korozyon dergisi sayi 19 12 2011

MİLLİ G
GEL
E Lİİ RD EN Ö
ÖN
NEML
EM L İ B İ R KAYB
KAY B IMIZ!
IMIZ!
“KOROZYON DERGİSİ”
Derginin amacı, korozyonu önlemenin bilimsel ve teknolojik altyapısına ilişkin gelişmelerin izlendiği ve bunların özümlenmesi ve uygulamaya aktarılması imkân ve mekanizmalarının tartışılarak değerlendirildiği bir forum olarak etkili olabilmektir.
“Korozyon” Dergisi’nde konu ile ilgili olmak üzere Türkçe ve
İngilizce’de özgün makaleler, çeviri yazıları, öncelikle uygulama alanına hitap eden araştırma sonuçları, uygulama alanında edinilen bilgi ve deneyimlerin konu alındığı yazılar, tarama ve tanıma yazıları,
konferans raporları ve kitap eleştirileri yayınlanır.
“Korozyon” Dergisi’ne gönderilecek yazılar 14 daktilo sayfasını geçmeyecek şekilde aşağıdaki düzende hazırlanmalıdır: (1) Makale
başlığı (Türkçe ve İngilizce), (2) Yazar(lar)ın ad(lar)ı, (3) Yazar(lar)ın
50 kelimeyi geçmeyen kısa özgeçmiş(ler)i, (4) 100 kelimeyi geçmeyen Türkçe ve İngilizce özetler, (5) Makale, (6) Kaynakça. Yazarların
makale yazım kuralları olarak “Korozyon” Dergisi’nde daha önce yayınlanmış yazıları örnek almaları önerilir.
JOURNAL OF CORROSION
The objective of the journal is to provide an effective forum for the investigation of developments related to the scientific and technological infrastructure of corrosion prevention, as also for the discussion
and evalution of adaption and application possibilities and procedures for these developments.
The journal publishes original articles, translations, research results,
especially related to practical applications, papers treating information from case-studies, survey and review articles, conference reports and book reviews in English and Turkish on the subject or corrosion.
Contributions to the journal should not excead 14 typed pages in
length and be prepared in the manner given below: (1) Title of article
(Turkish and English) (2) Name(s) of author(s) (3) Biographical data
of author(s) not exceed 50 words (4) Turkish and English summaries
not to exceed 100 words each (5) Text of the article and (6) References. Authors may consult articles published in back issues of the
journal for guidance in the preparation of their manuscripts.
“KOROZYON” DERGİSİ yılda iki defa olmak üzere Korozyon Derneği
tarafından yayınlanır ve ücretsiz olarak dağıtılır.
Yazışma adresi : Korozyon Derneği, Orta Doğu Teknik Üniversitesi,
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, 06531 ANKARA
Tel : (90-312) 210 25 29
SAHİBİ / OWNER
KOROZYON DERNEĞİ
THE CORROSION ASSOCIATION
•••
YAYIN YÖNETMENİ
PUBLISHING DIRECTOR
Mustafa Doruk
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
•••
YAYIN KURULU
PUBLISHING BOARD
Mustafa Doruk
Orta Doğu Teknik Üniversitesi , Ankara
Saadet Üneri
Ankara Üniversitesi, Ankara
Ali Fuat Çakır
İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul
Semra Bilgiç
Ankara Üniversitesi, Ankara
Necil Kurtkaya
Elek. Y. Muh.
Oktay Akat
AKAT Mühendislik A.Ş. Ankara
•••
YAYIN DANIŞMA KURULU
PUBLISHING ADVISORY BOARD
Hayri Yalçın
Gazi Üniversitesi, Ankara
Mehmet Erbil
Çukurova Üniversitesi, Adana
Ahmet Çakır
Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir
Mustafa Ürgen
İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul
Melike Kabasakaloğlu
Gazi Üniversitesi, Ankara
Gözen Bereket
Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir
Timur Koç
Gazi Üniversitesi, Ankara
Kadri Aydınol
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
Fatma Erdem
Türkiye Şeker Fab. A.Ş., Ankara
Vedat Yalçın
Noksel Çelik Boru Sanayi A.Ş.
Yves M. Günaltun
Petroleum Institute of Abu Dhabi
Abu Dhabi
Kemal Nişancıoğlu
Norwegian Institute of Technology
NTH-Trondheim, Norway
M.Tettamanti
De Nora S.p.A., Milano, İtaly
H.M. Shalaby
Kuwait Institute for Scientific Research, Kuwait
“JOURNAL OF CORROSION” is published two times a year by the
Corrosion Association in Turkey, Department of Metalurgical and
Materials Engineering, Middle East Technical University,
06531 ANKARA/TURKEY
Tele-Fax : (90-312) 210 25 18, E-mail : korozyon@korozyondernegi.org.tr
www.korozyondernegi.org.tr
Dizgi ve Baskı : Poyraz Ofset - ANKARA Tel : (312) 384 19 42 • Fax : (312) 384 18 77
DAHA İYİ KOROZYON KONTROLÜ İLE
DAHA GÜVENLİ BİR DÜNYA
SAFER WORLD WITH BETTER
CORROSION CONTROL
EUROCORR 2012’YE YAKLAŞIRKEN!
Korozyon Derneği’ nin bu yıl ev sahipliğini üslendiği ‘Avrupa Korozyon Kongresi (EUROCORR)’
ne kısa bir süre kaldı. Bilindiği gibi, bu etkinlik Korozyon Derneği’ nin de üyesi olduğu Avrupa Korozyon Federasyonu (EFC) tarafından her yıl üye ülkelerden birinde düzenlenmektedir. Bu yıl, 9-13 Eylül 2012 tarihlerinde İstanbul’ da, Sheraton Maslak Otelde yapılacak bu uluslar arası etkinliğe 700
den fazla bilim insanının katılması beklenmektedir. EFC Yöneticiler Kurulu son olağan toplantısını
27 Mart 2012 günü İstanbul’ da yaptı. Kurulun rutin gündemi kapsamında EUROCORR 2012’ye sunulan bildiri özetleri de değerlendirildi. Toplam 702
bildiri önerisinden 432 adedi sözlü, geri kalan 270
adedi de poster sunulu bildiri olarak kabul edildi.
EUROCORR 2012’ye ülkemizin üniversiteleri, araştırma kurumları ve sanayi kesiminden sunulan bildiri sayısı beklentilerimizi aşarak 83 rakamına ulaştı.
Bunlardan 27’ si sözlü geri kalanları ise poster sunulu bildiri olarak kabul gördü. Bildiri özetlerinin ülkelere göre dağılımından öne çıkan önemli olgulardan biri çevremizdeki komşu ülkelerden ulaşan yoğun katılma isteğidir. Açıktır ki, EUROCORR 2012
Türkiye ve çevresindeki Orta Doğu ve Kafkasya ülkelerinde mevcut bilimsel çalışmalar ve araştırma
potansiyelinin uluslar arası ortamda tanıtımı için eşsiz bir fırsat sunacaktır.
EUROCORR 2012 fevkalade yoğun programı
yanında öğrenciler, akademisyenler ve uygulayıcılara yönelik bir dizi etkinliklere de yer verecek. Bunlardan biri akademik ve sanayi ortamlarında görevli araştırmacılar için öngörülen, öğrencilerin de katılabileceği ileri seviye kursudur. İstanbul Teknik Üniversitesi Maslak Kampusunda 7-9 Eylül 2012 günlerinde gerçekleştirecek bu etkinlik İsveç Kraliyet Teknoloji Enstitüsü (KTH)’ den Prof. Christofer Leygraf
tarafından yönetilecek. EUROCORR 2012 çatısı altında yer alacak diğer etkinliklere de kısaca değinelim:
 Sürtünmeli Korozyon (Tribocorrosion) Bilimi ve
Teknolojisi Kursu: 11 Eylül 2012 Salı günü verilecek bu kursla öğrenciler, genç araştırmacılar, makine ve kimya mühendisleri, biyo mühendisler, malzeme uzmanları ve bakım personeline sürtünmeli korozyonun mekanizması ve önlenmesinde başvurulabilecek yaklaşımlar tanıtılacak. Prof. Jean-Pierre Celis (KU Leuven, Bel-
AS WE APPROACH TO EUROCORR 2012!
Not much left to the ‘European Corrosion Congress (EUROCORR)’, to be hosted by Corrosion Association this year. As known, this activity is held
every year in one of its member countries by European Corrosion Federation (EFC), to which Corrosion Association is a member. This year more than
700 scientists are expected to participate in this international activity to be held at Sheraton Maslak
Hotel in Istanbul, between September 9-13, 2012.
EFC Board of Directors held its last meeting in Istanbul on March 27, 2012. Abstracts of papers to be
presented in EUROCORR 2012 were also considered within the routine agenda of the Board. Out of
702 paper proposals in total, 432 were accepted as
oral presentations and the remaining 270 were accepted as poster presentations. Number of papers
submitted to EUROCORR 2012 from our universities, research institutes, and industrial organizations
reached to 83, which exceeded our expectations.
Out of this figure 27 were accepted as oral presentations and the remaining were accepted as poster presentations. One of the prominent facts in the
submitted paper abstracts based on their distribution to countries is the intense participation desire
received from neighboring countries. It is clear that
EUROCORR 2012 will be an unequaled opportunity
for Turkey and surrounding Middle Eastern and Caucasian countries to introduce their existing scientific studies and research potential.
Besides the extremely dense program of EUROCORR 2012, there will be a series of activities for
students, academics, and practitioners. Among these is the advanced course, which is considered for
researches working in academic and industrial mediums, as well as students. To be held at Maslak
Campus of Istanbul Technical University on September 7-9, 2012, this activity will be moderated by
Prof. Christofer Leygraf from Swedish Royal Technology Institute (KTH). Let us remember briefly other
activities to be held under EUROCORR 2012:
 Tribocorrosion Science and Technology Course: Mechanism of tribocorrosion and approaches to prevent it shall be introduced to students,
budding researchers, mechanical and chemical engineers, bioengineers, material specialists, and maintenance personnel in this course
to be held on Tuesday, September 11, 2012. Led
by Prof. Jean-Pierre Celis (KU Leuven, Belgium)
çika) ve Prof. Pierre Ponthiaux ( Ecole Centrale,
Paris/Fransa) yönetilecek bu kurs dokuz derslik
bir seriden oluşacak.
 Havacılık Çalıştayı : EUROCORR kapsamında ilk
defa bu yıl düzenlenecek olan bu etkinlik 11 Eylül 2012 Salı günü gerçekleştirilecek. Önde gelen havacılık şirketleri ve araştırma kurumlarından katılacak uzmanlar havacılık sektörünün gereksindiği korozyonu önleme yaklaşımlarını tartışarak değerlendirecekler. Öncelikle kapsanacak konular (a) çevreden kaynaklanan korozyonun kontrolünde geleneksel yaklaşımlar (kromatlar ve kadmiyum) yerini alabilecek seçenek
yöntemler, (b) Yeni kuşak korozyon kontrol sistemlerini oluşturacak temel öğeler, (c) Korozyonunun modellenmesi, yavaşlatma ve öz- koruma kavramlarında gelişmeler, ve (d) korozyonun
teşhisi, analizi ve korozif ortamlara ilişkin değerlendirmeler üzerinde yoğunlaşacak.
 Ortam Destekli Çatlamaların (ODÇ) Oluşumu ve
Mekanizmaları Çalıştayı: EFC çatısı altında faaliyet gösteren çalışma gruplarının katkıları ile düzenlenecek bu çalıştay 10 Eylül 2012 Pazartesi
günü yapılacak. Çalıştayın birincil amacı akademisyen ve uygulayıcıları buluşturarak ODÇ’ nin
mekanizmaları, teşhisi ve yorumlanmasında ulaşılan seviye ve yetersizlikler hakkında görüş alışverişinin yapılabileceği bir platform oluşturmaktır. Bu çalıştayda öne çıkacak konular (a) ODÇ
oluşumlarının kapsam ve türleri, ve (b) ODÇ’ nin
mekanizması ve modellenmesi olarak özetlenebilir.
 Gelişmekte Olan Ülkeler İçin Su Çalıştayı: EFC
ve Dünya Korozyon Organizasyonu (WCO)’ nun
ortak katkıları ile düzenlenecek bu çalıştay 12
Eylül 2012 Çarşamba günü yapılacaktır. Gelişmekte olan ülkelerin yaklaşık altıda birinde güvenli su kaynaklarına ulaşılamadığı ve içme suyunda oluşan korozyonun ciddi sağlık sorunlarına neden olabildiği gerçeğinden hareketle suyun iletimi, depolanması ve dağıtımında izlenecek etkili yaklaşımlar bu çalıştayda tartışılarak
değerlendirilecek.
EUROCORR 2012 ile ilgili diğer ayrıntılara EFC’
nin web sayfasından (http://www.efcweb.org) veya
www.eurocorr2012.org adresinden ulaşabilirsiniz
and Prof. Pierre Ponthiaux (Ecole Centrale, Paris/France), this course shall consist of a series
of nine classes.
 Aviation Workshop: This activity, which will be
held for the first time under EUROCORR this
year, shall be held on Tuesday, September 11,
2012. Experts participating from leading aviation
companies and research institutions shall discuss and evaluate the methods to prevent corrosion required in the aviation sector. The main topics to be discussed shall focus on (a) options
and methods to substitute traditional approaches
(chromates and cadmium) in control of corrosion caused by the environment, (b) fundamental
elements to constitute the new generation corrosion control systems, (c) improvements in corrosion modeling, slowdown and self-protection
concepts, and (d) diagnostics, analysis of corrosion and evaluations regarding corrosive mediums.
