Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

POLİMERLERİN BETONDA KULLANILMASI Sakarya Üniversitesi.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "POLİMERLERİN BETONDA KULLANILMASI Sakarya Üniversitesi."— Sunum transkripti:

1 POLİMERLERİN BETONDA KULLANILMASI Sakarya Üniversitesi

2 KONU BAŞLIKLARI POLİMER NEDİR? POLİMER NEDİR? POLİMERLERİN MATRİS OLARAK BETONDA KULLANILMASI POLİMERLERİN MATRİS OLARAK BETONDA KULLANILMASI POLİMERLERİN KISA LİF OLARAK BETONDA KULLANILMASI POLİMERLERİN KISA LİF OLARAK BETONDA KULLANILMASI POLİMERLERİN SÜREKLİ LİF (DONATI) OLARAK BETONDA KULLANILMASI POLİMERLERİN SÜREKLİ LİF (DONATI) OLARAK BETONDA KULLANILMASI

3 Polimer Matriksler Polimer Matriksler Polimerler hakkında genel bilgiler Polimerler hakkında genel bilgiler Normal sıcaklıkta genellikle katı halde bulunan, belirli basınç ve sıcaklıklarda mekanik olarak veya kimyasal yolla şekillendirilebilen ve kalıplanabilen organik maddeler, polimer olarak tanımlanır. Doğada var olan bu malzemelerin başlıcaları; kömür, ham petrol, su, hava ve kireçtir. Yapay olarak da elde edilebilen organik polimerik malzemeler, plastikler, elastomerler, fiberlerdir. Polimerler, yapay polimerler ve doğal polimerler olarak iki grupta toplanabilirler. Normal sıcaklıkta genellikle katı halde bulunan, belirli basınç ve sıcaklıklarda mekanik olarak veya kimyasal yolla şekillendirilebilen ve kalıplanabilen organik maddeler, polimer olarak tanımlanır. Doğada var olan bu malzemelerin başlıcaları; kömür, ham petrol, su, hava ve kireçtir. Yapay olarak da elde edilebilen organik polimerik malzemeler, plastikler, elastomerler, fiberlerdir. Polimerler, yapay polimerler ve doğal polimerler olarak iki grupta toplanabilirler. 1- Yapay Polimerler (plastikler) 1- Yapay Polimerler (plastikler) 2- Doğal Polimerler (selüloz, doğal kauçuk vb.) 2- Doğal Polimerler (selüloz, doğal kauçuk vb.) Polimerler genellikle çok sayıda tekrarlanan 'monomer' veya kısaca 'mer' denilen basit ünitelerden oluşur.Çok sayıda manasına gelen 'poli' kelimesiyle 'mer' sözcüğü birleşerek 'polimer' oluşmuştur. Polimerler genellikle çok sayıda tekrarlanan 'monomer' veya kısaca 'mer' denilen basit ünitelerden oluşur.Çok sayıda manasına gelen 'poli' kelimesiyle 'mer' sözcüğü birleşerek 'polimer' oluşmuştur.

4 Polimerler Matriksler Polimerler Matriksler Polimerlerin sınıflandırılması Polimerlerin sınıflandırılması Polimerler; kimyasal birleşimlerine göre, işleme yöntemlerine göre, kullanım alanlarına ve fiziksel özelliklerine göre farklı şekillerde sınıflaİ1dırılmaktadırlar. Polimerler; kimyasal birleşimlerine göre, işleme yöntemlerine göre, kullanım alanlarına ve fiziksel özelliklerine göre farklı şekillerde sınıflaİ1dırılmaktadırlar. Kimyasal birleşimlerine göre polimerler Kimyasal birleşimlerine göre polimerler a. Organik polimerler: Başta karbon olmak üzere, hidrojen, oksijen, azot ve halojen atomlarını içerir. Bir atomun polimer olmasını sağlayan temel etken, ana zincir üzerinde bulunan atomlar arasındaki bağ enerjisinin yeterli olmasındandır. C-C bağ enerjisi en yüksek olduğundan bir çok orijinal polimerde ana zincir karbon atomlarından oluşur. a. Organik polimerler: Başta karbon olmak üzere, hidrojen, oksijen, azot ve halojen atomlarını içerir. Bir atomun polimer olmasını sağlayan temel etken, ana zincir üzerinde bulunan atomlar arasındaki bağ enerjisinin yeterli olmasındandır. C-C bağ enerjisi en yüksek olduğundan bir çok orijinal polimerde ana zincir karbon atomlarından oluşur.

