Polimer matriksli kompozit kullanılarak yapı güçlendirilmesi ve iyileştirilmesi

Abstract

ÖZET Anahtar kelimeler: FRP, Polimer, Kompozit, Tamir, Onarım, Takviye, Güçlendirme Bu yüksek lisans tezi çalışmasında Fiber Takviyeli Polimerlerin (FRP), yapı malzemeleri içindeki yeri, karakteristik özellikleri, mühendislik yapılarında kullanım alanları ve uygulama metotları araştırılarak ortaya konmuştur. Kompozit malzemeler insanlık tarihi boyunca çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmıştır. Kompozitler, bir malzeme sistemidir. Bu terim, birbiriyle uyum sağlayacak ara yüzeye sahip iki veya daha fazla farklı malzemenin fiziksel olarak karıştırılması suretiyle elde edilen ve başlangıçtaki malzemelerden daha iyi özelliklere sahip olan kombinsayonlardan herhangi birine denir. FRP'ler malzeme sınıflandırılmasında "Fiber Kompozitler" grubuna girerler. FRP' ler, hammaddesi Cam, Carbon, Aramid, Polietilen ve buna benzer olan yüksek mukavemetli fiberlerin, çoğunlukla epoksi türü olan bir reçine matriksi içersine sokulmasıyla üretilirler. Bu kombinasyonda fiberler iskelete, reçine matriksi ise koruyucu ve bağlayıcı bir vücuda benzetilebilir. Fiberler anizotropik malzemeler oldukları için tek yönde yüksek mukavemet gösterirler, fakat farklı yönlerde bir yük uygulanırda değişik yönlerde de mukavemet gösterebilirler. Reçineler ise hem fiberleri birbirine, hem de FRP kombinasyonunu uygulanacağı yüzeye bağlarlar. FRP'lerin çeşitli alanlarda (otomotiv, uzay, denizcilik, havacılık) 50 yılı aşkın servis tecrübesiyle karakteristik özellikleri nispeten belirlenmiştir. Son 10 yıldır inşaat mühendisliği alanında da geçerli olduğu ispatlanmış ve yapılan testlerde, bilhassa yapıların onaran ve güçlendirilmesi için ideal olduğu ortaya konmuştur. Köprü tahliyesi, ızgara döşeme sistemleri, beton donatısı gibi başlı başına bir kontrüksiyon malzemesi olarak kullanılan FRP'ler, özellikle onarım ve güçlendirme uygulamalarında, hafifliği, uygulama kolaylığı, korozyona ve çevrenin zararlı etkilerine dayanıklı olması sebebiyle tercih edilmektedir. Yapılarda meydana gelen hasarlar incelenerek gereken güçlendirme projeleri yapılır, beton ve çeliğin kullanışlığı olmadığı yerlerde eğer uygun ise alternatif bir malzeme olarak FRP'ler kullanılabilir. FRP'leri beton ve çelikten sonra alternatif olarak düşünmemize sebep, fiyatının pahalı olmasıdır. Fakat maliyet hesaplarındaki yeni yaklaşımlar, FRP'lerin bazı yerlerde daha ucuz olduğu ortaya koymaktadır. FRP'ler onarım ve güçlendirme uygulamalarında kumaş veya fabriksayon şekilde üretilen laminatlar halinde, dıştan yapıştırmak suretiyle kullanılırlar. Bu XIXmalzemelerde dikkat edilecek en önemli husus, yüzey hazırlığının çok iyi bir şekilde yapılmasıdır. Son yıllarda özellikler Amerika'da FRP'ler ile ilgili yapılan testler, malzemelerin karakteristik özelliklerinin, avantaj ve dezavantajlarının, hesap esaslarının ve uygulamada dikkat edilmesi gereken hususların belirlenmesinde katkıda bulunmuştur. Amerika'nın dolaysıyla da dünyanın bu konu ile çalışan en büyük iki şirketinin adı ERİ (External Reinforcemet Inc.) ve NIST'tır. NIST şirketi daha ziyade bu konu ile ilgili standartlar üzerinde durmaktadır. XX

