ÇELİK YAPILARDA KOROZYON OLUŞUMU VE KOROZYONDAN KORUNMA YÖNTEMLERİNİN MALİYET

AÇISINDAN KARŞILAŞTIRILMASI

Muhammet Ali KAFTAN

Aralık, 2006 DENİZLİ

ÇELİK YAPILARDA KOROZYON OLUŞUMU VE KOROZYONDAN KORUNMA YÖNTEMLERİNİN MALİYET

AÇISINDAN KARŞILAŞTIRILMASI

Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Yüksek Lisans Tezi İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı

Muhammet Ali KAFTAN

Danışman: Yard. Doç. Dr. Yavuz Selim Tama

Aralık, 2006 DENİZLİ

ii

TEŞEKKÜR

Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren ve destek olan tez danışmanım, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Yard. Doç. Dr. Yavuz Selim TAMA’ya teşekkür eder, saygı ve şükranlarımı sunarım.

Çalışma içerisinde incelenen yapıya ait verilerin toplanmasındaki ve korozyondan korunmak için atölyede yapılan uygulamalar hakkında yardımları için; Askon A.Ş. proje bölümünden İnş. Müh. Derya DOĞAN’a ve tüm Askon A.Ş. çalışanlarına teşekkür ederim.

Tez hazırlama hususundaki tecrübelerinden yararlandığım değerli meslektaşlarım; Arş. Gör. Salih YILMAZ, İnş. Yük. Müh. Hayri Baytan ÖZMEN ve İnş. Yük. Müh. Uğur TARAKÇI’ya teşekkür ederim. Çalışma ortamında özellikle bilgi paylaşımı konusunda gösterdiğiniz cömertlik ve yardımlaşarak beraber öğrenme isteğiniz bana çok şey kattı. Çalışma ortamı dışındaki kişisel ilişkilerimizde ise samimiyetiniz, iyi niyetiniz ve içtenliğinizle keyifli sohbetlerde hep aradığım arkadaşlar oldunuz. Bu güzel arkadaşlığın devam etmesi dileğiyle...

Ve ailem, öğrencilik hayatım boyunca hep yanımdaydınız. Annem, babam, ablalarım, sizler, bu çalışma sırasında manevi desteklerinizle beni yüreklendirdiniz, başarma isteğimi artırdınız. Manevi desteğinin yanında, bazı İngilizce-Türkçe çevirilerde ve bilgisayardaki düzeltme işlerinde yardım ederek maddi olarak da destekleyen sevgili kardeşim Fatıma KAFTAN’a ve özellikle tezin son aşamasında buraya yazamayacağım kadar çok önemli yardımı ve desteğini gördüğüm sevgili biraderim Elektrik-Elektronik Müh. Ahmet KAFTAN’a en içten duygularımla teşekkür ederim, iyiki varsınız.

Muhammet Ali KAFTAN

iv

ÖZET

ÇELİK YAPILARDA KOROZYON OLUŞUMU VE KOROZYONDAN KORUNMA YÖNTEMLERİNİN MALİYET AÇISINDAN

KARŞILAŞTIRILMASI

Kaftan, Muhammet Ali Yüksek Lisans Tezi, İnşaat Mühendisliği ABD Tez Yöneticisi: Yard. Doç. Yavuz Selim Tama

Aralık 2006, 90 Sayfa

Korozyon çelik konstrüksiyonlu tüm yapılarda kaçınılmazdır. Ancak etkileri ve korozyon sonucu oluşan maddi kayıplar önceden alınacak tedbirlerle en aza indirilebilir. Yatırım maliyetini artıran bu tedbirler, yapının işletme ömrünü artırarak ve bakım aralığını azaltır ve uzun vadede yapının ekonomik olmasını sağlar.

Korozyondan korunmak için korozyonu tanımak önemlidir. Etkin bir koruma sağlayarak korozyon kayıplarını mümkün olduğu kadar azaltmak için; mühendislerin korozyonu tanıması, nedenlerini incelemesi, mevcut denetim tekniklerini bilmesi gerekir.

Çalışma içersinde korozyona karşı alınabilecek önlemlerle birlikte korozyon etkisini azaltacak uygun tasarım tekniklerinden de bahsedilmiştir.

Bu tez çalışmasının amacı korozyondan korunma maliyetinin çelik taşıyıcı sistem maliyeti üzerindeki etkisinin araştırılmasıdır. Çalışmada örnek bir yapı için boya ile kaplama yöntemi uygulanmıştır. Yöntemin maliyet analizi; kaplama öncesi yüzey hazırlama ve boya ile kaplama şeklinde iki aşamada incelenmiştir. Bunun yanında sıcak daldırma galvanizleme yönteminin maliyeti de hesaplanarak boya ile kaplama yöntemine göre karşılaştırma yapılmıştır.

Çalışmanın sonucunda; imalatı yapılmış olan örnek çelik yapı için uygulanan korozyondan korunma yöntemi dikkate alınarak, korunma maliyetinin toplam çelik yapı taşıyıcı sistem maliyeti üzerindeki etkisi irdelenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Korozyon, Çelik yapı, Korunma, Önleme, Maliyet analizi.

Prof. Dr. Hasan KAPLAN Yard. Doç. Dr. Zeki AY Yard. Doç. Dr. Yavuz Selim TAMA

v

ABSTRACT

THE CORROSION FORMATION AND THE COST COMPARISON OF CORROSION PROTECTION METODS IN THE STEEL STRUCTURES

KAFTAN, Muhammet Ali M. Sc. Thesis in Civil Engineering

Supervisor: Asst. Prof. Dr. Yavuz Selim TAMA

December 2006, 90 Pages

Corrosion is inescapable at all steel structures. However, by taking precations before it occurred, the effects of it and the economical losses because of corrosion can be reduced to minimum. The precautions that increase investment cost of structure make the service life of the structure long and decrease maintenance period of the structure and at long term, these precautions prove an economic construction for the structure.

Knowledge about corrosion is important to protect from it. To get an effective protection and decrease losses because of corrosion as much as possible, engineers must know and investigate reasons of corrosion and know current inspection methods.

In this study, precautions that should be taken against corrosion and appropriate design methods that decrease corrosion effect are described.

The purpose of this thesis study is to investigate effect of protection against corrosion on the cost of the steel structural system. In this study, paint coating method is used for corrosion protection for the investigated example building. Cost analysis of this method is investigated by two steps: surface preparations and plating. Additionally, cost of hot dip galvanizing method is calculated and it is compared with cost of paint coating.

At the end of the study, considering the corrosion protection method used for the example steel structure, construction of which is completed, effect of cost of corrosion protection on total cost of the steel structural system is investigated.

Keywords: Corrosion, Steel structure, Protection, Prevention, Cost comparison.

Prof. Dr. Hasan KAPLAN Asst. Prof. Dr. Zeki Ay Asst. Prof. Dr. Yavuz Selim TAMA

vi

İÇİNDEKİLER

Sayfa Yüksek Lisans Tezi Onay Formu.......................................................................................i Teşekkür............................................................................................................................ii Bilimsel Etik Sayfası........................................................................................................iii Özet ..................................................................................................................................iv Abstract .............................................................................................................................v İçindekiler ........................................................................................................................vi Şekiller Dizini ................................................................................................................viii Tablolar Dizini .................................................................................................................xi Simge ve Kısaltmalar Dizini ...........................................................................................xii 1. GİRİŞ ............................................................................................................................1 2. KOROZYONUN TANIMI, ÖNEMİ, OLUŞUMU VE ÇEŞİTLERİ ...........................3

2.1 Korozyonun Tanımı ..............................................................................................3 2.2 Korozyonun Önemi...............................................................................................3 2.3 Korozyonun Oluşumu ...........................................................................................5

2.3.1 Atmosferik korozyonun oluşumu.................................................................6 2.3.2 Elektrolitik korozyonun oluşumu.................................................................7

2.4 Korozyon Çeşitleri ................................................................................................8 2.4.1 Görünümüne göre korozyon çeşitleri...........................................................9 2.4.1.1 Çıplak gözle görülebilen korozyon çeşitleri..............................................9 2.4.1.2 Özel araçlar ile görülebilen korozyon çeşitleri .......................................11 2.4.1.3 Mikroskop altında görülebilen korozyon çeşitleri ..................................12 2.4.2 Bulunduğu ortama göre korozyon çeşitleri ................................................13 2.4.2.1 Deniz suyu içindeki korozyon.................................................................13 2.4.2.2 Atmosferik korozyon ..............................................................................15 2.4.2.3 Beton içindeki çeliğin korozyonu ...........................................................21

3. KOROZYONA KARŞI ALINACAK ÖNLEMLER..................................................24 3.1 Korozyon Ortamında Alınan Önlemler...............................................................24

3.1.1 Frenleyici kullanımı ...................................................................................24 3.1.2 Ortam saldırganlarının etkisi......................................................................25

3.2 Malzemede Alınan Önlemler ..............................................................................26 3.2.1 Yüzey hazırlama.........................................................................................26 3.2.2 Yüzey temizleme yöntemleri .....................................................................27 3.2.2.1 Alevle temizleme yöntemi ......................................................................28 3.2.2.2 Mekanik yöntemle temizleme .................................................................28 3.2.2.3 Kimyasal yüzey temizleme yöntemleri ...................................................33 3.2.3 Yüzey temizliği ve yüzey pürüzlülüğü ......................................................36 3.2.4 Metalik kaplama yöntemleri.......................................................................37 3.2.4.1 Püskürtme yöntemiyle metalik kaplama .................................................37 3.2.4.2 Elektrolitik kaplama (Elektrolizle kaplama) yöntemi .............................37 3.2.4.3 Daldırma yöntemiyle metalik kaplama ...................................................39

vii

3.2.5 İnorganik kaplamalar .................................................................................43 3.2.6 Organik kaplamalar (Boyalar)....................................................................43 3.2.6.1 Püskürtme yöntemiyle boyama ...............................................................44 3.2.6.2 Elektrostatik boyama yöntemi.................................................................46

4. UYGUN TASARIM İLE KOROZYONDAN KORUNMA ......................................49 4.1 Giriş.....................................................................................................................49 4.2 Metalin Gerilme Şartlarındaki Değişiminin Etkisi .............................................49 4.3 Korozyondan Korunmada Tasarım.....................................................................50

4.3.1 Çevre şartlarının etkisi ...............................................................................51 4.3.2 Korozyonla ilgili tasarım prensipleri .........................................................52 4.3.2.1 Şekli basitleştirme ...................................................................................52 4.3.2.2 Kalıcı nemliliği önleme...........................................................................54 4.3.2.3 Galvanik korozyondan korunma .............................................................63 4.3.2.4 Birleştirme yöntemlerinin korozyon kontrolündeki önemi.....................65

5. MALİYET ANALİZİ .................................................................................................70 5.1 Projenin Tanımı...................................................................................................71 5.2 Projede Kullanılan Profil Çeşitleri ......................................................................79 5.3 Projenin Toplam Maliyeti ...................................................................................80

5.3.1 Atölye Maliyeti ..........................................................................................80 5.3.2 Şantiye Maliyeti .........................................................................................80 5.3.3 Malzeme Maliyeti ......................................................................................81

5.4 Boyama Maliyet Analizi .....................................................................................81 5.5 Sıcak Daldırma Galvanizleme (SDG) Maliyet Analizi.......................................82 5.6 Boyama İle SDG Maliyetlerinin Karşılaştırılması ..............................................83

6. İRDELEMELER, ÖNERİLER VE SONUÇ ..............................................................86 KAYNAKLAR ...............................................................................................................88 ÖZGEÇMİŞ ....................................................................................................................90

viii

ŞEKİLLER DİZİNİ

Sayfa Şekil 2.1 Korozyon sebebiyle oluşan hasar ......................................................................4 Şekil 2.2 Atmosferik korozyon hızı - sıvı film kalınlığı ilişkisi .......................................6 Şekil 2.3 Basit bir pil modeli ............................................................................................7 Şekil 2.4 Çıplak gözle görülebilen korozyon çeşitleri ......................................................9 Şekil 2.5 Çukur korozyonu oluşma şekillerine örnekler.................................................10 Şekil 2.6 Çıplak gözle görülebilen korozyon çeşitleri ....................................................11 Şekil 2.7 Mikroskop altında görülebilen korozyon çeşitleri...........................................13 Şekil 2.8 Çeliğin deniz suyu içindeki korozyonu ...........................................................14 Şekil 2.9 Açık denizdeki bir çelik platform yapısı .........................................................15 Şekil 2.10 Atmosferik korozyonun oluşum döngüsü......................................................16 Şekil 2.11 Hava kirliliği - bağıl rutubet - korozyon ilişkisi ............................................18 Şekil 2.12 Sıcaklık-korozyon ilişkisi ..............................................................................20 Şekil 2.13 Rüzgar hızı ve yönünün etkisi .......................................................................20 Şekil 2.14 Beton içindeki çeliğinin korozyona uğraması sonucunda, beton kabukta

oluşan çatlama ve kırılmaların şematik gösterimi.....................................................21 Şekil 2.15 Çelik donatıdaki korozyondan dolayı betonda oluşan çatlak ........................22 Şekil 2.16 Beton kırıldığında içerdeki çelik donatının korozyona uğradığı

görülmektedir ............................................................................................................22 Şekil 2.17 Uzun süre korozyona uğrayan malzeme ufalanacak kadar zayıflamıştır ......23 Şekil 3.1 Çevre asitlerinin çeliğin korozyon hızına etkisi ..............................................26 Şekil 3.2 Her hangi bir kaplama yöntemi uygulanmamış ve uygunsuz koşullarda uzun

süre depolanmış malzeme üzerinde oluşan pas tabakaları ........................................29 Şekil 3.3 Kumlama makinesine malzeme girişi yapılırken ............................................30 Şekil 3.4 Yüzeyi temizlenerek kumlama makinesinden çıkan malzeme........................30 Şekil 3.5 Kumlama makinesinde aşındırıcı olarak kullanılan bilyeler ...........................31 Şekil 3.6 Kumlama makinesinde aşındırıcı olarak kullanılan kırma taşlar ....................31 Şekil 3.7 Kumlama işlemi kaynaklamadan sonra yapılır................................................32 Şekil 3.8 Kumlama makinesinden çıkan malzemenin cıvata delikleri hazır ..................32 Şekil 3.9 Yağların yüzeyden temizlenmesinde kullanılan makine .................................33 Şekil 3.10 Asit ile yüzey temizliği sonrasında malzemeler durulanır ............................34 Şekil 3.11 Asitle yüzey temizleme işleminin aşamaları .................................................35 Şekil 3.12 Yüzey temizleme işleminin yapıldığı asit ve durulama banyoları ................35 Şekil 3.13 Anot olarak kullanılan çinko külçe................................................................38 Şekil 3.14 Elektrolitik galvanizleme banyosu ................................................................38 Şekil 3.15 Hiç kullanılmamış çinko külçe ile kullanılarak erimiş çinko külçe yan yana38 Şekil 3.16 Kaplama öncesinde malzemelerin görünüşü .................................................39 Şekil 3.17 Elektrolitik galvanizleme yöntemi ile yüzeyi kaplanmış malzeme ...............39 Şekil 3.18 Yüzey hazırlama ve galvanizleme işleminin aşamaları.................................40 Şekil 3.19 Sıcak daldırma galvanizeleme (SDG) havuzuna malzemelerin (Sokak

aydınlatma direkleri) daldırılması işlemi ..................................................................41

ix

Şekil 3.20 Havuza daldırılmış malzemeler (Sokak aydınlatma direkleri) kaplanmış olarak havuzdan çıkarılırken .....................................................................................41

Şekil 3.21 Galvanizleme sonrası askıda kurumaya bırakılmış malzemeler....................42 Şekil 3.22 Boyanmış çelikte korozyon oluşumu ............................................................42 Şekil 3.23 Galvanizlenmiş çelikte korozyon oluşumu gecikir........................................42 Şekil 3.24 Airless boyama makinesi...............................................................................44 Şekil 3.25 Airless boyama yöntemi kullanılarak boya yapılırken ..................................45 Şekil 3.26 Boyanan malzemeler kurumaya bırakılmış ...................................................45 Şekil 3.27 Boyası kuruyan malzemeler istiflenmiş ........................................................45 Şekil 3.28 Boya kalınlık ölçüm cihazı ............................................................................46 Şekil 3.29 Çelik çadır profilleri zeminden yalıtılmış askıda...........................................47 Şekil 3.30 Elektrostatik boyama yapılırken....................................................................47 Şekil 3.31 Elektrostatik boyama sonrası malzemeler fırınlanır ......................................48 Şekil 3.32 Fırından alınan malzemeler soğumaya bırakılır ............................................48 Şekil 4.1 Statik yükleme durumlarının şematik gösterilişi .............................................50 Şekil 4.2 Periyodik değişen yükleme durumlarının şematik gösterilişi..........................50 Şekil 4.3 İmalat çeliklerinin yorulma davranışlarında çevre şartları tarafından meydana

getirilen etkiler ..........................................................................................................50 Şekil 4.4 İki parça kullanarak birleşim yapmak yerine, tek parça kullanımı..................52 Şekil 4.5 Keskin köşeler ve açık yüzeyler yerine kapalı yüzeyler ve yuvarlatılmış

elemanlar tercih edilmelidir ......................................................................................53 Şekil 4.6 Bakım için erişilebilirlik prensibi dikkate alınmalıdır.....................................53 Şekil 4.7 Döşeme - kiriş birleşimi ..................................................................................53 Şekil 4.8 Toz birikecek bölgeler, hava dolaşımına müsait olarak tasarlanır ..................54 Şekil 4.9 Kolon profili berkitme levhasında, Şekil 4.10’da anlatılan tasarım prensibinin

uygulaması görülmektedir.........................................................................................54 Şekil 4.10 Kalıcı nemliliği önlemede tasarım prensipleri...............................................54 Şekil 4.11 Kolon taban levhası yerleşim detayı..............................................................55 Şekil 4.12 Kolon taban levhası yükseltme uygulaması ..................................................55 Şekil 4.13 Uygun olmayan kolon ayağı detayı ...............................................................56 Şekil 4.14 Kolon taban levhasının zeminden yeterli miktarda yükseltilmeden

yerleştirilmesi sonucu cıvatalı birleşimdeki korozyon oluşumu...............................56 Şekil 4.15 Çelik kolon taban levhası yerleşim detayı .....................................................57 Şekil 4.16 Kolon taban levhası bağlantı detayı...............................................................57 Şekil 4.17 Kolon taban levhasındaki yanlış uygulama ...................................................57 Şekil 4.18 Depolama tankları tamamen boşlatılabilir ve temizlenebilir olmalıdır .........58 Şekil 4.19 Birleşme bölgesinin korozyona neden olan maddeden yalıtılması................58 Şekil 4.20 Levha köşebent birleşimi...............................................................................59 Şekil 4.21 Profil pozisyonları .........................................................................................59 Şekil 4.22 Yanlış yerleştirilen profillerde biriken su ve kirin şematik gösterimi ...........59 Şekil 4.23 Boru profil beton bağlantısı ...........................................................................59 Şekil 4.24 Çelik elemanın betona gömülme uygulaması................................................59 Şekil 4.25 Kiriş gövdesi berkitme levhasının yerleşimi .................................................60 Şekil 4.26 Çelik çapraz profillerinin birleşim detayı ......................................................60 Şekil 4.27 U profile berkitme levha yerleşimi ................................................................60 Şekil 4.28 Dış cephede bindirme uygulaması.................................................................61 Şekil 4.29 Levha üzerine boru profil konulması.............................................................61 Şekil 4.30 Birleşme bölgelerindeki dar aralıklardan sakınılmalıdır ...............................62 Şekil 4.31 Durgun sıvı birikintilerin meydana gelmesine neden olan tasarım

biçimlerinden sakınılmalıdır .....................................................................................62

x

Şekil 4.32 Çelik yapılar tasarlanırken, bir bütünün veya parçaların bakım ve tamire olanak sağlayan bir erişme aralığına sahip olması sağlanmalıdır .............................63

Şekil 4.33 Bulonlu bağlantı yapılırken galvanik korozyon riskine karşı alınabilecek önlem.........................................................................................................................63

Şekil 4.34 Galvanik korozyonun önlenmesi için farklı metaller elektriksel yalıtkan malzemeler ile birbirinden ayrılabilirler ...................................................................64

