Alkali-Karbonat Reaksiyonu Nedir?

Alkali-karbonat reaksiyonu (ACR) ilk olarak Swensson tarafından Ontario, Kanada’da 1957 yılında gözlemlenmiş ve araştırılmıştır. O günden bu yana birçok araştırmacı bu konu üzerinde durmuş ve çeşitli bilgiler elde etmiştir. Fakat günümüzde, ACR’nin mekanizması ve zararları halen tam olarak anlaşılmış değildir ve bu konuda çelişkili bulgular vardır.

Bu reaksiyonda dolomit veya magnezyum içeren kireçtaşları reaksiyon sonucu magnezyum hidroksite dönüşürler. Dedolomitasyon adı verilen bu olay, harita şeklinde çatlaklara ve betonun tamamen parçalanmasına yol açabilir. Dolomitin esas maddesi MgCO3 su etkisiyle Mg(OH)2’e dönüşmekte, Mg(OH)2 ise suda çözünerek suyun taşın içine sızmasını sağlamaktadır. Taşın iç kısımlarında jeolojik devirlerden kalma kil damarları varsa bunlar su ile temas edip şişmekte ve agregaları patlatmaktadır. Alkali-karbonat jeli miktarca az olup genleşmeye daha ziyade dolomitin boşalması ile suya maruz kalıp şişen kil bileşenleri neden olmaktadır.

Tipik bir alkali karbonat reaksiyonu:

CaMg(CO3)2 + 2MOH  –>  Mg(OH)2 + CaCO3 + M2CO3

M; potasyum (K), sodyum (Na) veya lityum’u (Li) temsil etmektedir.

Alkali karbonatlar betonda Portland çimentosunun hidratasyon ürünleri ile birleşerek yeniden alkali üretirler.

M2CO3 + Ca(OH)2 –> 2MOH + CaCO3

ACR’ye sebep olan karbonat kayaçlarının belirli bir mineralojik bileşimi vardır. Kısmen büyük dolomit kristalleri; ince taneli kalsit, kil ve genellikle silt boyutundaki kuvarsttan oluşan matrisin içinde bulunmaktadır. Alkali- karbonat reaktif kayaçların belirleyici özelliği dokularıdır. Amerikan Beton Enstitüsü (ACI) tanımına göre reaktif kayaçlarda dikdörtgen şekilli dolomit kristalleri merkezde sıkı bir şekilde veya hafifçe dağınık olarak bulunabilir. Dağınık bulunan dolomit kristallerinin kenarları daha sivri iken, merkezde birbirine sürtünen şekilde bulunanlar daha yumuşak biçimlidir.

Dedolomitizasyon sırasında dolomit ve kireç, kendilerinden daha büyük hacimli olan kalsite ve brusit dönüşür. Bu reaksiyonun betonun toplam hacmi üzerindeki etkisi küçüktür fakat fazla oranda reaktif agrega taneleri içeren bölgelerde lokal genleşmelere, bu sebeple de lokal çatlaklara yol açabilir. Bu sırada da agrega ile çimento arasındaki bağ zayıflar. Diğer taraftan da betonun porozitesini ve geçirimliliğini arttırarak, betonun donma-çözünme gibi diğer mekanizmalara karşı dayanıklılığını azaltır. Dedolomitizasyonun yol açtığı genleşme kuvvetlerinin, ASR ile kıyaslandığında ihmal edilebilir olduğu söylenebilir. Tipik dokuya sahip dolomit agregası betonda yüksek alkali içerikli bir çimento ile kaba agrega yerine kullanılırsa, ACR’ye yol açarak aşırı genleşmelere ve hasara yol açabilir. Dolomit agregasının güçlü alkalilerle reaksiyona girerek brusit, kalsiyum-karbonat ve çözülebilir alkali-karbonat oluşturduğu dedolomitizasyon reaksiyonunun ACR genleşmesinin temelini oluşturduğu kabul edilmiştir. Yine de ACR’nin varlığı bazı araştırmacılar tarafından hala kabul edilmemiştir.