5 b. İnorganik polimerler: İnorganik polimerde, ana zincirde karbon yerine silisyum, germanyum, bor, fosfor elementleri bulunur. Ana zincir üzerinde bulunan elementlerin bağ enerjileri, organik polimerde bulunan elementlerin bağ enerjilerinden, daha yüksektir. Bu nedenle organik polimerler daha yüksek ısıl ve mekanik dayanıklılığa sahiptirler. Yapılarına göre polimerler a. Homopolimerler b. Kopolimerler c. Terpolimerler olmak üzere üçe ayrılırlar. Homopolimerler, bir monomerin tekrarlanması ile elde edilirken, kopolimerler iki değişik monomerin polimerizasyonu ile elde edilir.

6 Üç farklı cins monomerden oluşanlara terpolimer denir. Örneğin; polietilen bir homopolimer ve ABS (Akrionitril - Butadien - Stiren) bir terpolimerdir. Kullanım alanlarına göre polimerler a. Plastikler b. Fiberler c. Kaplamalar d. Yapıştırıcılar olmak üzere dörde ayrılmaktadır. Fiziksel durumlarına göre polimerler a. Amorf b. Kristalin c. Kısmikkristalin olmak üzere üçe ayrılırlar. Yapılarına göre polimerler Polimerler işleme yöntemlerine göre; termoplastikler ve termosetler olmak üzere ikiye ayrılır:

7 POLİMERLERİN AVANTAJLARI Çok sayıda ve düşük maliyetle üretime uygundurlar. Çok sayıda ve düşük maliyetle üretime uygundurlar. Firesizdirler, kalıplama sonunda artan parçalar tekrar kullanılabilir. Firesizdirler, kalıplama sonunda artan parçalar tekrar kullanılabilir. Düşük sıcaklıklarda dayanımları iyidir. Düşük sıcaklıklarda dayanımları iyidir.

8 POLİMERLERİN AVANTAJLARI Üstün korozyon direncine sahiptirler. Üstün korozyon direncine sahiptirler. Hafiftirler. Hafiftirler. Esnek olmaları kullanım alanlarını artırmaktadır. Esnek olmaları kullanım alanlarını artırmaktadır. Renk verilebilmeleri kullanım alanlarını genişletmektedir. Renk verilebilmeleri kullanım alanlarını genişletmektedir.

9 POLİMERLERİN DEZAVANTAJLARI Düşük elastik modülleri. Düşük elastik modülleri. Düşük termal dayanıklılıkları. Düşük termal dayanıklılıkları. UV ışınlarına dayanıksız. UV ışınlarına dayanıksız. Düşük sertlik derecesine sahiptir. Düşük sertlik derecesine sahiptir. Plastikler çoğunlukla 80°C üzerinde yumuşarlar, bu sınırın üstünde kullanılmaya elverişli değildirler. Plastikler çoğunlukla 80°C üzerinde yumuşarlar, bu sınırın üstünde kullanılmaya elverişli değildirler.

10 POLİMERLERİN MATRİS OLARAK BETONDA KULLANILMASI Çimento esaslı bağlayıcıların, bütününün veya bir kısmının polimerle yer değiştirmesiyle ve çimento hidrate bağlayıcının polimerle güçlendirilmesiyle elde edilen malzemeye beton-polimer kompozitleri denir. Bunlar üretim teknolojisine göre üç gruba ayrılır.

11 1.Polimerle geliştirilmiş harç ve beton 2.Polimer betonu 3.Polimer emdirilmiş beton

12 Polimerle Geliştirilmiş Harç ve Beton Polimerlerle geliştirilmiş harç ve beton, üretimi sırasında lateks veya emülsiyon dağılımı şeklindeki polimerlerin, normal çimento harç ve betonuna karışım sırasında ilave edilmesiyle oluşturulan malzemeye polimerle geliştirilmiş harç ve beton denir. Polimerler agreganın çevresinde bir film tabakası oluşturur. İşlem teknolojileri, normal harç ve betona çok benzemektedir.