 Workshop only Occurrence and Mechanisms
of Environmentally Assisted Fracture (EAF): This
workshop organized with the contributions of
workgroups working under EFC shall be held
on Monday, September 10, 2012. The primary
purpose of the workshop is to create a platform
where academics meet with practitioners to exchange views on the level reached and inadequacies regarding EAF mechanisms, diagnosis, and
interpretation. The topics to be highlighted in this
workshop may be summarized as (a) Scope and
types of EAF formation and (b) mechanism and
modeling of EAF.
 Workshop on Water for Developing Countries:
This workshop shall be held jointly by EFC and
WCO (World Corrosion Organization) Wednesday, September 12, 2012. Effective approaches
on transmission, storage and distribution of water shall be held in this workshop, based on the
fact that in approximately one out of six developing countries safe water sources cannot be reached and corrosion in drinking water creates
serious health problems.
For more detailed information on EOROCORR
2012 please visit EFC website (http://www.efcweb.
org) or www.eurocorr2012.org website.
EUROCORR 2012 İLE GELEN MUTLULUK
Avrupa Korozyon Federasyonu tarafından korozyon bilimi ve mühendisliği alanında seçkin katkıları ile öne çıkan genç bilim adamlarına verilen Kurt
BLISS WITH EUROCORR 2012
This year Assoc. Prof. Ramazan Solmaz, faculty member in Department of Chemistry in Faculty of Science-Literature of Bitlis University and a
full member of Corrosion Association, was awarded
ları ile öne çıkan genç bilim adamlarına verilen Kurt
Schwabe ödülünün bu yılki kazananı Bitlis Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü öğretim üyesi ve Korozyon Derneği’ nin asil üyelerinden
Doç.Dr.Ramazan Solmaz! Ülkemiz korozyon topluluğu için onur kaynağı olan bu önemli başarısı nedeni ile Doç.Dr.Ramazan Solmaz’ ı Korozyon Derneği adına içten kutluyoruz. Ödül verilme gerekçesini EFC-2012 Nisan ayı E- bülteninden aktararak
dergimizin bu sayısında okurlarımızın bilgisine sunuyoruz. Ayrıca Dr. Solmaz’ ın özgeçmişi, fotografı
ve 2008 yılında Electrochemica Acta dergisinde yayımlanan ve en çok atıf alan yayın ödülüne değer
görülen ‘Investigation of adsorption and inhibitive
effect of 2-mercaptothiazoline on corrosion of mild
steel in hydrochloric acid media’ başlıklı makalesini
de Dergimizin bu sayısında bulabilirsiniz.
BETONARME YAPILARI
TEHDİT EDEN TEHLİKE: KOROZYON
6 Nisan 2012 günü sel sularına direnemeyip yıkılan ve 15 vatandaşımızın ölümü ile sonuçlanan
Çaycuma Filyos Çayı üzerinde kurulu betonarme
köprü faciası ve son dönemlerde sıklaşarak ülkemizin neredeyse tamamını kuşatan depremler en ileri düzeyde alarm veriyor! Açıktır ki, betonarme yapıların tasarımı ve inşaatında korozyon olgusunu göz
ardı etmenin ulusumuza yükleyeceği bedel giderek ağırlaşacaktır. Korozyon Derneği olarak üniversitelerimizi, araştırma kurumlarımızı, sivil toplum örgütlerimizi ve devletimizin ilgili kurumlarını göreve
çağırıyoruz! Betonarme yapıların tasarımı ve yapımında görev alacak teknik personelin bilgi altyapısındaki bu boşluk en kısa sürede giderilmelidir. Bu
çağrımız öncelikle Üniversitelerimiz ve ilgili bölümlerine yöneliktir. Mühendislik ve mimarlık eğitimi veren bölümlerimizin programlarını korozyon dersleri
ve korozyon araştırmaları ile güçlendirmelerini öneriyor ve bekliyoruz. Kuruluş amaçları ve üstlendiği
sorumluluğun gereği olarak, Korozyon Derneği bu
alandaki gelişmelerin takipçisi olmayı görev sayacaktır.
Dergimizin bu sayısında beton korozyonu üzerine Prof. Dr. Fevziye Aköz’ün hazırladığı tanıtıcı bir
makale ile betonarme yapıların korozyona karşı korunmasında katodik koruma uygulamalarını yansıtan çok kareli bir sunuyu okuyucularımızın incelemesine sunuyoruz.
with Kurt Schwabe award given by European Corrosion Federation to shining young scientists with
their distinguished contributions in corrosion science and engineering! On behalf of Corrosion Association, we sincerely congratulate Assoc. Prof. Ramazan Solmaz due to such significant success, which
is also a source of honor for the corrosion community of our country. We share the reason of the
award in this issue of our journal by announcing it in
EFC-2012 April E-bulletin. In addition, you can also
find Dr. Solmaz’s curriculum vitae, a picture and his
paper entitled ‘Investigation of adsorption and inhibitive effect of 2-mercaptothiazoline on corrosion of
mild steel in hydrochloric acid media’ published in
2008 on Electrochemica Acta and awarded with the
highest referred publication award.
DANGER THREATENING REINFORCED
CONCRETE STRUCTURES: CORROSION
Disaster on the reinforced concrete bridge
built over Çaycuma Filyos Creek, in which the bridge was collapsed on April 6, 2012 due to flooding
waters and 15 citizens were killed, as well as the
earthquakes which became more frequent and surrounded almost the entire country give alarm on the
high levels! It is clear that the cost of ignoring corrosion factor in the design and construction of reinforced concrete structures will get heavier on the
shoulders of our nation. We, as the Corrosion Association, call our universities, research institute, nongovernmental organizations, and our state on duty!
Such gap in the knowledge infrastructure of technical personnel to be charged with the design and
construction of reinforced concrete structures should be filled in as soon as possible. Before else, our
call is for our Universities and their relevant departments. We recommend – and expect – that our departments providing engineering and architecture
programs should be fortified with courses and researches on corrosion. Basing on its foundation purposes and the responsibility it assumed, Corrosion
Association considers its duty to follow up developments in this field.
In this issue of our journal we share a multi pictured presentation reflecting the cathodic protection applications in protecting reinforced concrete
structures against corrosion with an introductory article on corrosion of concrete composed by Prof.
Dr. Fevziye Aköz.
En içten esenlik ve başarı dileklerimizle!
With sincere wishes of success!
Basım Tarihi: Ağustos 2012
Date of Printing: August 2012
Doç. Dr. Ramazan SOLMAZ’a
Kurt Schwabe ödülü
The Kurt Schwabe Prize to
Assoc. Prof. Dr. Ramazan Solmaz
Bu yıl Kurt Schwabe ödülü Bitlis Üniversitesi
Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü öğretim üyesi Doç. Dr. Ramazan Solmaz’ a verildi. Dr. Solmaz
Fiziko-Kimya Ana Bilim Dalı ve Bitlis Üniversitesi
Biyoteknoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi’ nin
başkanlıklarını yürütüyor. Dr. Solmaz korozyon bilimi ve korozyondan korunma dallarında gerçekleştirdiği seçkin katkıları ile birçok ödüle layık görülmüş değerli bir bilim adamıdır. Kısa sayılabilecek
bir süre içinde uluslar arası dergilerde yayınladığı
makale sayısı 31’ e ulaşmıştı. Bunlardan pek çoğu
sürekli atıf alan yayınlar arasındadır. Dr.
Solmaz ‘ISRN Corrosion’ dergisinin
yayın kurulu üyesidir ve bugüne değin birçok bilimsel dergi için yayın değerlendirici olarak görev üstlenmiştir.
Electrochemica Acta dergisinde yayımlanan ‘The investigation of adsoption and imhibitive effect 0f 2-merceptathiozoline on the corrosion of mild
steel’ başlıklı makalesi 2008-2009 dönemi en fazla atıf alan makale ödülüne
değer bulunmuştur. Halen Bingöl Üniversitesi Araştırma Fonu ve Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu tarafından desteklenen sekiz araştırma projesinde görevlidir. Dr.Solmaz’ ın ilgi alanı organik bileşiklerin
karbon çeliği, bakır, alüminyum ve diğer metallerin
çeşitli ortamlarda sergiledikleri korozyonu yavaşlatma etkisi, organik inhibitörlerin soğurulma ve inhibisyon mekanizmaları ve suyun elektrolizinde kullanılan elektrot malzemelerinin korozyonu üzerinde
yoğunlaşmaktadır. Ödül bu yılın Eylül ayında İstanbul’ da, EUROCORR 2012’ nin açılışında düzenlenecek seremoni ile Dr.Solmaz’ a verilecektir.
(Kurt Schwabe ödülü Macaristan Korozyon Birliği (HUNKOR) tarafından ve Kurt Schwabe Vakfı’ nın
desteği ile Prof.Dr.Kurt Schwabe’nin onuruna yaşama geçirilmiştir. Ödül korozyon sorununa bilimsel
ve teknik katkıları ile öne çıkan genç bilim insanlarına yayın temelinde yapılan değerlendirme sonucunda verilmektedir. Ödül bir madalya ve 500 Avro
tutarında parasal katkıdan oluşmaktadır).
Assoc. Prof.Dr Ramazan Solmaz, Chemistry
Dept., Science and Letters Faculty, Bingol University, Bingol, Turkey, has been chosen as this year’s
2012 Kurt Schwabe Prize recipient. Dr. Solmaz is
the current head of the Physical Chemistry division
and the Director of the Biotechnology research and
application center of his university. He is an outstanding scholar who has been awarded numerous
prizes in recognition of his excellence in the research of corrosion science and corrosion protection.
Within a relatively short time span of six years he
has published 31 papers in international journals,
many of which have been amongst the
most cited articles on a continuous basis. He is a member of the editorial board of ISRN Corrosion, has reviewed
numerous scientific journals and received the top cited article award for 2008
to 2009 for his paper entitled “The Investigation of absorption and inhibitive effect of 2-mercaptothiazoline on
the corrosion of mild steel in hydrochloric acid media” published in Electrochemica Acta. He currently participates in 8 research projects supported
by university research funds and the
Turkish Scientific and Research Council. Dr. Solmaz’s specialized field o f corrosion research includes the investigation of corrosion inhibition effects of organic compounds on mild steel,
copper, aluminum and other metals in various corrosive media, investigation of absorption and the
corrosion inhibition mechanism of organic inhibitors, and investigation of the corrosion of electrode
materials used for water electrolysis in operationmedia. Award will be presented to recipient at the
opening ceremony of EUROCORR 2012 in Istanbul
this September.
(The Kurt Schwabe Prize, established by the
Hungarian Corrosion Society “HUNKOR” with the
financial backing of the “Kurt Schwabe Foundation, Hungary” was established in honour of the late
Prof. Kurt Schwabe. The award consists of a medal and the sum of 500 euro designated to a young
scientist in recognition of his or her scientific and
technical contribution to the field of corrosion based upon publications).
INVESTIGATION OF ADSORPTION AND INHIBITIVE
EFFECT OF 2-MERCAPTOTHIAZOLİNE ON CORROSION
OF MILD STEEL IN HYDROCHLORIC ACID MEDIA*
ABSTRACT
The inhibition effect of 2-mercaptothiazoline (2MT) on the corrosion
behavior of mild steel (MS) in 0.5MHCl
solutionwas studied in both short and
long immersion times (120 h) using
potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy
(EIS) and linear polarization resistance
(LPR) techniques. For long-term tests,
hydrogen gas evolution (VH2− t) and
the change of the open circuit potential
with immersion time (Eocp −t) were also
measured in addition to the former three
techniques. The surface morphology of
the MS after its exposure to 0.5M HCl
solution with and without 1.0×10-2M
2MT with the different immersion times
was examined by scanning electron
microscopy (SEM) and atomic force
microscopy (AFM). The thermal stability
of the inhibitor filmwas investigated by
thermogravimetric analysis (TGA). The
value of activation energy (Ea) for the
MS corrosion and the thermodynamic
parameters such as adsorption equilibrium constant (Kads), free energy of adsorption (Gads), adsorption heat (Hads)
and adsorption entropy (Sads) valueswere calculated and discussed. The
potential of zero charge (PZC) of the
MS in inhibited solution was studied by
the EIS method, and a mechanism for
the adsorption process was proposed.
The results showed that 2MT performed
excellent inhibiting effect for the corrosion of the MS. Finally, the high inhibition efficiency was discussed in terms
of adsorption of inhibitor molecules and
protective film formation on the metal
surface. TGA results also indicated that
the inhibitor film on the surface had a
relatively good thermal stability.
1. INTRODUCTION
The adsorption of organic
molecules at the metal/solution interface is of a great interest in surface science and can
markedly change the corrosion
resisting properties of metals.
The protection of corroding
surfaces prevents the waste of
both resources and money during the industrial applications
and it is vital for the extension
of the lifetime of the equipment
and limiting the dissolution of
the toxic metals from the components into the environment.
Therefore, the prevention from
the corrosion of metals used in
industrial applications is an important issue that must be dealt
with. The use of inhibitors is one
of the most practical methods
for protecting against the corrosion and it is becoming increasingly popular. The organic molecules are recently used as corrosion inhibitors. The efficiency
of these molecules is mainly
dependent on their ability to be
adsorbed on the metal surface,
which results with the replacement of water molecules at a
corroding interface1. In recent
years, there is a considerable
amount of effort devoted to find
novel and efficient corrosion
inhibitors and sulphur and/or
nitrogen containing molecules
R. SOLMAZ*
G. KARDAŞ*
M. ÇULHA**
B. YAZICI*
M. ERBİL*
have been found to be effective
corrosion inhibitors2-6.
The 2MT is a molecule that
has practical applications in the
plating solution of printed wiring
board industry such as brightening and stabilization agents7.
The chemically modified 2MT
was used for the purpose of
the selective adsorption of the
heavy metal ions and reported
to be very selective to Hg(II)
ions in aqueous solutions8. A
2MT molecule has two sulphur
atoms and one nitrogen atom
as well as ‚ electrons which are
assumed to be active centre of
adsorption. The corrosion inhibition effect of 2MT has not
been studied as corrosion inhibitor in details. Wang et al.9 was
studied 2MT as inhibitor for the
corrosion of low carbon steel
in phosphoric acid solution by
weight loss method. However,
Figure 1. The chemical structure of
2-mercaptothiazoline (2MT).
