Alkali Silika Reaksiyonları Ve Deneyleri

Alkali Agrega Reaksiyonları

Alkali agrega reaksiyonları (AAR), betondaki agregaların yine aynı betondaki alkali hidroksitlerle reaksiyona girmesiyle meydana gelen bir tepkimedir. Bu reaksiyon sonucunda, nem varlığında suyu emen ve uzun yıllar boyunca betonda genişlemeye ve çatlamaya neden olan higroskopik (nem çeken) bir jel meydana gelir. Bu reaksiyon betonda, alkali silika reaksiyonları ve alkali karbonat reaksiyonları olmak üzere iki farklı şekilde gerçekleşir.

Alkali-silika reaksiyonları (ASR), çeşitli silika malzemeleri içeren agregalar çok yaygın olduğundan dolayı biz mühendisler için daha fazla endişe vericidir. Alkali-karbonat reaksiyonları ise karbonatların betonda kullanım için uygun olmaması nedeniyle nadiren meydana gelmektedir.

Bu iki tür alkali-agrega reaksiyonunun betonda neden olduğu bozulmalar benzerdir. Alkali-agrega reaksiyonları nedeniyle hiçbir yapının çökmediği bilinmektedir ancak bu reaksiyonların etkisiyle betonarme yapının taşıyıcı elemanlarında ciddi hasarlar meydana gelebilmektedir.

Alkali-agrega reaksiyonu nedeniyle ciddi derecede çatlayan beton yapı elemanlarının çoğunun korunmasız şekilde sert hava koşullarına maruz kaldığı veya nemli toprakla temas halinde olduğu bilinmektedir. Bunun nedeni; önemli miktarda genleşmenin meydana gelmesi için yeterli nem miktarının bu reaksiyonun gerçekleşmesi için şart olmasıdır. Nemin yanı sıra betondaki yüksek alkali içeriği de reaksiyonun gerçekleşmesi açısından oldukça önemlidir.

Alkali Silika Reaksiyonları Nedir? Nasıl Oluşur?

Alkali-silika reaksiyonları (ASR) agregalarda reaktif halde bulunan (tepkimede harcanıp ürüne dönüşebilen bileşik) silis ile betonun boşluk çözeltisinde bulunan hidroksil ve alkali iyonlarının tepkimeye girmesiyle gerçekleşir. Gerçekleşen bu reaksiyon sonucu betonda nem etkisiyle genleşen alkali-silis jeli oluşur. Bu jel etkisiyle meydana gelen genleşmeler sonucunda betonda çatlaklar meydana gelir.

SiO2 + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2O
Silika + Alkali + Su = Alkali-Silika Jel

Alkali silika reaksiyonları basitçe iki adımda gerçekleşir. İlk adımda alkalilerle reaktif silikanın birleşmesiyle alkali-silis jel ürünleri oluşur. İkinci adımda ise alkali-silika jelleri ortamdaki nem ile birleşerek genleşmeleri meydana getirir. Meydana gelen bu genleşmeler de zamanla betonun çatlamasına ve işlevini yitirmesine sebep olur.

Dikkat edilmesi gereken başka bir husus olarak, bazı durumlarda alkali-silis jelin betondan dışarıya doğru çıkışı gözlemlenmez. Bu nedenle beton yüzeyinde herhangi bir belirtinin olmaması, alkali silika reaksiyonları nedeniyle çatlak meydana gelme ihtimalini ortadan kaldırmaz.

Alkali-Silika Reaksiyonunun gerçekleşmesi için üç ana risk faktörü vardır:

1. Çimentonun bileşenlerinde alkalilerin (Na2O+ 0,6K2O ≥ 0.66 olması durumu) bulunması,
2. Agrega reaktif (kimyasal tepkimede harcanarak ürüne dönüşen bileşik) ise,
3. Ortamın nemli olması

Bu üç risk faktörünün bir arada bulunması, reaksiyonun gerçekleşmesine sebep olur. Bir tanesi bile yoksa, reaksiyon gerçekleşmez.

Alkali Silika Reaksiyonu İçin Uygulanan Deneyler

Alkali-silika reaksiyonunun genleşme özelliğinden yararlanılarak, reaksiyon oluşumunun belirlenmesi için birçok deney yöntemleri geliştirilmiştir. Bu deney yöntemlerinden sıklıkla tercih edilenler şunlardır:

Uzun Süreli Harç Çubuk Testi

Bu yöntemde, hazırlanan harç çubuklarının genleşme miktarının zamana bağlı olarak belirlenmesi ile çimento-agrega bileşimlerinde meydana gelen genleşmenin alkali kaynaklı olup olmadığı tespit edilir.

Hızlandırılmış Harç Çubuk Testi

Uzun süreli harç çubuk testinden farklı olarak harç çubukları yüksek çözelti içerisinde ve yüksek sıcaklıkta saklanarak uzunluk ve boy değişimleri zamana bağlı olarak ölçülüp agregaların alkalinitesi belirlenir.

Beton Prizma Testi

Bu yöntemde de aynı şekilde çimento-agrega bileşimlerinde meydana gelen genleşmenin alkali kaynaklı olup olmadığı tespit edilir. Uzun süreli harç çubuk testinden ayıran en temel farklar  harç çubuklarının hazırlanması sırasında karışım suyuna NaOH eklenerek karışımın alkali miktarının artırılması ve harç çubuklarının boyutlarıdır.

Kaynaklar / References

• Korkmaz Yıldırım , Alkali Silika Reaksiyonuna Maruz Betonun Yapısal Davranışının Araştırılması , Mesleki Bilimler Dergisi (MBD) & Ankara Üniversitesi , 2018

• Kambiz Ramyar , Betonda Alkali-Silis Reaksiyonu: Bir Derleme , Hazır Beton Dergisi, 2013