13 Polimerle Geliştirilmiş Harç ve Beton Taralı alanlar agregaları, koyu siyah çizgiler polimerle doldurulmuş kılcal boşlukları, noktalı alan çimento jel fazını, beyaz bırakılan sürekli alan polimer fazını göstermektedir.

14 Polimerle Geliştirilmiş Harç ve Beton Polimerle geliştirilmiş harç ve betonun üretiminde polimer miktarı çimento ağırlığının %5-20’si olarak kullanılır. (P/C, Polimer ağırlığı/Çimento ağırlığı= %5-20). Bu betonların W/C=0,3-0,6 arasında işlenebilirliğe göre değişmektedir. Agreganın hacimsel oranı, normal betonlardan biraz düşük, yaklaşık %55-65 civarındadır. Ayrıca hava içeriğinin %6’dan az olması istenir.

15 Polimerle Geliştirilmiş Harç ve Beton Polimerle geliştirilmiş harç ve beton genellikle bitirme ve tamir işleri için kullanılırlar. Bu betonların çekme dayanımları 10 MPa’ı aşmaktadır. Basınç dayanımları ise 100 MPa’ı aşmaktadır. Amerika’da her yıl m 3 polimerle geliştirilmiş beton kullanılmaktadır.

16 POLİMER BETONU Normal betondaki çimento matrisinin polimer bir matris ile yer değiştirilerek üretilen betonlara polimer beton denilmektedir.

17 POLİMER BETONU Agregaları çeviren matris polimerlerdir. Çimento yoktur.

18 Polimer betonunda kullanılan matris malzemesi genellikle termoset olan epoksi reçineleridir. Epoksi reçinelerinin yanı sıra asfaltlar ve vinil monomerlerde kullanılmaktadır. Bu reçineler yüksek donma-erime direnci ve yüksek su geçirimsizliği sağlar. Epoksilerin genellikle çekme dayanımları 70 MPa kopmadaki uzama oranı 0.05, E modülü ise MPa’dır. Polimer betonların da su ve çimento yerine bağlayıcı olarak reçine ve işlenebilirlik sağlaması amacıyla da kalsit, quartz, silis dumanı ve uçucu kül gibi mineral katkılar kullanılır.

19 Genellikle, birtakım kuvvetli karıştırıcılar kullanılarak karıştırılan polimer harç betonu, geleneksel çimento harcı ve betona benzer yöntemlerle kalıplara konularak şekillendirilir. Polimer harç ve betonun yerinde döküm uygulamalarında, sıvı reçine paketlenmiş agregaların içine de dökülerek prepak beton şeklinde de üretilebilir.

20 Polimerli harç ve betonun üretiminde polimer miktarı toplam ağırlığın %9-%25’i olarak kullanılır. Bu betonların agreganın hacimsel oranı harçlar için, %75- %80 civarındadır. Bu oran beton için, %80-%90 civarındadır. Agreganın fazla miktarda kullanılması nedeniyle betonun özellikleri ilk olarak agregaların özelliklerine ikinci olarak polimer bağlayıcının özelliklerine bağlıdır.

21 Polimerli Betonların Özellikleri Basınç mukavemeti: MPa Basınç mukavemeti: MPa Eğilmede çekme mukavemeti: 8-35 MPa Eğilmede çekme mukavemeti: 8-35 MPa Elastisite modülü: ~ MPa Elastisite modülü: ~ MPa Dona ve asitlere dayanıklılık: iyi Dona ve asitlere dayanıklılık: iyi Suya ve çözücülere karşı düşük geçirgenlik Suya ve çözücülere karşı düşük geçirgenlik -18 °C’den 40 °C’ye kadar çevre şartlarında hızlı kür -18 °C’den 40 °C’ye kadar çevre şartlarında hızlı kür Düşük rötre Düşük rötre