* 2008 yılında ‘Electrochemical Acta’ adlı dergide yayımlanan bu makale 2008-2009 dönemi en fazla atıf alan makale olarak ödüllendirildi. Bu değerli
katkıyı EFC Kurt Schwabe ödülünü kazanan Doç. Dr. Ramazan Solmaz ve birlikte çalıştığı bilim insanlarının ilgi alanını tanıtmak üzere okurlarımızın bilgi ve
değerlendirmelerine sunuyoruz.
6
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
a detail study on the adsorption mechanism and
inhibition effect of 2MT on the corrosion of MS has
not been reported yet.
The aim of this study is to report on the inhibition
effect of 2MT on the corrosion behavior of MS in 0.5
M HCl solution in both short and long immersion
times and clarify its inhibition mechanism.
2. EXPERIMENTAL
2.1 Field Data Collection
The working electrode was a cylindrical disc
cut from an MS rod with following chemical composition (wt); C (0.21%), Si (0.36%), Mn (1.25%), P
(0.025%), S (0.046%), Cr (0.16%), Ni (0.16%), Cu
(0.41%), Mo (0.017%), Sn (0.017%), Al (0.003%),
V (0.081%) and Fe (remainder). The preparation
of working electrode before measurements is the
same as described before10. The exposed surface
area of the MS was 0.50 cm2.
2.2 Test solutions
The tests were performed in 0.5 M HCl solution and containing various concentrations of 2MT,
whose chemical structure is given in Fig. 1. An aggressive solution (0.5 M HCl) was prepared by dilution of 37% HCl. The concentration range of the
inhibitor employed was varied from 1.0×10−2 M
to1.0×10−4 M. All the test solutions were prepared
from analytical-grade chemical reagents in distilled
water without further purification. For each experiment, a freshly prepared solution was used.
During the experiments, the test solutions were
opened to air. For potentiodynamic polarization
measurements, the test solutions were continuously stirred using a magnetic stirrer while all the others were performed under un-stirring conditions.
The solution temperature was thermostatically controlled at a desired value.
2.3 Electrochemical measurements
A CHI 604 model computer controlled electrochemical ana lyzer (serial number: 6A721A) was
used for the electrochemical measurements. A
double-wall one-compartment cell with a threeelectrode configuration was used. A platinum
sheet (with 2 cm2 surface area) and Ag/AgCl electrode were used as the auxiliary and the reference
electrodes, respectively. All potential values were
referred to this reference electrode. The working
electrode was first immersed in the test solution
and after establishing a steady state open circuit
potential, the electrochemical measurements were
Table 1. Electrochemical parameters for the MS determined from
polarization measurements in 0.5M HCl and containing 1.0×10−2 M 2MT
solutions
Cinh (M)
Ecorr (V)
Icorr (A cm−2 ) (×10−5 )
WL (g m−2 h−1 )
IE%
Blank
1.0 × 10−4
5.0 × 10−4
1.0 × 10−3
5.0 × 10−3
1.0 × 10−2
−0.460
−0.461
−0.459
−0.460
−0.446
−0.457
71.50
20.28
19.90
14.54
10.02
4.96
7.4482
2.1126
2.0730
1.5146
1.0438
0.5167
71.6
72.2
79.7
86.0
93.1
performed. The polarization curves were potentiodynami cally obtained in the potential ranges from
−0.90 V to −0.10 V with a scan rate of 0.005 V s−1.
The EIS experiments were conducted in the frequency range of 100 kHz to 0.003 Hz at an open
circuit potential by applying alternating current signal of 0.005 V peak-to-peak. The linear polarization
measurements were carried out by record ing the
potential ±0.010 V around open circuit potential
at a scan rate of 0.001 V s−1. The polarization resistance (Rp) was determined from the slope of the
obtained current–potential lines.
In order to investigate the mechanism of the inhibition and calculate the activation energy of the
corrosion process, the polar ization curves were
obtained at various temperatures (25–55 oC) in the
absence and the presence of 1.0×10−2 M 2MT. To
determine the potential of zero charge of the MS,
the impedance of the MS was determined at different potentials in 1.0 × 10−2 M 2MT containing 0.5
M HCl solutions.
The corrosion behavior of the MS in inhibited
and uninhibited solutions with immersion time was
also performed with immer sion time up to 120 h.
For this purpose, the potentiodynamic polarization, EIS, LPR, PZC, the hydrogen gas evolution
(VH2 − t) and the change of open circuit potential
with immersion time (Eocp − t) were utilized. During the long-term tests, the working electrode was
immersed in a beaker which contains 200 mL test
solution. After different immersion times, electrochemical measurements were performed under the
un-stirring conditions. In the hydro gen gas evolution measurements, a burette was filled with 0.5 M
HCl solution and turned over the working electrode.
The initial volume of air in the burette was recorded
and the volume of H2 gas evolved from the corrosion reaction was monitored by the vol ume change
in the level of the solution as a function of time. The
same experiment was repeated in the presence of
1.0×10−2 M2MT. The long-term tests were carried
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
7
Figure 2. Polarization curves for MS recorded after 1 h (a) and 120 h (b) of exposure time in 0.5M HCl solution free (○) and
containing 1.0×10−4 (▲), 1.0×10−3 () and 1.0×10−2 M () 2MT.
out at room temperature (25 oC) under un-stirring
conditions.
2.4 SEM and AFM studies
In order to examine the changes in surface morphology of the electrodes covered with a thin film
of 2MT, the electrodes were immersed in 200 mL
0.5 M HCl and 1.0×10−2 M 2MT containing 0.5 M
HCl solutions. After 24 h and 120 h waiting time, the
electrodes were removed from the cells, washed
with distilled water and dried. The SEM images
were taken using a Carl Zeiss Evo 40 SEM instrument at high vacuum and 10 kV EHT, AFM images
were taken with Park SYSTEMS using non-contact
mode.
2.5 Thermal stability of surface film
A series of electrodes were immersed in 0.5 M
HCl solution containing 1.0×10−2 M 2MT for a period of 120 h. After this time period, the specimens
were taken out, washed with distilled water and
dried. The organic thin film was mechanically removed from the electrode surfaces and its thermal
stability was tested. The thermal analysis experiments were performed under the nitrogen atmosphere using Pyriss Diamond TG/DTA Perkin-Elmer
thermal analysis and Pyriss 7.0 data-processing
system at a heating rate of 20 oCmin−1 over a temperature range of 35–500 oC.
3. RESULTS AND DISCUSSION
3.1 Potentiodynamic polarization
measurements
The potentiodynamic polarization curves of the
MS in 0.5 M HCl solution with various concentrations of 2MT after 1 h of immersion time are presented in Fig. 2a. The related electrochemical parameters, i.e., corrosion potential (Ecorr), corrosion
current density (icorr), weight loss (WL) and inhibition
efficiency (IE%) values were calculated from these
Figure 3. The Nyquist (a) and log (freq)–log (Z) plots (b) for the MS electrode obtained in 0.5MHCl solution free (○) and
containing 1.0×10−4 (▲), 1.0×10−3 () and 1.0×10−2 M () 2MT.
8
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
Figure 4. The potential distributions on the metal/solution interface (a), the resistances related double layer (b), and proposed electrical equivalent circuit
diagram for blank solution (c). OHP: Outer Helmholtz plane; Cdl: double layer capacitance; Rs: solution resistance; Rct: charge transfer resistance; Rd: diffuse
layer resistance; Ra: resistance of accumulated species (corrosion products, any existing molecules or ions, etc.); Rp: polarization resistance.
Figure 5. Schematic representation of metal/inhibitor/solution interface (a) and proposed equivalent electrical circuit diagram for EIS results of the MS in
inhibited solutions (b). Cf: film capacitance; Rf: film resistance.
curves and listed in Table 1. The inhibition efficiency
IE% was calculated from polarization measurements according to the relation;
i − i corr
corr
(1)
IE(%) =
× 100
icorr
where icorr and i’corr are the uninhibited and the inhibited corrosion current densities, respectively.
These values were obtained by the extrapolation
of the current–potential lines to the corresponding
corrosion potentials. The weight loss was calculated theoretically with the help of the corrosion current values. It is clear from Fig. 2a that, as would be
expected, both anodic metal dissolution of iron and
cathodic hydrogen evolution reaction were inhibited after the addition of 2MT to the aggressive solu
tion. The inhibition of these reactions is more pronounced with the increasing inhibitor concentration
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
9
Figure 6. Nyquist plots for the MS in HCl solution (○) and containing 1.0×10−2 2MT () after different exposure times (inset shows the
Nysuist plot of blank solution).
while the corrosion potential values are nearly remained the same. These results suggest that 2MT
can be classified as mixed type corrosion inhibitor.
The cathodic current–potential curves (Fig. 2a)
give rise to parallel lines indicating that the addition
of 2MT to the 0.5 M HCl solution does not modify
the hydrogen evolution mechanism and the reduc
tion of H+ ions at the MS surface takes place mainly
through a charge transfer mechanism. The inhibitor
molecules are first adsorbed onto the MS surface
and, therefore, impedes by merely blocking the reaction sites of the MS surface. In this way, the surface area available for H+ ions is decreased while the
actual reaction mech anism remains unaffected11. A
higher coverage of the inhibitor on the surface was
obtained in solutions with the higher inhibitor concentrations. The presence of defects on the metal
surface (1 −θ) permits a free access of H+ ions to
the MS surface12.
In anodic current–potential curves at potentials
higher than −0.250 V, the inhibition effect of 2MT on
the iron dissolution reaction reduces. This potential is usually defined as the desorp tion potential,
which means that the inhibition mode of inhibitor
10 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
depends on the electrode potential. This behavior
may be the result of a significant dissolution of iron,
leading to desorption of the inhibitor film from the
metal surface. In this case, the desorp tion rate of
the inhibitor is higher than its adsorption rate13. The
observed phenomenon is generally described as
the corrosion inhibition of the metal with the formation of a protective layer of adsorbed species at the
metal surface14-15.
The potentiodynamic polarization curves for the
MS in 0.5 M HCl solution and with the addition of
1.0×10−2 M 2MT were also obtained after 120 h of
immersion time, and the recorded plots are presented in Fig. 2b. It is clear from these plots that both
the anodic and cathodic current values were considerably increased in uninhibited 0.5 M HCl solution when compared with the ones that obtained
after 1 h of exposure time. This observation can be
explained with an increase in surface area of the
MS because of the excess dissolution of iron. It is
evident that the corrosion cur rent density of the MS
is much smaller when 2MT is added to the aggressive solution (651.06×10−5 A cm2 and 4.56×10−5
A cm2 after 120 h in uninhibited and inhibited solu-
Figure 7. log (freq)–log (Z) plots for MS in 0.5M HCl solution free (○) and containing 1.0×10−2 M 2MT () after different exposure times.
tions, respectively), and the corrosion potential is
shifted by 0.034 V in a cathodic direc tion. A decrease in the slope of cathodic current–potential line
(from −140 to −123 V dec−1) and an increase in
the slope of the anodic current–potential line were
observed in the inhibited solu tion when compared
to those of the short immersion times. This indicates the modification of anodic and cathodic reaction mech-anisms in inhibited solution with the
immersion time. After this time period, the inhibition
efficiency was calculated using Eq. (1) and found to
be 99.3%. The formation of the surface inhibitor film
on the MS surface provides considerably proper
protection for the MS corrosion. This film reduces
the active surface areas exposed to the corrosive
medium and delays the hydrogen evolution and the
iron dissolution. In addition, it must be emphasized
that the high value of IE was obtained merely on the
basis of strong increase of the current density value
after 120 h in the blank solution.
3.2. Electrochemical impedance spectroscopy
Nyquist plots and the representative Bode diagrams for the MS electrode in 0.5 M HCl solution
and containing various concentra tions of 2MT
after 1 h of immersion time are given in Fig. 3a and
b, respectively. It is clear from these figures that in
uninhibited solution, Nyquist plot yields a slightly
depressed semi circular shape and only one time
constant was observed in Bode format. This indicates the corrosion of the MS in the absence of inhibitor and mainly controlled by a charge transfer process14,16. In the evaluation of Nyquist plots, the difference in real impedance at lower and higher frequencies is commonly considered as a charge transfer
resistance. The charge transfer resistance must be
corresponding to the resistance between the metal
and OHP (outer Helmholtz plane). The contribution
of all resistances correspond to the metal/solution
interface, i.e., charge transfer resistance (Rct), diffuse layer resis tance (Rd), accumulation resistance (Ra), film resistance (Rf), etc. must be taken into
account. Therefore, in this study, the difference in
real impedance at lower and higher frequencies is
considered as the polarization resistance (Rp)17-18.
The addition of 2MT to the aggressive solution leads to a change of the impedance diagrams in both
shape and size, which a depressed semicircle at the
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 11
Table 2. Electrochemical parameters for MS corresponding to the EIS
and LPR data in 0.5M HCl free and containing 1.0×10−2 M 2MT solutions
C (M)
Blank
1.0 × 10−4
5.0 × 10−4
1.0 × 10−3
5.0 × 10−3
1.0 × 10−2
EIS
LPR
t (h)
Rp ()
IE%
Rp ()
IE%
45
192
282
316
400
500
76.6
84.4
85.8
88.8
91.1
44
160
217
261
304
348
72.5
79.7
83.1
85.5
87.4
high frequency part of the spectrum was observed
and a second time constant appeared at low frequency region. The first capacitive loop appearing
at high frequency region was attributed to the charge transfer resistance and the diffuse layer resistance, the second one at low frequencies related to the
adsorption of inhibitor molecules on the metal surface19 and all other accumulated kinds at the metal/
solution interface (inhibitor molecules, corrosion
products, etc.)6. As seen from Fig. 3a, the Rp values increased with the 2MT concentration, which
can be attributed to the formation of a pro-tective
overlayer at the metal surface, which becomes a
barrier for the mass and the charge transfers.
