Şekil 4. Koroze donatının XRF Spectrometre Xepos cihazında yüzeysel ölçümü
Tablo 1. Giriş kattan alınan koroze kiriş donatının kimyasal analiz sonuçları
Ki.Ö1 Ki.Ö2 Ki.Ö3 Ki.Ö4 Ort.
Fe 82.61 81.60 80.58 80.08 81.21
Si 2.598 2.765 2.983 3.082 2.857
Al 1.096 1.189 1.330 1.363 1.245
S 1.364 1.403 1.441 1.462 1.418
Cl 1.494 1.530 1.556 1.576 1.539

6. 57 | Betonarme Yapılardaki Donatı Korozyonunun Kimyasal Analizi
Ca 6.980 7.201 7.159 7.139 7.120
Cr 0.067 0.068 0.068 0.068 0.068
Mn 0.470 0.478 0.471 0.467 0.472
V 0.001 0.001 0.002 0.001 0.001
Co 0.070 0.054 0.054 0.052 0.058
Ni 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
Cu 0.17 0.16 0.16 0.16 0.16
Zn 0.042 0.040 0.039 0.040 0.040
Na 0.31 0.34 0.61 0.78 0.46
Mg 1.716 1.938 2.336 2.510 2.125
P 0.057 0.060 0.063 0.065 0.061
Tablo 2. Zemin katın kolonundan alınan donatının kimyasal analiz sonuçları
K.Ö1 K.Ö2 K.Ö3 K.Ö4 Ort.
Fe 80.02 81.20 79.94 81.80 80.74
Si 2.732 2.994 2.871 2.637 2.808
Al 1.218 1.087 1.376 1.243 1.231
S 1.321 1.378 1.480 1.412 1.397
Cl 1.513 1.520 1.568 1.544 1.536
Ca 7.088 7.162 7.239 7.148 7.159
Cr 0.068 0.066 0.068 0.068 0.068
Mn 0.472 0.476 0.474 0.465 0.474
V 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
Co 0.048 0.057 0.055 0.056 0.054
Ni 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
Cu 0.16 0.16 0.15 0.16 0.16
Zn 0.040 0.044 0.041 0.042 0.042
Na 0.55 0.6 4 0.58 0.47 0.56

7. Ali GÜZELÇİÇEK, Murat DAL, Bilgin ZENGİN | 58
Mg 2.106 1.873 2.256 2.318 2.138
P 0.060 0.062 0.063 0.062 0.062
Tablo 3. Zemin kat döşemesinden alınan koroze donatının kimyasal analiz sonuçları
D.Ö1 D.Ö2 D.Ö3 D.Ö4 Ort.
Fe 80.24 81.78 80.93 81.15 81.02
Si 2.841 3.127 2.811 2.962 2.935
Al 1.107 1.221 1.348 1.315 1.247
S 1.307 1.322 1.409 1.436 1.368
Cl 1.534 1.512 1.581 1.525 1.538
Ca 7.114 7.012 7.256 7.155 7.134
Cr 0.068 0.068 0.069 0.068 0.068
Mn 0.470 0.471 0.468 0.474 0.471
V 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
Co 0.052 0.057 0.050 0.051 0.053
Ni 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
Cu 0.16 0.17 0.16 0.16 0.16
Zn 0.044 0.041 0.039 0.045 0.043
Na 0.58 0.6 1 0.57 0.50 0.56
Mg 2.047 1.978 2.156 2.210 2.109
P 0.061 0.062 0.059 0.061 0.061
Şekil 5. Koroze donatının zımpara ile temizlendikten sonraki kimyasal analiz sonuçlarının ölçümü

8. 59 | Betonarme Yapılardaki Donatı Korozyonunun Kimyasal Analizi
Şekil 5’de gördüğümüz gibi koroze yüzeyi zımpara yaparak donatının iç kısmının
kimyasal analizleri Spektro Lab cihazında ölçüm yapılmıştır ve Tablo 4’deki sonuçlar
elde edilmiştir.
Tablo 4. Koroze donatının zımpara ile temizlendikten sonraki kimyasal analiz sonuçları
Ö1 Ö2 Ö3 Ö4 Ort.
Fe 98.5 98.5 98.5 98.5 98.5
Si 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12
Al 0.003 0.003 0.003 0.003 0.003
S 0.077 0.082 0.074 0.080 0.080
Cl 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006
Ca 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
Cr 0.072 0.073 0.074 0.072 0.073
Mn 0.054 0.056 0.056 0.054 0.054
V 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
Co 0.019 0.020 0.019 0.020 0.019
Ni 0.12 0.12 0.11 0.13 0.12
Cu 0.20 0.20 0.21 0.20 0.20
Zn 0.004 0.003 0.003 0.003 0.003
C 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11
Mg 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09
P 0.059 0.056 0.049 0.059 0.056
4. Sonuçlar
1999 deprem sonrası, İstanbul Büyükşehir Belediyesinin 55000 konut üzerinde yapılan
araştırmalarda, konutların %70’e yakını donatı korozyonu sebebi ile hasar gördüğü
tesbit edilmiştir (Bonfil, 2005). Bu sebepten ötürü donatı korozyonu binalarda oldukça
ciddi sorun olmuştur.