Şekil 4.35 Farklı metallerin birleştirilmesinde değiştirilebilir ara parça kullanılabilir...64 Şekil 4.36 Bağlama (Cıvata - somun ve kaynak dolgusu gibi) elemanları, bağlanan

eleman parçalarından daha soy olmalıdır..................................................................64 Şekil 4.37 Kaynak işlemi yapılırken...............................................................................65 Şekil 4.38 Kaynak dikişindeki yetersiz nüfuziyet ve hatalı profil kullanmanın

sonucunda gerilim yükseltici gibi davranan aralık oluşumu.....................................66 Şekil 4.39 Kaynak bölgesinin dar tarafı korozif ortama dönük olmalıdır ......................66 Şekil 4.40 Hatalı ve doğru kaynak birleşimleri ..............................................................66 Şekil 4.41 Kaynaklı birleşimlerde aralık korozyonunu önleyen çeşitli birleştirme

yöntemleri .................................................................................................................66 Şekil 4.42 Hasarlı cıvatalar .............................................................................................67 Şekil 4.43 Korozyon tehlikesine karşı bulonlu bağlantıların yalıtılması ........................68 Şekil 4.44 Kolon - kiriş birleşim detayı ..........................................................................68 Şekil 4.45 Korozyona neden olan etkenlerin ortadan kaldırılması .................................69 Şekil 5.1 Kırma taş elek tesisinin görünüşleri ................................................................70 Şekil 5.2 Temel kolon aplikasyon planı (+ 0 kotu).........................................................71 Şekil 5.3 Yapının üç boyutlu taşıyıcı sistem modeli ......................................................72 Şekil 5.4 Montaj işlemi devam ederken..........................................................................73 Şekil 5.5 1 - aksı kesiti....................................................................................................73 Şekil 5.6 C - aksı kesiti ...................................................................................................73 Şekil 5.7 Kolon berkitme levhaları 15 mm. kalınlığındaki sacdan yapılmıştır ..............74 Şekil 5.8 Kolon profili-berkitme levhası birleşimi .........................................................74 Şekil 5.9 Kolon profilinin gövde levhasına kaynaklanan berkitme levhaları akıntıyı

sağlayacak şekilde köşeleri kesilerek yerleştirilmiştir ..............................................74 Şekil 5.10 Kolon - kiriş birleşim detayı ..........................................................................75 Şekil 5.11 Döşeme birleşim detayı .................................................................................75 Şekil 5.12 Döşeme birleşim detayı .................................................................................76 Şekil 5.13 Deprem çaprazları birleşim detayı.................................................................76 Şekil 5.14 Ana kiriş - tali kiriş birleşimi.........................................................................76 Şekil 5.15 Çatının üç boyutlu görünüşü..........................................................................77 Şekil 5.16 Çatı bağlantı detayı ........................................................................................77 Şekil 5.17 Çatının ters açıdan görünüşü .........................................................................78 Şekil 5.18 Temel birleşim detayı ....................................................................................78 Şekil 5.19 Vinç ile kolonlardan biri yerleştirilirken .......................................................80 Şekil 5.20 Çinko kaplama (SDG) kalınlığının ortam şartlarına bağlı olarak sağladığı

işletme ömrü..............................................................................................................84

xi

TABLOLAR DİZİNİ

Sayfa Tablo 2.1 Çeliğin çeşitli atmosferler içinde korozyon hızı ............................................17 Tablo 2.2 Atmosferik kirleticiler ve tipik konsantrasyonları .........................................19 Tablo 3.1 Yüzey temizliği standartlarının karşılaştırılması ...........................................36 Tablo 4.1 Çeşitli metal alaşımların, 10 yıllık deney sonunda farklı hava şartlarındaki

aşınma miktarları (µm/yıl) ........................................................................................52 Tablo 5.1 Profil tiplerine göre toplam maliyet ...............................................................79 Tablo 5.2 Boya maliyeti .................................................................................................82 Tablo 5.3 Boyama ile SDG karşılaştırılması ..................................................................83 Tablo 5.4 Farklı boya sistemleriyle SDG’nin karşılaştırılması ......................................84

xii

SİMGE VE KISALTMALAR DİZİNİ

Simgeler Tanım ASTM Amerikan Test ve Malzemeler Derneği Cl Klor Cr Krom Cu Bakır GSMH Gayri safi milli hasıla H Hidrojen KBN Kritik bağıl nem L Litre m Metre m3 Metre küp mg Mili gram Mg/lt Miligram/litre Mm Milimetre Na Sodyum Nbs National (National Buruea of Standart) Ni Nikel O Oksijen P Pascal pH Asit-baz miktarı SEGEM Sınai Eğitim ve Geliştirme Merkezi St Steel (Çelik) TS Türk Standartları V Volt Zn Çinko μm Mikrometre

1

1. GİRİŞ

Demir ve çeliğin büyük bir kısmı her yıl korozyon sonucu kaybedilmekte veya

kullanılamaz hale gelmektedir. Korozyon sonucu kaybedilen metal, kendi maliyetinin

çok üstünde ekonomik kayıplara neden olmakta, yapılan yatırımların verimini

etkilemekte ve ülke ekonomisine kayıp olarak yansımaktadır. Gerekli önlemler

alınmadığı için her yıl ülkemizde büyük boyutlarda korozyon kayıpları meydana

gelmektedir.

Atmosfer etkisinde kalan çelik binalar, köprüler, direkler, enerji nakil hatları, çelik

çatılar, baraj kapakları, cebri borular, gemiler, korkuluklar, tanklar, depolar vb., metalik

yapılar beklenenden daha kısa süreler içinde korozyon nedeniyle kullanılmaz hale

gelmektedir. Bu nedenlerle korozyon oluşumu kontrol altına alınmalı ve korozyon

kayıpları mümkün olduğu kadar azaltılmalıdır.

Bunun başarılabilmesi için mühendislerin; korozyonu tanıması, nedenlerini

incelemesi, mevcut denetim tekniklerini bilmesi, korozyonu etkileyen tasarım

faktörlerini inceleyerek hangi durumda ne gibi bir tasarım yapması gerektiğinin

bilincinde olması gerekmektedir.

Ülkemizde bu bilincin oluşabilmesi için; öncelikli olarak akademik altyapının

oluşması, bilgi eksikliğinin giderilmesi ve daha sonra konuyla ilgili olan endüstri ve

inşaat sektörlerindeki uygulamaların bu tür araştırmaların ışığında yapılması

sağlanmalıdır. Bu konuda Sanayi Bakanlığı içerisinde, 1971 yılında kurulan kısa adı

‘SEGEM’ olan Sınai Eğitim ve Geliştirme Merkezi’nin çalışmaları çok etkili ve yararlı

olmuştur. Başlangıçta korozyon konusuyla ilgili seminerler için konunun uzmanları

‘Birleşmiş Milletler Sınai Kalkınma Teşkilatı’ aracılığıyla dış ülkelerden getirilmiştir.

Daha sonraları bu seminerler üniversitelerimizde kendi uzmanlarımız tarafından

verilmeye başlanmıştır.

Bu tez çalışmasında; çelik yapıların kullanım ömrünü kısaltan, ekonomik kayıplara

neden olan korozyon; oluşum şekilleri açısından incelenmiş, korozyondan korunmak

2

için alınması gereken önlemler anlatılmıştır. Korozyondan korunma maliyetinin çelik

yapı maliyeti üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Ayrıca, çelik yapılarda uygulanan

korozyona karşı korunma yöntemleri, örnek bir çelik yapı üzerinde maliyet açısından

karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmada, örnek yapının, çelik karkas sisteminin, yerinde

montajı dahil, maliyeti ile korozyondan korunma maliyeti karşılaştırılmıştır. Maliyet

analizlerinde çelik yapının çatı, cephe kaplamaları, betonarme alt yapı sistemleri ve

diğer mimari maliyetler dikkate alınmamıştır.

Çelik yapılarda korozyon oluşumu ve korozyondan korunma yöntemlerinin maliyet

açısından karşılaştırılmasının yapılabilmesi için; öncelikle, korozyonun tanımı,

korozyon çeşitleri, korozyona karşı alınacak önlemler incelenmiştir.

Korozyon oluşumunun önlenebilmesi için; tasarım aşamasında, ortam ve ara

yüzeyde alınacak önlemler araştırılmıştır. Korozyondan korunmak için yapılan kaplama

yöntemlerinin uygulanmasında izlenen yol, adım adım incelenmiş ve her aşamada

yapılması gerekenler anlatılmıştır. Sonraki aşamada, incelenen örnek yapıda

kullanılacak kaplama ve boya sisteminin seçimi yapılmış, daha sonra malzemelerin

yüzeylerine uygulanacak kaplama ve boyaların yapılabilmesi için malzeme yüzeylerinin

temizlenme yöntemlerinden bahsedilmiştir.

3

2. KOROZYONUN TANIMI, ÖNEMİ, OLUŞUMU VE ÇEŞİTLERİ

2.1 Korozyonun Tanımı

Genel olarak korozyon; maddelerin, özel olarak metal ve alaşımların, çevrenin

çeşitli etkileriyle kimyasal ve elektro kimyasal değişme ya da fiziksel çözünme sonucu

aşınmasıdır (Üneri 1998).

Yaşar'a (1995) göre korozyon; metal ile çevre ilişkilerinde karmaşık, heterojen

tepkimelerle yüzeysel görünümün değişmesi (bozulması) şeklinde tarif edilmiştir.

Platin, altın gibi soy metaller korozyona uğramazlar. Ancak bunların dışında kalan

demir-çelik ürünleri ile diğer birçok metaller için korozyonun önemi büyüktür.

Doruk’a (1982) göre ise geleneksel anlamda korozyon; metal ve alaşımlarının çevre

ile kimyasal ve elektro kimyasal reaksiyonlar sonucu bozunmalarını tanımlamak için

kullanılan deyimdir.

Ancak yeni bulgular, metal olmayan malzemelerin de çevresel koşullardan benzer

biçimde etkilendiklerini ortaya koymaktadır. Örneğin; metal ve alaşımlarının gerilimli

korozyonla bozunmalarını tarif etmek için kullanılan yöntemler, cam, seramik

malzemeler, polimerler ve bileşik yapılı malzemelere başarıyla uygulanabilmektedir. Bu

nedenle korozyon deyimi, yapı malzemesi niteliği olan tüm malzemelerin çevrenin

etkisiyle bozunmalarını kapsar biçimde kullanılmaktadır. Dilimize kesin yerleşmemiş

olmakla beraber ‘paslanma’ deyimini demir ve demir cinsinden olan malzemelerin

(çelik ve dökme demirler) korozyonu için, ‘pas’ deyimini de aynı tür malzemelerden

kaynaklanan korozyon ürünü anlamında kullanabiliriz (Doruk 1982).

2.2 Korozyonun Önemi

Korozyonun doğrudan ve dolaylı olarak yol açtığı ekonomik kayıplar, korozyondan

korunmak için alınması gereken tedbirlerin önemini belirleyen en önemli göstergedir.

Doğrudan kayıpların en önde gelen kaynağı, korozyona karşı verilen savaşta başvurulan

önlemlerdir. Korozyona dayanıklı malzemeler, yüzey kaplamaları, etkinliğini azaltmak

amacıyla saldırgan ortamlara yapılan ilaveler ve görevini yapamayacak derecede

4

bozunmuş parçaların yenileri ile değiştirilmeleri bir anlamda korozyonun fiyatını

oluşturmaktadır (Doruk 1982).

Görevini yapamayacak derecede bozulmuş bir parçanın yenisi ile değiştirilmesi,

ilgili tesisin bir süre kapatılarak üretimin durdurulması anlamına gelir. Şekil 2.1’de U

profillerden teşkil edilmiş çelik konstrüksiyondaki birleşim bölgesinde özellikle kırmızı

çerçeve içine alınan bölgede oluşan korozyon hasarı görülmektedir. Korozyon hasarı

sonucunda buradaki malzeme tamamen işlevini yitirmiştir.

Şekil 2.1 Korozyon sebebiyle oluşan hasar

Korozyon doğrudan ürün kaybına yol açabildiği gibi (delinmiş depo veya iletim

hattı borularında petrol veya su kaybı) ürünü kirleterek kullanılmaz hale dönüştürebilir

(korozyon ürünlerinin ana ürüne karışması). Korozyon ürünlerinin yüzeysel yığılımı ısı

geçirgenlik katsayısını önemli ölçüde düşürerek (örneğin; sıcak su ve buhar hazırlama

tesislerinde) verimin düşmesine yol açar. Bu türden kayıplar dolaylı kayıplar olarak

tanımlanırlar (Dillon 1982).

Korozyonun önemini oluşturan bir diğer etmen emniyet faktörüdür. Örneğin,

korozyonun sonucunda oluşan beklenmedik malzeme bozunmaları, yüksek basınçlı

kazan ve benzeri tesislerin patlamasına ve çevreye zarar vermelerine neden olabilir.

İlginç örneklerini günlük yaşamımızda gözlemleyebileceğimiz bir diğer tehlike de, gıda

5

maddelerinin korozyon ürünleri ile kirlenerek sağlığa zararlı hale gelmeleridir (Doruk

1982).

Korozyona ilginin bir başka kaynağı; hammadde rezervlerini koruma

zorunluluğudur. Gerçekte büyük bir zorlama sonucu oksitlerinden arıtılarak kazanılan

metalleri (örneğin, demir cevherlerinden ham demir elde etmek için yüksek fırında

gerçekleştirilen olaylar) korozyon yolu ile tekrar oksit haline dönüştürerek kaybetmek

hammadde rezervlerinin daha kısa sürede tüketilmesi anlamına gelir. Özellikle bazı

metal rezervlerinin hızla azalmakta olduğu dikkate alınınca, korozyona ilginin zamanla

daha da artmasını beklemek gerekecektir (Doruk 1982).

Korozyon nedeni ile ülkelerin uğradığı zararın boyutları metal kullanımının hızla

arttığı ikinci dünya savaşından sonra özellikle dikkati çekmeye başlamıştır. Değişik

ülkelerde yapılan korozyon kaybı tahminleri bu kaybın boyutlarının, yalnız metalik

malzemeler için dahi gayri safi milli hasılanın %3,5 ile 5’i arasında değiştiğini

göstermektedir. Bu alanda bilinen en kapsamlı araştırma ilk olarak ABD’de (Amerika

Birleşik Devletleri) NBS’nin (National Buruea of Standart) 1978 yılında yayınladığı

çalışmadır. Bu çalışmada ülke ekonomisi 130 sektöre bölünerek her sektördeki

doğrudan ve dolaylı korozyon kaybı ile doğrudan ve dolaylı önlenebilir korozyon, girdi-

çıktı analizi ile incelenmiş ve her sektör için endüstri katsayıları; birim dolar başına

korozyon kayıpları ve önlenebilir korozyon kayıpları olarak hesaplanmıştır. Bu

çalışmadaki katsayıların uyarlanmış değerleri kullanılarak, Türk ekonomisinin 1991

yılına ait girdi-çıktı verilerinden yararlanılarak, Türkiye’nin metalik korozyon kaybı

tahmini yapılmıştır. ülkemizin en önemli 15 sektörüne ait toplam önlenebilir korozyon

kaybı değerleri hesaplanmıştır. Türkiye’nin toplam korozyon kaybı GSMH’sının

%4,36’sı, önlenebilir korozyon kaybı da %1,63’üdür (Çakır 1994).

2.3 Korozyonun Oluşumu

Korozyon oluşumunu sağlayan reaksiyonun türüne göre atmosferik ve elektrolitik

olmak üzere temelde iki tür korozyondan söz edilebilir.

Atmosferik korozyon; isimlendirmesinde öngörülen farklılığa rağmen elektrolitik

korozyona benzer elektrokimyasal mekanizma ile oluşur. Atmosferik korozyonda; katot

olarak oksit-çevre ara yüzeyi, anot olarak metal-oksit ara yüzeyi ve elektrolit olarak da

iyonik iletkenlik sağlayan oksit tabakası iş görür.

6

Elektrolitik korozyonda ise; elektrokimyasal anlamda daha soy metal katot, daha

aktif metal ise anot olarak iş görür. Metalin içinde bulunduğu sıvı çözeltideki iyonlar

elektrolit çözeltisini oluşturur.

2.3.1 Atmosferik korozyonun oluşumu

Atmosferik korozyon metal yüzeyinde meydana gelen bir dizi fiziko-kimyasal

olayın sonucu ortaya çıkar. Korozyon reaksiyonunun meydana gelmesi için, önce metal

yüzeyinde yeteri kalınlıkta bir sıvı filminin bulunması gerekir. Bu film; yağışlardan

veya atmosfer içinde bulunan su buharının yoğunlaşmasından meydana gelir. Demir ve

çelik yüzeyinde cereyan eden anot ve katot reaksiyonları şöyledir;

Anotta demir elektron vererek yükseltgenir.

Fe = Fe+2 + 2e- (2.1)

Katot reaksiyonu, metal yüzeyinde bulunan sıvı filmi içinde çözünmüş olan

oksijenin hidroksit haline indirgenmesi şeklinde olur.

½ O2 + H2O + 2e- = 2OH (2.2)

Bu iki reaksiyonun aynı anda yürümesi gerekir. Katot reaksiyonu için mutlaka

oksijene ihtiyaç vardır. Sıvı filmi içinden oksijenin difüzyon hızı çok küçüktür. Bu

nedenle korozyon olayı kısa bir süre sonra katot reaksiyonunun kontrolü altına girer.

Kor

ozyo

n Hızı

Sıvı Film Kalınlığı (µm)

I II III IV

0,1 1 103

Şekil 2.2 Atmosferik korozyon hızı - sıvı film kalınlığı ilişkisi (Yalçın ve Koç 1991)

Başlangıçta sıvı filmi kalınlığı çok az iken oksijen difüzyonu kolay olmakla beraber

sıvı henüz yeterli değildir. Sıvı filmi kalınlığı 1 µm’ye erişinceye kadar korozyon

7

hızında artış görülür. Sıvı filmi kalınlığı daha da fazlalaşınca metal yüzeyinde oksijen

difozyonu gittikçe güçleşir. Bu nedenle korozyon hızında azalma olur. Yüzeydeki sıvı

filmi kalınlığına göre korozyon hızı için Şekil 2.2’de görülen dört bölge söz konusudur.

Şekil 2.2’deki I. bölgede; sıvı film kalınlığı yeterli değildir. Burada oluşan korozyon

hızı ihmal edilebilir. Sıvı filmi kalınlığının 0,1-1,0 µm olduğu II. bölgede korozyon hızı

en fazladır. III. bölgeye geçildiğinde ise oksijen difüzyonundaki güçlük nedeniyle bu

kısımda korozyon hızı azalmaktadır. Sıvı filmi kalınlığının 1 mm’den daha büyük

olması halinde korozyon hızı yaklaşık olarak sabit kalmaktadır (Yalçın ve Koç 1991).

2.3.2 Elektrolitik korozyonun oluşumu

Korozyon olayının yürüyebilmesi için; anot ve katot, elektriksel iletken olan, yani

iyonlarına ayrışmış bulunan bir elektrolit içine daldırmış olmalıdır. Suyun OH- ve H+

iyonlarına ayrışması bile bir elektrolit oluşumu için yeterlidir. Böylece atmosfere açık

bir metal yüzeyinde havadan yoğunlaşan nem bile elektrolit görevini görür (Üneri

1998).

Korozyon olayını, elektrik enerjisi üretiminde kullanılan pil modeli ile tanımlamak

konuya açıklık sağlar (Şekil 2.3). Kuru pil elektrik yüklü parçacıkların, yani iyonların

hareketine izin veren elektrolitle, elektrik akımını iletebilen iki elektrottan oluşur.

Elektrotların her ikisi de elektrolitle temas halindedir. Pilin elektrik enerjisi üretebilmesi

için elektrotların iletken bir telle birleştirilmesi yeterlidir. Bu olay kimyasal enerjinin

elektrik enerjisine dönüşmesidir. Bu dönüşüm, elektrotla elektrolit ara yüzeyinde oluşur

(Doruk 1982).

Anot Katot

Elektrolit

Elektron akışı

Şekil 2.3 Basit bir pil modeli (Roberge 2000)

Şekil 2.3’de verilen pil düzeneğini, korozyon hücresi olarak tarif etmek

mümkündür. Korozyon hücresinde; yüzeyinde kimyasal indirgenmenin oluştuğu

8

elektrot katot, kimyasal oksitlenme yolu ile çözünen elektrotta anot adını alır. Korozyon

hücresinin etkinliğini gözden geçirecek olursak, tüm hücre içinde şu üç olayı izlemek

mümkündür;

Anodik olay; Metal atomlarının negatif yük kaybederek pozitif yüklü metal

iyonlarına dönüşmeleridir. Başlangıçta yüksek enerjiye sahip metal iyonları belirli

sayıda su molekülü ile bağ kurarak alçak enerji durumuna geçerler ve kararlılık

kazanırlar.

Me = Me+2 + 2e- (2.3)

Anodik olay elektron üretir. Bu elektronların olay yerinden uzaklaştırılması

mümkün değilse veya bu işlem yeterli hızla gerçekleşmiyorsa; anodik olayın tamamen

durduğu veya hızını kaybettiği görülür.

Katodik olayda ise, anodik olay ile üretilen elektronlar harcanmaktadır. Katodik

olayın oluşabilmesi için elektron yüklenebilen iyon veya moleküllere ihtiyaç vardır.

Elektrolit içindeki bu tür iyon veya molekülleri ‘D’ simgesi ile göstererek katodik olayı

şöyle tanımlayabiliriz;

e- + D = De- (2.4)

Elektrik akımı iletimi; Elektrolit içinde akım iletimi pozitif ve negatif yüklü tüm

iyonların hareketini gerektirir. Pozitif yüklü iyonlar katoda, negatif yüklü iyonlar ise

anoda yönelmiş olarak hareket ederler.

Korozyon sonucu metal üst yüzeyinde oluşarak tutunan tabaka, iyonların geçişini

önemli ölçüde engelleyebilir. Bu koşullar altında iç direncin yüksek değerlere ulaşması

ve hatta korozyon hızını kontrol eden ana etmen olması mümkündür (Doruk 1982).

2.4 Korozyon Çeşitleri

Korozyon olayının etkilendiği dolaylı ve dolaysız etmenlerin sayısı hayli fazladır.

Bu nedenle korozyon çeşitleri farklı şekillerde sınıflandırılabilir. Bu çalışma

kapsamında; korozyona uğrayan parçaların dış görünümleri ve korozyon olayının

meydana geldiği ortam türleri açısından bir sınıflandırma yapılacaktır.