22 Polimer Betonun Dezavantajları Sıcaklık etkisi altında basınç ve eğilime direnci düşmektedir (%15-%50). Sıcaklık etkisi altında basınç ve eğilime direnci düşmektedir (%15-%50). Epoksi reçinelerinin çok pahalı olması nedeniyle ekonomik değildir. Fiyatı normal beton fiyatının 5 ila 10 katı arasında değişmektedir. Epoksi reçinelerinin çok pahalı olması nedeniyle ekonomik değildir. Fiyatı normal beton fiyatının 5 ila 10 katı arasında değişmektedir. Polimer betonları için bir beton karışım hesap yöntemi yoktur. Yalnızca özel araştırmalarda reçine ve agregalar için formüller kullanılır. Polimer betonları için bir beton karışım hesap yöntemi yoktur. Yalnızca özel araştırmalarda reçine ve agregalar için formüller kullanılır.

23 EPOKSİ REÇİNELERİ Epoksi reçineleri yapıştırma özellikleri çok iyi olan sentetik reçinelerdir. Bunların çekme gerilmeleri kg/cm 2 arasında değişir. Kopma birim uzamaları % arasında olabilmektedir. Suya, aside ve alkaliye dirençleri çok iyidir. Zamanla özellikleri yitirmezler. Çatlağa doldurulmuş epoksi yapıştırıcısı, çatlağın meydana getirdiği süreksizlik ortamını sürekli duruma dönüştürür. Çatlağın her iki yüzünü çatlak boyunca sürekli olarak birbirlerine bağlayarak gerilme birikimlerini önler.

24 Sentetik reçineler kimyasal moleküler yapışma sağlarlar. Kimyasal moleküler yapışma, yüzeylerin pürüzlülüğü ile artar. Çünkü kuvvet aktarmada daha büyük bir alan çalışmaktadır. Genellikle ince bir tabakalı yapıştırıcı madde, daha güçlü yapışma sağlamaktadır. Epoksi reçinelerine polisülfit eklenmesi ile daha elastik bir yapıştırıcı oluşmaktadır. Polisülfitli epoksi reçinelerinin çekme dayanımları 200 kg/cm 2 'ye kadar çıkabilmektedir. Epoksi reçinelerinin yüksek ısılara dayanım gücü azdır. Sentetik reçineler kimyasal moleküler yapışma sağlarlar. Kimyasal moleküler yapışma, yüzeylerin pürüzlülüğü ile artar. Çünkü kuvvet aktarmada daha büyük bir alan çalışmaktadır. Genellikle ince bir tabakalı yapıştırıcı madde, daha güçlü yapışma sağlamaktadır. Epoksi reçinelerine polisülfit eklenmesi ile daha elastik bir yapıştırıcı oluşmaktadır. Polisülfitli epoksi reçinelerinin çekme dayanımları 200 kg/cm 2 'ye kadar çıkabilmektedir. Epoksi reçinelerinin yüksek ısılara dayanım gücü azdır.

25 EPOKSİ

26 POLİMER EMDİRİLMİŞ BETON Önceden dökülmüş ve sertleşmiş betonlara polimer emdirilmesi ile oluşan malzemeye polimer emdirilmiş beton denilmektedir.

27 Polimer Emdirilmiş Beton Tüm kılcal boşluklarla birlikte jel boşluklarının bir kısmı polimerle dolmuştur. Tüm kılcal boşluklarla birlikte jel boşluklarının bir kısmı polimerle dolmuştur.

28 Betonun en ince kılcal boşluklarına kadar nüfuz eden polimer buralarda polimerize olmaktadır ve geçirimsiz, çok yüksek dayanımlı betonlar elde edilmektedir. Polimerler beton içerisine atmosferik basınç ile nüfuz ederek beton boşluklarının %85’inin dolmasını sağlar. Emdirme işleminin başarısı polimerin viskozitesin düşük olmasına bağlıdır.