The double layer can be represented by the
electrical equiva lent circuit diagrams to the model
metal/solution interface. The corresponding electrical equivalent circuit model for the MS in uninhibited solution is given in Fig. 4c with a schematic
represen tation of the potential distributions on the
metal/solution interface (Fig. 4a) and the resistances related to the double layer (Fig. 4b)17. According to Fig. 4, the polarization resistance includes
the charge transfer resistance, the diffuse layer resistance and all the other accumulated kinds of ions,
corrosion products, etc. at metal/solution interface.
The charge transfer resistance must be corresponded to the resistance between the metal and OHP
(outer Helmholtz plane). All the other resistances
must be considered as the simple resistance on the
current crossing away18.Inthe case of the inhibited
solutions, related electrical equivalent cir cuit model
is given in Fig. 5b with a schematic representation
of metal/solution interface (Fig. 5a). In the literature,
a similar repre sentation was proposed for polymer
coated MS electrode20.
The values of polarization resistance and related
percentage inhibition efficiency values, which were
12 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
Table 3. The polarization resistance and percentage inhibition efficiency
values corresponding to the EIS and the LPR data in 0.5M HCl and
containing 1.0×10−2 M 2MT solutions
Blank
4
24
48
72
96
120
2MT
EIS
LPR
EIS
LPR
Rp ()
Rp ()
Rp ()
IE%
Rp ()
IE%
40
30
18.3
11.6
8.4
6.6
32.7
24.1
20.0
16.5
12.0
6.9
700
1410
1585
1120
1050
1000
94.3
97.9
98.8
98.9
99.2
99.3
599
1047
1099
901
775
763
94.5
97.7
98.2
98.2
98.5
99.1
determined from the EIS, are listed in Table 2. The
polarization resistance values were also determined from the LPR technique and given in the same
table with corresponding inhibition efficiencies. The
inhibition efficiency was calculated from the polarization resistance using the following formula;
IE % =
Rp − Rp
Rp
× 100
(2)
where Rp and Rp are uninhibited and inhibited polarization resistances, respectively.
EIS provides a rapid and convenient way to
evaluate the performance of the organic-coated
metals21 and has been widely used for investigation of protective properties of organic inhibitors on
metals. It is particularly a useful technique to follow evolution of inhibitor–metal system over time.
It does not disturb the double layer at the metal/
solution interface17. Therefore, more reliable results
can be obtained from this technique. From longer
immersion times, it was possible to characterize
the surface layer modification, i.e., formation and
growth of inhibitor film22. For this purpose, the impedance measurements for the MS in uninhibited
and inhibited 0.5 M HCl solution with the addition
of 1.0×10−2M 2MT after different immersion times
were also performed. The obtained results are given in Figs. 6 and 7 in Nyquist and Bode representation, respectively. After 4 h, the polarization
resistance for the MS in uninhibited solution was
reduced to 40  from 44 .In the presence of 2MT,
the shape of diagram changed compared to the
ones obtained after the 1 h of immersion time. The
Nyquist plot includes only one slightly depressed
semi circle and the Rp value is larger. This indicates
the formation of a compact and protective thin film
on the MS surface. In this case, the MS corrosion
could only take place on the free surface of the me-
Figure 8. The change of hydrogen gas evolution on the MS electrode with
exposuretime in 0.5M HCl (○) and containing 1.0×10−2 M2MT () solutions.
Figure 10. Arrhenius plots for the MS electrode in 0.5M HCl (○) and containing 1.0×10−2M2MT () solutions.
tal and/or within the pores; if the metal surface is
fully covered, the corrosive species, i.e., dissolved
oxygen, chloride ions, must diffuse along these pores to interact with the metal surface20. After 24 h
(Fig. 6b), the diameter of the semicircle recorded in
the presence of the inhibitor increased significantly
as compared to shorter exposure times, which indicated the continuous growth of the surface film and
the approach in the perfect coverage of the surface
film on the metal. The growth of this layer enhanced
the corrosion resistance of the metal. After this time
period, the Nyquist plot for the inhibited solution
presents an increase of the phase angle (θ-11.5O
at 0.0045 Hz) indicating that the mass transport is
limited by the surface inhibitor film and accumulated species. In contrary to the inhibited solution, the
polarization resistance of the MS in blank solution
was reduced with the exposure time. After 120 h
(Fig. 6d), a slight decrease in the Rp value of the MS
in inhibited solution was observed, which may be
due to the formation of some defects on the film leading to the access of aggressive ions to the metal/
inhibitor interface.
The values of both polarization resistance and
corrosion inhibition efficiency values (IE%) corresponding to the EIS and the LPR data as being associated over 120 h immersion times are given in
Table 3. The IE% values obtained from the EIS are
comparable and run parallel with those obtained
from the LPR and the potentiodynamic polarization
measurements. It is clear from Table 3 that a strong
decrease of the Rp value in blank solution was obtained with the increased immersion time. However,
the Rp value in the inhibited solution increases up
Figure 9. The change of open circuit potential with immersion time in 0.5M
HCl (○)and containing 1.0×10−2 M2MT () solutions.
Figure 11. Langmiur adsorption plot for the MS electrode in 0.5M HCl containing different concentrations of 2MT.
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 13
to 24 h, and then tends to decrease. Because of
a strong decrease in the Rp value for uninhibited
0.5 M HCl solution compared to the inhibited one,
a high IE value was calculated after 120 h of exposure time.
3.3 Hydrogen gas evolution measurements
The gasometric techniques provide a rapid and
reliable means for the assessment of the inhibitive
capabilities of inhibitors on the MS corrosion in acidic media. The relative speed and effectiveness of
the gasometric techniques as well as their suitability for in situ monitoring, any perturbation by an inhibitor with respect to gas evolution in metal/solution
systems has been established in the literature10-23-24.
The volume of H2 gas evolved from the corrosion
reaction in both inhibited and uninhibited 0.5 M HCl
solutions as a function of exposure time at 24 h intervals and the obtained data are presented in Fig.
8. As can be seen, the rate of H2 evolution is small
at the beginning of the reaction, and after a certain
time, it increases remarkably because of the increased surface area of the MS as a result of the excess
iron dissolution. It is clear from Fig. 8 that, the rate
of H2 evolution was considerably reduced after the
addition of 2MT to the aggressive media indicating
that the inhibitor molecules adsorb strictly onto the
MS surface and block the electrochemical reaction
efficiently through decreasing the available surface
area. After 120 h of immersion time, 146 mL cm−2
H2 gas evolved in 0.5 M HCl solution, whereas only
0.8 mL cm−2 hydrogen gas evolved in 1.0×10−2 M
2MT containing 0.5 M HCl solution per unit area of
the MS.
3.4 Change of open circuit potential
with immersion time
Since they can provide important insights about
the corrosion behavior of metals as well as the porosity of the surface films, the variation of the open
circuit potential of the MS as a function of immersion time (Eocp − t) was measured against Ag/AgCl
reference electrode in 0.5 M HCl solution containing
1.0×10−2 M 2MT over 120 h. The obtained data are
presented graphically in Fig. 9. As seen, in blank solution, the Eocp value of the MS shifts towards more
positive potentials continuously up to 24 h and after
this time period it is nearly stable around −0.460 V
(Ag/AgCl). The addition of 1.0×10−2 M 2MT to the
0.5 M HCl solution produce a considerably nobler
Eocp value and tends to posses more cathodic values with the increasing immersion time. After 24 h,
more negative Eocp values were measured for the
inhibited solution than in uninhibited solution and
after this time, they tend to shift towards cathodic
potentials slightly up to 120 h. The obtained results
Scheme 1
clearly indicate the adsorption of 2 MT molecules
on the cathodic sites of the metal surface, which
blocks these areas efficiently.
3.5 Effect of temperature
In order to calculate the activation energy of
the corrosion process and investigate the mechanism of inhibition, potentiodynamic polarization
measurements were performed in the temperature
range of 25–55 oC in the absence and presence of
1.0×10−2 M 2MT solutions. The dependence of the
corrosion rate on temperature can be expressed by
the Arrhenius equation;
Figure 12. The plot of Cdl vs. applied electrode potential in 0.5M HCl containing 1.0×10−2 M 2MT solution.
14 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
icorr = A exp
−E a
RT
(3)
where icorr is corrosion current, A is a constant,
Ea the activation energy of the metal dissolution
reaction, R is the gas constant and T is the temperature. The Ea values were calculated from the
Arrhenius plots (Fig. 10) and found to be 57.40 kJ
mol−1
and 66.17 kJ mol−1 for the corrosion process
in the absence and presence of 2MT, respectively.
The increase in activation energy after the addition
of the inhibitor to the 0.5 M HCl solution indicates
that physical adsorption (electrostatic) occurs in
the first stage12-25-26. The higher Ea value in the inhibited solution can be correlated with the increased
thickness of the double layer, which enhances the
activation energy of the corrosion process.
3.6 Adsorption isotherm and thermodynamic
consideration
The adsorption on the corroding surfaces never
reaches the real equilibrium and tends to reach an
adsorption steady state. However, when the corrosion rate is sufficiently small, the adsorption steady state has a tendency to become a quasi-equilibrium state. In this case, it is reasonable to consider
the quasi-equilibrium adsorption in thermodynamic
way using the appropriate equilibrium isotherms27.
The adsorption isotherms can give important information on the interaction of inhibitor and metal
surface. Langmuir, Temkin, Bockris-Swinkels, Flory
-Huggins and Frumkin adsorption isotherms were
tested in order to find the best suitable adsorption
isotherm for adsorption of 2MT on the MS surface from 0.5 M HCl solution. Langmuir adsorption
isotherm, which is given by Eq. (4) was found more
suitable with an average correlation coefficient of
0.9994 and the slope of 1.0711 (Fig. 11). (Langmuir
adsorption isotherm was plotted using data of the
EIS, the potentiodynamic polarization measurements and the LPR techniques and average values of thermodynamic parameters of the adsorption
process were given).
C(inh)
=
1
+ C(inh)
K(ads)
(4)
Table 4. Thermodynamic values and the Antropov’s “rational” corrosion
potentials of the MS in 0.5M HCl containing 1.0×10−2 M 2MT solution after
different immersion times
t (h)
4
24
48
72
120
Er (V)
Kads (M−1 )
Gads (kJ mol−1 )
0.048
0.017
−0.021
6.6 × 104
5.3 × 104
4.7 × 104
7.7 × 104
1.2 × 105
−37.44
−36.90
−36.58
−37.81
−38.97
where C(inh) is inhibitor concentration, θ is the degree of the coverage on themetal surface and Kads is
the equilibrium constant for the adsorption–desorption process. The value of equilibrium constant,
Kads calculated from the reciprocal of the intercept
of isotherm line as 1.32×104 M−1. The high value
of the adsorption equilibrium constant reflects the
high adsorption ability of this inhibitor on MS surface. The free energy of the adsorption of inhibitor
onMS surface can be evaluated with the following
equation;
Gads = −RT ln (55.5Kads )
(5)
From Eq. (5), Gads was calculated as -33.18 kJ
mol−1. The negative value of LGads indicate spontaneous adsorption of the 2MT on the MS surface3
and also the strong interaction between inhibitor
molecules and the metal surface28. The value of
LGads is less than 40 kJ mol−1 is commonly interpreted with the presence of physical adsorption by
the formation of an adsorptive film with an electrostatic character29-30.
The heat of adsorption (Qads) and the entropy
value of the inhibitor adsorption (Sads) was calculated as described in the literature25-31 and found to
be −9.33 kJ mol−1 and 80.03 J mol−1 K−1, respectively. The negative sign of Hads indicates that the
adsorption of 2MT on the MS surface from 0.5 M
HCl solution is an exothermic process. The adsorption process of 2MT onto MS surface includes, at
least, two steps: the adsorption of 2MT molecules
onto MS surface and simultaneous desorption of
some hydration water from the MS surface. The
former process is expected to cause a decrease
in randomness, thus in Sads. The later process
could cause some increase in disorderness. The
obtained entropy value seems to be in contrast to
that normally accepted in the adsorption phenomenon. While the adsorption of organic molecules is
generally exothermic with decrease in entropy, the
contrary occurs for the desorption of water molecules. The thermodynamic values obtained are the
algebraic sum of those of the adsorption of organic
molecules and desorption of water molecules. Therefore, the positive value of Sads related to substitutional adsorption can be attributed to the increase
in the solvent entropy and to more positive water
desorption entropy32. The positive value of Sads
was also interpreted by the increase of disorder
due to desorption of more water molecules from
the metal surface by one inhibitor molecule33.
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 15
2
f
h
d electrodes
d ff at different
d anodic
d
hand
d cathodic over potentials
l b
d
l f HCl free
d and containing 1.0×10−2
l solutions.
Figure 13.l Nyquist
plots forlthe MS
obtained
in 0.5M
M 2MT
3.7 The potential of zero charge and
inhibition mechanism
It is well known that organic inhibitors generally
act through adsorption on the metal surface. Their
adsorption depends mainly on the surface charge
of the metal, the charge or dipole moment of inhibitor, and the adsorption of other charged ionic species34. The surface charge of metals can be determined by the comparison of open circuit potential
with the respective potential of zero charge (PZC).
In order to gain more information about the surface
charge of the MS, the EIS technique was used to
define the PZC of the MS in the inhibited 0.5 M HCl
solution with the addition of 1.0×10−2 M 2MT. The
dependence of double layer capacitance (Cdl) on
the applied potential after 4 h of immersion time is
given graphically in Fig. 12. As seen, the obtained
16 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
curves show a parabola with a minimum at −0.485
V (Ag/AgCl), which can be called the PZC of the MS
in 0.5 M HCl solution containing 1.0×10−2 M 2MT35.