9. Ali GÜZELÇİÇEK, Murat DAL, Bilgin ZENGİN | 60
Bu çalışmada korozyona uğrayan donatıların kimyasal analiz sonuçları, koroze olmayan
donatıların kimyasal analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Örnek yapı olarak; İstanbul,
Ataşehir, Küçükbakkalköy Mah. Cengiz Topel Cad. No:25/27B adresindeki yapının;
giriş kat kiriş donatısından, zemin kat kolon donatısından ve zemin kat döşeme
donatısından alınan korozyonlu donatıların kimyasal analiz sonuçları Tablo 1, Tablo 2
ve Tablo 3’te verilmiştir. Aynı yapıdan korozyona uğramış donatı alınarak, kimyasal
analiz sonuçları Tablo 4’te verilmiştir. Bu sonuçlar karşılaştırıldığında, korozyona
uğramış donatıların kimyasal analiz sonuçları benzerlik göstermiştir. Fakat en belirgin
fark koroze olan donatılarda demir (Fe) oranı çok yüksek bir oranda düşüş göstermiştir.
Koroze olan donatılar detaylı incelendiğinde Kalsiyum (Ca),Alüminyum (Al), Silis (Si),
Klor (Cl), Kükürt (S) gibi elementlerde değişiklik (Tablo 1,2,3) koroze olmayan
donatıya oranla yüksek olduğu tesbit edilmiştir (Tablo 4). Bu değişikliğin en büyük
sebebi bu elementlerin çimentonun kimyasında mevcut olmasıdır. Ayrıca Cl, S ve Al
gibi elementler yağmur suyu ile birlikte betonarmeye girip donatının korozyona
uğramasını önemli derecede etkili kılmıştır.
Betonarme donatılarının korozyonunu önlemede birçok organik ve inorganik katkı
maddeleri kullanılmaktadır. Donatı korozyonuna çözüm bulunmaya çalışılmalıdır. Bu
konuda farklı meslek guruplarının multidisipliner çalışmalarla sorunun çözümüne
yaklaşılmalıdır. Aksi taktirde depremler betonarme binaları bu sebepten dolayı yıkmaya
devam edecektir.
5. Teşekkür
Bu deneyin yapımı için katkılarından ötürü Bes Mühendislik San. Tic. A.Ş.’ye
teşekkürlerimizi sunarız.
6. Kaynaklar
Çoşgun, T. (2006). İstanbul’da Deprem Sonrası Yapılan İncelemelerde Karşılaşılan
Korozyon Hasarı Üzerine Bir İnceleme, İÜ M.F, İnşaat Mühendisliği Bölümü.
Taché, G. (2001). Application de l’électrochimie à la caractérisation de la corrosion des
aciers dans le béton – Généralités. Séminaire Electrochimie et béton armé.

10. 61 | Betonarme Yapılardaki Donatı Korozyonunun Kimyasal Analizi
Rodriguez, P. Ramirez, E. and Gonzalez, J.A. (1994). Methods for Studying Corrosion
in Reinforced Concrete, Magazine of Concrete Research, 46(l67):81-90.
Doğan, M.(2009). Betonarme yapılardaki Deprem Hasarlarına Korozyonun Etkisi,
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi,12
(1):147- 168.
Koç, T.(1998). Betonarme Demirlerinin Korozyonu ve Katodik Korunması-II, Tudev İş
Dünyası, 3, 1-12.
Kısmet, Y. and Wagner, H. M. (2016). Enhancing the potential of employing
thermosetting powder recyclates as filler in LLDPE by structural
modifications, Journal of Polymer Engineering, 37(3):287-296.
Doğan, M.(2009). Betonarme yapılardaki deprem hasarlarına korozyonun etkisi,
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi,
12(1).
Heckel, J. (2008). D-47533 Spectro Kleve, Almanya (www.spectro.com)
Manfred, A.(2006). Spectro Analytical Instruments GmbH Installation Information
Spectrolab Laxm12, Almanya (www.spectro.com)
Paul, D.(2006). Spectro Analytical Instruments X-Ray Fluorance Testing, Spectro
Xepos, Almanya (www.spectro.com)
Bonfil, J.(2005). Su Problemine Yapı Bittikten Sonra Çözüm Aranıyor, Yapı ve Yalıtım
Teknolojileri Dergisi, 55(10).