29 Betona daha üstün nitelikler kazandırmak amacı ile polimer emdirilmiş betonlar üretildiğinde sıcaklığın yükselmesi durumunda bunların betonla aderansının bozulduğu gözlenmiştir. Betona daha üstün nitelikler kazandırmak amacı ile polimer emdirilmiş betonlar üretildiğinde sıcaklığın yükselmesi durumunda bunların betonla aderansının bozulduğu gözlenmiştir. Üretim teknolojileri oldukça karmaşıktır. Üretim sırasında büyük miktarda enerji tüketilir ve bu nedenle üretim fiyatları çok yüksektir. (Amerika’da m 2 ’si 51 Dolar) Üretim teknolojileri oldukça karmaşıktır. Üretim sırasında büyük miktarda enerji tüketilir ve bu nedenle üretim fiyatları çok yüksektir. (Amerika’da m 2 ’si 51 Dolar) Performansları hemen hemen polimer betonuna benzemesine rağmen, fiyatları ve performansları arasındaki denge zayıftır. Performansları hemen hemen polimer betonuna benzemesine rağmen, fiyatları ve performansları arasındaki denge zayıftır. Polimer emme derinliği için bilinen ölçme metotları güvenilir değildir. Kalite kontrolü zordur. Polimer emme derinliği için bilinen ölçme metotları güvenilir değildir. Kalite kontrolü zordur. Bu nedenle fazla kullanılmamaktadır. Bu nedenle fazla kullanılmamaktadır.

30 POLİMERLERİN KISA LİF OLARAK BETONDA KULLANILMASI Eski yapılarda yapılan araştırmalar neticesinde, dış sıvalarda, şap ve beton plakalarda kullanılan harçlarda, asırlar boyunca çatlamaya karşı hayvan kılları ve saman kullanıldığı tespit edilmiştir. Bu fikrin ışığı altında, bugünkü teknolojik imkanlar kullanılarak beton içerisinde kullanılacak yeni ürünler üretilmiştir. Bu ürünlerden biride polimerden üretilmiş olan polipropilen liflerdir.

31 Polimerden üretilmiş olan polipropilen lifler

32 POLİPROPİLEN LİFLERİN TEKNİK ÖZELLİKLERİ Çekme gerilmesi: Mpa Elastisite Modülü: Mpa Akmadaki deformasyonu: % Kopmadaki deformasyonu: % Polipropilen lifler ısıya karşı oldukça hassastır. Sıcaklığın 70 °C den 135 °C ye çıkmasıyla yukarıdaki değerlerde % 50‘lik bir düşüş olmaktadır.

33 Polipropilen Liflerin Avantajları Betona üç boyutlu dağılarak üç boyutlu donatı görevini yapar. Betona üç boyutlu dağılarak üç boyutlu donatı görevini yapar. Secondary (ikincil) donatı görevi yapar. Secondary (ikincil) donatı görevi yapar. Betonda eşit olarak dağıldığından bütün alanı kaplayan donatı görevini yapar. Betonda eşit olarak dağıldığından bütün alanı kaplayan donatı görevini yapar. Rötre ve sünmeden meydana gelen çatlakları azaltır. Rötre ve sünmeden meydana gelen çatlakları azaltır. Taze betonun su tutması kapasitesini artırır. Taze betonun su tutması kapasitesini artırır. Betonun su geçirimsizliğini artırır. Betonun su geçirimsizliğini artırır.

34 Kırılma tokluğunu artırır. Kırılma tokluğunu artırır. Demir gibi paslanmaz. Demir gibi paslanmaz. Elektrik akımını geçirmez ve manyetik değildir. Elektrik akımını geçirmez ve manyetik değildir. Stabil bir yapı ve sonsuz ömre sahiptir. Stabil bir yapı ve sonsuz ömre sahiptir. Kullanımı gayet basit olup her m³ betona 1 kg katılarak bir süre karıştırmak yeterlidir. Kullanımı gayet basit olup her m³ betona 1 kg katılarak bir süre karıştırmak yeterlidir. Bu oran harçlarda 2-10 kg arasında değişmektedir. Bu oran harçlarda 2-10 kg arasında değişmektedir.

35 Yapılan deneysel çalışmalarda polipropilenli ve polipropilensiz betonlarda elde edilen sonuçlar aşağıda görülmektedir.