The open circuit potential of the MS in the same
conditions is −0.447 V (Ag/AgCl). The difference,
Er= Eocp − Epzc = 0.048 V, where Er is the Antropov’s
“rational” corrosion potential5 is positive, which means the metal surface is positively charged at the
open circuit potential after 4 h of exposure time.
Based on the PZC experiments, several adsorption mechanism can be proposed for the 2MT
molecules on the MS surface. The following mechanism is proposed for the corrosion of the MS in
uninhibited and inhibited HCl solutions (Scheme 1).
In hydrochloric acid solution without inhibitor,
the mechanism of the anodic dissolution reaction of
iron follows the reaction path-wayfromatod (a→d)36.
In the presence of 1.0×10−2 M2MT, the value of the
PZC, which is obtained after 4 h of immersion time,
indicates that positive excess charge is carried on
the MS surface. It is well known that the chloride
ions have a small degree of hydration, and due to
specific adsorption, they bring an excess negative
charge towards the solution side of metal attracting
most of the cations37. The 2MT molecules exist as
protonated through nitrogen atoms in HCl solution
and it is in equilibrium with the corresponding molecular form, whose pKa value was reported to be
11±0138. The protonated inhibitor molecules could
be adsorbed on the metal surface via chloride ions,
which form interconnecting bridges between the
positively charged metal surface and protonated
organic cations3-6-39-40. Thus, a close packed triple
layer will form on the metal surface, which reduces
the mass and charge transfers. Therefore, it can
be hypothesis that the reaction pathway is through
a to e, which have the rate constant k2. If this is
the case, the rate constant k2 must be much more
larger than k4(k2 » k4) and the reaction pathway
(a→e) is more favored than (a→b).
The surface charge of the MS surface was also
determined after longer immersion times. The ob-
tained Er values are presented in Table 4. While the
Er potential was found to be decreasing with the
increased of exposure time, whereas its sign is still
positive up to 24 h. This means a gradual decrease
in positive charge on MS surface towards solution
side. After 120 h, the value of Er was determined
as −0.021 V suggesting that the metal surface was
negatively charged. After the first electrostatical
adsorption of the inhibitor molecules via formerly
adsorbed chloride ions, the 2MT molecules would
directly be adsorbed onto the metal surface. The
gradually replacement of positively charged inhibitor molecules with the chloride ions decreases the
positive excess charge on MS surface and finally
creates a negative excess charge. When this is the
case, the reaction mechanism is changed and the
reaction step proceeded from (FeCl−Inh+)ads to
(FeInh+)ads as a new reaction pathway having the
rate constant k3 (e→f). The rate constant k3 related
to the forming (FeInh+)ads (k3) must be bigger than
k2 as well as k4. Thus, for longer immersion times,
it can be hypothesized that the reaction pathway is
through a to f (a→f). The change in reaction mechanism is also supported by the result of the potentiodynamic polarization measurements.
Figure 14. Nyquist plots for the MS electrodes at different anodic and cathodic over potentials obtained in 0.5M HCl free and containing 1.0×10−2 M 2MT solutions.
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 17
The cathodic hydrogen evolution reaction may
be given as follow;
Fe + H+ ↔ (FeH+ )ads
(6)
(FeH )ads + e → (FeH)ads
(7)
(FeH)ads + H+ + e− → Fe + H2
(8)
+
−
The protonated 2MT molecules are also adsorbed at cathodic sites in competition with hydrogen
ions that going to reduce H2 gas evolution36.
In order to support the proposed reaction mechanism, we have also determined the change in
the adsorption equilibrium constant and the free
energy of the adsorption as a function of immersion
time using the LPR technique, and the data is listed
in Table 4. The variation of both Kads and LGads
values with immersion time indicates the change in
mechanism of the inhibitor action. An increase in
both Kads and LGads values, which support better
adsorption of the inhibitor molecules on the metal
surface, were found after 120 h. After this time period, the value of LGads reached −38.97 kJ mol−1
indicating the contribution of chemical adsorption.
In addition to the physical adsorption, the adsorption of 2MT can occur directly on the basis of
donor acceptor interactions between‚ electrons
and N atoms of the neutral species as well as‚ electrons of cationic species and the vacant d orbitals
of iron. It has been reported that the adsorption of
the heterocyclic compounds occurs with the aromatic rings some times parallel but mostly normal
to the metal surface33. The orientation of molecules
could be dependent on the pH and/or electrode
potential. However, more work should be completed to confirm the above arguments33. In the case of
parallel adsorption of inhibitor molecules, the steric
factors also must be taken into consideration. If the
steric factors are in place, the chemical adsorption
may be occurring through the molecular form. The
increase in Kads and Gads with exposure time values
support the contribution of the chemical adsorption
with increasing exposure time40.
The anodic dissolution and the cathodic reduction reactions were investigated both in blank
and 1.0×10−2 M 2MT containing 0.5 M HCl solutions by the EIS method at different anodic and
cathodic over potentials, which were previously
determined from the polarization curves. The data
are presented in Nyquist representation and given
in Fig. 13 with the polarization plots, which were obtained after 1 h of immersion time. As can be seen
from Fig. 13, in the cathodic range, only one capa-
18 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
citive loop was obtained in blank solution at −200
mV over potential indicating that at this potential the
reduction of H+ ions was completely charge transfer controlled. The polarization resistance of the MS
in the blank solution at −200 mV was 5.6 . It can
be concluded that, in the inhibited solution, the reduction mechanism does not change and the Nyquist plot of the MS in inhibited solution at −200 mV
also contains only one capacitive loop indicating
that reduction reaction is charge transfer controlled.
At this over potential, the Rp of the MS was relatively
larger (155 ) when compared to one that obtained
in blank solution. These results show that the inhibitor molecules are adsorbed on the MS surface and
the surface area available for H+ ions is decreased.
In anodic range, a different behavior was observed.
At +100 mV, Nyquist plot of the MS in the blank
solution contains two time constants. The first loop
appeared at high frequencies was attributed to the
charge transfer resistance, the second loop at the
low frequencies may be due to accumulated corrosion products at metal surface, which hinders ion
diffusion. A straight line was observed at the high
frequencies and a second capacitive loop was observed at low frequencies for 1.0 × 10−2M 2MT
containing 0.5 M HCl solution at +100 mV. The first
loop was attributed to the charge transfer resistance and the second loop to the film resistance. The
Rp value of the MS in inhibited solution at +100 mV
was 370  and larger than that of the blank solution
(27 ). At the higher anodic over potentials (+300
mV), a capacitive loop was observed at the high
frequencies and followed an inductive loop was appeared at low frequencies in blank solution. Such
inductive loops at low frequencies were commonly
attributed to the relaxation process41. It is clear from
Fig. 13 that a small inductive loop at low frequencies also appeared in the presence of the inhibitor.
This observation shows that a relaxation of the surface inhibitor film takes place at more positive potential. This behavior may be the result of significant
dissolution of iron leading to desorption of the inhibitor film from the metal surface.
3.8 SEM and AFM studies
The SEM images of the MS surfaces exposed
to 0.5 M HCl without and with the 1.0×10−2 M 2MT
for 24 h and 120 h are given on Fig. 14. The inspection of Fig. 14a, which is the micrograph of the
MS surfaces exposed to 0.5 M HCl solution for 24
h, reveals clear pits with a small size distribution
over the surface of the MS. The polishing stretches
Figure 15. The AFM images of MS surfaces after exposing to 0.5M HCl solution for 24 h (a), 120 h (b) and exposing to 0.5M HCl containing 1.0×10−2 M 2MT solution
after 24 h (c) and 120 h (d).
were also visible on the surface. With the increasing exposure time (120 h), the specimen surface
was strongly damaged in the absence of the inhibitor with the increased number and the depth of
the pits (Fig. 14b). Fig. 14c shows the SEM images
of the MS surface exposed to 0.5 M HCl with the
addition of 1.0×10−2 M 2MT for 24 h. There are no
pits and cracks observed in the micrograph expect
polishing lines. The metal surface was fully covered
with the inhibitor molecules and a protective inhibitor film was formed. The surface image of the MS
exposed to inhibited solution for 120 h is shown in
Fig. 14d. As seen, the inhibitor molecules covered
only active sites of the MS and some regions are
not covered. It is interesting to note that there is not
any sign of damages on these uncovered inhibitor
free zones. Therefore, it can be concluded that the
high inhibition efficiency of 2MT after longer immersion times may be due to the adsorption of inhibitor molecules on the active sites of the MS surface
which means that, after the longer immersion time,
the adsorption is more chemical than physical one.
AFM is a powerful technique to investigative the
surface mor-phology at nano-to micro-scale and
has become a new choice to study the influence of
inhibitors on the generation and the progress of the
corrosion at the metal/solution interface. The threedimensional AFM images of the MS surface exposed to 0.5 M HCl with and without 1.0×10−2 M 2MT
solutions for 24 h and 120 h are shown in Fig. 15.
The surface image of (Fig. 15a) the MS exposed to
0.5 M HCl solution for 24 h shows the main characteristic of the pitting corrosion. With the increased
exposure time (120 h), both the width and the depth
of the pits were increased (Fig. 15b). The image of
the MS surface exposed to 0.5 M HCl solution with
the addition of 1.0×10−2 M 2MT for 24 h is given in
Fig. 15c. It clearly evident that, the surface is more
uniform than the surface in the absence of the inhibitor except some hallows structures. The polishing
lines were also visible on the surface. After 120 h,
the inhibitor molecules were adsorbed to the active sites and a smoother surface (Fig. 15d) was observed when compared to the surface treated with
uninhibited 0.5 M HCl solution (Fig. 15b).
3.9 Thermal stability of the surface film
The thermal stability of the surface inhibitor film
is very important for their applications. Acid pickling
of steel is usually carried out at elevated tempera-
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 19
Figure 16. TGA curves of 2MT removed from electrode surface (a) and pure
2MT compound (b).
tures up to 60 oC in HCl and up to 90 oC in H2SO4
solutions5. Therefore, the organic inhibitors are expected to be chemically stable to provide a high
protective efficiency under the conditions mentioned above. The thermogravimetric analysis (TGA)
of inhibitor film removed mechanically from the MS
surface was tested and the obtained TGA curve is
shown in Fig. 16a. For comparison, the TGA of the
pure organic compound was also performed and
given in Fig. 16b. A comparison of TGA curves for
pure 2MT compound and that of inhibitor film removed from the metal surface reveal the differences
in thermal events. As seen from Fig. 16b, the pure
2MT compound shows only one sharp step weight
loss which starts at 170 oC, whereas the TGA curve
of 2MT, which removed from the MS surface, shows
three-step weight loss. The initial weight loss up to
170 oC could be attributed to the loss of moisture
and dopands42,43. Between 200 oC and 400 oC a slower weight loss occurs due to thermal degradation
of 2MT. The last weigh loss step displayed between
400 oC and 440 oC may be corresponding to the
metal–inhibitor complex degradation. The remaining weight cor-responds to the iron metal. From
these results, it can be concluded that the surface
inhibitor film possesses relatively good thermal stability.
4. CONCLUSIONS
The adsorption and inhibition effect of 2MT on
the corrosion behavior of the MS in 0.5 M HCl was
studied in both short and long immersion times (up
20 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
to 120 h) using different techniques. The following
points can be emphasized;
1. The obtained results showed that 2MT performed
perfect inhibition efficiency for the corrosion of
the MS in 0.5 M HCl solution and the inhibition
efficiency was more pronounced with inhibitor
concentration and exposure time. The high inhibition efficiency of 2MT was attributed to the adherently adsorption of the inhibitor molecules on
the MS surface, and a protective film formation.
2. The potentiodynamic polarization curves indicated that 2MT inhibits both anodic metal dissolution
and also cathodic hydrogen evolution reactions.
3. The adsorption of 2MT molecules on the metal
surface from 0.5 M HCl solution obeys Langmiur
adsorption isotherm. The high value of adsorption equilibrium constant suggested that, 2MT is
strongly adsorbed on the MS surface. The negative sign of the Gads and Hads indicate that the
adsorption process is spontaneous and exothermic.
4. The increase in activation energy after the addition
of 2MT to the 0.5 M HCl solution and the value of
free energy of the adsorption indicated that the
adsorption is more physical than the chemical
adsorption (after 1 h of exposure). However, both
Gads and Kads values were found to be increased
with exposure time suggested that the adsorption mechanism tends to be chemical with the
immersion time.
5. The analysis of the AFM and SEM images was
showed the corrosion of the MS is mainly through
pitting and the addition of inhibitor to the aggressive solutions results through the formation of a
protective film on MS surface.
6. The TGA results were shown relatively good thermal stability of the surface inhibitor film in a typical temperature range of working conditions of
pickling.
ACKNOWLEDGEMENTS
This study has been financially supported by Cukurova University research fund. The authors are greatly thankful to Cukurova University research fund. The authors also thank The
Scientific and Technical Research Council of Turkey (TUBITAK)
for financial support. We also would like to acknowledge Prof.
Dr. Osman Serindağ for thermal analysis experiments.
REFERENCES
1. J.O’M. Bockris, A.K.N. Reddy, Modern Electrochemistry, vol.
2, Plenum Publishing Corporation, 227West 17th, Street,
New York, 1976.
2. H. Keleş, M. Keleş, İ. Dehri, O. Serindağ, Colloids Surf. A:
Physicochem. Eng. Aspects. 320 (2008) 138.
3. L. Tang, X. Li, L. Li, G. Mu, G. Liu, Mat. Chem. Phys. 97
(2006) 301.
4. R. Solmaz, G. Kardaş, B. Yazıcı, M. Erbil, Prot. Met. 43 (2007)
476.
5. A. Popova, E. Sokolova, S. Raicheva, M. Christov, Corros.
Sci. 45 (2003) 33.