9

2.4.1 Görünümüne göre korozyon çeşitleri

Görünümüne göre korozyon çeşitleri Roberge (2000) tarafından sınıflandırıldığı

gibi; çıplak gözle görülebilen, özel araçlar ile görülebilen ve mikroskop altında

görülebilen şeklinde sınıflandırılacaktır.

2.4.1.1 Çıplak gözle görülebilen korozyon çeşitleri

Çıplak gözle görülebilen korozyon türleri; eşit dağılımlı korozyon, çukur

korozyonu, çatlak-yarık korozyonu ve galvanik korozyon şeklinde dört farklı gruba

ayrılır. Bu korozyon türlerinin şematik görünümü Şekil 2.4’de verilmiştir.

Eş it Dağ ılımlı Çukur Çat lak-Yar ık Galvanik

Soy meta l

Akt i f meta l

Şekil 2.4 Çıplak gözle görülebilen korozyon çeşitleri (Roberge 2000)

Eşit dağılımlı korozyon

Karşılaşılan en yaygın korozyon türlerinden birisidir (Şekil 2.4). Uzun süreler için

hesaplanan ortalama korozyon hızlarının her yerde aynı olduğu kabul edilebilir. Eşit

dağılımın başlıca kaynağı anodik ve katodik çevrelerin sürekli olarak yer

değiştirmeleridir. Eşit dağılımlı korozyonun yol açtığı metal kaybı diğer korozyon

türlerine oranla çok yüksektir. Buna karşın en az korkulan korozyon türü olduğunu

belirtmek gerekir. Çünkü korozyon hızı saptanabilir. Böylece saldırgan ortamlara terk

edilen parçaların ömrüne ilişkin tutarlı tahminlere ulaşılabilir. Bu tür korozyon farklı

koruma yöntemleri uygulanarak başarıyla kontrol edilebilir (Özbaş 1997).

Çukur korozyonu

Bu korozyon, genel olarak ilave oyuk ve delik oluşturarak, yüzeysel bir korozyonu

taşımak suretiyle kendisini belli eder (Şekil 2.4).

Yerel korozyon hasarlarının hemen hepsinde Şekil 2.5’de görüldüğü gibi farklı

şekillerde ortaya çıkan çukur korozyonu oluşturduğu şeklin biçimine göre isimler alarak

sınıflandırılır.

10

Dar, der in Geniş, s ığ

E lipsel

Yüzey alt ı Alt oyulmas ı

Yatay oyulma Dikey oyulma

Şekil 2.5 Çukur korozyonu oluşma şekillerine örnekler (Roberge 2000)

Çatlak-Yarık korozyonu

Havanın girmesine engel olunmasından dolayı, bir çatlak içinde, elektrolitte farklı

oksijen konsantrasyonları meydana gelirse, bu durumda çatlak korozyonu meydana gelir

(Şekil 2.4). İki yapı parçası arasındaki uyuşma çatlağında (uyuşum pası), cıvata deliği

ile cıvata arasındaki boşlukta veya birbirinin üstünde bulunan nokta kaynağına maruz

kalmış saclarda çatlak korozyonu meydana gelebilir (Çakmen 2003).

Galvanik korozyon

Farklı iki veya daha çok metalin uygun bir elektrolit varlığında görülen korozyon

türüdür. Bu durumda anodik metal diğerini korozyona uğratır. Diğer bir ifadeyle

birbirleriyle temas halinde olan, farklı türden metal ve alaşımlarının aynı ortama terk

edilmesi halinde karşılaşılan korozyon türüdür (Şekil 2.4). Bu iki metal arasındaki

potansiyel fark, korozyonun oluşumu için ilk atağı oluşturur. Korozyon hızı,

malzemelerin yüzey reaksiyonu ile ilgilidir. Metaller birbiri ile temas halinde ise,

potansiyel farkından dolayı elektronların birbirine doğru akışı sağlanır. Korozyona daha

11

az dayanıklı metalin korozyonu, temas halinde olmayan aynı malzeme ile

kıyaslandığında, artar ve daha dayanıklı malzemeninki de azalır. Aktif metal anot, daha

soy olan katot olur. Katot veya katodik malzeme bu gibi durumlarda ya hiç yada çok az

korozyona uğrar. Elektrik akımından dolayı veya farklı iki metalin bulunuşundan

dolayı, bu tür korozyon galvanik veya metal çifti korozyonu diye de adlandırılır (Özbaş

1997).

2.4.1.2 Özel araçlar ile görülebilen korozyon çeşitleri

Optik ve elektron mikroskobu gibi özel araçlar kullanılarak görülebilen korozyon

türleri; erozyon korozyonu, aşınma korozyonu, kazımalı korozyon, tanelerarası

korozyon şeklinde gruplandırılır. Bu korozyon türlerinin şematik görünümü Şekil 2.6’da

verilmiştir.

Erozyon Aş ınma Kaz ımalı Taneleraras ı

YükHareket

Şekil 2.6 Çıplak gözle görülebilen korozyon çeşitleri (Roberge 2000)

Erozyon ve aşınma korozyonu

Korozyona uğrayan metal, ortamda hızla hareket ettirilirse, kimyasal etki ile

mekanik etki birleşerek büyür ve bu tür korozyonla metal hızlı bir şekilde bozulur.

Erozyon ve aşınma korozyonu; durağan koşullara oranla, metal kayıp hızının önemli

ölçüde artmasıyla kendini gösterir. Örneğin; hızlı aşınma ile iç basıncı tutamayacak

ölçüde incelen borular çatlayarak görevlerini yapamayacak duruma gelirler. Metal

kaybı, metalin iyonlarına dönüşmesi veya yüzeyde oluşan oksit tabakalarının

uzaklaştırılarak ortama karışmasıyla gerçekleşir. Bozunan yüzeylerin görünümü akım

doğrultusuna yönelik yumuşak engebelerden oluşur (Şekil 2.6). Erozyon ve aşınma

korozyonu; malzemeye korozyon dayanımını sağlayan yüzey tabakalarının

uzaklaştırılması sonucu ortaya çıkar. Yüzey tabakasının bozunduğu yerlerde metal aktif

duruma geçerek yüksek hızla çözünür (Yaşar 1995).

12

Kazımalı korozyon

Birbirine değen ve bir yük altında bulunan iki metal yüzeyi arasında titreşim ve

sürtünme hareketiyle oluşan korozyona denir (Şekil 2.6). Yüksek gerilim altında

birbiriyle kaynayan sivri uçlar, parçaların kaynama hareketi sırasında kazınırlar ve ara

yüzeye giren havanın oksijeniyle oksitlenirler. Oluşan oksit parçalarını ara yüzeyden

uzaklaştırma olanağı yoktur. Serttirler ve kazıyıcı özelliktedirler. Kazımalı korozyonun

olduğu metal yüzeyinde korozyon ürünleri ile çevrilmiş oyuk ve oluklar görülür (Doruk

1982).

Taneler arası ve tane sınırları korozyonu

Mikro yapıda kristaller arası karmaşık oluşumlar, buralarda bir korozyona neden

olurlar (Şekil 2.6). Tanecik sınırları arasında boydan boya uzayan şekilde olmak üzere

korozyon dayanıklılığı az olan malzemelerde görülür (Yaşar 1995).

Tane sınırları korozyonu, malzemenin tane sınırları yakınında korozyon olayının

yoğunlaşması sonucu ortaya çıkan bozunma türüdür. Tane sınırları korozyonunun en

belirgin özelliği çok küçük ağırlık kaybına karşı, korozyon hızının tane sınırları

yakınında çok yüksek değerlere ulaşabilmesidir. Taneler bütünlük ve şekillerini

korurken taneler arası bağ bozulmaya uğrar. Bunun sonucu olarak metallere özgü bazı

tutumlarda önemli değişiklikler beklemek gerekir. Bunlardan en önemlisi; korozyonun

etken olduğu bölgelerde mekanik dayanımın sıfıra indirgenmesidir. Parçaların dış

görünüm ve ölçülerinde önemli bir değişiklik görülmez. Bu koşullarda tane sınırları

korozyonunun izlenmesi ve kontrol altına alınması güçleşir (Doruk 1982).

Taneler arası korozyon olayı ısıya duyarlılıkla ilgilidir. Genellikle kaynak, gerilim

giderme tavı gibi ısıl işlemlerden sonra meydana gelir. İkinci bir ısıl işlemin

uygulanması veya uygun alaşım elementlerinin kullanılmasıyla önlenebilir.

2.4.1.3 Mikroskop altında görülebilen korozyon çeşitleri

Mikroskop altında (Optik ve elektron mikroskopları) görülebilen korozyona örnek

olarak gerilimli korozyon çatlaması ve korozyonlu yorulma verilebilir.

13

Gerilimli korozyon çatlaması

Saldırgan ortamlarla temas halinde olan makine parçaları ve metal yapıların çoğu,

mekanik gerilimler altındadır. Gerilimli korozyon aynı zamana rastlayan korozif ve

mekanik etmenlerin yol açtığı bozunma türü olarak tanımlanabilir. Bozunma, parça

yüzeyinde mevcut çatlaklar veya gerilim yoğunlaşmasına olanak sağlayan diğer

geometrik düzensizliklerle başlar (Şekil 2.7). Örneğin; çukurcuk korozyonunun parça

yüzeyinde oluşturduğu çukurcuklar (Bkz. Şekil 2.4), mekanik gerilmelerin de etkisi

altına girerek keskin uçlu çatlaklara dönüşebilirler. Çatlaklar mekanik gerilimlerin

büyüklüğü ve çevresel koşulların etkenliğine bağlı olarak, belirli hızlarla malzeme içine

doğru yürürler. Parça kesitinin mevcut yükleri taşıyamayacak ölçüde daralması sonucu

ani kopmalar meydana gelir (Doruk 1982).

Ger i l iml i korozyon çat lamas ı

Koroz yon lu yorulma

Şekil 2.7 Mikroskop altında görülebilen korozyon çeşitleri (Roberge 2000)

Korozyonlu yorulma; yukarıda anlatılan gerilmeli korozyonun bir çeşidini

oluşturmaktadır. Ancak burada gözlenen çatlaklar; gerilmeli korozyon çatlamasındaki

gibi dallanma şeklinde değil, açılı bir şekilde ilerler (Şekil 2.7).

2.4.2 Bulunduğu ortama göre korozyon çeşitleri

Bulunduğu ortama göre korozyon oluşumları; deniz suyu içindeki korozyon,

atmosfere açık ortamlarda oluşan korozyon ve beton içindeki çeliğin korozyonu

şeklinde üç ana başlık altında incelenecektir.

2.4.2.1 Deniz suyu içindeki korozyon

İletkenliği oldukça yüksek olan deniz suyu, temas ettiği metalik yapılar için şiddetli

korozif bir ortam oluşturur. Özellikle demir ve yumuşak çelik, deniz suyu içinde süratle

korozyona uğrar. Deniz suyu içinde en büyük bileşen olarak bulunan klorür iyonu ve

diğer halojenler çeliğin pasifleşmesini önleyerek çukur tipi korozyon oluşmasına neden

14

olurlar (Bkz. Şekil 2.5). Diğer taraftan deniz suyu rezistivitesinin düşük oluşu, metal

yüzeyinde oluşan korozyon hücrelerinin etkinliğini artırır (Yalçın ve Koç 1991).

Çeliğin deniz suyu içindeki korozyonu, su altı korozyonuna benzer şekilde yürür.

Anodik reaksiyon sonucu metal iyonları çözeltiye geçer. Bunlar anot bölgesinde

birikmeyip suda kolay çözünebilen klorür tuzları halinde uzaklaşır. Deniz suyunun pH

derecesi 8 civarında olduğundan, katot reaksiyonu yalnızca oksijen redüksiyonu

şeklinde yürüyebilir. Bu durum deniz içindeki korozyon olayının esas itibariyle metal

yüzeylerine oksijen difüzlenmesine bağlı kalmasına neden olur (Yalçın ve Koç 1991).

Deniz suyuna maruz çelik yapıların korozyon hızı ortalama olarak 0,10-0,125

(mm/yıl) verilmekle beraber, bu değer başta metal yapının karakteristikleri olmak üzere

bir çok çevresel faktöre bağlı kalır (Yalçın ve Koç 1991).

Denize çakılmış bir kazık için korozyon açısından en tehlikeli bölge yapının

atmosfer ile temas ettiği ve deniz suyu ile ıslanan bölgedir. Bu bölgedeki korozyon

hızının değişimi Şekil 2.8’de görülmektedir.

150 300 450

Deniz atmosferi

Suyun yükselmesi Su çarpma bölgesi

Suyun alçalması

Durgun deniz

çamur çizgisi

Çelik kazık boyu

Korozyon hızı(µm/yıl)

Kazık üst ucu

Kazık alt ucu

Şekil 2.8 Çeliğin deniz suyu içindeki korozyonu (Üneri 1998)

Kısmen deniz suyuna daldırılmış çeliğin muhtelif bölgelerinde meydana gelen

korozyon hızları Şekil 2.8’de görülmektedir. Buna göre; en fazla korozyonun, gelgit

olayının yüksek seviyelerinde meydana geldiği, buna karşın çamur seviyesi altında ise

korozyon hızının çok az olduğu görülüyor. Gelgit olayının meydana geldiği bölgede

15

denizin çekilmesinden sonra, çelik üzerindeki ıslak bölgenin kurumasıyla klor

yoğunluğu artacak ve bunun sonucunda korozyon o bölgede hızlanacaktır.

Deniz kenarındaki, deniz suyu etkisine maruz kıyı yapılarında ve açık denizlerde

petrol ve doğalgaz çalışmaları için kurulan platform yapıları da benzer etkilere

maruzdur (Şekil 2.9).

Şekil 2.9 Açık denizdeki bir çelik platform yapısı (WEB_1 2005)

2.4.2.2 Atmosferik korozyon

Yapının hangi alanında kullanılırsa kullanılsın, metallerin atmosferik korozyona

maruz kalması kaçınılmaz bir olaydır. Atmosferik korozyon diğer tüm korozyon

çeşitlerinden gerek harcanan para ve gerekse yitirilen malzeme miktarı bakımından en

büyük olanıdır. Atmosferik korozyon çeşitli coğrafik bölgeler ve yerel koşullara göre

değişir. Endüstri bölgelerinde korozyon hızı çöl ve kutup bölgelerine oranla 100 kat

daha büyük olabilir. Deniz kenarından 24 m. uzakta bulunan çelik levhanın, 240 m.

uzakta bulunan bir levhadan 12 kat daha hızlı korozyona uğradığı saptanmıştır. Çeliğin

deniz kenarındaki korozyon hızı çöl bölgelerine oranla 400-500 kat daha büyüktür

(Üneri 1998). Atmosferik korozyonun oluşum döngüsü Şekil 2.10’da gösterilmiştir.

Atmosferik korozyon hızı, meteorolojik koşullara ve özellikle endüstriyel kirlenme

derecesine bağlıdır. Atmosferler, korozyon açısından dört ana grup altında toplanabilir.

Hafif korozif atmosfer; kuru kırsal atmosferler bu sınıfa girer. Bu sınıftaki

atmosferlerin karakteristik özellikleri şöyledir; yıllık yağış 300 mm.’den az, bağıl

16

rutubet genellikle %50’den düşük, denizden uzaklık en az 50 km., çevrede endüstriyel

kirleticiler mevcut değil.

Gaz

girenler

Reaksiyon ürünleri

ürünler

Reaksiyona girenler

Reaksiyon ürünleri Reaksiyona girenler

Reaksiyona girenler

Reaksiyon ürünleri

girenler ürünler

Reaksiyona girenler

Reaksiyon ürünleri

Sıvı

Katı

Ara katman

Elektrolit sıvı

Toz

Şekil 2.10 Atmosferik korozyonun oluşum döngüsü (Fontana 1986)

Orta korozif atmosfer; az miktarda endüstriyel kirlenmenin mevcut olduğu şehir

atmosferleri bu sınıfa girer. Bu sınıftaki atmosferlerin karakteristik özelikleri şöyledir;

yıllık yağış 300-1000 mm. arasında, bağıl rutubet %50-65 arasında, denizden uzaklık en

az 15 km., çevrede ağır endüstriyel kirleticiler mevcut değil.

Korozif atmosfer; endüstriyel kirlenmenin mevcut olduğu rutubetli atmosferler bu

sınıfa girer. Bu sınıfın karakteristik özellikleri şöyledir; yıllık yağış 1000 mm’den fazla,

bağıl rutubet %50-80 arasında, yüksek oranda kükürt dioksit konsantrasyonu mevcut.

Şiddetli korozif atmosfer; yoğun şekilde endüstriyel olarak kirlenmiş olan rutubetli

atmosferler bu sınıfa girer. Bu sınıftaki atmosferlerin karakteristik özellikleri şöyledir;

17

deniz rüzgârlarının etkisinde kalacak şekilde denize yakındır, bağıl rutubet çok

yüksektir, aşırı oranlarda endüstriyel kirlenmeler mevcuttur.

Atmosferleri, gerçekte böyle belirgin sınırlar içinde toplamak yanıltıcı olabilir.

Meteorolojik olaylar çok kısa süreler içinde değişim gösterirler. Ortamı kirleten

bileşenlerin miktarı ve cinsi, yüzeyde biriken tuzlar, kirlilikler ve bunların zamanla

değişimi çok önemlidir. Diğer taraftan yüzeylerin ıslak kalma süresi ve sıklığı da

korozyon hızını büyük ölçüde etkiler. Birçok halde, bir yapının konumundan ileri gelen

mikro seviyede yerel etkiler de korozyon açısından önemli sonuçlar doğurabilir. Ancak

pratikte korozyonu önleyici tedbirleri almak için belli kıstasların bulunması gerekir. Bu

amaçla standartlarda çeşitli sınıflamalar yer almaktadır. Bir fikir vermek üzere, çeşitli

sınıf atmosfer içinde çeliğin korozyon hızı Tablo 2.1’de verilmektedir. Tablo 2.1’deki

korozyon hız değerleri 10 yıllık korozyonun yıllık ortalaması olarak verilmiştir.

Başlangıç periyodundaki korozyon hızı ortalama değerden 2-3 kat fazladır (Yalçın ve

Koç 1991).

Tablo 2.1 Çeliğin çeşitli atmosferler içinde korozyon hızı (Yalçın ve Koç 1991)

Atmosfer Cinsi Koroziflik Derecesi Korozyon Hızı (μm/yıl)

Kuru kırsal atmosfer Kuru endüstriyel atmosfer Hafif Korozif 1-5

Kırsal rutubetli atmosfer Şehir atmosferi Orta Korozif 10

Endüstriyel olarak kirlen- miş rutubetli atmosfer Korozif 20

Yoğun şekilde kirlenmiş deniz atmosferi Şiddetli Korozif 35

Atmosferik korozyon, etkileri bakımından genelde felaket boyutunda değildir. Fakat

sonuçları, bakım giderlerini artırır ve en iyi malzemenin bile ömrünü belirli oranda

kısaltır. Atmosferik korozyon hızı; ürünün tasarımına, uygun malzeme seçimine, imalat

yöntemi ve kalitesine bağlı olduğu gibi çevresel faktörlere de bağlıdır. Bu faktörlerin en

önemlileri; hava rutubeti, havanın kirlenme derecesi, yıllık yağış, hava sıcaklığı ve

rüzgar hızıdır.

18

a) Hava rutubetinin etkisi

Doğal halde bulunan temiz atmosfer bileşiminde su buharı dışında korozyon

yapacak başka bir bileşen mevcut değildir. Havadaki su buharı doygun halden daha az

olduğunda dahi korozyona neden olabilir. Bağıl rutubetin %70’den yukarı olması

halinde, gece gündüz sıcaklık farkı nedeniyle metal yüzeyinde yoğunlaşma sonucu ince

bir sıvı filmi oluşur. %70-80 bağıl rutubette korozyon hızında keskin bir artış olur (Şekil

2.11). Metal yüzeyinde sıvı filminin oluşmasına neden olan minimum bağıl rutubete

‘Kritik Bağıl Rutubet’ denir. Rutubetin bu değerden daha düşük olduğu zamanlarda,

metal yüzeyinde sıvı tabakası görülmez. Ancak, çok ince kapiler boşluklar içinde sıvı

halde su bulunabilir. Eğer, metal yüzeyinde toz ve kir gibi kapiler özelliği olan katı

tanecikler mevcutsa, su buharının yoğunlaşması daha kolay olur (Yalçın ve Koç 1991).

Korozyon kaybı

Hava-SO2 karışımı ve katı parçacıklar

Hava-SO2 karışımı

Saf hava

50 60 70 80 90 100

Bağıl rutubet (%)

Şekil 2.11 Hava kirliliği - bağıl rutubet - korozyon ilişkisi (Bayliss ve Deacon 2002)

b) Endüstriyel kirlenmenin etkisi

Atmosferik korozyon açısından en etkili faktör endüstriyel kirlenmedir. Başta

yanma olayları olmak üzere, endüstriyel işlemlerden atmosfere bir çok kimyasal gaz,

buhar ve katı tanecikler karışır. Şekil 2.11’de hava kirliliğinin korozyona etkisi

görülmektedir. Havadaki kimyasal gazlardan en yaygın ve en etkili olanı kükürt

oksitleridir. Bu oksitler havada bulunan su buharı ile birleşerek asitleri oluştururlar.

