Doğal yollarla oluşan sodyum, potasyum, kalsiyum veya magnezyum sülfatları toprakta, deniz suyunda veya yer altı suyunda bulunabilmektedir. Sülfatlar ayrıca sanayide ve gübre yapımında da yaygın olarak kullanılmaktadır. Sülfat tuzları toprağın ve yer altı suyunun kirlenmesine neden olmaktadır. Çimento bünyesinde de sülfat bulunmaktadır.

Sülfat saldırısı aşağıdaki biçimlerde gerçekleşebilmektedir:

1. Tuz kristalleşmesine bağlı fiziksel saldırı
2. Dış kaynaklardan gelen sülfat iyonları ile sertleşmiş çimentodaki bileşenler arasındaki reaksiyonları içeren dış kimyasal sülfat saldırısı
3. Beton içinde sülfatın geç salımından dolayı iç kimyasal sülfat saldırısı

Fiziksel Saldırı

Bu tür bir saldırının, üst yüzeyi kuru ortama maruz kalan ve alt yüzeyi ise tuz içeren çözeltilerle temas halinde olan geçirgenliği yüksek betonda meydana gelmesi muhtemeldir. Bu koşullar altında çözeltiler kılcal etkiyle yüzeye çıkmaktadır. Yüzey buharlaşması nedeniyle ve eğer buharlaşma hızı tuz çözeltisinin yüzeye göçünden daha hızlıysa üst yüzeyin altında tuz kristalleşmesi meydana gelmektedir. Bu durum; gözeneklerde pullanma, dökülme ve çatlamaya neden olan gerilmeler oluşturmaktadır. Hasar genellikle yüzeyin bozulması şeklindedir ve yüzeyden kütle kaybı ciddi seviyeye ulaşabilmektedir. Bu hasar, elemanın kesitinde önemli bir azalma olmadığı sürece genel olarak yapısal hasara yol açmamaktadır.

Bu tür hasarlar çatlak bölgelerinde beyaz kristal birikintilere neden olur ve beton yüzeyinde tuz kristalleşmesinin meydana geldiği çiçeklenme ile karıştırılmamalıdır. Fiziksel sülfat saldırısı sonucu hasarlı numunelerin mineralojik analizinde etrenjit ve alçıtaşı bulunmaz.

Dış Sülfat Saldırısı

Normal Portland çimentosu genel olarak kimyasal sülfat saldırısına karşı savunmasızdır. Hasarın boyutu betonun kalitesine, ilgili sülfat bileşiklerinin türüne ve bunların konsantrasyonlarına bağlıdır. Geçirimliliği yüksek betonda, sülfat iyonları dış kaynaklardan betona nüfuz eder ve çimento hidratasyon ürünleriyle reaksiyona girer. Düşük geçirgenlik özelliklerine sahip betonun kullanılması, sülfat iyonlarının betona nüfuz etmesinin sınırlandırılmasında oldukça önemlidir.

Sodyum sülfat, Ca(OH)₂ ile tepkimeye girerek alçıtaşı ve NaOH oluşturur. Alçı daha sonra kalsiyum alüminat hidrat (C-A-H) ile reaksiyona girerek etrenjit (CaO.Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O) oluşturur. NaOH oluşumu çimento sisteminde yüksek alkalinite sağlar ve C-S-H stabil kalır.

Şekil 1’de aynı su/çimento oranına (0,5) sahip beton numunelerinin 28 günlük SEM fotoğrafları görülmektedir. %5 Na₂SO4 içeren suda kür edilen numunedeki yoğun etrenjit oluşumu net bir şekilde gözükmektedir.

%100 suda kür	%5 Na2SO4 içeren suda kür

Şekil 1. %100 suda ve %5 Na₂SO4 içeren suda kür edilen aynı su/çimento oranındaki beton numunelerinin 28 günlük SEM görüntüleri

Kalsiyum sülfat ise etrenjit oluşturmak için yalnızca kalsiyum alüminat hidrata saldırır. Etrenjit oluşumuna hacim genleşmesi eşlik eder, bu da iç gerilimlere ve çatlamaya neden olur. Magnezyum sülfatla temas eden betonda bozulma, diğer sülfatların neden olduğu hasardan daha ciddi olabilmektedir. Magnezyum sülfat, Ca(OH)₂ ve kalsiyum alüminat hidratın yanı sıra C-S-H’ye de saldırır. Magnezyum sülfat saldırısının kritik sonucu, C-S-H’nin tahrip olması ve bunun sonucunda aderans kaybı ve dayanımın azalmasıdır.

Kireç tüketen puzolanik reaksiyon nedeniyle mineral katkıların kullanılması, kalsiyum hidroksit miktarının azaltılmasında ve alçı oluşumunun baskılanmasında faydalı olmaktadır. Düşük C₃A içeriğine sahip, sülfata dayanıklı çimentonun kullanılması, etrenjitin zarar verici oluşumunu en aza indirmektedir.

Yeraltı yapıları veya tüneller, temeller, borular ve kazıklar gibi elemanlar sülfat saldırısına karşı hassastır. Hasarlı betonun yüzeyi genellikle beyazımsı bir görünüme sahiptir. Hasar genellikle kenarlarda ve köşelerde başlar ve sonunda kırılgan ve hatta yumuşak bir duruma düşer. Etrenjit ve alçıtaşının her ikisi de hasarlı numunelerin mineralojik analizinde mevcuttur.