RETROFITTING AND REHABILITATION OF CONCRETE STRUCTURES BY POLYMER MATRIX COMPOSITES SUMMARY Keywords: FRP, Fiber, Polymer, Composite, Repair, Rehabilitation, Strengthening, Retrofit In this study, the importance of fiber reinforced polymer (FRPs) for structural materials, the characteristic properties, application in the engineering structures and application methods and design ways have been investigated. Composite materials have been using from the beginning of human history. FRPs are classified into fiber composites. They combined with glass, carbon, aramid and different types of polymeric based materials. The most known FRPs are epoxy matrix that reinforced with continuous high modulus and strength fibers. There is an increase amount of application of FRPs in the automotive, space, marine and aeronautics areas. In recent years a different application area has been discovered related with civil structures for earthquake damaged and externally reinforced building dams etc. In this study, 75% epoxy and 25% polyester (by weight) mixtures were impregnated into glass and carbon fibers and the externally reinforced on beam and compressive concrete samples. Three point bending and compressive strength experiments have been conducted on these samples. From the bending test results, unreinforced beam specimen showed a 27.77 MPa flexural strength. This value, in thick carbon fiber reinforced FRP beam specimen was 49.68 MPa. XXIUnreinforced beam specimen was completely damaged with 18 mm displacement and became to unable for supporting the load. This value,, in thick carbon fiber reinforced FRP beam specimen was 42 mm. The displacement of beam has risen 2.4 times by FRP application. The shear strength of unreinforced beam specimen has been calculated as 2.08 MPa. This value, in thick carbon fiber reinforced FRP beam specimen was 3.75 MPa. The beam that reinforced with thick carbon fiber has produced the highest flexural strength when compared with glass fibers and thin carbon fibers. It has been understood that, in FRP applications carbon fibers were more suitable than glass fibers. According to compressive test results; unreinforced column specimen has resisted maximum 1 12.63 kg/cm2 and then cracking became. This value, in thick glass fiber reinforced column specimen was 147.13 kg/cm2 and thick carbon fiber reinforced column specimen was 159.86 kg/cm2. It was dedected that compressive strength of column increased % 30 ratio by glass fiber and increased % 42 by carbon fiber with FRP application. Load bearing of pre-cracked and then repaired and reinforced with external fibers FRP beam specimens have been found higher that of unreinforced beam specimen. Unreinforced beam specimen has supported maximum 20 kN, this value, for repaired and reinforced by thick carbon fiber beam was 30 kN. This showed that; load bearing capacity of repaired beam specimen in proportion to unreinforced beam specimen has increased % 50 ratio with FRP application. The flexural strength of unreinforced beam was 27.77 MPa. The repaired and consequently externally reinforced with FRP sample showed 31.9 MPa flexural strength. This value was 41.6 MPa for thick carbon fiber reinforced sample. This showed that retrofitting of bearing by carbon fiber the flexural strength has increased 15-50 % when compared with unreinforced beam.The shear strength of unreinforced beam was 2.08 MPa. The repaired and consequently externally reinforced with FRP sample showed 2.39 MPa shear strength. This value was 3.13 MPa for thick carbon fiber reinforced sample. This showed that retrofitting of bearing by carbon fiber the shear strength has increased 15-50 % when compared with unreinforced beam. The displacement amount of repaired and reinforced by fibers FRP beam specimens in proportion to those of undamaged and reinforced by fibersFRP beam specimens have not shown any changes. Load bearig capasity of the point that meets maximum displacement value has observed to decrease. Taking into account all results, it has put forward that how much FRP applications are important in building engineering. Mechanical properties of FRP beam specimens which has been damaged then repaired and reinforced with fibers have been compute higher those of unreinforced beam specimen, which has verified this opinion.