36

37 POLİMERLERİN SÜREKLİ LİF (DONATI) OLARAK BETONDA KULLANILMASI Günümüzde betonarme veya öngerilmeli beton yapı elemanlarında çelik donatı, ön germe çubuğu veya kablo yerine liflerle güçlendirilmiş polimer çubuklar veya kablolar kullanılmaktadır. Onarım ve güçlendirme işlerinde yararlanılan karbon lifli polimer ince levhalar ve sargılar ülkemizde tanınmaktadır. Ancak farklı bir teknoloji ürünü olan ve farklı amaçlara hizmet eden lif takviyeli polimer donatılar veya kablolar henüz inşaat endüstrimize girmemiştir. Bu kapsamda, bu malzemelerin mekanik ve fiziksel özellikleri, sorunları, proje tasarımları ve uygulama alanları incelenmiştir.

38 Betonarme yapılarda çelik donatı korozyonu önemli bir sorundur. Çelik yerine paslanmayan bir malzeme kullanmak daima aranmış ve tartışılmıştır. Korozyon amacı ve uyum sorunu yeni bir donatı malzemesinin araştırılması gereğini zorunlu kılmıştır.

39 POLİMERLERİN SÜREKLİ LİF (DONATI) OLARAK BETONDA KULLANILMASI Polimer matris kullanılarak cam, aramid ve karbon takviyeli kompozitler üretilmişdir. Bu kompozit malzemeler, GFRP (Cam takviyeli polimerler), AFRP (Aramid takviyeli polimerler) ve CFRP (Karbon takviyeli polimerler) kısaltmaları ile anılmaktadır.

40 Bu kompozitlerden, cam takviyeli polimerler diğerlerine oranla ucuzdurlar. Ancak adi kireç- soda camları alkaliler tarafından hasara uğradıklarındanbetoniçinde kullanılmamaktadır.

41 Aramid liflerin dayanımları ve E modülleri cam liflere oranla yüksektir. Basınç altında sünek bir davranış gösterirler ve FRP’lerin önemli bir sakıncası olan sünme kırılması yüzünden nispeten olumludurlar. Aramid liflerin donatı olarak kullanımı, çok sünek olmaları ve matris malzemesinin de sünek oluşu nedeniyle sünek lif sünek matrisli bir kompozit malzeme meydana getirmesi nedeniyle, betonarme için istenmeyecek kadar deformasyon yapmasına sebep olur. Bu duruma dayanamayacak betonda büyük çatlaklar oluşur ve sehim giderek artar Sıcaklığın 100 °C den 300 °C ye çıkmasıyla E modülünde hızlı bir düşüş ve boyda kısalma meydana gelir. Ayrıca aramid lifler çok pahalıdır.

42 Karbon liflerinin (CFRP) esası grafittir. Ancak uygulanan piroliz yöntemiyle grafit, tabakaları arasındaki zayıf bağlarından arındırılır. Bu nedenle çekme dayanımı en yüksek olan karbon takviyeli polimerlerdir. Bu kompozit malzeme, bu üstün özelliklerinden dolayı betonarmede donatı çeliği yerine kullanılması yönünde çalışmalar yapılmaktadır.

43 Karbon Lifler

44 CFRP ile üretilmiş bir çubukların en kesitleri

45 Donatı çubuğu olarak üretilmiş CFRP tipleri

46

47 FRP liflerin gerilme-şekil değiştirme grafikleri

48 1. Lifler çekme dayanımlarına göre büyükten küçüğe doğru CFRP, AFRP, GFRP olarak sıralanmaktadır. 2. Liflerin çekme dayanımları çeliğinkinden yüksektir, 3. Elastisite modülleri çeliğinkine oranla çok düşüktür, 4. Kopmaya kadar ki davranışlar tamamen elastik lineerdir, 5. Termik genleşme katsayıları beton ve çeliğinkinden çok farklıdır,3 ve 4. bulgular özellikle betonarme ve öngerilmeli beton tasarımlarında önemli sakıncalar doğurmakta ve özel önlemler almayı gerektirmektedir.