6. G. Kardaş, R. Solmaz, Corros. Rev. 24 (2006) 151.
7. C.L. Fang, General Concepts ofAdditives in the Electroplating Solution, Finishing Science Pub. Co, Taipei, Taiwan,
1996.
8. N.L.D. Filho, D.R. do Carmo, F. Gessner, A.H. Rosa, Anal.
Sci. 21 (2005) 1309.
9. L.Wang, G.-J. Yin, J.-G. Yin, Corros. Sci. 43 (2001) 1197.
10. R. Solmaz, G. Kardaş , B. Yazıcı, M. Erbil, Prot. Met. 41
(2005) 581.
11. R. Fuchs-Godec, Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects 280 (2006) 130.
12. A. Chetouani, B. Hammouti, T. Benhadda, M. Daoudi, App.
Surf. Sci. 249 (2005) 375.
13. B. El Mehdi, B. Mernari, M. Traisnel, F. Bentiss, M. Lagrenee,
Mat. Chem. Phys. 77 (2002) 489.
14. M. El Achouri, S. Kertit, H.M. Gouttaya, B. Nciri, Y. Bensouda, L. Perez, M.R. Infante, K. Elkacemi, Prog. Org. Coat. 43
(2001) 267.
15. W.J. Lorenz, F. Mansfeld, Corros. Sci. 31 (1986) 467.
16. A. Chetouani,A.Aouniti, B. Hammouti, N. Benchat, T. Benhadda, S.Kertit, Corros. Sci. 45 (2003) 1675.
17. M. Erbil, Chim. Acta Turcica 1 (1988) 59.
18. T. Tuken, B. Yazıcı, M. Erbil, Proceedings of 9th European
Symposium on Corrrosion Inhibitors (9SEIC) Ann. Univ. Ferrara, N.S., Sez. V, Suppl. N. 11, 2000, p. 115.
19. A. Lgamri, H. Abou El Makarim, A. Guenbour, A. Ben Bachir,
L. Aries, S. El Hajjaji, Prog. Org. Coat. 48 (2003) 63.
20. T. Tuken, B. Yazıcı, M. Erbil, Mat. Chem. Phys. 99 (2006) 459.
21. İ. Dehri, H. Sözüsağlam, M. Erbil, Prog. Org. Coat. 48 (2003)
118.
22. P. Bommersbach, C. Alemany - Dumont, J. P. Millet,
B.Normand, Electrochim. Acta 51 (2005) 1076.
23. G. Kardaş, Mater. Sci. 41 (2005) 337.
24. E.E. Ebenso, E.E. Oguzie, Mater. Lett. 59 (2005) 2163.
25. H. Ashassi-Sorkhabi, B. Shaabani, D. Seifzadeh, App. Surf.
Sci. 239 (2005) 154.
26. M. Benabdellah, A. Aouniti, A. Dafali, B. Hammouti, M. Benkaddour, A. Yahyi, A. Ettouhami, Appl. Surf. Sci. 252 (2006)
8341.
27. Lj. Vracar, D.M. Drazic, Corros. Sci. 44 (2002) 1669.
28. S. Kertit, B. Hammouti, Appl. Surf. Sci. 93 (1996) 59.
29. G. Moretti, F. Guidi, G. Grion, Corros. Sci. 46 (2004) 387.
30. O.K. Abiola, N.C. Oforka, Mater. Chem. Phys. 83 (2004) 315.
31. M. Abdallah, Corros. Sci. 44 (2002) 717.
32. V. Branzoia, F. Branzoib, M. Baibarac, Mater. Chem. Phys. 65
(2000) 288.
33. M.M. Saleh, Mater. Chem. Phys. 98 (2006) 83.
34. H. Ma, S. Chen, B. Yin, S. Zhao, X. Liu, Corros. Sci. 45 (2003)
867.
35. M. Lebrini, M. Lagrenee, H. Vezin, L. Gengembre, F. Bentiss,
Corros. Sci. 47 (2005) 485.
36. W. Li, Q. He, C. Pei, B. Hou, Electrochim. Acta 52 (2007)
6386.
37. S.A. Abd El-Maksoud, Appl. Surf. Sci. 206 (2003) 129.
38. H.S. Mahal, T. Mukherjee, Radiat. Phys. Chem. 54 (1999) 29.
39. L. Tang, X. Li, L. Li, G. Mu, G. Liu, Surf. Coat. Tech. 201
(2006) 384.
40. R. Solmaz, G. Kardaş, B. Yazıcı, M. Erbil, Colloids Surf.
A: Physicochem. Eng. Aspects 312 (2008) 7.
41. M. A. Amin, S.S. Abd El-Rehim, E.E.F. El-Sherbini, R. S. Bayoumi, Electrochim. Acta 52 (2007) 3588.
42. H.S. Cho, Y.H. Park, Synt. Met. 145 (2004) 141.
43. P. Savitha, D.N. Sathyanarayana, Synt. Met. 145 (2004) 113.
ci. 45 (2003) 867.
AUTHORS
R. Solmaz, G. Kardaş, B. Yazıcı, M. Erbil
Cukurova University, Science & Letters Faculty,
Chemistry Department, 01330 Balcali, Adana, Turkey
M. Çulha
Yeditepe University, Faculty of Engineering and Architecture,
Department of Genetics and Bioengineering,
34755 Istanbul, Turkey
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 21
BETONARME YAPILARDA DONATI KOROZYONUNA
NEDEN OLAN FAKTÖRLER VE ALINACAK ÖNLEMLER
ÖZET
Betonarme, betonun çeliği koruyucu özelliği ve inşaat teknolojisine getirdiği yeni olanaklar nedeni ile 19. yüzyılın ikinci yarısında icat edilmiş olmasına
rağmen kolay üretilmesi ve ucuz olması
nedeni ile günümüzde yapı üretim teknolojisinin esas taşıyıcı malzemesi haline gelmiştir. Betonarme elemanda beton, basınç kuvvetlerini, çelik, çoğunlukla çekme kuvvetlerini karşılar. Beton
ile çeliğin birbirine yapışmasının/aderansının iyi, termik genleşme katsayılarının birbirine yakın ve her ikisinin de yük
taşıyor olması nedeni ile bu iki malzeme kullanılarak monolitik yapı sistemleri
üretilebilmektedir. Beton, bazik özelliği
nedeni ile çeliği korozyona karşı çok iyi
korur. Ancak, tasarım ve üretim hataları
üretilmiş betonarme elemanlarda, çeşitli
çevresel etkilerle meydana gelen donatı korozyonu sonucu beton-çelik ara yüzünde aderans kaybı olur beton ile çelik
birlikte çalışamaz hale gelir, yapı güvenliği zaafa uğrar. Hasarların en aza indirilmesi için betonun basınç dayanımı yüksek, geçirimliliği düşük, örtü betonu kalınlığı yeterli ve sürekli olmalı. Tasarım ve
uygulamanın en az hata ile gerçekleştirilmesine azami özen gösterilmeli, gerekli bakım ve onarımlar zamanında ve
eksiksiz olarak yapılmalıdır.
FACTORS THAT CONTROL
THE REBAR CORROSION IN
REINFORCED CONCRETE
STRUCTURES AND
REMEDIAL MEASURES
The reinforced concrete which was
introduced in the second half of 19th
century is the major material utilized
extensively in building of civil engineering structures. The basic facts that underlie this material system are that the
22 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
concrete resists the compressive load
whereas the tensile component of applied load is carried by steel rebar. In
addition, the adherence between concrete and steel is high combined with
their very similar thermal expansions.
These basic characteristics allow the
reinforced concrete to be used to create
the monolithic building elements. Due
to its high alkalinity the concrete is capable to protect the steel rebar against
corrosion.
However the inadequate
design and production combined with
environmental effects weakens adherence between steel and concrete causing the loss of capability to carry loads
because the steel and concrete start to
work separately rather than together.
This type of failures can be minimized by
using concrete with high compressive
strength and low permeability applied
with sufficiently corrosion overdesign.
Beside these, the adequate design and
correct production combined with timely
maintenance and repair are the basic
requirements to insure sound concrete
structures.
1. GİRİŞ
Beton ve çelik çubuklardan
oluşan kompozit yapı malzemesine donatılmış beton anlamına betonarme denir. Betonarme, 19. yüzyılın ikinci yarısında
icat edilmiş olmasına, bilimsel
ve teknik olarak 20. yüzyılın başlarından itibaren incelenmesine
rağmen inşaat teknolojisine getirdiği yeni boyutlar ve olanaklar nedeni ile günümüzde yapı
üretim teknolojisinin esas taşıyıcı malzemesi haline gelmiş-
F. AKÖZ
tir1. Çok farklı yapıların üretimine olanak vermesine, üretiminin
diğer malzemelere ve yapım sistemlerine göre kolay ve ucuz olmasına karşın sudan, zararlı çözeltilerden etkilenmesi, korozyona uğraması, hasar oluşması,
güçlendirme gerektiğinde bu işlemin çok zor olması gibi olumsuzlukları vardır. Bu çalışmada,
betonarmenin genel özellikleri,
kullanılan malzemelerin genel
özellikleri, betonarmenin korozyonu, korozyona etki eden faktörler, korozyonun engellenmesi için alınması gereken önlemler konu ile ilgili kaynaklardan
yararlanılarak özetlenmiştir.
1.1 Betonarmenin Genel
Özellikleri
Betonarme, matris fazı beton, lif fazı çelik çubuklar olan
kompozit bir malzemedir; ancak içine çelik konulan her beton, betonarme değildir. Örneğin çelik konstrüksiyonda yükleri taşıyan çelik profillerin dış
etkilerden ve yangından korunması amacı ile betonla kaplanarak üretilen ferbeton elemanlar, ya da rötreyi kısıtlamak amacı ile ince tellerle takviye edilen
kütle betonları ve ferrosement
elemanlar betonarme kapsamına girmez. Beton ve çelik çubuklardan oluşan bir yapı elemanının, betonarme olarak dav-
Şekil 1. Boğaziçi ve Altunizade Köprüleri arasındaki aydınlatma
direklerinden görünüş5.
Figure 1. The reinforced concrete piles between the Bosporus and
Altunizada bridges damaged by rebar corrosion5.
ranabilmesi için; bu iki malzemenin birbirine iyice
bağlanarak dış kuvvetlere karşı ortak çalışmalarının
sağlanmış olması, çubukların betona kenetlenmesi gerekir; kenetlenmeyi sağlayan kayma gerilmelerine aderans denir; elemanlardaki kesit zorlarının
beton ile çelik arasındaki geçişi aderans sayesinde
gerçekleşir2.
Betonarmenin önemli bileşeni olan beton, dağınık fazı mineral kökenli agrega, matris fazı çimento hamuru olan daneli kompozit malzemedir. Beton, basınç dayanımı ile denetlenen, çekme dayanımı çok düşük olan gevrek bir malzemedir. Diğer bileşeni olan çelik ise mühendislik alanında çok yaygın kullanılan çekme dayanımı yüksek sünek bir
metaldir. Betonarme elemanda beton, basınç kuvvetlerini, çelik, çoğunlukla çekme kuvvetlerini karşılar. Beton ile çeliğin birbirine yapışmasının/aderansının iyi, termik genleşme katsayılarının birbirine yakın ve her ikisinin de yük taşıyor olması nedeni ile
bu iki malzeme kullanılarak monolitik yapı sistemleri üretilebilmektedir3,4.
Beton, çeliği sıcaklık değişimlerine, su ve suyun
taşıdığı zararlı iyonların etkilerine, bazik özelliği nedeni ile de korozyona karşı çok iyi korur. Bu üstün özelliklerine rağmen betonarme elemanlar (Şekil1) çeşitli etkilerle meydana gelen donatı korozyonu nedeni ile hasara uğrar1. Hasarların en aza indirilmesi için betonun basınç dayanımı yüksek, geçirimsiz bir başka deyişle yüksek performanslı olması, örtü betonu kalınlığının yeterli ve sürekli olması
çok önemlidir.
1.2 Betonarmenin Korozyonu ve Korozyona
Etki Eden Faktörler
Metallerin bulunduğu ortam içinde, kimyasal
veya elektrokimyasal reaksiyonlar sonucu bozul-
ması olayı korozyon olarak tanımlanmaktadır. Korozyon nedeni ile metal veya alaşımın fiziksel, kimyasal veya elektriksel özelliğinin istenmeyen değişikliklere uğraması önemli maddi kayıplara yol açar.
Betonun ve/veya beton içinde gömülü çelik donatının çevresel dış etkiler ile meydana gelen fizikokimyasal olaylar sonucunda kütle ve nitelik kaybına
uğramasına neden olan olaylara da korozyon denir.
Hava ile temas halinde olan bir betonarme yapıda,
beton içindeki su ve O2 miktarı, korozyonun oluşmasına neden olabilecek seviyededir6.
Betonun gözenekliliği (porozitesi) düşük, yoğunluğu yeterli beton ile üretilen betonarme elemanın pas payı (örtü betonu kalınlığı) yeterli ve sürekli ise betondaki su miktarı fazla olsa bile O2 difüzyonu azaldığı için korozyon tehlikeli sınırlara ulaşmayacaktır. Ancak Ca(OH)2’nin karbonatlaşması
veya betona puzolan malzeme katılması nedeni ile
pH’sının düşmesi ve ortamda belirli sınırı aşmış serbest Cl-’nin varlığı donatı korozyonuna yol açacaktadır. Bu nedenle betonarmede donatının korozyonunu beton özellikleri belirleyecektir. Burada pH’ı
düşürdüğü ifade edilen doğal puzolanların (tras),
kalsine edilmiş kil ve yüksek fırın cürufu, uçucu kül,
silis dumanı gibi endüstri atığı puzolanların betonun
porozitesini ve geçirimliliğini azaltarak ve serbest kirecin erimesini engellemek sureti ile performansını
artırdığını belirtmek gerekir.