Bunun dışında diğer asitler, amonyak ve klorürler de atmosfer içine karışabilir.

19

Özellikle denize açık atmosferlerde rüzgar ile taşınan mikroskobik tuz parçacıkları

bulunur. Bunlar atmosfere açık metal yüzeylerinde çökelerek birikir. Atmosferde

bulunan bazı kirletici bileşenlerin tipik konsantrasyonları Tablo 2.2’de verilmektedir

(Yalçın ve Koç 1991).

Tablo 2.2 Atmosferik kirleticiler ve tipik konsantrasyonları (Yalçın ve Koç 1991)

Kirleticiler Yer Konsantrasyon (mg/m3) Kış 350 Endüstriyel bölge Yaz 100 Kış 100 Kükürt dioksit

Kırsal bölge Yaz 40 Endüstriyel bölge 4.8 Amonyak Kırsal bölge 2.1

Kış 7.9 Endüstriyel iç bölge Yaz 5.3 Kış 57

Klorür *Yağışta ölçülen klorür (mg/L) Kırsal deniz kıyısı

Yaz 18 Kış 250 Endüstriyel bölge Yaz 100 Kış 60 Katı tanecikler

Kırsal bölge Yaz 15

c) Sıcaklığın etkisi

Atmosferik korozyon hızı, metal yüzeyinde oluşan sıvı filminin yüzeyde kalış

süresine bağlı olduğundan, korozyon olayına sıcaklığın büyük etkisi vardır. Sıcaklık

düşük olduğu sürece metal yüzeyinde kuruma gecikecek ve korozyon olayı devam

edecektir (Şekil 2.12). Bu nedenle, atmosferik korozyon hızı, sıcaklığın düşük olduğu

bölgelerde, ılıman iklimin hakim olduğu bölgelere göre daha fazladır. Bunun dışında

sürekli değişen sıcaklık, metal yüzeyindeki yoğunlaşmayı kolaylaştırdığı için korozyonu

artırıcı olarak rol oynamaktadır (Yalçın ve Koç 1991).

Sıcaklığın yükselmesiyle korozyonun arttığı doğru olmakla beraber, artan sıcaklığa

bağlı olarak, bağıl nemlilikteki azalma ve çevrenin tamamen kuruması durumlarının bu

genellemenin dışında kaldığına dikkat edilmelidir. Genelleştirmek gerekirse; 30 oC’lik

bir sıcaklık değişikliğinin korozyon hızında 10 kat artış yarattığı söylenebilir (Çakır

1990).

20

Yüksek sıcaklık

Kimya endüstrisi

Sıçrama bölgesi

Deniz atmosferinde

Deniz suyunda

Kırsal koşullarda

Arta

n ko

rozy

on hızı

Alçak sıcaklık

Şekil 2.12 Sıcaklık-korozyon ilişkisi (Çakır 1990)

d) Yağış ve rüzgarın etkisi

Atmosferik korozyonun yürümesi için mutlaka suya ihtiyaç vardır. Bu nedenle yıllık

yağış miktarı ile korozyon hızı arasında doğrudan bir ilişki vardır. Ancak yağış miktarı

kadar sıklığı ve kuruma süresi de önemlidir. Bu yüzden bölgedeki rüzgar hızı ve yönü

de önemli rol oynamaktadır. Rüzgar kurumayı çabuklaştırdığı gibi yüzeyde toplanan kir

ve tozların sürüklenerek uzaklaşmasına da neden olur (Şekil 2.13).

Rüzgar esiş yönü

Genelde esen rüzgar

En iyi kurulma bölgesi

Tercih edilecek bölge

Yanlış tasarım Doğru tasarım

Fabrika alanı

Rüzgar esiş yönü

Yanlış tasarım Doğru tasarım

Şekil 2.13 Rüzgar hızı ve yönünün etkisi (Özbaş 1997)

21

Yukarıda belirtilen faktörler herhangi bir bölgedeki korozyon hızı hakkında kesin

bir değer vermeyi güçleştirir. Birçok halde aynı yapının çeşitli kısımlarında bile

korozyon hızı büyük ölçüde değişebilir. Buna rağmen mühendislikte alınacak önlemlere

yardımcı olmak amacıyla, atmosferlerin korozyon açısından sınıflandırılması yoluna

gidilmektedir (Yalçın ve Koç 1991).

2.4.2.3 Beton içindeki çeliğin korozyonu

Beton en önemli inşaat malzemelerinden biridir. Dış etkilere karşı fiziksel ve

kimyasal olarak oldukça dayanıklı bir malzemedir. Basınca karşı dayanımı yüksek olan

betonun, çekme dayanımını artırmak amacıyla gerekli olan yerlerde çelik takviye

kullanılmaktadır. Betonarme demirleri aslında yumuşak çeliktir. Bu çelik atmosfer

etkisinde ve sulu çözeltiler içinde korozyona karşı dayanıksızdır. Bunlara karşı, çeliğin

beton içindeki korozyon hızı çok düşüktür. Bu durum başlıca betonun yüksek alkali

özelliğinden ileri gelir. Diğer taraftan beton içinde gömülü olan çelik yüzeylerine

atmosferden oksijen difüzyonu da az olduğundan korozyon hızı önemli ölçüde azalır

(Yalçın ve Koç 1991).

Betonarme demirlerinin korozyona uğraması yalnız çeliğin kaybedilmesi ile kalmaz.

Bunun yanında, korozyon sonucu oluşan kimyasal bileşikler (pas), metale göre çok daha

büyük hacim kaplaması nedeniyle beton bünyesinde içsel gerilmeler ve çatlamalara

sebep olur (Şekil 2.14 ve 2.15).

Beton kabukta oluşan çatlamalar ve kırılmalar

Karbonatlaşma nedeniyle pH seviyesindeki azalma

Korozyon ürünündeki hacimsel değişim nedeniyle oluşan gerilmeler

Betonarme çeliği Korozyon ürünündeki hacimsel artış

Şekil 2.14 Beton içindeki çeliğinin korozyona uğraması sonucunda, beton kabukta

oluşan çatlama ve kırılmaların şematik gösterimi (Roberge 2000)

22

Şekil 2.15’deki çatlağın, betonunun içerisindeki çeliğin korozyona uğramasından

kaynaklandığı beton kırıldıktan sonra çok net olarak görülmektedir (Şekil 2.16 ve 2.17).

Bu durumdaki betonarme yapı elemanı için hayati tehlike söz konusudur. Betonarme

demirlerinin korozyonu nedeniyle çatlamış olan betonun etkili bir tamir yöntemi yoktur.

Şekil 2.15 Çelik donatıdaki korozyondan dolayı betonda oluşan çatlak (Kaplan vd 2005)

Şekil 2.16 Beton kırıldığında içerdeki çelik donatının korozyona uğradığı görülmektedir (Kaplan vd 2005)

23

Şekil 2.17 Uzun süre korozyona uğrayan malzeme ufalanacak kadar zayıflamıştır (Kaplan vd 2005)

24

3. KOROZYONA KARŞI ALINACAK ÖNLEMLER

Korozyon; önlenmesi oldukça zor olan, doğal bir olaydır. Ancak belirli oranlarda

yavaşlatılabilir. Korozyonun önlenmesi yada sınırlandırılması bilinçli bir denetimle

sağlanabilir. Bilinçli denetim, malzemenin kullanım amacına bağlı olarak ilk önce

tasarım aşamasında başlar. Korozyonun önlenebilmesi için; tasarım, malzeme, ortam ve

ara yüzey ile ilgili değişkenlerin göz önünde bulundurulması gerekir (Erbil 1996).

Söz konusu değişkenler incelenerek korozyonu meydana getiren sebepler tespit

edilip, bunları ortadan kaldırabilecek, dolayısıyla korozyonu önleyecek en ekonomik

tedbir seçilmelidir.

3.1 Korozyon Ortamında Alınan Önlemler

Ortamda yapılacak değişikliklerle korozyon hızı azaltılabilir. Genelde açık ortamda,

atmosferin korozif etkisini, ortam koşullarını değiştirerek azaltma imkanı yoktur. Bu

durumda malzemeyi ortama daha dayanıklı yapmak veya metal - ortam ara yüzeyini

değiştirmek gerekir (Çizmecioğlu 1998).

Kapalı ortamlarda alınan en yaygın tedbir ise; bağıl rutubetin azaltılmasıdır. Ayrıca,

kapalı ortamda buharlaşabilen frenleyiciler de kullanılır. Korozyon ortamında alınan

önlemler; frenleyici kullanımı ve ortam saldırganlarının etkisi şeklinde iki başlık altında

incelenecektir.

3.1.1 Frenleyici kullanımı

Atmosferik ve sulu ortamlara katılabilen frenleyiciler, eklendikleri zaman metalin

bulunduğu ortam ile tepkimesini azaltır veya önler. Sulu ortamlarda metal yüzeyine etki

ederek anodik reaksiyonu zorlaştıranlara anodik frenleyici, katot reaksiyonları

zorlaştıranlara da katodik frenleyiciler denir. Çift etkili frenleyiciler de vardır. Bunlar

hem anodik hem de katodik reaksiyonları zorlaştırırlar.

25

3.1.2 Ortam saldırganlarının etkisi

Malzemenin nasıl bir ortamda bulunduğunun önemi büyüktür. Çünkü; konsantrasyon,

sıcaklık, pH ve ortamdaki akışkanın hızı gibi korozif ortamın karakteristik özellikleri,

korozyon oluşumunu doğrudan etkiler.

Konsantrasyonun etkisi

Oksitleyici olmayan bir ortamda, korozyon hızını düşürmenin tek yolu, asit

konsantrasyonunu azaltmaktır. Oksitleyici özelliği olan nitrik, sülfürik ve fosforik

asitlerinin konsantrasyonu yeterince azaltılarak metaller için zararsız hale getirilir.

b) Sıcaklığın etkisi

Sıcaklığın düşürülmesi genelde korozyon hızında önemli ölçüde düşmeye sebep olur

(Bkz. Şekil 2.12). Yine de bu durum ortam şartlarına göre değişkendir. Mesela açık

sistemlerde sıcaklığın yükselmesi oksijen çözünürlüğünü azaltır, dolayısıyla korozyon

hızında düşüş meydana gelir.

c) Korozif ortam akışkanında hızın etkisi

Korozif sıvının hızını azaltma, erozyon korozyonunu azaltır. İstisnai bir durum

olarak, paslanmaz çelik gibi pasifleşen metaller, korozyona karşı hareketli ortamlarda,

durgun ortamlara göre daha dayanıklıdır.

d) Korozif ortamda pH etkisi

Bir çözeltinin asitlik derecesi hidrojen iyonu yoğunluğuna bağlıdır ve pH olarak

ifade edilir.

Hidrojen iyonu yoğunluğu arttıkça asitlik yükselir ve pH düşer. Buna göre; pH = 7

ise nötr çözelti, pH > 7 ise bazik çözelti, pH < 7 ise asidik çözelti olur.

pH < 4 olduğu zaman; çelik, hidrojen çıkışıyla birlikte şiddetle korozyona

uğramaktadır. Bu durumda, korozyonun devamı için oksijen difüzyonu da

gerekmemektedir.

4 < pH < 10 ise; korozyon hızı pH’a bağlı olmadan sabit kalmaktadır. Bu aralıkta,

çeliğin korozyon hızı, yüzeye oksijen difüzyonuna bağlıdır.

26

pH > 10 ise; çeliğin korozyonu büyük ölçüde azalmaktadır. Bu bölgedeki korozyon

hızı pasif film tabakasının bozulmasına bağlıdır.

pH değeri aynı zamanda malzemelerin gerilim korozyonu çatlaması ve çukur

korozyonuna dayancını da etkiler.

Şekil 3.1 Çevre asitlerinin çeliğin korozyon hızına etkisi

3.2 Malzemede Alınan Önlemler

Bölüm 3.1’de malzemeye uygun ortam hazırlamak, korozyon hızını azaltmak için

ortam şartlarının etkisi ve değiştirilmesi üzerinde durulmuştur. Burada ise, ortam sabit

olmak üzere, emniyetli ve ekonomik olması şartı ile malzemede alınacak tedbirlere yer

verilecektir (Çizmecioğlu 1998).

Yüzey kaplama işlemleri malzemeyi korumada kullanılan en önemli yöntemdir.

Ancak iyi temizlenmemiş bir yüzeye yapılan kaplamanın uzun ömürlü olmasından söz

edilemez, bu açıdan yüzey hazırlama işlemleri, kaplamanın uzun ömürlü ve amacına

uygun olarak korozyondan koruma sağlaması için dikkat edilmesi gereken ilk husustur.

3.2.1 Yüzey hazırlama

Korozyon bir yüzey olayıdır ve bu olayla mücadelede yine en önemli silahlardan

birisi metal yüzeylerinin özelliklerinin değiştirilmesidir. Bununla birlikte metalin

fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirmek, metalin bulunduğu ortamı değiştirmek,

ortamın pH’ını değiştirmek veya ortamın rutubetini değiştirmek de korozyonla

27

mücadele yöntemleri olsalar da sarf edilen paradan en büyük payı alan grup yüzey

işlemleridir.

Yüzey temizliğinin amacı; metal yüzeyinde bulunan yağ, toz, kir, oksit ve pas

tabakalarının tamamen uzaklaştırılmasıdır. Bir boyanın ve kaplamanın ömrü, büyük

ölçüde yüzey temizliğine bağlıdır. Bu açıdan kaplamanın ya da boyanın gerçek bir

koruyucu olması ve uzun süre etkisinin devam etmesi için yüzey temizliği önemlidir.

Yüzey temizliği için hangi yöntemin seçileceği uygulanacak boya cinsine bağlıdır.

Mesela; inorganik çinko silikat boya uygulanacak ise, yüzeyin pürüzlü olması gerekir ve

kum püskürtme yöntemi uygulanır. Eğer elektrolitik kaplama yapılacaksa kum

püskürtme uygun değildir. Bunun yerine yüzey kimyasal yöntemlerle temizlenmelidir.

Halk arasında ‘kir’ olarak bilinen, kaplanacak yüzeyde bir tabaka oluşturup, yapılan

kaplama ile esas malzeme arasına giren, kaplamanın kısa sürede bozulmasına ya da

etkisiz olmasına neden olan yabancı maddelere ‘yüzey kirletici maddeler’ diyoruz.

Atmosferde bir süre beklemiş olan metal yüzeyinde şu üç tür kirlenmeye az çok

rastlanır.

Yağlar ve gresler; mineral veya hayvansal-bitkisel kökenli yağlardan oluşur.

Bütün yağ ve gresler organik solventler içinde kolaylıkla çözünürler. Buna karşılık asit

ve alkaliler içinde çözünmezler. Yalnız hayvansal ve bitkisel yağları alkali içinde

sabunlaştırabilmek mümkündür.

Toz, toprak ve katı partiküller; metal yüzeyine çevreden bulaşan çeşitli kirlerdir.

Pas veya metal oksit filmi; metal yüzeyinde atmosferik etkilerle oluşan korozyon

ürünleridir (Yalçın ve Koç 1991).

3.2.2 Yüzey temizleme yöntemleri

Metal yüzeyinde bitkisel veya madeni yağların bulunması halinde her şeyden önce

bu yağın temizlenmesi gerekir. Diğer temizleme yöntemleri bu temizlikten sonra

uygulanmalıdır. Yüzeydeki yağlı maddeler çeşitli solventler ile yıkanarak veya silinerek

giderilebilir (Yalçın ve Koç 1991).

28

Kirlenmenin cinsi, derecesi, metalin kullanılma amacı ve ekonomik faktörler göz

önüne alınarak yüzey temizliği için aşağıdaki yöntemlerden biri seçilir.

3.2.2.1 Alevle temizleme yöntemi

Yüksek sıcaklıktaki alev hızlı bir şekilde yüzeyde gezdirilerek, yüzeyde bulunan

organik bileşikler (eski boya kalıntıları gibi) temizlenebilir. Alevle temizleme yapılırken

esas malzemenin zarar görmemesi için, çok ince elemanlar alevle temizlenmemelidir.

Kaynak perçin gibi düşük sıcaklıkta eriyen malzemelerin bulunduğu ek yerleri fazla

ısıtılmamalıdır. Bu esaslara dikkat edilerek yapılan temizliğin hemen ardından

temizlenmiş bölgeye astar tabakası uygulanmalıdır.

3.2.2.2 Mekanik yöntemle temizleme

Mekanik temizleme yöntemleri; basit el aletleri ile temizleme, elektrikli el aletleri

ile temizleme ve kum püskürtme ile temizleme şeklinde üç grup altında incelenir.

Basit el aletleri ile temizleme yöntemi

Tel fırça, zımpara gibi el aletleri kullanılarak metal yüzeyinde bulunan gevşek hadde

kabuğu, pas ve yabancı maddelerin temizlenmesidir. Yüzeyde kalan tozlar, temizleme

işlemi tamamlandıktan sonra yüzeye basınçlı hava tutularak veya bir fırça ile

süpürülerek giderilir.

b) Elektrikli el aletleri ile temizleme yöntemi

Kum püskürtme ile temizleme işleminin mümkün olmadığı hallerde bu yöntemle

temizlik yapılır. Bu amaçla döner tel fırçalar, zımparalar ve aşındırıcı diskler (taşlar)

kullanılır.

c) Kum püskürtme ile temizleme (Kumlama) yöntemi

Sıcak olarak şekillendirilmiş taze çelik malzeme yüzeylerinde ince bir oksit tabakası

mevcuttur. Bu oksit tabakası dayanıksız olup taşıma ve depolama sırasında yer yer

parçalanır. Böyle bir yüzeye boya uygulanırsa homojen bir tabaka elde edilemez. Eğer

malzeme boyasız olarak uzun süre beklemiş ise yüzeydeki oksit (pas) yer yer kalın

tabakalar oluşturur (Şekil 3.2).

29

Bu yöntemle metal yüzeyinde bulunan pas, kir, cüruf, çapak vb. yabancı maddelerin

tamamı giderilerek temizlenmiş yüzeylerde boya için uygun olan 25-75 μm. arasında bir

pürüzlülük meydana gelir. Uygulama sonrasında mümkün olduğu kadar kısa zaman

içinde astarlama yapılması gerekir (Yalçın ve Koç 1991).

Şekil 3.2 Her hangi bir kaplama yöntemi uygulanmamış ve uygunsuz koşullarda uzun

süre depolanmış malzeme üzerinde oluşan pas tabakaları

Şekil 3.2’de görülen malzemeyi, yüzey temizleme işlemine tâbi tutmadan boyamak

uygun bir yöntem değildir. Bu malzemeyi en uzun sürede etkin bir biçimde kullanmak

için, boyayı uygulamadan önce yüzeydeki pasın temizlenmesi gerekir.

Kumlama işlemi çeşitli yöntemlerle yapılmaktadır. Günümüzde en çok tercih edilen

yöntem; makine ile kumlama işlemidir (Şekil 3.3). Burada, Şekil 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 ve

3.6’da verilen fotoğraflar, Denizli Askon Demir Çelik San. ve Tic. A.Ş. atölyelerinde

çekilmiştir.

Şekil 3.3’de görülen kapalı konveyör sistemli (tünel tipi) kumlama tezgahının giriş

kısmında ray üzerine konmuş olan yüzeyi temizlenmek istenen çelik I-profil makinenin

30

çalıştırılmasıyla belli bir hızda (1-10 m/dakika) ilerleyerek makinenin temizleme kabini

içersinden yüzeyi temizlenerek geçer (Bek 2002a).

Şekil 3.3 Kumlama makinesine malzeme girişi yapılırken

Bu projedeki çelik malzemeler kumlanırken, istenen yüzey temizliğinin elde

edilebilmesi için, çok yavaş çalıştırılmıştır. Yapılan bir ölçüme göre Şekil 3.4’de

görülen 7 m. uzunluğundaki kiriş 9 dakikada makineden işlenerek çıkmıştır. Bu

makinede; 100-1500 mm. genişlikte tabaka sac ile 5-750 mm. yüksekliğinde çelik

profilleri işlemek mümkündür.

Şekil 3.4 Yüzeyi temizlenerek kumlama makinesinden çıkan malzeme

Kumlama yapılmadan önce, çelik malzemelerdeki delikler delinmiş ve kaynaklama

işlemleri yapılmış, yani boya öncesi profil üzerinde yapılacak tüm imalat işlemlerinin

tamamlanmış olması gereklidir (Şekil 3.4).

31

Temizleme işlemi; temizleme kabini içersindeki aşındırıcı özellikli çelik bilyelerin

(Şekil 3.5) ve kırma taşların (Şekil 3.6) malzeme üzerine belirli bir yön ve hızda

fırlatılmasıyla gerçekleşir. Çok yüksek hızlarda fırlatılan aşındırıcı bilyeler malzemeye

çarpınca, üzerindeki pas, çapak, yağ, toz gibi yabancı maddeleri söker.

Şekil 3.5 Kumlama makinesinde aşındırıcı olarak kullanılan bilyeler

Şekil 3.6 Kumlama makinesinde aşındırıcı olarak kullanılan kırma taşlar

Fırlatma sonrası, malzeme üzerinden söktüğü yabancı maddelerle karışan çelik

bilyeler makinenin ayrıştırıcı bölmesinde birikir. Burada makinenin toz tutucu

32

(filtreleme) sistemi bu maddeleri yakalayarak ayrıştırır. Bu işlem sonunda, geriye kalan

çelik bilyeler tekrar kullanılmak üzere temizleme kabinine gönderilir.