Kalsiyum ve Magnezyumun çift karbonat bileşiği olan Dolomitin kimyasal formülü CaMg(CO3)2  olup, dolomitin  kalsitten ayrı özellikte bir mineral olduğu ilk kez Fransız Jeolog  Deodat de Dolomieu tarafından belirlenmiş ve 1791 yılında Count Dolomien tarafından isimlendirilmiştir. Kimyasal olarak teorik bileşimi aşağıdaki şekildedir:

CaCO3  : %54,35     

CaO  : %30,4

MgCO3 :% 45,65                     

MgO : %21,7

CO2 : %47,9

Dolomit, kireçtaşlarından CaO’in yerini kısmen veya tamamen MgO ‘in alması ile oluşmaktadır. Bu yüzden bileşimi açısından kireçtaşları ile ilişkisi olup, yanalda ve düşeyde daima kireçtaşları ile geçişlidir.

Kireç taşıMgCO3 (%)
Yüksek kalsiyumlu kireç taşı0 – 5
Magnezyumlu kireç taşı5 – 35
Dolomitik kireç taşı35 – 46
  • Hazır beton sektöründe kullanılan kireç taşı agregalarında genelde MgCO3 oranı %1-2 civarındadır ancak %4-5 gibi oranlar da görülebilir.
  • Kireç taşında MgCO3 arttıkça dolomotik özellik öne çıkar. Özellikle Trakya ve Karadeniz bölgesinde bu tür agregaları hazır beton sektöründe kullanıldığı bilinmektedir.

Betonda Açısından Değerlendirme

  • Beton üretiminde dolomit agregası kullanımında bir engel yoktur.
  • Ülkemizde dolomit kaynaklı alkali-karbonat reaksiyonuna dair bir bulgu tespit edilmemiştir.
  • TS 706 EN 12620 Standardında agregadaki MgO içeriği ile ilgili bir limit bulunmamaktadır.
  •  Şüphe durumunda “ASTM C586 – Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Carbonate Rocks as Concrete Aggregates” kapsamında test yapılabilir. Testin yaklaşık bir yıl sürmesi ve ülkemizde birkaç yerde (THBB Lab. gibi) yapılıyor olması nedeniyle pratik değildir.
  • Bazı beton bileşenlerinde MgO içeriğinin belirli bir limit üzerinde olması istenmez.
    • Klinkerde MgO içeriği %5 üzerinde olmamalıdır. Bunun nedeni MgO kaynaklı genleşme riskidir. Bu nedenle çimento ham maddesi olarak kullanılan kireç taşında MgCO3 içeriğinin belirli bir sınır üzerinde olmaması istenir.
    • Yüksek fırın cürufunda MgO içeriği maksimum %18’dir.

Kaynaklar

  1. Baradan B., Yazıcı, H., Ün, H., Beton ve Betonarme Yapılarda Kalıcılık (Durabilite) İstanbul: Türkiye Hazır Beton Birliği, 2010.
  2. Concrete Petrography, Technical Report No 71, Concrete Society, 2010.
  3. Çakır, Ö.A., Alkali-Agrega Reaktivitesinin Tespitinde Kullanılan Deney Metotlarının İncelenmesi, Doktora Tezi, Ege Üniversitesi, 2007.
  4. Garcia E, Alfonso P, Tauler E. Mineralogical Characterization of Dolomitic Aggregate Concrete: The Camarasa Dam (Catalonia, Spain). Minerals. 2020; 10(2):117. https://doi.org/10.3390/min10020117
  5. Goralczyk, Stefan. (2012). Alkali-Carbonate reaction of aggregates. Gospodarka Surowcami Mineralnymi. 28. 45-62.
  6. Gün, M., Adapazarı Bölgesindeki Agregaların Alkali Agrega Reaksiyonu Bakımından İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, 2007.
  7. Zarif, H.İ., Tuğrul, A.,Dursun, G.,  İstanbul’daki Kireçtaşlarının Agrega Kalitesi Yönünden Değerlendirilmesi,  İstanbul Üniv. Müh. Fak. Yerbilimleri Dergisi, C. 16, S. 2, SS. 61-70 , Y. 2003.

BetonveCimento.com için Patreon üzerinden destekte bulunmak ister misiniz?

By Yasin Engin

İnş.Yük.Müh. olan Yasin Engin, lisans ve yüksek lisans eğitimini Boğaziçi Üniversitesi'nde tamamlamıştır. 16 yıldır beton ve çimento sektöründe çalışmaktadır. Web sitesindeki tüm yayınlar Yasin Engin tarafından paylaşım amacıyla hazırlanmıştır. Yayınlar kaynak gösterilerek kullanılabilmektedir. (yasin.engin@gmail.com)

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

İlginizi Çekebilir
Çimento ve beton endüstrisindeki karbondioksit emisyonlarını düşürmenin potansiyel bir yöntemi,…
Cresta Posts Box by CP