Beton, çimentonun ana bileşenlerinden olan trikalsiyumsilikat (C3S: 3CaOSiO2) ve dikalsiyumsilikatın (C2S: 2CaOSiO2) hidratasyonundan (1) bağıntısında görüldüğü gibi suda erimeyen silkat jeli ve
suda eriyen serbest kireç çıkar. Serbest kireç (CH2:
Ca(OH)2), alkalinitesi yüksek (pH~13) ortam oluşturur ve çelik yüzeyinde kararlı, koruyucu bir oksit tabakası oluşturur; dolayısı ile çimento ortamın
pH’nı artıran ve donatıyı korozyona karşı koruyan
esas unsurdur. Ancak serbest kireç, dış ortamdan
gelen su ve suyun taşıdığı sülfatlı nitratlı, klorürlü bileşiklerin etkisine maruz kalan ve değişime uğrayan bir maddedir. Bu zararlı etkinin azaltılması için
beton üretiminde yüksek fırın cürufu, uçucu kül, silis dumanı gibi mineral kökenli toz malzemeler olan
puzolanlar kullanılmaktadır7,8.
3CaOSiO2 + nH2O mCaO.nSiO2.pH2O+Ca(OH)2 ……….....(1)
Silikat Jeli (suda erimez) (Suda Erir)
Serbest kireç, korozyona karşı dayanıklılığı son
derece düşük olan çelikte anodik akım yoğunluğunun kısıtlanmasına yardımcı olur; bu olaya alkali pasivasyonu adı verilir9. Ancak betonun geçirimli ol-
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 23
ması, ortamda su ve oksijen bulunması, beton üretiminde Cl- iyonu içeren agregaların ve/veya katkıların kullanılması, karbonatlaşma nedeni ile ortamın
pH’ının 11’in altına düşmesi gibi nedenlerle donatı yüzeyindeki pasif demir oksit tabakası tahrip olur,
donatı korozyonu süreklilik kazanır10. Betonarme,
ön gerilmeli beton, çelik lifli beton veya donatısız
beton elemanlarda meydana gelen çatlama, kırılma
gibi hasarların araştırılması için öncelikle betonda
ve çelikte hasara neden olan korozyon mekanizmalarının incelenmesi gerekir.
1.2.1 Donatının Korozyonu
Hava ile temas halinde olan bir betonarme yapıda, beton içindeki su ve O2 miktarı, donatı korozyonunun oluşmasına neden olabilecek seviyededir11. Çeliğin korozyonu, elektro-kimyasal süreç ile
açıklanabilir (Şekil2). Çelik yüzeyinde oluşan farklı
elektro-kimyasal potansiyele sahip anodik ve katodik bölgeler, çimento hidratlarındaki tuz çözeltilerinin oluşturduğu elektrolit ile birleşir, donatının kendisi de elektronları ileten elektriksel iletken görevini görür.
Şekil 2. Beton içindeki donatının korozyonu ve passivasyon tabakası11.
Figure 2. Corrosion of steel rebar embedded in concrete and passive
layer [11].
Fe  Fe2+ + 2e-
24 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
2.b
2Fe + 3H2O
 Fe2O3 + 6H+ + 6e-
2.c
3Fe + 4H2O
 Fe3O4 + 8H+ + 8e-
2.d
Katot reaksiyonları,
4e- + O2 +2H2O  4(OH)2H+ + 2e-
3.a
 H2
3.b
Katotta açığa çıkan hidroksil, anotta açığa çıkan
demir iyonları ile birleşerek (4.a) reaksiyonu ile gösterilen ferrohidroksite, sonra daha kararlı haldeki
ferrikhidroksite (4.b) dönüşür
Fe2+ + 2(OH)-
 Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2
4.a
 4Fe(OH)3
4.b
Donatıyı kaplayan pas tabakası ( Fe(OH)3), pasifleşmeyi sağlayan ve donatıyı korozyona karşı koruyan tabakadır12. Donatının yüzeyinde oluşan korozyon ürünü, kütlede çok az kayba neden olmasına karşın oluşan bileşiğe bağlı olarak (Şekil 3) demir hacminin 1-6 katı kadar hacim artışına neden
olur.
Bu hacim artışı, başlangıçta donatı ile beton ara
yüzündeki boşlukları doldurmak sureti ile aderans
dayanımında bir miktar artışa; ancak olayın devamında arayüz bölgesinde aderans kayıplarına neden olur. Aderans dayanımında başlangıçta meydana gelen artış ve zamanla meydana gelen kayıplar,
çekip-çıkarma (pull-out) deneyleri ile araştırılır. Donatıdaki hacim artışı betonda çekme gerilmeleri doFe
FeO
Dış kaynaklı akımın olmadığı durumda elektrokimyasal reaksiyon için, elektronların açığa çıktığı
anodik reaksiyon ve korozyonun sürekliliği için açığa çıkan elektronların tüketildiği katodik reaksiyonun olması gerekir11. Aşağıda beton içinde bulunan
donatı için önemli anodik reaksiyonlar (2.a-d), katodik reaksiyonlar (2.a-b) bağıntıları ile gösterilmiştir; (3.a-b) ile gösterilen olası katodik reaksiyonlar,
donatı yüzeyinin etrafındaki pH’a ve O2’nin varlığına bağlıdır12.
Fe3O4
Fe2O3
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Fe(OH)33H2O
0
Anot reaksiyonları,
 HFeO2- + 3H+ + 2e-
Fe + 2H2O
1
2
3
4
5
6
7
Hacim (cm)
3
2.a
Şekil 3. Demir oksitlerde meydana gelen hacim artışları13.
Figure 3. Volume increase caused by formation of various iron oxides13.
Şekil 4. Donatıda hacim artışı ve betonda çatlak oluşumu14.
Figure 4. Cracking of concrete caused by the volume increase adjacent to rebar14.
ğurur (Şekil 4); bu gerilmeler, çekme dayanımı ve
çekmede uzama oranı çok düşük ve gevrek bir malzeme olan betonda donatıya paralel çatlaklar oluşur (Şekil 1). Betondaki çatlak oluşumu, donatının
korozyonunu, donatıdaki korozyon da betonun hasarını hızlandıran girişimli olaylardır, betonarme elemanın ömrünü dolayısı ile yapı güvenliğini azaltır.
Bu olaylar, betonarme elemanın ömrünü dolayısı ile
yapının güvenliğini azaltır1.
Betonarme elemanlarda donatı korozyonun
gözlenen en belirgin göstergesi, yukarıda belirtildiği gibi beton örtünün çatlamasıdır ve bu olay, korozyon başlangıç süresi için esas alınan önemli parametrelerden biridir. Örneğin deniz yapılarında beton yüzeyinde ilk çatlağın oluştuğu an kritiktir ve
onarım kaçınılmazdır1. Bu amaçla, (5) bağıntısında
görüldüğü gibi ilk çatlağın süresi (t) esas alınarak,
betonda 0.3-0.4 mm’lik çatlağa neden olan donatı
çapındaki azalmaya ilişkin basit nümerik modeller
geliştirilmektedir14,15.
t=
DonatÕ çapÕndaki kayÕp (mm)
Korozyon hÕzÕ (mm/yÕl)
(5)
Donatı korozyonu ile ilgili bağıntıların çıkarılmasında, Faraday kanunundan yararlanılarak(6), donatı çapında meydana gelen kayıp ile elektrokimyasal akım verileri arasında matematiksel ilişkiler
kurulmaktadır. Bu bağıntıda, WL ağırlık kaybı (g),
i.t akım şiddeti.zaman (C:Coulomb), MW elektroak-
tif metalin molekül ağırlığı, n elektrokimyasal reaksiyonda alınıp verilen elektron sayısı, F (96487 C/g
eşdeğer ağırlık) Faraday sabitidir.
WL=
itMw
nF
(6)
Andrade ve arkadaşları tarafından, donatı çapındaki kaybın belirlenmesi için Faraday Kanununu esas alan (7) bağıntısı önerilmiştir. Bağıntıda, ∆s
(mm) donatı çapındaki kayıp, Icorr (μA/cm²) korozyon akım yoğunluğu, t (yıl) zaman ve a (0.023 : μA/
cm² ’den mm/yıl ’a) birim dönüştürme çarpanıdır.
s = a.Icorr.t
(7)
Betonda kritik çatlama süresinin önceden tahmini için laboratuvarda hızlandırılmış deneylere gereksinim vardır.
1.2.2 Betonun Korozyonu
Betonun korozyonuna alkali-agrega reaktivitesi
(AAR) gibi iç korozyon olayları dışında çoğunlukla
dış ortamdaki su ve zararlı sular neden olur. Zararlı suların veya havanın betonda oluşturduğu kimyasal nedenlere dayanan korozyon hasarı, ıslanmakuruma, donma-çözülme, erozyon, kavitasyon gibi
fiziksel faktörlerin etkisi ile daha büyük boyutlara
ulaşır. Zararlı sular;
 Sertliği düşük suların betonun yıkanması; haliç
gibi tatlı su oranı nispeten yüksek olan deniz ya-
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 25
pılarında bu tip korozyona rastlanır.
 Asitli suların, Mg2+ iyonu içeren suların çimentonun esas ögeleri ile kimyasal tepkimeler sonucu
betonun çözülmesidir.
 Beton boşlukları içine süzülen SO42- anyonları serbest kireçle birleşerek alçıtaşına (CaSO4
.2H2O) dönüşür, bu kristal katı cisim, çeperlere basınç yapar, tahribata yol açar. Olayın devamında, alçıtaşı çimentonun ana bileşenlerinden
trikalsiyumalüminat (3CaO.Al2O3 = C3A) ile birleşerek etrenjite/Candilot (3CaO.Al2O3 . 3CaSO4
.32H2O) tuzuna dönüşür; bu tuzun hacmi çok
büyüktür ve katı fazda çok önemli hasara neden
olur.
Betonun dayanımını ve geçirimliliğini dolayısı ile donatı korozyonunu etkileyen önemli faktörler aşağıdaki gibi özetlenebilir:
a) Çimentonun türü ve dozajı: Çimento, kil
(yaklaşık%23) ve kalkerin (yalaşık%77) karıştırılıp
yüksek sıcaklıkta (1500oC) döner fırınlarda pişirilip ani olarak soğutulmasından elde edilen klinkere jips (%2-5) katılarak öğütülmesinden elde edilen
mineral kökenli hidrolik bir bağlayıcıdır. Portland çimentosu denilen ve su içinde sertleşebilen bu bağlayıcının özellikleri bileşenlerinin oranına ve inceliğine göre değişir17. Ayrıca içine farklı oranlarda, farklı puzolanlar katılması ile farklı özellikte çimentolar
üretilmektedir. Örneğin sülfatlara dayanıklı çimento
üretiminde trikalsiyumalüminat (3CaO.Al2O3 = C3A)
oranına sınırlama getirilir ve puzolan katılarak bu
oranın düşmesi sağlanır. Betonun dayanımı ve dayanıklılığı çimento dozajı ile doğru orantılıdır; standartta (TS-EN206-1) beton sınıfına göre minimum
değerler verilmiştir.
b) Beton içindeki toplam boşluk oranı (porozite); beton içindeki boşluklar aşağıda verildiği
gibi sıralanabilir12,6,17:
 Agrega tanelerinin bünyesi içindeki boşluklar,
bu boşluklar, agreganın mensubu olduğu doğal taşın özelliklerine bağlıdır ve beton geçirimliliğindeki etkisi ihmal edilebilir düzeydedir.
 Agrega taneleri arasında kalan boşluklar; betonun iyi yerleştirilememesi nedeni ile çimento hamurunun agrega taneleri arasına giremediği durumda, agrega taneleri arasında meydana gelen
bu boşluklar taze beton özelliklerine ve işçiliğe
bağlı denetlenebilir boşluklardır.
 Betonun farklı oturmasının yol açtığı boşluklar;
taze betonun oturmasının herhangi bir nedenle
engellenmesi ve özellikle iri agrega tanelerinin
donatıya veya kalıba sürtünmesi nedeni ile askıda kalması sonucu, iri agrega tanelerinin altın-
26 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12



c)
da meydana gelen bu boşluklar, betondaki çeper etkisi dikkate alınarak azaltılabilir.
Agrega-çimento arayüzünde oluşan boşluklar;
taze betonda agrega-çimento arayüzünde ve
agrega taneleri arasında 10-4 cm’den büyük boyutta küresel makro boşluklar veya kılcal boşluklar vardır.
Sertleşmiş çimento hamuru içindeki boşluklar;
çimento hidratasyonu sonucu çok küçük boyutta boşluklar oluşur. Bunlar, çimento pastası
hacminin yaklaşık %12’si oranında ve 0.5x108
ile 3x10-7 cm boyutunda jel boşlukları, 3x10-7
ile 5x10-3 cm boyutunda ve su/çimento oranının
bir fonksiyonu olan kılcal boşluklar ve hacmin
%7’sini oluşturan 10-2 ile 10-1 cm boyutlu makro boşluklardır. Hidratasyonun ilerlemesi ile bu
boşlukların oranında bir azalma olur. Ayrıca ilk
günlerde birbiriyle bağlantılı olan boşluklar ve
kılcal borular zamanla jel hacminde meydana
gelen artış nedeni ile tıkanarak sürekliliğini kaybeder geçirimlilik azalır.
Beton üretiminde, silis dumanı gibi özgül yüzeyi
çok yüksek puzolanların kullanımı boşluk miktarını önemli oranda azaltmaktadır.
Ortamın bağıl nemi; betonun bünyesindeki suyun miktarını ve geçirimliliğini beton
yüzeyindeki ortamın bağıl nemi de etkiler. Örneğin beton yüzeyinin yağmur suyu ile doğrudan teması halinde, sertleşmiş çimento pastası içindeki boşlukların suyu absorbsiyonu nedeni ile su
miktarı artar. Ortamın bağıl nemi düşük ise su
buharlaşarak betondan uzaklaşır17,16,20.