Şekil 3.7 ve 3.8’de görüldüğü gibi kumlama işlemi, tüm kaynaklama ve delik delme

işlemleri yapıldıktan sonra yapılır. Eğer kaynak yapıldıktan sonra, kaynak sonucu

oluşan çapaklar temizlenmezse, bu bölgedeki pürüzlü yüzeyler korozyon oluşumuna

neden olur.

Şekil 3.7 Kumlama işlemi kaynaklamadan sonra yapılır

Şekil 3.8 Kumlama makinesinden çıkan malzemenin cıvata delikleri hazır

33

3.2.2.3 Kimyasal yüzey temizleme yöntemleri

Metal yüzeyinde yabancı maddelerin bulunması, boyanın yüzeye tam olarak

yapışmasını önler. Özellikle yağ ve greslerin temizlenmesi ancak kimyasal yöntemlerle

mümkün olmaktadır (Şekil 3.9). Kimyasal yöntemlerle yalnız yağ ve gresi değil bütün

kirlilikleri tam olarak temizleyebilmek mümkün olabilmektedir. Bu yöntemler doğrudan

uygulanabildiği gibi, metal yüzeyindeki kaba kirler tel fırça ile mekanik olarak veya

kum püskürtüldükten sonra son temizlik olarak da yapılabilir. Kimyasal yüzey

hazırlama yöntemleri kullanılan maddeye göre üç bölüm halinde incelenir.

Şekil 3.9 Yağların yüzeyden temizlenmesinde kullanılan makine

Solvent ile yüzey temizleme yöntemi

Solvent olarak alkol-eter karışımları, petrol damıtma ürünleri ve diğer organik

çözücüler kullanılmaktadır. Bunların içinde, benzin ve karbon tetra klorür gibi

solventler alevlenme tehlikesi ve toksik etkileri nedeniyle tercih edilmez. Solvent

kirlenmesinin sorun oluşturmasını önlemek için yüzey temizleme işlemi sonrasında

mutlaka durulama yapılmalıdır (Yalçın ve Koç 1991).

b) Alkali ile yüzey temizleme yöntemi

Alkali ile yüzey temizleme yöntemleri, solvent kullanılarak yapılan temizleme

yöntemlerine göre, daha verimli, daha ucuz ve daha az tehlikelidir. Bütün alkali

temizleyici maddeler, su içinde çözünmüş olarak ve yüksek sıcaklıkta kullanılır.

34

Alkaliler yüzeyde bulunan yağları sabunlaştırır, böylece yüzeyde oluşan aktif bileşenler

diğer kirlilikleri sökerek yüzeyden uzaklaştırırlar. Trisodyum fosfat, sodyum karbonat,

sodyum hidroksit, sodyum meta silikat ve sodyum onosilikat v.b. maddeler alkali

temizleyici olarak kullanılır.

Alkali temizleme yöntemlerinin en büyük sakıncası, temizleme sonunda alkali

özellikte bir yüzey elde edilmesidir. Boya uygulanacak yüzeylerin alkali karakterde

olması istenilmez. Bu nedenle alkali temizleme yöntemlerinden sonra metal yüzeyinin

asitli su ile çalkalanması yoluna gidilir (Yalçın ve Koç 1991).

c) Asit ile yüzey temizleme (Pickling) yöntemi

Asit ile yüzey temizleme işlemi; daldırma veya püskürtme şeklinde yapılır.

Kullanılacak asit konsantrasyonu metal yüzeyinde bulunan pasın derecesine göre

belirlenir. Hafif bir pasın mevcudiyeti halinde, bir ölçek aside beş ölçek su katılarak

seyreltik bir çözelti hazırlanır. Fazla paslı yüzeylerin temizlenmesi için bir ölçek aside

bir veya iki ölçek su katılır.

Asit çözeltileri içine daldırılarak yapılan temizleme işlemleri pratik olması

bakımından geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Bu temizleme yönteminde malzemeler

ilk olarak sıcak asit çözeltisi içine daldırılır. Sonra su ile yıkanır ve arkasından sıcak

kromik asit çözeltisi içinden geçirilir, yıkanır ve kurutulur. Asit ile yüzey temizleme

işleminden sonra temizleme işlemi uygulanan malzemeler su banyosuna daldırılır (Şekil

3.10).

Şekil 3.10 Asit ile yüzey temizliği sonrasında malzemeler durulanır

35

Asit temizleme banyolarının sıcaklığı genellikle oda sıcaklığı ile 80 oC arasındadır.

Çözelti konsantrasyonu; hacimsel olarak %20 ile %50 arasında değişir. Asit

konsantrasyonu ve banyo sıcaklığı metal yüzeylerinin 10 dakika içinde temizlenmesini

sağlayacak şekilde ayarlanır.

Metal yüzeylerindeki oksit filminin veya pas tabakasının giderilmesi amacıyla asit

çözeltisi içine daldırılması işlemine pikling adı verilir (Şekil 3.11 a ve şekil 3.12). Bu

işlemde en çok sülfürik asit kullanılır. Sülfürik asidin tercih edilmesinin nedeni;

kaynama noktasının yüksekliği ve hızlı temizleme özelliğidir.

Yüzey temizliği

c) Fosforik asit çözeltisi

b) Durulama a) Pickling yöntemi (Sülfirik asit)

d) Durulama

Şekil 3.11 Asitle yüzey temizleme işleminin aşamaları

Şekil 3.12 Yüzey temizleme işleminin yapıldığı asit ve durulama banyoları

Pikling işleminde; temizlenmesi istenilen malzemeler, içinde sıcak asit çözeltisi

bulunan bir tank içine daldırılır (Şekil 3.11.a). Asit, metal yüzeyinde bulunan oksit

tabakasının çatlakları arasından geçerek metal yüzeyine kadar ulaşır. Demir, asit içinde

oksitlerine göre daha kolay çözünür. Demir ile asidin reaksiyonu sonucu hidrojen çıkışı

olur. Bu gaz metal yüzeyindeki oksit tabakasının kalkmasına yardım eder. Ancak bu

36

işlemler sırasında bir miktar demirin de asit içinde çözünmesi önlenemez. Bu nedenle

inhibitör katılmamış asit çözeltileri ile yapılan pikling işlemlerinde daima metal kaybı

söz konusu olur. İşlemler sırasında yalnız metal değil asit miktarında da azalmalar

meydana gelir. Bu kayıpları azaltmak için, çözelti içine uygun inhibitörler katılması

yoluna gidilir. İşlem sonrasında metalin asit ile reaksiyonu sonucu oluşan ürünler metal

yüzeyini ince bir film halinde kaplayacağı için yüzeylerin iyice yıkanması gerekir (Şekil

3.11.b ve 3.11.d) (Yalçın ve Koç 1991).

Boyanacak metal yüzeylerinin hafifçe asidik karakterde olması uygundur. En iyi

sonuç, yüzey pH’ı 3-5 arasında olduğu zaman elde edilir. Bu nedenle pikling işleminden

sonra yüzeyin pasif hale getirilmesi istenir. Bunu sağlamak için sülfürik asit

banyosundan çıkarılmış olan malzemeler su ile yıkandıktan sonra fosforik asit çözeltisi

içine daldırılarak yüzeyde ince bir tabaka halinde demir fosfat filminin oluşması

sağlanır (Şekil 3.11.c).

3.2.3 Yüzey temizliği ve yüzey pürüzlülüğü

Yüzeyi temizlenmiş bir malzemenin, temizleme işlemi sonrasındaki yüzey

kalitesinin değerlendirilmesinde; yüzey temizliği ve yüzey pürüzlülüğü olmak üzere iki

kıstas esas alınmaktadır. Yüzey temizliği; yağ, toz, kir, çapak, pas, kaynak ve kaplama

kalıntıları gibi tüm kirlerin yüzeyden uzaklaştırılmasıdır. Yüzey temizlik derecesi ise,

bu istenmeyen kirlerin yüzeyden temizlenme oranıdır. Bu oran; karşılaştırma yöntemi

ile tamamen görsel olarak belirlenmektedir.

Tablo 3.1 Yüzey temizliği standartlarının karşılaştırılması (Yalçın ve Koç 1991)

No Yüzey Temizleme Yöntemi ISO Derecesi

SSPC Derecesi

1 Solvent ile temizleme - SP-l 2 Basit el aletleri ile temizleme St-2 SP-2 3 Elektrikli el aletleri ile temizleme St-3 SP-3 4 Alevle temizleme - SP-4 5 Kum püskürtme ile hafif temizleme Sa-l SP-7 6 Kum püskürtme ile temizleme Sa-2 SP-6 7 Kum püskürtme ile beyaza yakın temizleme Sa-2.5 SP-10 8 Kum püskürtme ile beyaz metale kadar temizleme Sa-3 SP-5

Genel olarak, referans fotoğraflarla karşılaştırma yöntemine dayanan (SIS)

Standardları, ilk olarak İsveç Standartları Enstitüsünce (Swedish Standart İnstution)

hazırlandıktan sonra, ülkemizde de kullanılmakta olan ISO (8501-1:1998) standardı

37

olarak kabul edilmiştir. Bir diğer yüzey temizlik derecesi standardı ise, Amerikan ‘Çelik

Yapıların Boyanması Birliği’ (Steel Structures Painting Council) tarafından hazırlanmış

olan (SSPC) dereceleridir. Tablo 3.1’de söz konusu standartların karşılıklı eşdeğer

temizlik dereceleri verilmektedir.

3.2.4 Metalik kaplama yöntemleri

Metalik kaplama; metallerin yüzeylerinin, ana metale göre korozyona daha

dayanıklı bir başka metalle kaplanarak korunması işlemidir. Bu işlemler; ana metalin

yüzeyini kaplayacak olan metalinin uygulanış biçimine göre sınıflandırılırlar.

3.2.4.1 Püskürtme yöntemiyle metalik kaplama

Metal, toz veya tel şeklinde oksi-asetilen tabancalarında ergitilerek yüzeye

püskürtülür. Kaplama metali düşük ergime sıcaklığına sahip olmalıdır. Bu yöntem ile

yapılan metalik kaplamalarda gözenek oluşma ihtimali vardır. Oluşan bu gözeneklerin

boya tabakasıyla kapatılması gerekmektedir. Bu yöntem daha çok büyük metalik

yapıların kaplanmasında kullanılır.

Sıcak püskürtme yöntemiyle metalik kaplama

Daha önce yüzeyleri temizlenmiş olan çelik üzerine, erimiş haldeki metal (genellikle

çinko veya alüminyum) sıcak halde püskürtülür. Bu amaçla toz metal veya tel halinde

metal kullanılır. Tel kullanılması halinde, elektrik arkı yaptırılarak telin hızla erimesi

sağlanır. Püskürtme sırasında metal soğuk haldedir. Bu kaplama sırasında çelik

yüzeyinde herhangi bir metalürjik değişme olmaz.

Sağlıklı bir yapışmanın sağlanması için; sıcak püskürtme yapmadan önce çelik

yüzeyin kum püskürtme yöntemi ile temizlenmiş olması ve sıcak püskürtme

uygulamasının, yüzey temizliğinden hemen sonra yapılması gereklidir. Bu yöntemle

yapılan kaplamaların kalınlığı 75 μm.-200 μm. arasında olabilir (Çizmecioğlu 1998).

3.2.4.2 Elektrolitik kaplama (Elektrolizle kaplama) yöntemi

Yüzeyi kaplanacak metal katot, kaplama metali anot (çinko külçe) olarak (Şekil

3.13), kaplama metalinin bir tuzunun çözeltisinden oluşan elektrolit banyosuna daldırılır

(Şekil 3.14) ve uygun bir elektrot yardımıyla doğru akım kaynağına bağlanır. Anoddaki

38

metal iyonları indirgenerek, katoddaki yüzeyi kaplanmak istenen malzemenin üzerine

yapışır. Anoddaki çinko külçe iyonlaşarak kütle kaybeder (Şekil 3.15).

Şekil 3.13 Anot olarak kullanılan çinko külçe

Şekil 3.14 Elektrolitik galvanizleme banyosu

Şekil 3.15 Hiç kullanılmamış çinko külçe ile kullanılarak erimiş çinko külçe yan yana

Galvanik yüzey kaplaması yapılacak olan metal malzemeler Şekil 3.16’da, aynı

malzemelerin yüzey kaplaması yapıldıktan sonra görünüşü ise Şekil 3.17’de verilmiştir.

39

Şekil 3.16 Kaplama öncesinde malzemelerin görünüşü

Şekil 3.17 Elektrolitik galvanizleme yöntemi ile yüzeyi kaplanmış malzeme

3.2.4.3 Daldırma yöntemiyle metalik kaplama

Bu yöntemde ana malzeme, kaplama metalinin ergimiş çözeltisine daldırılır. Çinko,

kalay, kurşun ve alüminyum, daldırma ile kaplamada kullanılan başlıca metallerdir.

Yani kaplama metali düşük ergime sıcaklığına sahip olmalıdır. Bu yöntemle kaplanacak

metalin yüzeyinde bir alaşım tabakası meydana gelir. Genellikle kalın kaplamalar elde

etmek için kaplanacak parça karmaşık yapıda ise ve homojen bir kalınlık şart değilse

daldırma ile kaplama çok uygun bir yöntemdir (Çizmecioğlu 1998).

Sıcak daldırma Galvanizleme (SDG) yöntemiyle metalik kaplama

Galvanizleme; temizlenmiş, yağı giderilmiş metal malzemenin ergimiş haldeki

çinko banyosuna daldırılarak yüzeyinin çinko tabakası ile kaplanması işlemidir. Çinko,

normal koşullarda 420 0C’ta ergir. Çinko banyosu sıcaklığı ise 450 0C civarındadır. 430-

475 0C sıcaklıkları arasında galvanizleme işlemi yapılır. Daha yüksek sıcaklıklar hem

çinko banyosu tankına zarar verir, hem de kötü galvanizlemeye neden olur (Çakmen

2003).

40

Sıcak daldırma yoluyla galvanizleme; saf demir ile çinkonun difüzyonu sonucu

gerçekleşir. Sağlıklı bir kaplama gerçekleşmesi için; demir ve çinkonun difüzyonuna

engel oluşturacak pas mutlaka çelik yüzeyinden temizlenmelidir. Bu temizleme işlemi

asitle yapılır.

Sıcak daldırma yoluyla galvanizleme (SDG); çelik ile çinkonun difüzyonu sonucu

gerçekleşir. Bu amaçla; galvanizleme işleminden önce, bu difüzyona engel olacak

oksitli tabaka, malzeme yüzeyinden asitle temizlenmelidir (Şekil 3.18.a).

c) Flakslamab) Durulama a) Pickling yöntemi (Sülfirik asit)

d) Durulama

e) Kurutma f) Erimiş çinko havuzu(Galvanizleme)

g) Soğuma ve kalite kontrol

Şekil 3.18 Yüzey hazırlama ve galvanizleme işleminin aşamaları

Malzemeler asitten çıktıktan sonra, mutlaka su banyosunda çalkalanmalıdır (Şekil

3.18.b). Bunun amacı; asit banyolarından çıkarken malzemenin yüzeyine yapışan demir

tuzlarını yıkamaktır. Çünkü bu tuzlar eritken (flaks) banyosunun bozulmasına neden

olurlar.

Flaks banyosu, amonyum klorür ve çinko klorür kimyasallarından oluşur. Flaks

işlemi; malzemenin yüzeyindeki küçük artıkların temizlenmesi ve kurutma ile çinko

banyosu arasında geçen sürede paslanmamasını sağlar. Bu işlem; malzemelere çeşitli

şekilde uygulanır. Örneğin en yaygın kullanımı, sıvı bir banyo hazırlanarak parçaların

bu banyoya daldırılması şeklindedir (Şekil 3.18.c).

41

Son olarak malzeme ortalama sıcaklığı 450 0C olan çinko havuzunda 10-15 dakika

bekletilerek kaplama gerçekleşir (Şekil 3.18.f, 3.19 ve 3.20). Kaplanan malzeme

soğumaya bırakılır (Şekil 3.18.g ve 3.21).

Şekil 3.19 Sıcak daldırma galvanizeleme (SDG) havuzuna malzemelerin (Sokak

aydınlatma direkleri) daldırılması işlemi

Şekil 3.20 Havuza daldırılmış malzemeler (Sokak aydınlatma direkleri) kaplanmış

olarak havuzdan çıkarılırken

42

Şekil 3.21 Galvanizleme sonrası askıda kurumaya bırakılmış malzemeler

Galvanizleme, boyamaya göre daha uzun ömürlü ve sağlam bir koruma sağlar. Aynı

çeliğin boyanmış ve galvanizlenmiş iki ayrı örneğinin üzerine eşit boyutlu çizikler

çizilirse, boyanmış çeliğin bu zayıf bölgesinde korozyon gerçekleşir ve burada oluşan

pas hacimce çelikten daha fazla olduğundan o bölgedeki boya tabakasını kaldırır ve

korozyon hızla yayılmaya başlar (Şekil 3.22). Ancak galvanizlenmiş çeliğin üzerindeki

çinko tabaka anot olarak davranır ve bu tabaka korozyona uğrar, buna ‘kurban anot’

denir (Şekil 3.23). Burada, çelik korozyona uğramadan önce, o bölgedeki tüm çinko

tabakasının bitmesi gerekir.

Boya tabakası

Çelik

Kaplamadaki hasar

Pasın boyayı kabartması

Çelik

Boya tabakası

Şekil 3.22 Boyanmış çelikte korozyon oluşumu

Çinko kaplama

Kaplamadaki çizik

Çelik

Çinko kaplama(Anot)

Çelik yüzey (Katot)

Kurban anot olarak davranan çinko bitene kadar çelikte korozyon başlamaz

Şekil 3.23 Galvanizlenmiş çelikte korozyon oluşumu gecikir

43

3.2.5 İnorganik kaplamalar

İnorganik kaplamalar; fosfat kaplama, kromat kaplama ve anodik işlemler olmak

üzere gruplanabilirler.

Uygun bileşimde banyolar içine daldırılan metaller, ortam ile reaksiyona girerek

yüzeyde tuzlardan oluşan bir tabaka meydana getirirler. Bu işleme en iyi örnek

fosfatlamadır. Fosfatlamadan sonra, pasifleştirme işlemi olarak kromatlama uygulanır.

Fosfatlama çelik parçalara uygulanabilir, kromatlama yalnız başına ancak Zn, Cd ve Al

gibi hafif metallere uygulanır.

Yüzeyi temizlenmiş çelik parçalar asit (özellikle Zn ortofosfat) çözeltilerinde

bırakılarak fosfat tabakasıyla kaplanırlar. Malzemenin dokusundaki gözenekler

korozyon dayancını düşüreceğinden bir tabaka ile kaplanmaktadır.

Fosfatlama, boyanacak yüzeylerin boyaya hazırlanması amacıyla da kullanılır.

Ayrıca boya tabakasının aşınması halinde fosfat tabakası koruyuculuk görevini üstlenir.

Anodik işlemler, alüminyumun korozyondan korunmasının yanında mekanik

aşınmalarda dayanıklı kalın oksit tabakaları elde etmek için uygulanan bir yöntemdir.

Metal, uygun bileşimli bir banyo içinde anot olarak bağlanır. Elektrolit olarak H2SO4,

kromik asit, okzalik asit çözeltileri kullanılır. En çok kullanılan, alüminyumun okzalik

asit içinde eloksal adı verilen anodik oksidasyonudur (Çizmecioğlu 1998).

3.2.6 Organik kaplamalar (Boyalar)

Organik kaplamaların en önemli temsilcisi boyalardır. Başta demir-çelik esaslı

metaller olmak üzere, tüm metalik yüzeylerin korunmasında, uygulama kolaylığı ve

düşük maliyetleri nedeniyle, korozyondan korunmak üzere yaygın şekilde

kullanılmaktadır. Boyalar, metal yüzeyini çevreden yalıtarak su ve oksijenin metal

yüzeyine ulaşmasını önleyen malzemelerdir. Boyalar, pigment içeren, sıvı halde yüzeye

tatbik edilen ve bunu takiben sertleşen bileşiklerdir. Atmosfere doğrudan maruz kalan

boya kaplamaları genellikle iki kat halinde uygulanır. Astar olan ilk tabakanın

fonksiyonu; kimyasal reaksiyonlarla metal yüzeyini korozyona karşı korumaktır. İkinci

tabaka ise, su ve oksijen geçişini engeller. Ayrıca, korozyonu önlemenin yanında

dekoratif özellikleri de vardır.

44

Atmosferik korozyon etkisinde kalan çelik yapıları korozyondan korumak için hangi

boya cinsinin kullanılması gerektiğini belirlerken; yapının içinde bulunduğu ortamın

korozif özelliklerini dikkate almak gerekir. Diğer taraftan yapının işletme ömrü göz

önüne alınarak yapılacak olan boyadan beklenen minimum ömür belirlenmelidir. Boya

ömrü, boyanın uygulanmasından itibaren ilk bakıma kadar geçen süredir.

Boyaların korozyondan koruma işlevini sağlayabilmesi için; geçirgen olmama,

frenleyici etki gösterme veya katodik koruma sağlama gibi özelliklerden en az birine

sahip olması gerekir.

