Beton doğası gereği poroz yani gözenekli bir yapıdadır. Betonun dayanıklılığının bazı yönleri, agresif maddelerin belirli formlarının nüfuz etmesini içermektedir. Dolayısıyla betonun dayanıklılığı çoğunlukla geçirgenliği ve/veya ajan difüzyonuyla ilişkilidir. Şekil 1’de beton dayanıklılığının genel çerçevesi görülmektedir. Yetersiz dayanıklılık, dış ve/veya iç etkenlerden kaynaklanabilmektedir. Sıvıların ve gazların gözenekli ortamda hareket etme kabiliyeti öncelikle mikro iklim parametreleri (agresif maddeler, sıcaklık ve basınç vb.), beton kalitesi ve taşınım mekanizmaları tarafından yönetilmektedir.

Betonun geçirgenliğini etkileyen kendine özgü özellikleri; sertleşmiş çimento harcının gözenekliliği, gözeneklerin göreceli boyutu ve süreklilik derecesidir. Daha yüksek su/çimento oranı; gözenek hacminde, dolayısıyla geçirgenlikte bir artışa neden olmaktadır.

Şekil 1. Beton dayanıklılığının genel çerçevesi

Geçirimlilik

Geçirimlilik ya da geçirgenlik hem sıvı hem de gaz akışkanların betonun içine girme veya beton içerisinde hareket etme kolaylığını tanımlar. Betonun dayanıklılığı ile ilgili üç akışkan vardır. Bunlar su, karbondioksit ve oksijendir. Su hem saf (kirlenmemiş) haliyle hem de klorürler ve sülfatlar gibi agresif iyonlarla kirlenmişse bile zararlı olabilir.

Beton, sertleşmiş çimento hamurunun mikro yapısı tarafından kontrol edilen geçirgenlik özelliklerine sahip gözenekli bir ortamdır. Bu da kullanılan bağlayıcı malzemeler (çimento ve mineral katkılar), su/bağlayıcı oranı, çimento hamuru hacmi, kür ve sıkıştırma derecesi tarafından belirlenir. Çimento hamuru içindeki geçiş bölgesinin, yani çimento hamuru ile agrega arasındaki ara yüzeyin, çimento hamurunun kütlesinden daha gözenekli olduğu bilinmektedir. Dolayısıyla bu geçiş bölgesinin mikro yapısı betonun geçirimliliğinde oldukça kritiktir. Akışkanların beton içerisinde hareket kolaylığı söz konusu olduğunda üç taşıma mekanizması anlaşılmalıdır. Bunlar 1) geçirgenlik, 2) difüzyon ve 3) sorpsiyondur.

Geçirimlilik, suyun beton içinden basınç farkı altında akışını ifade eder. Akış hızı, gözenekli bir ortamda laminer akış için Darcy yasasını takip eder. Çimento hamurundaki basınç gradyanına ve birbirine bağlı gözeneklerin boyutuna bağlıdır. Akışın gerçekleşmesi için betonun, ilgili gözeneklerin sürekli ve 120 nm’den büyük olduğu doymuş koşullarda olması gerekmektedir. Niceliksel olarak bu özellik, genellikle saniyede metre (m/s) cinsinden ifade edilen geçirimlilik katsayısı ile gösterilmektedir. Geçirimlilik; su ile sürekli temas halinde olan barajlar, temeller ve yeraltı yapıları gibi yapıların dayanıklılığının ve servis verebilirliğinin değerlendirilmesinde ölçülmesi gereken önemli bir özelliktir.

Difüzyon, gazların (örneğin karbondioksit veya oksijen) veya çözeltideki iyonların (örneğin klorürler) konsantrasyon farkı altında betona nüfuz ettiği süreçtir. Bu süreç, Fick yasasıyla açıklanmaktadır. Difüzyon ve difüzyon katsayısı (m²/s) genellikle akışkanların betona nüfuz etme hızını belirtmek için kullanılmaktadır. Konsantrasyon gradyanı ve kılcal gözeneklerin boyutlarına ek olarak difüzyon hızı, nüfuz eden akışkanların türünden ve betonun kimyasal özelliklerinden etkilenmektedir. Doymuş betonda gazların difüzyonu çok yavaştır ve bu nedenle betonun kısmen kuru olduğu binalar ve köprüler gibi yer üstü yapılarda betonla ilgili bir özelliktir. Batık veya yeraltı yapılarının dayanıklılığı için klorür ve sülfat iyonlarının difüzyonu dikkate alınmalıdır.

Sorpsiyon (emme), ortam koşulları altında sertleşmiş çimento hamurunun gözeneklerindeki sıvıların kılcal hareketinin bir sonucudur. Kılcal emmenin kuru veya kısmen kuru betonda meydana geldiği unutulmamalıdır. Bu durum, pratikte yer üstü yapılarında sıklıkla karşılaşılan bir durumdur. Sorpsiyon, özellikle rüzgarla taşınan klorür tuzlarının beton yüzeylerde çökeldiği kıyı yapılarında görülmektedir. Yağmurla ıslandığında, klorür iyonlarını taşıyan su beton tarafından emilir. Sıvıların, özellikle suyun beton tarafından emilme hızı genellikle m/s^0,5 cinsinden ifade edilir. Bu parametre büyük ölçüde betonun başlangıç nem içeriğine ve kullanılan test yöntemine bağlıdır. Uygulamada düşük geçirgenlik özelliklerine sahip iyi kalitede beton elde etmek için düşük su/bağlayıcı oranına sahip, yeterli kürleme ve uygun sıkıştırmaya sahip beton tercih edilmelidir.

Geçirgenlik özelliklerini test ederken, söz konusu yapının tipini ve hizmet ortamını tanımak veya ileride karşılaşılabilecek olası durumları öngörmek önemlidir. Bu, taşınım mekanizmasının ve ölçülecek uygun geçirgenlik özelliğinin tanımlanmasına yardımcı olmaktadır.

Daha önce değinildiği gibi, betonarme yapıların dayanıklılığını etkileyen bozulma eylemlerinin çoğu (içsel etkiler hariç karbonatlaşma, klorür ve sülfat girişi, kimyasal saldırı ve hatta donma), agresif maddelerin çevreden betona nüfuz etmesiyle ilgilidir. Bu nüfuziyetin gerçekleştiği mekanizmalar geçirgenlik (kılcal emmeyi içerir) ve difüzyondur. Mekanizma ne olursa olsun açık ve bağlantılı gözenek yapısına sahip (yani daha fazla ve daha büyük gözeneklere sahip) veya mikro çatlaklara sahip bir beton, daha sıkı gözenek yapısına sahip bir betona göre daha yüksek oranda bozulmaktadır.

Şekil 2’de çimento hamurunda (matris) bulunan boşluklar türleri ve büyüklükleri belirtilmektedir. Kapiler boşluklar ve hava/sıkıştırma boşlukları betonun dayanıklılığını önemli ölçüde etkilemektedir.

Şekil 2. Çimento hamuru harç ve betondaki boşlukların türleri ve büyüklükleri