1.3 Betonarme Korozyonun Araştırılması ve
Alınacak Önlemler
Betonarme yapılarda olası hasarların teşhis ve
kontrolü için, gözle görülen belirtiler yardımı ile korozyonun kalitatif olarak belirlenmesine, korozyon
hızının sistematik olarak ölçülmesine ve korozyon
ile ilgili bazı parametrelerin tespit edilmesine ihtiyaç
vardır. Bu amaçla aşağıda belirtilen gözlem ve deneyler yapılır21.
 Korozyon ile ilgili deneyler, doğrudan agresif ortamın bulunduğu doğal çevrede veya laboratuvarda yapılır. Arazide veya denizde yapılan deneylerde yapı elemanının kendisi, bir diğer deyişle prototipi deney numunesi olur.
 Korozyon hasarı, gözlem sonucu kalitatif olarak
veya paslanma miktarı yani penetrasyon derinliği ölçülerek değerlendirilir. Laboratuvar deneylerinde amaç, genellikle koruma için alınan önlemlerin yeterliliğinin, örneğin Cl- difüzyonunun ön-
lenip önlenmediğinin incelenmesidir
 Betonarme elemanlarda donatı korozyonu nedeni ile betonda ilk çatlağın meydana gelmesi
için geçen süre, kritik çatlama süresi (tcr , gün)
olarak adlandırılır. Bu sürenin önceden tahmini
için laboratuvarda hızlandırılmış ve şiddetlendirilmiş deneylerin yapılması gerekir.
• Beton içine gömülü çeliğin (donatının) korozyonunda alınacak ilk önlem, kaliteli bir beton üretmektir; kaliteli betonun göstergesi dayanıklılıktır. Dayanıklı beton, tasarım dayanımını (mukavemetini) güvenle sağlayan, minimum boşluklu, akışkan geçirimliliği düşük, kimyasal etkilerle
çözülmeyen, aşınmayan bir betondur. Geçirimsizlik, betonların dış etkilere karşı dayanıklılığında en önemli rolü oynayan özelliktir. Ayrıca serbest kirecin (Ca(OH)2) karbonatlaşması ve/veya
betona puzolan malzeme katılması nedeni ile ortamın pH’sının düşmesi ve/veya ortamda belirli sınırı aşmış serbest Cl-’nin varlığı donatı korozyonuna yol açan ve hızlandıran olaylardır. Bu nedenle betonarmede donatının korozyonunu beton özellikleri belirleyecektir. Bunlar dikkate alındığında;
 Gözenekliliği (porozitesi) düşük, yoğunluğu yeterli beton ile üretilmeli. Yapıyı korozyondan korumak için üretimde kullanılacak malzemelerin
yeterliliği deneysel olarak araştırılmalı; bu çalışmalar, sonradan yapılacak pahalı onarımların
önüne geçilmesini sağlayacaktır.
 Yüksek performanslı beton ile üretilen betonarme elemanda örtü betonu kalınlığı (pas payı)
yeterli ve sürekli olmalı bu sayede O2 difüzyonu azalacağı için betondaki su miktarı fazla olsa
bile korozyon tehlikeli sınırlara ulaşmayacaktır.
 Betonda, pH’ı düşürdüğü bilinen doğal puzolanlar (tras), kalsine edilmiş kil, yüksek fırın cürufu, uçucu kül, silis dumanı gibi endüstri atığı
puzolanlar betonun porozitesini ve geçirimliliğini azaltır, serbest kirecin erimesini engeller, betonun performansını artırır; donatı korozyonunu
sınırlandırır.
SONUÇLAR
Betonarme yapılarda donatı korozyonuna neden olan faktörlerin belirlenmesi ve alınacak önlemlerin araştırıldığı bu çalışmadan çıkarılacak sonuçlar
aşağıdaki gibi sıralanabilir:
1 Betonarme, inşaat teknolojisine getirdiği yeni
boyutlar ve olanaklar nedeni ile günümüzde
yapı üretim teknolojisinin en önemli taşıyıcı malzemesidir.
2 Bir yapı elemanının, betonarme olarak davranabilmesi için çelik donatının betona kenetlenmesi, aderansın çok iyi ve sürekli olması gerekir.
3 Betonarme, çok farklı yapıların üretimine olanak verir, üretimi kolay ve ucuzdur. Çimentonun
oluşturduğu bazik ortam sayesinde donatıyı korozyona karşı korur. Bu olumlu özelliklerinin yanında betonarme yapıların güçlendirilmesi gerektiğinde bu işlemin çok zor olması gibi olumsuzlukları vardır.
4 Betonun geçirimli olması durumunda sudan, zararlı çözeltilerden etkilenebilir, hasara uğrar, donatıyı korozyona karşı koruma özelliğini yitirebilir, donatı korozyonu süreklilik kazanır; beton ile
çelik arasında aderans kaybı, elemanlarda çatlama, kırılma gibi hasarlar meydana gelir, yapının
güvenliğinde risk oluşur.
5 Betonarme yapılarda olası hasarların teşhis ve
kontrolü için, gözle görülen belirtiler yardımı ile
korozyonun kalitatif olarak belirlenmesine, korozyon hızının sistematik olarak ölçülmesine ve
korozyon ile ilgili bazı parametrelerin tespit edilmesine ihtiyaç vardır. Bu amaçla sahada ve laboratuvarda gerekli gözlem ve deneyler yapılmalıdır.
6 Yapıyı etkileyen ve etkilemesi muhtemel faktörler, taşarım aşamasında dikkate alınmalı; yapı
gerekli drenaj ve yalıtım yapılarak suya ve zararlı etkilere karşı korunmalıdır. Yapının korozyondan korunması için gerekiyor ise katodik koruma gibi ek önlemler alınmalıdır.
7 Hasarların en aza indirilmesi için betonun basınç
dayanımı yüksek, geçirimliliği düşük, bir başka deyişle yüksek performanslı olmalı, örtü betonu kalınlığı yeterli ve sürekli olmalıdır. Tasarım ve
uygulamanın en az hata ile gerçekleştirilmesine
azami özen gösterilmeli, gerekli bakım ve onarımlar zamanında ve eksiksiz olarak yapılmalıdır.
KAYNAKÇA
1 Aköz., Zorbozan,M., Yüzer,N., "Betonarme Yapılarda Korozyon Hasarının Tespiti, Onarım İçin Öneriler", Metal Dünyası, Sayı 89, s.25-28, Ekim 2000.
2 Akman, M.S., Yapı Malzemeleri, İ.T.Ü. İnşaat Fakültesi Matbaası, İstanbul, 1987.
3 Akman, M.S., Deniz Yapılarında Beton Teknolojisi, İ.T.Ü. Matbaası, İstanbul, 1992.
4 Karakoç, C., Aderansta Mekanik Etkileşim Olayı, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 1985
5 Yüzer,N., "Su Geçirimliliğinin Donatı Korozyonuna Etkisi" Yapıda Yalıtım Konferansı, TMMOB Makine Mühendisleri Odası
İstanbul Şubesi, İstanbul, s.105-119, 11-12 Şubat 1999.
6
Nurnberger, U., “Chloridekorrosion von Stahl in Beton”,
Betonwerk+Fertigteil-Technik, 9, 601-612, 1984.
7 Aköz,F., Yüzer,N., Koral,S., " Silis Dumanı Katkılı ve Katkısız
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 27
8
9
10
11
12
13
14
15
Harç İçindeki Çeliğe Farklı Konsantrasyonlardaki Sodyum
Klörürün Etkisi" Endüstriyel Atıkların İnşaat Sektöründe Kullanılması, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası, Ankara, Kasım, 1995.
Uyan, M., Özcan, M. ve Yıldırım, H., 1998, Tunçbilek ve Seyitömer Uçucu Küllerinin Betonun Kılcallık ve Su Emme Özelliklerine Etkisi, D.S.İ. Beton-Çimento ve Boya Semineri, 2426 Haziran, Ankara, s. 1-13.
Onaran, K., “Malzeme Bilimi”, İ.T.Ü.İnşaat Fakültesi Matbaası, İstanbul, 237-243, 1991,
Çakır, A.F., “İnşaat Endüstrisinde Korozyon ve Katodik Koruma Yöntemi ile Korunma”, İTÜ İnşaat Fakültesi Malzeme Semineri, 1984.
Neville, A.M. and Brooks, J.J., 1987, Concrete Technology,
Longman Scientific and Technical, New York, pp. 275282.
Hansson, C.M., 1984, Comments on Electrochenical Measurements of the Rate of Corrosion of Steel in Concrete, Cement and Concrete Research, Vol. 14, No. 4, pp.574-584.
Mehta, P.K., 1986, Concrete, Structure Properties and Materials, Printice-Hall, USA, pp. 152-158.
Andrade, C., Alonso, C. and Molina, F.J., “Cover Cracking
as a Function of Bar Rebar Corrosion : Part I-Experimental
Test”, Materials and Structures, Vol :26, 1993, pp.453-464.
ASM Handbook, Volume 13, Corrosion, 4. Edition, ASM International, 1992.
28 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
16 Postacıoğlu, B.,1986, Beton, Cilt 1, Teknik KitaplarYayınevi,
İstanbul.
17 Uyan, M., 1975, Beton ve Harçlarda Kılcallık Olayı, Doktora
Tezi, İTÜ İnşaat Fakültesi, Şubat, İstanbul.
18 Yüzer, N., Aköz, F. ve Kabay, N. , “Prediction of Time to Crack
Initiation in Reinforced Concrete Exposed to Chloride”,
Construction and Building Materials, 22, No. 6, 1100-1107,
2008.
19 Yüzer,N., Aköz, F., Özhendekçi, N., “Korozyon Nedeni ile Beton Örtüyü Çatlatan Donatıdaki Kesit Kaybının Belirlenmesi”, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası, Teknik Dergi, Cilt 14,
Sayı 2, sayfa : 2923-2934, Nisan, 2003.
20 Neville, A.M., 1992, Properties of Concrete, Third Edition,
Longman Scientific and Technical, New York, pp. 433529.
21 Yüzer,N., "Betonarme Yapılarda Korozyon Ölçüm Yöntemleri
ve Hasar Tespiti”, Türkiye Mühendislik Haberleri, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası, 48/2003-4, s.134-138, 2004.
YAZAR
Prof. Dr. Fevziye AKÖZ,
Yıldız Teknik Üniversitesi,
İnşaat Mühendisliği Bölümü
İstanbul / TÜRKİYE
Yazarla iletişim için: fakoz@yildiz.edu.tr
M. TETTAMANTI
CATHODIC PROTECTION AND
PREVENTION OF STEEL IN CONCRETE*
De Nora Elettrodi Network
Milano / ITALY
Chloride
Initiated
Corrosion
Cl Cl Cl Cl Cl Cl -
Cl -
Cl Cl Cl -
Cl -
Cl -
Cl -
Cl Cl Cl -
Cl -
Cl -
Cl Cl Cl -
Cl -
Cl CCl -
When chloride
concentration of 0.4 %
reaches the reinforcing,
measured by chloride to
cement weight ratio,
corrosion is likely to
occur.
Cl -
Cl- concentration
(% g Cl-/g cement)
0.4%
Carbon Di-oxide CO2
10
20
30
40
Cover (mm)
Carbonation
Initiated
Corrosion
Un - Protected Steel
When carbon Di-oxide infuses into the concrete it
reacts with the free lime to reduce the alkalinity of the
concrete.
Once this natural protective pH level is reduced
corrosion is likely to occur.
* Presented at the 10th International Corrosion Symposium held on 1-4 November 2006 in Adana / TURKEY
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 29
&RUURVLRQ0HFKDQLVPRI5HLQIRUFHG&RQFUHWH
&RUURVLRQ0HFKDQLVPRI
5HLQIRUFHG&RQFUHWH
,RQLFFXUUHQW
,QYHVWLJDWLRQRI&RQFUHWH
'LVWUHVV
$OZD\VWHVWIRU
಴ &DUERQDWLRQ'HSWK
಴ &KORULGHFRQFHQWUDWLRQZLWKGHSWK
಴ &RYHUGHSWKWKHWLPHIXVH
಴ +DOIFHOOSRWHQWLDOHTXLSRWHQWLDO
಴ &RQFUHWH5HVLVWLYLW\
಴ &RUURVLRQ5DWH
಴ (OHFWULFDOFRQWLQXLW\
30 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
&RUURVLRQ0DSSLQJ
Potential & Resistance Mapping
Green:
Olive:
Blue:
Maroon:
Red:
no corrosion
low corrosion
moderate corrosion
high corrosion
very high corrosion
Relieving Slab – marine environment
High corrosion
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 31
CATHODIC PROTECTION OF
STEEL IN CONCRETE
“…The only rehabilitation technique
that has proven to stop corrosion in
salt contaminated bridge decks
regardless of the chloride content is
cathodic protection…”
Quote from the Federal Highway
Administration (FHWA) USA
&RUURVLRQ0HFKDQLVPRI
5HLQIRUFHG&RQFUHWH
,RQLFFXUUHQW
Why Cathodic Protection
• CP uses a small, continous direct current to stop
the corrosion process
• Does not need the removal of sound chloride
contaminated concrete
• Remove / repair only delaminated concrete
GRUPPO DE NORA AND ELTECH SYSTEM CORPORATION
PIONEERED THE ANODE SYSTEM AND THE APPLICATION
OF THE TECHNOLOGY, NOW PROMOTED BY A NETWORK
OF PRESTIGIOUS PARTNERS WORLDWIDE
32 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
ELGARD ® AND LIDA® MESH AND MESH RIBBON ANODES
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 33
Monuments and Buildings
Industrial Structures
Bridges and Ports
34 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
BRIDGE DECK – USA 1990
San Gottardo Tunnel
Switzerland 1992
PARKING GARAGE GERMANY- 2000
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 35
36 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 37
38 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 39
40 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 41
42 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12
KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12 43
44 KOROZYON, 19 (1-3), 2011-12