Bir boya sisteminin başarısı, kaplanacağı sistemin yüzeyinin boyaya hazırlanması ile

birinci derecede ilgilidir. Boya katmanı ile metal arasındaki bağın çok iyi olabilmesi

için metal yüzeyi boyadan önce uygun yöntemlerle temizlenip bekletilmeden

boyanmalıdır (Çakır 1996).

Boya uygulamanın, fırça tatbikatı, püskürtme, daldırma ve elektrostatik yöntem gibi

çeşitli yöntemleri vardır. Bu yöntemlerden püskürtme ve elektrostatik boyama

yöntemlerinin uygulanışı aşağıda anlatılmıştır.

3.2.6.1 Püskürtme yöntemiyle boyama

Genel olarak boya uygulamalarının çoğunda püskürtme yöntemi kullanılmaktadır.

Bu yöntem homojen bir kaplama kalınlığı ve esneklik sağlamakta olup, elle yada

otomatik olarak yapılmaktadır. Püskürtülen boya miktarı, boya makinesinin basınç ayarı

değiştirilerek ayarlanmaktadır. Airless (Havasız tabancalı sistem) boyama yönteminin

uygulama aşamaları; Şekil 3.24, 3.25, 3.26 ve 3.27’de gösterilmiştir.

Şekil 3.24 Airless boyama makinesi

45

Şekil 3.25 Airless boyama yöntemi kullanılarak boya yapılırken

Şekil 3.26 Boyanan malzemeler kurumaya bırakılmış

Şekil 3.27 Boyası kuruyan malzemeler istiflenmiş

46

Boya kalınlığının inceltilmesi ise, boyaya şeffaf epoksi tineri katılarak

gerçekleştirilir. Uygulanan boyanın kalınlığı, boya kuruduktan sonra, boya kalınlık

ölçüm cihazı ile ölçülür (Şekil 3.28). Eğer yeterli kalınlık sağlanamadıysa istenilen

kalınlığa ulaşmak için bir kat daha boya yapılır.

Analizi yapılan proje için istenen asgari boya kalınlığı; 180 μm.’dir. Bu kalınlığa;

20 μm.’lik koruyucu astar ve 80 μm.’den oluşan iki kat esas boyanın atılmasıyla

ulaşılmıştır. Boya işlemi sonrası düzenli olarak yapılan ölçümlerde; 180 μm.’lik istenen

boya kalınlığına ulaşıldığı saptanmış, hatta bazı bölgelerde 220 mm.’ye kadar boya

kalınlığı ölçülmüştür.

Şekil 3.28 Boya kalınlık ölçüm cihazı

3.2.6.2 Elektrostatik boyama yöntemi

Elektrostatik boya uygulaması; metale, her yerinde eşit bir kaplama kalınlığı,

mükemmel tutuculuk, düzgün bir yüzey ve etkili bir korozyon dayanımı sağlar. Bunun

yanında, boyada damlama ve sarkma oluşmaması, güvenli oluşu ve istenilen düzeyde

boya film tabakası elde edilmesi nedeniyle tercih edilir.

Elektrostatik boya uygulaması yerinde gözlem ve inceleme yapılarak araştırılmıştır.

Bu incelemede; çelik boru profillerinden imal edilmiş olan çadır profillerinin boyanması

gözlemlenmiştir. Malzemeler statik voltaj kaynağına bağlanmadan önce, zeminden

yalıtılmış bir askıya iletken teller yardımı ile asılır (Şekil 3.29). Boyama işlemini yapan

kişi (Şekil 3.30), boyanın zehirleyici etkisinden korunmak için maske kullanır.

47

Boyanan malzemeler, boyanın kalıcı ve uzun ömürlü olması için, boyama sonrası

200 0C’de en az 45 dakika fırınlanır (Şekil 3.31). Son olarak da fırından çıkarılan

malzemeler soğumaya bırakılır (Şekil 3.32).

Şekil 3.29 Çelik çadır profilleri zeminden yalıtılmış askıda

Şekil 3.30 Elektrostatik boyama yapılırken

48

Şekil 3.31 Elektrostatik boyama sonrası malzemeler fırınlanır

Şekil 3.32 Fırından alınan malzemeler soğumaya bırakılır

49

4. UYGUN TASARIM İLE KOROZYONDAN KORUNMA

4.1 Giriş

Yanlış tasarım ile üretilen malzemenin mühendislik açısından hiçbir değeri olmayan

bir duruma indirgenmesine neden olan korozyon, gelişen ülkemiz ekonomisi açısından

göz ardı edilmemesi gereken bir konudur. Sınırlı yeraltı kaynak ve zenginliklerine sahip

ülkemizde endüstriyel malzeme ve çelik yapıların korozyon nedeniyle kullanılamaz hale

gelmesi sonucu doğacak kayıpların ülke ekonomisine getireceği yükten en az zararla

kurtulmak gerekir.

Bu bölümde, imalatı tamamlanmış parça ve ünitelerin korozyona karşı sonradan

alınan tedbirlerle korunmasından çok, parça imal edilmeden, daha tasarım aşamasında

alınması gerekli tedbirler ve bunların önemi üzerinde durulacaktır. Ayrıca, tasarım

aşamasında göz önüne alınması gereken faktörlerin yanında, çeşitli birleştirme

yöntemlerinden kaynaklanabilecek korozyon sorunları da bu bölümde ele alınacaktır.

4.2 Metalin Gerilme Şartlarındaki Değişiminin Etkisi

Tasarım sırasında göz önüne alınması gereken hususlardan birisi; zaman faktörüdür.

Çünkü korozyon zaman içinde başlar ve gelişmesini zaman içinde sürdürür. Meydana

gelen korozyon nedeniyle kesit kaybı olur. Bu sebeple birim kesitte gerilme seviyesinde

artış meydana gelir. Buna göre tasarım, yapı işletme ömrünün herhangi bir anında

meydana gelebilecek gerilme seviyeleri ve şartlarına hazırlıklı olacak şekilde

yapılmalıdır. Çelik malzeme üzerine gelen bu gerilmeler, statik veya dinamik gerilmeler

şeklinde olabilir. Statik yükler; Şekil 4.1.a’ da görüldüğü gibi çalışma durumu gereği

taşıdığı sabit yükler olabilir veya Şekil 4.1.b’ deki gibi hatalı kaynaklama sonucunda

malzemede oluşan kalıcı iç gerilmeler halinde de olabilir.

Periyodik olarak değişen dinamik yük uygulaması durumunda ortaya çıkan

malzemelerin yorulma davranışları da korozif ortamdan etkilenecektir. Periyodik

değişen yükleme durumu Şekil 4.2’de şematik olarak çizilmiştir.

50

Korozif ortam Yük

Gerilmeli korozyon

Çatlak Kaynak

(b) (a)

Şekil 4.1 Statik yükleme durumlarının şematik gösterilişi (Çakır 1990)

Periyodik gerilme Çatlaklar

Yorulmalı korozyon

Yük

Periyodik hareket

Sürtünme Şekil 4.2 Periyodik değişen yükleme durumlarının şematik gösterilişi (Çakır 1990)

Örneğin, imalat çelikleri, havada bir yorulma limitine sahip olduğu halde, korozif

ortamlarda, ortamın korozifliği ölçüsünde, bu limit ya alçalır veya tamamen kaybolur

(Şekil 4.3). Bunun sonucu olarak parça hasarları korozif olmayan ortama göre çok daha

kısa zamanda ve düşük gerilmelerde meydana gelir (Çakır 1990).

105

350

300

250

200

Havada yorulma sınırı

Su NaCl çözeltisi

106 107

Çevrim sayısı

Şekil 4.3 İmalat çeliklerinin yorulma davranışlarında çevre şartları tarafından meydana getirilen etkiler (Çakır 1990)

4.3 Korozyondan Korunmada Tasarım

Konstrüksiyon mühendisinin ana görevi; yapacağı işlevi, üretimi ve mekanik

mukavemet açısından konstrüksiyona en uygun tasarımı vermektir.

51

Konstrüksiyonların çoğu genellikle az veya çok ölçüde korozif olan alanlara kurulur

ve çoğu kez alınacak tedbirler öngörülebilir. Bir konstrüksiyonda korozyonun kontrolü

önemli ölçüde onun tasarımına bağlı olduğundan, konstrüksiyon mühendisi görevini

yaparken korozyon konusunu göz önünde bulundurması gerekir.

Bakım ve onarım maliyeti, özellikle yeniden boyama maliyeti, toplam maliyetin

önemli bir bölümünü meydana getirir. Fakat çoğu durumlarda üretimi pahalı, fakat

genel bakım ve onarım masrafları ucuz olan yöntemler ekonomik açıdan daha uygun

olabilir.

Eğer çelik bir konstrüksiyonun tasarımı korozyon açısından uygun olmayan bir

şekilde yapılmışsa, boyama veya diğer yüzey işlemleri ile etkili şekilde korumak

mümkün olmayabilir. Konstrüksiyon korozyona uğramayacak şekilde tasarımlanmışsa,

korozyon sorununa en verimli ve en ucuz yol bulunmuş olur.

Tasarım işlemlerinde göz önünde bulundurulması gereken hususlar aşağıda

incelenecektir.

4.3.1 Çevre şartlarının etkisi

Konstrüksiyonun hesaplanan ömrü; maruz kalacağı mekanik gerilmeler, bakım ve

onarım için uygunluğu, yüzey işlemi ve/veya diğer çeşitli korozyondan korunma

yöntemlerinin ve uygun tasarımın seçiminden büyük ölçüde etkilenecektir.

Bu açıdan; konstrüksiyon ne amaçla kullanılacak, ne tür korozif bir ortamda olacak,

konstrüksiyonun ömrü ne kadar olacak, bakım ve onarıma imkan verecek mi gibi

sorulara cevap bulmak tasarımcıya en doğru tasarım yapma konusunda ışık tutacaktır.

Malzemenin maruz kaldığı çevre şartlarının malzemenin korozyon davranışına etkisi

ihmal edilemez, çevrede mevcut olan önemsiz sayılabilecek seviyedeki bileşenler

korozyon açısından kritik olabilir. Coğrafi yerleşim bölgeleri de önemlidir, çünkü

konstrüksiyon tamir bakım v.s gibi durumlarda hava şartlarının etkisini de gözönüne

almak gerekir (Çakır 1990).

Mesela deniz kıyısındaki bir çelik yapı ile kırsal veya endüstriyel bölgedeki bir çelik

yapının maruz kalacağı atmosfer şartları farklı olacağından, bu bölgelerdeki yapılar

tasarlanırken tasarımcının bu hususları göz önünde bulundurması gerekir. Tablo 4.1’de

52

görüleceği üzere çelik metalin, endüstriyel bölgedeki aşınma miktarı 13,72 µm/yıl iken,

bu miktar, kıyı bölgelerinde 6,35 µm/yıl, kırsal bölgelerde ise 5,08 µm/yıl ’dır.

Özellikle endüstriyel bölge atmosferlerinde bulunan SO2, SO3, CI2, HCL gibi korozif

ortam meydana getiren kirleticilerin etkisinde kalan metal çeliğinin, deniz atmosferinde

kalan aynı cins metale göre iki kat daha hızlı aşındığı görülmektedir.

Tablo 4.1 Çeşitli metal alaşımların, 10 yıllık deney sonunda farklı hava şartlarındaki aşınma miktarları (µm/yıl) (Yalçın ve Koç 1991)

Atmosfer Metal Cinsi Endüstriyel Deniz Kırsal Alüminyum Bakır Kurşun Çinko Metal Çeliği İklim Çeliği

0,811,190,435,13

13,722,54

0,711,321,411,606,353,81

0,0250,580,480,865,081,27

4.3.2 Korozyonla ilgili tasarım prensipleri

Basit tasarım prensipleri, korozyondan korunmada önemli faydalar sağlar. Tasarım

prensipleri çeşitli şekillerde gruplanabilir. Burada, şekli basitleştirme, kalıcı nemliliği

önleme ve galvanik korozyondan korunma konuları ele alınacaktır. Ayrıca birleştirme

yöntemlerinin korozyondan korunmada önemi üzerinde durulacak ve tasarım

detaylarına yer verilecektir.

4.3.2.1 Şekli basitleştirme

Konstrüksiyona verilen şekil ne kadar basit olursa, o kadar iyi bir korunma imkanı

sağlanmış olur. Konstrüksiyon ne kadar çok açı, köşe kenar ve iç yüzey ihtiva ediyorsa,

korozyondan korumak o kadar zor ve maliyetli olur (Şekil 4.4).

Bunlara ilave olarak karmaşık şekilli yapılar daha geniş yüzeylere sahip olduğundan

korozyona daha çok maruz kalırlar. Kutu ve boru profillerin boyanması ve bakımı çok

daha kolay olduğundan, daha yaygın olan L, T ve U profillerine alternatiftir (Şekil 4.5).

Yanlış tasarım En doğru tasarım Doğru tasarım Şekil 4.4 İki parça kullanarak birleşim yapmak yerine, tek parça kullanımı

53

L profil (Köşebent)

Boru profil

Kutu profil

Şekil 4.5 Keskin köşeler ve açık yüzeyler yerine kapalı yüzeyler ve yuvarlatılmış

elemanlar tercih edilmelidir (Yalçın ve Koç 1991)

Şekil 4.6 ve 4.7’de görüldüğü gibi malzemelerin yeniden boyanabilmesi için yeterli

boşluk bırakılmalıdır.

Uygun değil Uygun

h

Boyama için uygun değil

1/3 h

En az 1/3 h

h 1/3 h

En az 1/3 h

Şekil 4.6 Bakım için erişilebilirlik prensibi dikkate alınmalıdır

Yanlış tasarım Doğru tasarım

Şekil 4.7 Döşeme - kiriş birleşimi (Yalçın ve Koç 1991)

Atmosfere açık sistemler her zaman havada uçuşan tozların tehdidi altındadır. Bu tip

sistemlerde havanın iyi dolaşması sağlanırsa buralarda toz birikmesi engellenmiş olur

(Şekil 4.18 ve 4.9).

54

Kötü durum

Hava dönüşümü sağlanır

İyi durum Şekil 4.8 Toz birikecek bölgeler, hava dolaşımına müsait olarak tasarlanır

Şekil 4.9 Kolon profili berkitme levhasında, Şekil 4.10’da anlatılan tasarım prensibinin

uygulaması görülmektedir

4.3.2.2 Kalıcı nemliliği önleme

Rutubetsiz ortamlarda korozyonun olmayacağı genellikle doğru bir ifadedir. Buna

göre; mühendislerin önemli görevlerinden birisi de, yaptığı konstrüksiyonun mümkün

olduğu kadar nem ve rutubetten korunmuş olmasına dikkat etmektir.

Uygun değil

Uygun değil Uygun

Uygun En iyi

Kalıcı nem Boşaltma deliği

Kalıcı nem Şekil 4.10 Kalıcı nemliliği önlemede tasarım prensipleri (Çakır 1990)

55

Profiller, yeniden boyanabilir ve bakımı yapılabilir olmalıdır. Ayrıca Şekil 4.10’da

profillerin açık yüzünün aşağıya bakacak şekilde yerleştirilmesi gerektiği

gösterilmektedir. Eğer böyle bir ihtimal yoksa en azından boşaltma deliği ile biriken

suyun uzaklaştırılması sağlanmalıdır (Çakır 1990).

Çok sık ıslanan veya sürekli ıslak kalan zeminlerde; kolon taban levhasının altına

beton dökerek, kolonu zeminden yükseltmek, zemindeki sıvının, kolon ile temasını

engellediği için korozyondan koruma sağlayacaktır (Şekil 4.11 ve 4.12).

Kolon

En kesit

Zemin tabakası

Kolon taban levhası Beton tabaka

Şekil 4.11 Kolon taban levhası yerleşim detayı (Çakır 1990)

Şekil 4.12 Kolon taban levhası yükseltme uygulaması

56

Şekil 4.13’de kolon taban levhası ve bulonlar zeminden yükseltilmesi gerekirken,

tamamen betonun içersine gömülmüştür.

Şekil 4.13 Uygun olmayan kolon ayağı detayı

Şekil 4.14’de, Denizli ili Çal ilçesindeki bir şarap üretim fabrikasındaki kolon taban

levhalarının yeterli miktarda zeminden yükseltilmeden yerleştirilmiş olduğu görülüyor.

Bu nedenle, fabrikanın çalışma ortamında bulunan korozif maddeler, bulonlu olarak

teşkil edilen kolon-temel birleşimindeki, cıvata uç bölgelerinin çevresine kadar

ulaşabilmiştir.

Şekil 4.14 Kolon taban levhasının zeminden yeterli miktarda yükseltilmeden

yerleştirilmesi sonucu cıvatalı birleşimdeki korozyon oluşumu

57

Kolon taban levhasının betonarme temelle birleştiği bölgeler, korozif maddelerin

toplanması için çok müsait yerlerdir. Bu bölgeler korozyona neden olabilecek

maddelerin birikmesine yol açacak şekilde kavisli olmamalıdır (Şekil 4.15).

Ayrıntılı kolon tabanı teşkili

Korozyona sebep olabilecek malzemenin toplanmasına uygun

Kapatılan levha

Şekil 4.15 Çelik kolon taban levhası yerleşim detayı

Ayrıca kolonları, taban levhasına bağlarken kullanılan berkitme levhaları karmaşık

yapıda olmamalıdır. Çünkü bu bölgeler korozif malzemeleri tutar, ve kolay

temizlenemez (Şekil 4.16 ve 4.17).

Yanlış tasarım Doğru tasarım

Şekil 4.16 Kolon taban levhası bağlantı detayı (Yalçın ve Koç 1991)

Şekil 4.17 Kolon taban levhasındaki yanlış uygulama

58

Sıvı depoları öyle tasarlanmalı ki, tamamen boşlatılıp temizlenebilmeli ve

tabanlarında nemlilik olmamalıdır (Şekil 4.18). Depolama tanklarının, dibinde toplanan

tortuların zaman zaman temizlenmesine olarak sağlayacak şekilde tasarlanmasında çok

yarar vardır.

Şekil 4.18 Depolama tankları tamamen boşlatılabilir ve temizlenebilir olmalıdır

Sıvı depoları gibi kalıcı nemliliğin engellenemediği durumlarda korozyona karşı en

zayıf olan birleşme bölgelerinin, korozyondan en az etkilenmesi için doğrudan sıvı

teması engellenmelidir (Şekil 4.19). Ayrıca depoların kolay ve tamamen boşalımını

sağlamak için depo tabanı boşaltma deliğine doğru eğimli olmalıdır. Bu özellikte

olmayan depolarda, her boşaltma işleminden sonra içerde kalan sıvı az miktarda da olsa,

deponun delinmesine neden olabilir. Bu tür bozunmalara yoğun sülfirik asitin

depolanmasında ve taşınmasında kullanılan çelik tanklarda sık rastlanır.

Sıvı ile doğrudan temas

Yanlış tasarım Doğru tasarım

Doğrudan temas engellenmiş

Şekil 4.19 Birleşme bölgesinin korozyona neden olan maddeden yalıtılması (Özbaş

1997)

Köşebent ile levhanın birleştiği noktada kir ve rutubet birikmesini önlemek için

köşebent, yüzü alta bakacak şekilde yerleştirilmelidir (Şekil 4.20).

59

Yanlış tasarım Doğru tasarım Şekil 4.20 Levha köşebent birleşimi (Yalçın ve Koç 1991)

Profillerin açık yüzü kir ve rutubet toplayacak şekilde yukarıya doğru değil, aşağıya

doğru bakmalıdır (Şekil 4.21 ve 4.22).

Yanlış tasarım Doğru tasarım Şekil 4.21 Profil pozisyonları (Yalçın ve Koç 1991)

Suyun ve kirin birikmesinden sakınılmalı

Şekil 4.22 Yanlış yerleştirilen profillerde biriken su ve kirin şematik gösterimi

Şekil 4.23 ve 4.24’de boru profil ile çelik levhanın betonla birleştiği bölgede

korozyon meydana gelmesini önlemek için; birleşim bölgesine dolgu yapılmalıdır.

Yanlış tasarım Doğru tasarım Şekil 4.23 Boru profil beton bağlantısı (Yalçın ve Koç 1991)

Korozyon Çatlak korozyonu yok

Doğru uygulama Yanlış uygulama

Şekil 4.24 Çelik elemanın betona gömülme uygulaması (Üneri 1998)

60

Kiriş alt başlık levhasında kir toplanmasını önlemek için kiriş gövdesi berkitme

levhası altında berkitme levha kalınlığının dört katı kadar boşluk bırakılmalıdır (Şekil

4.25).

t

4t

Şekil 4.25 Kiriş gövdesi berkitme levhasının yerleşimi (Yalçın ve Koç 1991)

Özellikle deprem ve rüzgar kuvvetlerine karşı çelik yapı sistemlerinin genel

dayanımını artırmak için konulan çelik çapraz profillerinin birleşimi, su birikmesini

engelleyecek şekilde olmalıdır (Şekil 4.26).

Doğru tasarım Yanlış tasarım

Şekil 4.26 Çelik çapraz profillerinin birleşim detayı

Berkitme levhası akıntıyı sağlayacak şekilde köşeleri kesilerek yerleştirilmelidir

(Şekil 4.27).

Yanlış tasarım Doğru tasarım Şekil 4.27 U profile berkitme levha yerleşimi (Yalçın ve Koç 1991)

61

Bindirme çıkıntıları yağışsız tarafa gelecek şekilde konumlandırılmalıdır (Şekil

4.28).