Şekil 2. Beton yüzeyinde sülfat etkisi sonucu hasar oluşumu

İç Sülfat Saldırısı

İç sülfat saldırısı, sülfat kaynağının dahili olduğu bir kimyasal saldırı durumudur. Geç sülfat salımı nedeniyle sertleşmiş betonda etrenjit oluşarak genleşme ve çatlamaya neden olur. Bu olaya gecikmiş etrenjit oluşumu (GEO) adı verilmektedir. Bu olgu, yüksek sülfat içeriğine sahip çimentoların kullanıldığı buharla kürlenen ürünlerde rapor edilmiştir. Etrenjit 70^oC’nin üzerindeki sıcaklıklarda stabil değildir. Bu nedenle, çimentonun erken hidratasyonu sırasında oluşan etrenjit, kür sıcaklığı 70^oC’yi aştığında ayrışır. Açığa çıkan sülfat iyonları C-S-H tarafından emilir. Hizmet sırasında bu iyonlar, etrenjitin yeniden oluşmasıyla ortam koşulları altında desorbe edilir.

Bütünsel bir yaklaşım mekanizmasında, GEO’nun oluşması için üç koşulun karşılanması gerekmektedir. Bunlar (a) mikro çatlakların varlığı, (b) geç sülfat salımı ve (c) suya maruz kalmadır. Betonda mikro çatlaklar, üretim sırasında buhar kürü işlemiyle veya öngerilmeli elemanlarda bölgesel yüksek gerilmelerle oluşabilir.

Alçı taşıyla karışmış agregalar veya kükürt bakımından zengin klinker, erken hidratasyonda hemen bulunmayan ancak daha sonra GEO’yu besleyebilen sülfat kaynakları olabilir. Aşırı ısıtılmış betonda etrenjitin erken hidratasyonundan kaynaklanan termal bozunması nedeniyle sülfatlar da mevcut olabilir. Suya maruz kalma, bu sülfat ve diğer reaktif iyonların göçünü ve ardından mevcut mikro çatlakların içinde etrenjitin birikmesini sağlar. Hasar, etrenjit şişmesi veya kristal büyümesinden kaynaklanır.

Sülfat bakımından zengin topraklara veya yeraltı suyuna maruz kalan yüksek geçirgenliğe sahip beton, fiziksel ve kimyasal etkilerden dolayı bozulabilir. Bu nedenle sülfat atağının kontrolünde yüksek kaliteli, düşük geçirimli betonun kullanılması önemlidir. Sülfat dirençli veya katkılı çimentonun kullanılması ek bir avantaj sağlar. Buhar kürleme işlemiyle üretilen öngerilmeli ürünler GEO ile ilgili sorunlara daha yatkındır. Sülfat kaynağına bakılmaksızın, birbirine bağlı mikro çatlakların ve suyun varlığı, sülfatla ilgili herhangi bir beton için gerekli bir durumdur. Yukarıdakilerin ışığında, mikro çatlakların gelişimini en aza indirmek için prefabrik ürünlerin üretim sürecinde dikkatli olunmalıdır. Servis sırasında betonu nispeten kuru bir durumda tutmak için iyi bir drenaj veya su yalıtım sistemi gerekli olabilir.

TS EN 206 Standardına göre zeminden alınacak su veya toprak numunelerinin sülfat içeriği analiz edildikten sonra sülfat etkisinin şiddetine göre çevresel etki sınıfını belirlenmeli ve beton tasarımı bu etkiye göre yapılmalıdır. Özellikle XA2 ve XA3 sınıfları için sülfata dayanıklı çimento içeren veya belirli koşulları karşılamak koşuluyla uçucu kül ve yüksek fırın cürufu içeren beton karışımları kullanılmalıdır. TS EN 197-1 Standardı kapsamında CEM I SR, CEM IV SR ve CEM III ana sınıfları olmak üzere toplam 7 adet sülfata dayanıklı çimento cinsi bulunmaktadır.

SÜLFAT ATAĞI ÖZET BİLGİ
Sülfat atağının nedenleri	Tuz kristalleşmesine bağlı fiziksel saldırıDış kaynaklardan gelen sülfat iyonları ile sertleşmiş çimentodaki bileşenler arasındaki reaksiyonları içeren dış kimyasal sülfat saldırısıBeton içinde sülfatın geç salımından dolayı iç kimyasal sülfat saldırısı
Sülfat atağının zararları	Etrenjit oluşumuna neden olarak hacim genleşmesi meydana gelir ve bu da iç gerilimlere ve çatlamaya neden olur.
Beton tasarımında dikkat edilmesi gerekenler	TS EN 206 ve TS 13515’teki çevresel etki koşulları dikkate alınarak uygun çevresel etki sınıfı belirlenmelidir. Betonun su/bağlayıcı oranı düşük olmalıdır. Bu sayede betonun geçirimsizliği artar. Mineral katkı kullanımı ve sülfata dayanıklı çimento tipleri tercih edilmelidir.
Uygulama esnasında dikkat edilmesi gerekenler	Uygulama esnasında betonun yerleştirilmesi, sıkıştırılması ve kürüne son derece dikkat edilmelidir. Prefabrik elemanlarda ve kütle betonlarda maksimum beton sıcaklığının 70oC üzerine çıkmasına izin verilmemelidir.
Kimyasal katkıların etkisi	Süperakışkanlaştırıcı beton kimyasal katkıları betonun su/bağlayıcı oranını azaltarak daha geçirimsiz bir yapı oluşmasını sağlar. Ayrıca betonun işlenebilirliğini artırarak daha kolay yerleşmesine ve sıkışmasına neden olurlar. Su tutucu ve su geçirimsizlik katkıları kullanılabilir. Kimyasal kür malzemeleri ise betonun rötre çatlaklarını engelleyerek/azaltarak betona çatlaklardan sıvı ve gaz akışını azaltır.