Yanlış tasarım Doğru tasarım Şekil 4.28 Dış cephede bindirme uygulaması (Yalçın ve Koç 1991)

Boru profilin doğrudan plakanın üzerine yerleştirilmesinden kaynaklanan ceplerin

oluşumunu engellemek için, boru profilin bir ayak üzerine oturtulması uygundur (Şekil

4.29).

Yanlış tasarım Doğru tasarım Şekil 4.29 Levha üzerine boru profil konulması (Yalçın ve Koç 1991)

Yoğunlaşma nedeniyle oluşan nemliliğin önlenmesi

Sıcak gazların soğuk metal yüzeyleri ile teması anında yoğunlaşma sonucu meydana

gelen nemlilik genellikle büyük problemler doğurur. Bunun nedeni yoğunlaşmış

nemliliğin saf su niteliğinde olmayıp, erken yoğunlaşan saldırgan (korozif) solüsyon

niteliğinde olmasıdır. Yoğunlaşma nedeniyle oluşan nemliliğin doğurduğu korozyon

problemleri en iyi, tasarım veya konstrüksiyon safhasında çözülebilir.

Yoğunlaşmayı önleyecek tedbirlerin, yeterli ve gerekli ısı yalıtımı ile sağlanmaya

çalışılması gerekir. Konstrüksiyonda, nemlenme olasılığı olan yerlerde, tasarım anında

alınacak önlemlerle (iyi havalandırma sağlamak gibi) nemliliğin kısa zamanda

giderilmesine fırsat verilmelidir.

62

Sistem geometrisinin etkisi ile ortaya çıkan durumlar

Tasarımı yapılan yapı sisteminin geometrisindeki yanlışlıkların sonucunda; yetersiz

tahliye, çözeltilerin daha derişik hale gelme olasılığı, oksijen dağılımı açısından

çözeltide bölgesel farklılaşmalar (farklı havalanma), kontrol, tamir ve bakım için gerekli

olan erişebilirliğin yetersiz olması gibi problemler olabilir. Önceden alınacak tasarım

tedbirleri, bu tip problemleri önemli ölçüde azaltacaktır.

Uygun olmayan birleştirme ve flanş yerleri durgun sıvıların toplanması için uygun

bölgeler oluşturabilirler. Birleştirme yerlerinde meydana gelebilecek dar aralık ve

yarıklarda biriken durgun sıvılar diğer bölgelere göre yeterli hava (O2) ile

beslenemeyeceği için farklı havalanma bölgeleri meydana gelecektir. Buralar

korozyonun bölgesel olarak hızlandığı bölgelerdir (Şekil 4.30).

Aralık Kaynak

Şekil 4.30 Birleşme bölgelerindeki dar aralıklardan sakınılmalıdır

Sıvı ortamın hareketsiz veya çok yavaş hareket ettiği bölgelerde, sıvı içinde bulunan

katı parçacıklar ve artıklar çökelerek korozyona sebep olurlar (Şekil 4.31).

Metal Korozyon

Korozyon

Şekil 4.31 Durgun sıvı birikintilerin meydana gelmesine neden olan tasarım biçimlerinden sakınılmalıdır (Çakır 1990)

Her türlü çelik yapı elemanlarının kontrol, bakım ve tamirat için erişilebilir bir

biçimde şekillendirilmesi gerekir (Şekil 4.32). Erişilemeyen bir bölgede oluşan

nemliliğin önlenmesi oldukça zor olacaktır.

63

Erişebilirlik

(Erişme ?)

Şekil 4.32 Çelik yapılar tasarlanırken, bir bütünün veya parçaların bakım ve tamire

olanak sağlayan bir erişme aralığına sahip olması sağlanmalıdır (Çakır 1990)

4.3.2.3 Galvanik korozyondan korunma

Galvanik korozyon, iki farklı metalin direk temas ettiği durumlarda meydana gelir.

Bu iki metal arasında olan potansiyel farkı korozyonun en önemli sebebidir. Diğer

korozyon türlerinde olduğu gibi, iyon akışı için iki metal arasında elektrolitik bir

solüsyon olmalıdır. Bunlardan en az birinin devre dışı kalması korozyonu önleyecektir.

Farklı metal ve alaşımların mümkünse birleştirilmemesi gerekir. Eğer bu mümkün

değilse galvanik korozyonu önlemek için iki metal arasına elektriksel bir yalıtkan

konmalıdır (Şekil 4.33 ve 4.34).

Paslanmaz çelik somun ve civata

Neopren film tabakası veya conta

Normal yapı çeliği

Yalıtılmış bulon bağlantısı

Neopren film tabakası veya conta

Paslanmaz çelik köşebent

Genel korozyon koruma projelerinde uyumlu bir şekilde kullanılan sürekli boyalı film tabakası

Şekil 4.33 Bulonlu bağlantı yapılırken galvanik korozyon riskine karşı alınabilecek

önlem

64

İzalasyon contası

İzalasyon contası

Şekil 4.34 Galvanik korozyonun önlenmesi için farklı metaller elektriksel yalıtkan malzemeler ile birbirinden ayrılabilirler (Çakır 1990)

Farklı metallerin birleştirilmesinde değiştirilebilir ara parça kullanımı Şekil 4.35’de

görülmektedir.

Ara parça

Şekil 4.35 Farklı metallerin birleştirilmesinde değiştirilebilir ara parça kullanılabilir

(Çakır 1990)

Bağlantılarla ilgili olarak göz önünde tutulması gereken bir diğer konu ise; cıvata-

somun ve kaynak dolgusu gibi bağlama malzemelerinin, konstrüksiyonun bağlanan

elemanlarından daha soy olması gerektiğidir. Bu kurala uyularak oluşturulan bir

birleşimde; korozyon meydana gelse bile daha aktif olan ana elemanda meydana gelir,

böylece daha küçük ve zayıf olan bağlantı elemanı zarar görmemiş olur (Şekil 4.36).

Kaynak eki

Perçin eki

Daha soyLehim bağlantı

Civatalı ek

Şekil 4.36 Bağlama (Cıvata - somun ve kaynak dolgusu gibi) elemanları, bağlanan

eleman parçalarından daha soy olmalıdır (Çakır 1990)

65

4.3.2.4 Birleştirme yöntemlerinin korozyon kontrolündeki önemi

Burada; çelik yapılarda uygulanan kaynaklı ve cıvatalı birleşim yöntemlerinin

korozyon kontrolündeki önemi ele alınacaktır.

Kaynaklı ve cıvatalı birleşimlerde; kalıcı gerilmeler, boşluklar, sertlik değişimleri ve

galvanik etki ortaya çıkabilir. Ortaya çıkan bu etkilerin sonucunda korozyonun meydana

gelmesi kolaylaşır. Bu yüzden, ana malzemede korozyona karşı önlem alınmış olsa bile

ek yerlerindeki hatalardan dolayı korozyon engellenememiş olur.

Kaynaklı bağlantılar

Aynı veya benzer alaşımlı metallerin ısı etkisi altında birleştirilmesine ‘kaynak’

denir. Şekil 4.37’deki fotoğraf, iki U profilin alın kaynağı ile birleştirilmesi sırasında

çekilmiştir.

Şekil 4.37 Kaynak işlemi yapılırken

Kaynak işlemi sırasında oluşan yüksek sıcaklık ve bunu takip eden hızlı soğuma

sırasında büzülmeler ile kalıcı çekme gerilmeleri meydana gelir. Mekanik (gerilme) ve

elektro kimyasal (korozif) ortamın uygun şartlarda bir araya gelmesi sonucunda,

malzemede gerilmeli korozyon çatlaması meydana gelir. Bunun önüne geçmek için

ısıdan etkilenen bölgenin yüksek sıcaklığın tesirinde kalacağı zamanı kısaltmak gerekir.

Kaynak süresini azaltmak için; kaynak pasoları yapılırken, ara paso sıcaklıklarının

kontrolü yapılmalı ve her pasoda düşük ısı girdisi kullanılmalıdır.

Kaynak birleşim bölgelerindeki yetersiz ergime ve hatalı profil kullanma nedeniyle,

kaynak dikişleri gerilim yükseltici (gerilmelerin yoğunlaşmasına neden olan çentik

etkisi) gibi davranan aralık ve yarıkların bulunabileceği yerlerdir (Şekil 4.38). Bu

aralıklar korozyon oluşmasına çok müsait yerlerdir (Çakır 1990).

66

Kaynak

Aralık Şekil 4.38 Kaynak dikişindeki yetersiz nüfuziyet ve hatalı profil kullanmanın

sonucunda gerilim yükseltici gibi davranan aralık oluşumu (Çakır 1990)

Kaynaklar daima düzgün ve iyi şekillendirilmiş olmalı, yarık ve boşluklar ihtiva

etmemelidir. Kaynak etrafının cüruflardan ve sıçrayan metal artıklarından arındırılması

gerekir. Kaynağın dar yüzünün korozif ortama dönük tutulması gereklidir (Şekil 4.39).

Korozif ortam Korozif ortam

Şekil 4.39 Kaynak bölgesinin dar tarafı korozif ortama dönük olmalıdır

Kaynaklı birleştirmelerde iki metalin birbirine değen tüm noktalarının sürekli

kaynakla birleştirilmesi hem mukavemeti artıracaktır hem de iki yüzey arasına korozif

maddelerin kaçmasına engel olacaktır (Şekil 4.40).

Korozyon sonunda meydana gelen (pas gibi) ürünler, aralık içinde birikirler ve

aralığı genişlemeye zorlarlar. Bunun sonucunda kaynaklı eklerde çatlamalar meydana

gelir. Şekil 4.41’deki gibi yapılan kaynak birleşimlerinde hiç boşluk olmadığından ve

düzgün yapıldığından aralık yoktur, bu sayede ve aralık korozyonu riskini azalmıştır.

Eksik kaynak Doğru kaynak

Alın kaynağı

Alın kaynağı birleştirmesi

Şekil 4.40 Hatalı ve doğru kaynak birleşimleri (Anık 1991)

Şekil 4.41 Kaynaklı birleşimlerde aralık korozyonunu önleyen çeşitli birleştirme yöntemleri (Çakır 1990)

67

Bulonlu (Cıvatalı) bağlantılar

Cıvata-somun birleşimleri; işçiliği kolay, tekrar sökülebilir ve korozyona neden

olabilecek hatalı bileşimleri en aza indirdiğinden, çelik yapıların şantiyedeki montajında

tercih edilir. Cıvatalı bağlantılarda çok dar yarık ve çatlakların oluşma ihtimali vardır.

Somun-cıvata bağlantılı soğuk işlenmiş yüzeyler, sıcak işlenmiş yüzeylerden daha hızlı

korozyona uğrarlar. Cıvatalı bağlantıların korozyona karşı bu zayıf yönlerini

güçlendirmek için, somun-cıvata ikilisinin kullanılmadan önce çinko kromat astarı ile

kaplanması faydalıdır.

Şekil 4.42’deki cıvataların uç kısımlarında kesme etkisiyle oluşan hasarlar ve

bunların sonucunda oluşan kırılmalarla birlikte yüzeylerinin de korozyona uğradıkları

açıkça görülmektedir.

Şekil 4.42 Hasarlı cıvatalar

Cıvatalı bağlantıların, hem cıvata başından, hem de somun tarafından contalanması

sayesinde sıvı yalıtımı sağlanacaktır. Bu bölgeler, korozyona neden olan çok küçük

paçacıkların girmesine müsait bölgelerdir (Şekil 4.43).

Şekil 4.44.a’da görülen kolon-kiriş bağlantısında ‘L’ ile gösterilen kısımda sıvı

birikimi oluşur ve gerekli yalıtım yapılmadığından birleşme yerinden (J) sıvı sızdırır.

Biriken sıvı; hem kolonun hem de kolon-kiriş bağlantısını sağlayan cıvataların

korozyona uğramasına neden olabilir.

68

Cıvata başının yalıtımı

Somun başının yalıtımı

Conta Conta

Cıvata başının yalıtımı

Somun başının yalıtımı

Şekil 4.43 Korozyon tehlikesine karşı bulonlu bağlantıların yalıtılması (Çakır 1990)

Şekil 4.44.b’de kiriş profiline sıvı tahliye deliği (D ile gösterilmiş) açılarak sıvı

birikmesi engellenir. Ancak en doğru tasarım; hem conta (S) kullanılarak sıvı

yalıtımının sağlandığı, hem de profili, açık yüzünü aşağıya bakacak şekilde

yerleştirerek, sıvı birikmesinin engellendiği tasarımdır (Şekil 4.44.c).

(a)

(b) (c)

L

J

T D S

S

Şekil 4.44 Kolon - kiriş birleşim detayı (Çakır 1990)

Korozyona neden olan etkenlerin ortadan kaldırılması ile en iyi korozyon koruması

sağlanmış olur. Şekil 4.45.a’daki birleşim bölgesinde, sıvı birikimine müsait bir oyuk

oluşmuş, bunun yanı sıra cıvatalara sıvı yalıtımı uygulanmamış ve ok işaretiyle

gösterilen taraftan da deniz suyu etkisi (tuzlu su çarpımı) var. Şekil 4.45.b’de ise;

69

boşaltma deliği ile sıvı birikmesi engellenmiş, cıvata conta ile yalıtılmış ve tuz çarpımı

bir kalkan ile engellenmiş.

Çelik

Tuz çarpımı Birleşim noktasında

conta veya bant yok

Çelik

Contasız yarık Magnezyum

Al 5852 sızdırmazhalka Conta

Boşaltma deliği

Kalkan

Tuz çarpımı

Yalıtıcı bant

Çinko kaplamalı veya reçine bazlı fluoropo

(a) (b)

Şekil 4.45 Korozyona neden olan etkenlerin ortadan kaldırılması (Çakır 1990)

70

5. MALİYET ANALİZİ

Bu bölümde Mikroman Madencilik firması için, Denizli Askon A.Ş. tarafından

imalat ve montajı yapılan çelik taşıyıcı sistemli taş eleme tesisinin korozyona karşı

korunması için alınan önlemlerin ekonomik maliyeti incelenecektir.

Şekil 5.1 Kırma taş elek tesisinin görünüşleri

Muğla ili, Yatağan ilçesinde bulunan kuvars madeni elek sistemi Şekil 5.1’de

görüldüğü gibi işletme süresi boyunca sürekli olarak yağmur, rüzgar gibi atmosferik

olaylara açık korumasız bir yapıdır. Bu yüzden korozyon ciddi bir problem olarak

karşımıza çıkmaktadır. Tesisin inşa edileceği yerin korozyon karakteristiğini tanımak

71

önemlidir. Bu tesisin inşa edileceği yer; kırsal, rutubetli atmosferdir. Bu tanımlamaya

uyan koroziflik derecesi ise, orta korozif atmosferdir (Bkz. Tablo 2.2).

Mevcut yapıda boya ile korozyondan korunma yöntemi uygulanmıştır. Tezin bu

bölümünde boya ile korozyondan korunma yöntemi maliyet açısından incelenecektir.

Ayrıca çelik taşıyıcı sistemin maliyetinin korozyondan korunma maliyetine oranı da

hesaplanacaktır. Boyanın yanında ikinci bir yöntem olarak da galvanizle kaplama

yöntemi maliyet açısından incelenecektir. Sonra bu iki yöntem; kullanım süresi, bakım

aralığı, işletme maliyeti ve toplam maliyet açısından karşılaştırılacaktır.

Bu projenin; tüm üretim aşamaları ve korozyondan koruma işlemleri Askon

tesislerinde yapılmıştır. Tez çalışmasının bu bölümünde Askon firmasının verileri esas

alınacaktır. Bu projede uygulanan boyama yönteminin (kumlama, astarlama ve boyama)

tüm işlemleri maliyet açısından incelenecek ancak galvanizleme toplam maliyet

açısından ele alınacaktır. Galvanizleme ile ilgili veriler ise Ankara’daki ‘Kartal

Galvanizleme’ firmasından alınan güncel verilere dayanmaktadır.

5.1 Projenin Tanımı

Bu proje, taşıyıcı sistemi tamamen çelik hadde profillerinden yapılmış 32,8 metre

yüksekliğinde zemin katla beraber toplam 6 katlı bir kırma taş eleme tesisidir. Kalıp

planına göre proje; 12,00 * 12,00 m. boyutlarında kare bir zemin üzerine oturmaktadır.

Şekil 5.2 Temel kolon aplikasyon planı (+ 0 kotu) (Xsteel 2003)

72

Yapıda her iki doğrultuda da aks aralıkları ve aks sayısı aynıdır. Aks aralıkları 6,0

m.’dir. +0 kotundan alınan temel kalıp planı ve kolon ayağı uygulama detayı Şekil

5.2’de görülmektedir.

Projenin X-Steel programı kullanılarak çizilmesi ile elde edilmiş 3 boyutlu görünüşü

Şekli 5.3’de, incelenen yapının montaj işlemleri sırasında çekilmiş fotoğrafı Şekil

5.4’de, farklı kesit görünüşleri ise Şekil 5.5 ve 5.6’da verilmiştir.

Şekil 5.3 Yapının üç boyutlu taşıyıcı sistem modeli (Xsteel 2003)

73

Şekil 5.4 Montaj işlemi devam ederken

Şekil 5.5 1 - aksı kesiti (Xsteel 2003) Şekil 5.6 C - aksı kesiti (Xsteel 2003)

74

Şekil 5.7 Kolon berkitme levhaları 15 mm. kalınlığındaki sacdan yapılmıştır

Şekil 5.8 Kolon profili-berkitme levhası birleşimi (Xsteel 2003)

Kolon-kiriş, kolon-deprem çaprazı bağlantılarında ara eleman olarak 15mm’lik

sacdan muhtelif şekil ve büyüklükte plakalar kullanılmıştır. Bu plakalar ana taşıyıcı

kolonlar üzerine gaz altı kaynağı ile atölyede kaynatılmıştır (Bkz. Şekil 4.37). Ayrıca

kolonlar üzerindeki berkitme levhaları da kalıcı nemliliği önleme prensibine uygun

olarak imal edilmiştir (Bkz. Şekil 4.27 ve Şekil 5.7, 5.8 ve 5.9). Kolon, kiriş, deprem

çaprazı gibi ana elemanlardaki kaynaklı birleşimler atölyede kaynaklanarak şantiyede

sadece cıvatalı birleşim kullanılmıştır. Bu sayede hem şantiyede kaynak uygulaması

sonucu oluşabilecek sorunlardan kaçınılmış, hem de kaynak işlemi atölyede uygun

koşullarda emniyetli bir şekilde gerçekleştirilmiştir.

Şekil 5.9 Kolon profilinin gövde levhasına kaynaklanan berkitme levhaları akıntıyı

sağlayacak şekilde köşeleri kesilerek yerleştirilmiştir (Xsteel 2003)

75

Ana taşıyıcı elemanlar olan kolonlarda; IPE400, IPE500 ve HEA400 profilleri, ana

ve tali kirişlerde IPE270, IPE330, IPE400, IPE450, IPE500, IPE600 profilleri

kullanılmıştır (Şekil 5.11, 5.12, 5.13, ve 5.14). IPE600 ve HEA400 profillerinin

üzerindeki berkitme levhaları 20 mm., IPE400, IPE450 ve IPE500 profillerinin

üzerindeki berkitmeler levhaları ise 15 mm. kalınlığındaki st37 sacdan yapılmıştır (Şekil

5.10).

Şekil 5.10 Kolon - kiriş birleşim detayı (Xsteel 2003)

Şekil 5.11 Döşeme birleşim detayı (Xsteel 2003)

76

Şekil 5.12 Döşeme birleşim detayı (Xsteel 2003)

Şekil 5.13 Deprem çaprazları birleşim detayı (Xsteel 2003)

Şekil 5.14 Ana kiriş - tali kiriş birleşimi (Xsteel 2003)

77

Çatıda, çatı makası olarak IPE220 profiller kullanılmıştır. Çatı profilleri

120*60*4’lük kutu profiller ile birbirlerine bağlanmıştır. Ayrıca L60*6’lık

köşebentlerden oluşan rüzgar çaprazlarıyla çatı desteklenmiştir (Şekil 5.15, 5.16 ve

5.17).

Şekil 5.15 Çatının üç boyutlu görünüşü (Xsteel 2003)

Şekil 5.16 Çatı bağlantı detayı (Xsteel 2003)

78

Şekil 5.17 Çatının ters açıdan görünüşü (Xsteel 2003)

Şekil 5.18’deki temel birleşim detayında görüldüğü gibi kolon ayağı taban levhası

kolon profili bağlantısında berkitme levhaları kaynaklanarak kolon tabanındaki kesme

kuvvetlerinin etkisi karşılanmıştır. Burada kaynaklama işlemlerine gereken titizliğin

gösterilmesi gerekmektedir. Kaynak işlemleri sonrasında kaynak bölgesinde oluşması

beklenen korozyon etkisini azaltmak için kaynak curufu kazındıktan sonra gerekli

koruma yapılmalıdır.

Şekil 5.18 Temel birleşim detayı (Xsteel 2003)

79

5.2 Projede Kullanılan Profil Çeşitleri

Bu projede 12 çeşit hadde profili, 3 çeşit soğuk şekillendirme yöntemi kullanılarak,

sacdan kıvrılmış boru profil, 9 farklı kalınlıkta levhalardan kesilmiş plakalar

kullanılmıştır.

Bu profillerin ve sacların toplam; boyları, alanı, ağırlığı Tablo 5.1’de yer almaktadır.

Ayrıca bu tabloda her tip profil ve sac için birim maliyetler de vardır. Bu birim

maliyetleri kullanılan profillerin ve sacların toplam ağırlığıyla çarparak toplam çelik

maliyetine ulaşılmıştır. Toplam maliyet hesaplanırken kullanılan birim fiyatlar, Kasım

2006 dönemine ait piyasa fiyatlarıdır.

Tablo 5.1 Profil tiplerine göre toplam maliyet

Profil Tipi Boy (m)

Profil Yüzey Alanı (m2) Ağırlık (kg)

Birim Fiyat(YTL/kg) (KDV dahil) Fiyat (YTL)

HEA400 179,23 342,2 22.370,40 1,71 38.275,80 IPE600 21,93 44,2 2.685,60 1,71 4.595,10 IPE500 298,22 519,9 27.155,70 1,71 46.463,40 IPE450 119,03 191,4 9.231,00 1,71 15.794,20 IPE400 382,52 560,3 25.372,40 1,65 41.915,20 IPE330 87,40 109,6 4.294,70 1,62 6.942,80 IPE270 222,84 232,7 8.029,00 1,62 12.979,70 IPE220 38,03 32,3 997,3 1,59 1.588,70 IPE200 11,03 8,4 246,8 1,59 393,2 UPN140 39,64 12 635,2 1,65 1.049,40 RHS60*40*3 24,80 4,6 109,8 1,12 123,1 RHS 120*60*4 124,90 43 1.349,00 1,65 2.228,50 L60*6 100,62 22,4 544,6 1,06 578,4 CFCHS168.3X6 460,25 233,2 11.506,40 1,65 19.008,60 CFCHS114.3X4 79,59 28 853,6 1,65 1.410,10 CFRHS80X60X4 1.022,15 271,6 8.149,00 1,65 13.462,10 PL30 ve PL15 675,22 268,8 14.137,80 1,65 23.355,60 PL20 ve PL10 145,49 34,4 2.364,90 1,65 3.906,80 PL20 138,95 81,2 5.770,50 1,65 9.532,90 PL15*420 124,07 50 2.924,40 1,65 4.831,10 PL12 3,98 1,3 26,00 1,65 43,00 PL10 139,32 73,6 2.184,60 1,65 3.609,00 PL2*13000 1,57 40,9 320,4 1,65 529,3 Toplam 4.440,76 3.206,00 151.259,10 - 252.616,00

80

5.3 Projenin Toplam Maliyeti

Bu bölümde, projenin korozyondan korunma maliyeti hariç, montaj bitimine kadar

olan, işçilik ve malzeme maliyetlerinin analizi yapılacaktır. Çelik taşıyıcı sistemin

toplam maliyeti; atölyedeki ve şantiyedeki olmak üzere iki başlık altında incelenecektir.

5.3.1 Atölye Maliyeti

Atölyeye giren çelik hadde profilleri öncelikle projedeki ölçülere göre kesilir.

Kesilen profillerin delikleri delinir. Bu işlemler yapılırken, kolon ve kiriş profillerine

kaynaklanacak olan berkitme levhaları ve birleşme plakaları uygun kalınlıktaki

levhalardan kesilir. Kesilen plakalarda ölçülerine göre delikler delinerek kolon ve

kirişlere kaynaklanır. Bu işlemler atölyede bant sistemiyle yapıldığından, tüm profiller

bu sıraya göre işlenerek montaja hazır hale getirilir.

5.3.2 Şantiye Maliyeti

Bu bölümde; atölyede montaja hazır hale getirilmiş olan çelik sistem elemanlarının

nakliye ve yerinde montaj maliyetleri hesaplanmıştır.

Şekil 5.19 Vinç ile kolonlardan biri yerleştirilirken

81

Atölyede işlemleri biten çelik yapı elemanları şantiyeye nakledilmiştir. Birim

nakliye maliyeti 0,06 YTL/Kg olarak alınmıştır. Buna göre toplam nakliye maliyeti; 9

bin 75 YTL olarak bulunmuştur.

Montajı yapılacak elemanların yerlerine yerleştirilmesi için vinç kiralanmıştır (Şekil

5.19). Kiralanan bu vinç, 7 gün boyunca günde ortalama 8 saat çalıştırılmıştır. boyunca

şantiye sahasında çalışmıştır. Vincin saatlik kira ücreti 270 YTL’dir. Buna göre toplam

vinç maliyeti 15 bin YTL olarak hesaplanır.

Sonuç olarak; incelenen yapının şantiye ortamına nakledilmesi ve yerine montajı

için toplam 24 bin 75 YTL harcanmıştır.

5.3.3 Malzeme Maliyeti

Çelik profil ve levhaların Tablo 5.1’deki birim fiyatları kullanılarak toplam

malzeme maliyeti hesaplanmıştır. Buna göre bu projede kullanılan malzemelerin toplam

maliyeti 252 bin 616 YTL olduğu belirlenmiştir.

5.4 Boyama Maliyet Analizi

Boyama işlemi iki ana aşamadan oluşur. Bunlardan birincisi yüzey temizliği,

ikincisi ise boyamadır. Yüzey temizliği esas işlem olmasa da boyanın uzun ömürlü

olması için gereklidir. Yüzey temizliği yetersiz yapılan bir malzeme üzerine uygulanan

boya kendisinden beklenen koruma özelliğini tam olarak sağlayamaz. Yüzey

temizlemede kullanılan yöntemler Bölüm 3’de ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Ancak

incelenen yapının imalat aşamasında sadece kumlama yöntemi kullanıldığı için, burada

kumlama maliyeti hesaplanmıştır.

Kumlama işleminin birim maliyeti; işçilik, enerji ve malzeme giderleri de dahil

olmak üzere 100 YTL/Ton’dır (Bek 2002b). Buna göre, incelenen yapının tamamı için

toplam kumlama maliyeti KDV dahil 15 bin 126 YTL olarak hesaplanmıştır.

Yapıda istenen minimum boya kalınlığı 180 mikrondur. Bu kalınlığa ulaşmak için;

20 mikron kalınlığında bir kat epoksi astar boya üzerine, son kat boya olarak her biri 80

mikron kalınlıkta iki kat epoksi boya atılmıştır.

82

Tablo 5.2 Boya maliyeti (Anonim 2006)

Boya Tanımı

Katı Madde Hacmen (%)

Kuru Film Kalınlığı(µ)

Teorik Yayılma(m2/lt)

Pratik Yayılma(m2/lt)

Alan (m2)

Yaklaşık Boya Gideri (lt)

Birim Fiyatı (US$/lt)

ToplamFiyat (US$)

Birim Maliyet (US$/m²)

Epoksi Astar 51 20 25,50 7,14 3.206 449 8,80 3.951 1,23Epoksi İlk Kat 50 80 6,25 7,00 3.206 458 9,40 4.305 1,34Epoksi Son Kat 50 80 6,25 7,00 3.206 458 9,40 4.305 1,34Ara Toplam 180 1.365 12.562Epoksi Tineri 137 3,50 478 0,15Toplam 13.040

Boyama işleminin; işçilik, enerji ve boya makinesi bakımı giderleri gibi ek

maliyetleriyle beraber birim maliyeti 0,075 (YTL/Kg) dır. Buna göre boyama işleminin,

boya malzemesi dışında kalan giderlerinin toplamı; 10 bin 967 YTL olarak

hesaplanmıştır.

Sonuç olarak; boya malzemesi de dahil olmak üzere boyama işleminin toplam

maliyeti; 33 bin 277 YTL olarak bulunmuştur.

5.5 Sıcak Daldırma Galvanizleme (SDG) Maliyet Analizi

Burada boya yerine Sıcak Daldırma Galvanizle (SDG) kaplama yöntemi

uygulanması durumunda gerekli maliyet hesaplanmıştır ve boyama maliyeti ile

karşılaştırma yapılmıştır.

Korozyondan korunmak için hangi yöntem kullanılırsa kullanılsın mutlaka

malzemelerde yüzey temizleme işlemi yapılmalıdır. Bu nedenle de uygulanacak her

yöntem için yüzey temizleme maliyetleri dikkate alınmalıdır. Bu çalışmada yüzey

temizleme yöntemi olarak ‘kumlama’ kullanılmıştır. Dolayısı ile yüzey temizleme

maliyeti boyama ile korunma ve galvanizleme ile korunma yöntemleri için aynıdır.

İncelenen yapı için toplam kumlama maliyeti 15.126,00 YTL olarak daha önceden

hesaplanmış ve burada da aynen kullanılmıştır.

Galvanizleme ile ilgili veriler ‘Kartal Galvanizleme-Ankara’ firmasından alınan

güncel verilere dayanmaktadır. Bu verilere göre galvanizlemenin birim fiyatı 0,60

YTL/Kg olarak alındığında projenin toplam galvanizleme maliyeti KDV dahil 90 bin

756 YTL olarak hesaplanır.

83

5.6 Boyama İle SDG Maliyetlerinin Karşılaştırılması

İncelenen yapıda toplam 151,259 ton çelik malzeme kullanılmıştır. Yüklenici firma

tarafından uygulanan fiyat; her şey dahil olmak üzere, 2,5 YTL/Kg.’dır. Buna göre yapı

anahtar teslimi toplam 378.147,50 YTL’ye mal olmuştur.

Sonuç olarak, incelenen yapıda korozyondan korunmak için boya kullanılması

durumunda, korunma maliyetinin toplam yapı maliyetine oranı %12,8 olarak

belirlenmiştir. Korunma yöntemi olarak Sıcak daldırma galvanizleme (SDG)

uygulanması durumunda ise bu oran %28 olarak belirlenmiştir. Buna göre SDG

uygulamasının, uygulanan boya sistemine göre yaklaşık 2,2 kat daha pahalı olduğu

anlaşılmıştır.

Tablo 5.3 Boyama ile SDG karşılaştırılması

Boyama ile koruma Maliyet (YTL) SDG ile koruma Maliyet (YTL) Kumlama 15.126,00 Kumlama 15.126,00 Boya Toplam 33.277,20 Galvanizleme 90.756,00 Toplam 48.403,20 Toplam 105.882,00 Yüzde (%) 12,8 Yüzde (%) 28,0

SDG uygulamasının başlangıç maliyetinin 30 yıllık işletme ömrü sonundaki

maliyetle karşılaştırılması için; ‘Amerikan Galvanizlemecileri Birliğinin’ (Anonymous

2001) yayınlamış olduğu veriler dikkate alınarak; dört farklı boya kaplama yöntemi

kullanılarak şimdiki kaplama maliyeti ile yapının öngörülen 30 yıllık işletme ömrü

sonundaki maliyetinin karşılaştırılması Tablo 5.4’de verilmiştir. Burada;

ŞM; Şimdiki maliyet,

NŞM; Net şimdiki maliyet,

NGM; Net gelecek maliyet,

F; Faiz oranı,

E; Enflasyon oranı,

n; Proje işletme ömrü

olarak alınırsa; şimdiki maliyete enflasyon etkisinin dikkate alınmasıyla net gelecek

maliyet değeri,

84

NGM = ŞM * ( 1+E ) n

şeklinde hesaplanan net gelecek maliyet değerine faiz etkisinin katılmasıyla, net

şimdiki maliyet;

NŞM = NGM / ( 1+F ) n

şeklinde hesaplanır (Tablo 5.4).

Tablo 5.4 Farklı boya sistemleriyle SDG’nin karşılaştırılması (Anonymous 2001) Kaplama Sistemi Maliyet (YTL/m2)

Şimdiki maliyet (ŞM)

Net şimdiki maliyet (NŞM) n=30 yıl için

Fark

SDG 26,07 26,07 0,00İnorganik Çinko Astar, Epoksi Sonkat 13,58 42,45 28,88Alkit Astar, Alkit Sonkat 20,76 65,55 44,80İnorganik Çinko Astar, Epoksi Sonkat 35,59 83,35 47,76Latex Astar, Latex Sonkat 26,69 100,20 73,51

Tablo 5.4’de görüldüğü gibi SDG uygulaması 30 yıllık işletme ömrü sırasında boya

kaplamasında olduğu gibi herhangi bir bakım gerektirmediği için; şimdiki maliyet ile

işletme ömrü sonundaki maliyet 26,07 YTL/m2 olarak belirlendiğinden ek bir masraf

gerektirmemektedir.

0 25 50 75 100 125 150 175 200

300 250 200 150 100 50 0

Kırsal

Endüstiyel

Deniz kenarı

Deniz kenarı (Tropikal)

Kentsel

Mikron (μ)

İşletme ömrü (Yıl)

Şekil 5.20 Çinko kaplama (SDG) kalınlığının ortam şartlarına bağlı olarak sağladığı

işletme ömrü (Anonymous 2001)

85

Boya uygulamasında ise; 30 yıllık işletme ömrü için net şimdiki maliyet değerleri

hesaplanırken; korozyon miktarı %5 oranını aşınca; boya uygulamasının bakım

gerektireceği öngörülerek bu değerlere işletme ömrü zarfında yapılacak bakım-onarım

maliyetleri de katılmıştır.

Böylece; SDG uygulamasının, farklı boya çeşitlerine göre, boyanan birim yüzey

alanı (m2) bazında; 73,51 YTL ile 28,88 YTL arasında değişen maliyet farklılıkları

oluşmaktadır.

Şekil 5.20’de kesikli kırmızı çizgiyle gösterilen, yaklaşık 100 mikronluk çinko

kaplama kalınlığı değeri; en az 6 mm kalınlığındaki bir çelik elemana uygulanabilecek

en düşük çinko kaplama kalınlığını tarif etmektedir. Buna göre ortam şartları tropikal

deniz kenarı olan bir çelik yapıda bile SDG sonrası işletme ömrü 50 yıldır.

86

6. İRDELEMELER, ÖNERİLER VE SONUÇ

Ülkemizde korozyon bilinci henüz tam olarak yerleşmemiş olmasına rağmen bu

konuda üniversitelerin yaptığı çalışmalar sektöre yol göstermektedir. Bu çalışma çelik

yapı üretici firmaları için rehber olacak niteliktedir. Korozyonun doğurduğu sonuçlar

itibariyle oluşan hasarlar, ihmal edilemeyecek kadar büyük değerlerdedir. Türkiye’deki

önlenebilir korozyon miktarı GSMH’nın %1,6’sı kadardır. Bu çalışmanın amacı;

önlenebilir korozyondan dolayı oluşan ekonomik kayıpları ülke ekonomisine kazanç

olarak geri döndürmek için yol göstermektir.

Çalışmanın ilk bölümünde; korozyon bilincinin oluşturulması gerektiği ve bu

bağlamda ikinci bölümünde; korozyonun önemi, oluşumu ve çeşitleri hakkında detaylı

bir incelemeye yer verilmiştir. Üçüncü bölümde; ortamda ve malzemede korozyona

karşı alınacak önlemler araştırılmıştır. Dördüncü bölümde ise; tasarım-korozyon ilişkisi,

doğru ve yanlış uygulama örnekleri verilerek irdelenmiştir.

Çalışmanın beşinci bölümünde ise, örnek bir yapı için korozyondan korunma

maliyeti belirlenmiştir. Söz konusu yapı için, atölyedeki üretim ve korozyondan

korunma işlemleri her aşamada takip edilmiş ve elde edilen veriler kaydedilmiştir. Bu

veriler; korozyondan korunma maliyetinin / çelik taşıyıcı sistem maliyetine oranının

hesaplanmasında kullanılmıştır.

Yapılan bu çalışma sonucunda; boya ile korozyondan korunma işlemi maliyetinin /

çelik taşıyıcı sistem maliyetine (montaj dahil) oranının %12-13 gibi bir değere ulaştığı

belirlenmiştir. Galvanizle kaplama yönteminin uygulanması durumunda ise bu oranın

%28’lere çıktığı tespit edilmiştir.

Çelik konstrüksiyon elemanları üzerine metalik kaplama için galvanizleme

uygulamasın en önemli faydası; çinko tabakasının çizilerek bozulmasıyla, kapladığı

çelik malzemenin yüzeyinin açığa çıkması durumunda bile, çeliğe göre daha aktif olan

çinkonun korozyon oluşumunu kendisine çekerek uzun ömürlü koruma sağlamasıdır.

Böylece korozyon sonucunda, öncelikli olarak ‘kurban anot’ konumunda olan çinko

87

tükenirken katodik koruma sağlanmış olur. Ancak bu aşamadan sonra çelikte korozyon

oluşumu başlayabilir.

İnceleme konusu yapının inşa edildiği yer; kırsal, rutubetli atmosferdir. Bu

tanımlamaya uyan koroziflik derecesi ise, orta korozif atmosferdir. Bu verilere göre;

SDG uygulamasında ulaşılan en düşük kaplama kalınlığı olan 100 mikron seviyesinde

bile; ortam şartları dikkate alındığında, tesisin öngörülen işletme ömrü yaklaşık olarak

100 yılı aşmaktadır. Bu süre zarfında, tesiste boya kaplamasında oluşacak hasarlar

nedeniyle yapılması gereken bakım-onarım ve yeniden boyama giderleri dikkate

alındığında SDG uygulaması daha ekonomik olmaktadır.

Sonuç olarak; korozyon kayıplarını en aza indirmek için, koruma yöntemlerinin

bilinçli ve doğru kullanılmasının yanında, uzun vadede bakım-onarım işlemlerinin

titizlikle uygulanması gerekir. Ayrıca korozyondan korunma maliyetinin azaltılması

için; tasarım aşamasında korozyon etkisini azaltan tekniklerin uygulanması yararlı

olacaktır.

88

KAYNAKLAR

Anık, S. (1991) Kaynak Tekniği El Kitabı, Gedik Holding Yayını, İstanbul, 212s.

Anonim (2006) Ürün Bilgi Rehberi, Jotun Boya Sanayi ve Ticaret A.Ş. Yayını, İstanbul.

Anonymous (2001) Hot-Dip Galvanizing Costs Less & Lasts Longer, American Galvanizers Association (AGA) Publishing, 1: 2-9.

Bayliss D.A. and Deacon D.H. (2002) Steelwork Corrosion Control, Spon Press, New York, 420s.

Bek, N. (2002a) Kumlama Etkinliği ve Veriminin Artırılması, Çelik Granül Sanayi A.Ş. Teknik Bülteni, 3: 1-4.

Bek, N. (2002b) Temizlemede Maliyet Analizleri, Çelik Granül Sanayi A.Ş. Teknik Bülteni, 4: 1-4.

Çakır, A. F. (1990) Metalik Korozyon İlkeleri ve Kontrolü, Makine Mühendisleri Odası Yayını, Ankara, 364s.

Çakır, A. F. (1994) Türkiye’nin Metalik Korozyon Kayıbı, 4. Korozyon Sempozyumu Bildirileri, İstanbul, s 1-8.

Çakır, A. F. (1996) Yüzey İşlemleri ve Korozyon, 5. Korozyon Sempozyumu Bildirileri, Ankara, s 124-138.

Çakmen, Z. (2003) Atmosferik Korozyonun Çinko Kaplama (Galvanizleme) Direncine Etkilerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 145s.

Çizmecioğlu, Z. (1998) İsale Hatlarının Katodik Korunması, İstanbul Su Kanalizasyon İdaresi (İSKİ) Yayını, İstanbul, 219s.

Dillon, C. P. (1982) Forms of Corrosion: Recognition and Prevention, NACE International Publishing, Houston, 234s.

Doruk, M. (1982) Korozyon ve Önlenmesi, Ankara, Ortadoğu Teknik Üniversitesi Yayını, Ankara, 239s.

Erbil, M. (1996) Korozyonun Önlenmesi, 5. Korozyon Sempozyumu Bildirileri, Adana, s.223-237.

Fontana, M. G. (1986) Corrosion Engineering, McGraw Hill Publishing, New York, 545s.

89

Kaplan, H., Tama, Y.S., Ün, H., Akyol, E. ve Yılmaz, S. (2005) Datça Turistik Oteli (Datça Öğretmen Evi) Depremsellik İnceleme Raporu, PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü, Denizli, 94s.

Özbaş, M. (1997) Uygun Tasarım ve Metal Seçimi İle Korozyondan Korunma, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 126s.

Roberge P. R. (2000) Handbook of Corrosion Engineering, The McGraw-Hill Companies Publishing, New York, 1129s.

Üneri, S. (1998) Korozyon ve Önlenmesi, Korozyon Derneği Yayını, Ankara, 413s.

WEB_1 (2005) S.A. Bert - Metal Structure Design Office, Soues (65).htm, http://www.bert-structures.com/htgb/0001.htm, (12.09.2006).

Xsteel (2003) Tekla Corporation, Version 9.0, http://www.xsteel.com, California, USA.

Yalçın, H. ve Koç, T. (1991) Demir ve Çelik Yapıların Korozyonu ve Katodik Koruması, İller Bankası Genel Müdürlüğü Yayını, Ankara, 327s.

Yaşar, H. (1995) Metaller İçin Yüzey İşlemleri, KOSGEB Eğitim Merkezi Yayını, Ankara, 239s.

90

ÖZGEÇMİŞ

1978 yılında Denizli’de doğdu. İlk, orta ve lise öğrenimini bu şehirde

tamamladıktan sonra, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat

Mühendisliği Bölümünden 2003 yılında mezun oldu. Aynı yıl Pamukkale Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Yapı Ana Bilim Dalında Yüksek Lisans

öğrenimine başladı. Halen özel bir şirkette İnşaat Mühendisi olarak görev yapmaktadır.