49 FRP Çubukları’nın mekanik özellikleri şu şekildedir; 1. FRP çubukları anizotroptur, sadece boyuna eksen yönünde taşıyıcı nitelikleri vardır, 2. Mekanik özellikler her tür ve üretim prosesi için farklı değerler alır. 3. Lif ve reçine türü, hacmi, yönlenme, boyut ve kalite kontrolü nitelikleri belirler. 4. Yükleme şekli, süresi, sıcaklık, nem özellikleri etkiler. 5. Termik genleşme katsayıları betonunkinden çok farklıdır.

50 6. Çekme dayanımı çapa bağlıdır. Nedeni reçine kalınlığıdır. 7. Gerilme-şekil değiştirme bağıntısı kopmaya kadar lineer elastiktir. Yukarıda özetlenen nitelikler yapı elemanı tasarım tekniği ve uygulaması açısından önem taşırlar ve FRP kullanımında özellikle dikkate alınması gereken farklılıkların kaynağıdırlar. Çekme dayanımı büyük çaplı çubuklarda düşüktür; matriks polimerinin kalın olması sonucu ortam gerilmesi liflere tam aktarılamaz. Örneğin 3 mm çaplı CFRP gergisi çekme dayanımı 2070 MPa iken, 4 mm çaplıda dayanım 1862 MPa olmaktadır. Betonarme hesabında bulunan donatı kesit alanında bu husus dikkate alınmalıdır.

51 Gerilme-şekil değiştirme bağıntısının kopmaya kadar lineer elastik kalması sonucu yapı elemanında göçmeye yakın bölgede sünek davranış olmaz, göçme ani ve gevrektir. Bu bakımdan servis gerilmesi dayanımdan çok aşağıda tutulmalıdır. E modülünün düşük olması malzemenin yüksek dayanımından yararlanmayı kısıtlar; çünkü daha yüksek gerilmelerde yapı elemanının çalıştırmak için daha yüksek deformasyonlar yaptırmak gerekir. Bu duruma dayanamayacak betonda büyük çatlaklar oluşur ve sehim giderek artar.

52 Kesme kuvveti sonucu hasar görmüş kiriş

53 FRP çubukların basınç dayanımları düşüktür. Narin yapıları nedeniyle basınç deneyi yapmak çok zordur ve sonuçlar güvenilir değildir. Ama bu düşüklük yapı elemanında fazla sorun yaratmaz. Kayma (kesme) dayanımları ise çok düşüktür. Bu durum çekme deney numunelerinin tespit çenelerinde, art germe toronlarının tespit ve germe parçalarında özel önlemler alınmasını gerektirir. Ayrıca kapalı etriye yapımında da köşelerin öncelikle kopma olasılığı yüksektir.

54 Etriye kıvrımlarında eğme sonucu oluşan ön hasarın servis sırasında sebep olduğu kopmalar

55 BETONARME HESAP NASIL YAPILIR? Her FRP üretim tekniğinin farklı niteliklere yol açması, genel bir standart ve hesap esasları oluşturmayı önler. Tasarımlarda izlenecek ana prensip temel yapı statiği ve mukavemet prensipleri esas alınmalıdır.

56 Bu malzemeler için ve bunlarla üretilecek betonarme ve öngerilmeli betonlar için henüz standartlar geliştirilememiştir. Çelik donatılı beton taşıyıcı elemanlarının klasik boyutlandırma esaslarında bazı düzeltmeler yapılarak problem çözülmeye çalışılmaktadır. Ancak her FRP üretiminin kendine özgü nitelikler göstermesi genel bir standart hazırlamaya olanak vermemektedir. Projeyi hazırlayan mühendis üretici firma ile temasa geçmek ve kullanacağı FRP’ nin niteliklerini ve kalite kontrol düzenini soruşturup incelemek zorundadır.

57 FRP çubuklarındaki önemli sorunlardan biri aderans problemidir. Çubukların yüzeyleri kumlanarak, nervürlü yapılarak aderansları arttırılmaya çalışılır. Çubuğun yüzeyine polimer kökenli bir helis sarılarak da sürtünme kapasitesi yükseltilmektedir.

58 Donatı çubuğu olarak üretilmiş CFRP tipleri

59 FRP çubuklu uygulamalarda yüksek dayanımlı beton (≥70 MPa) kullanılması tavsiye edilmektedir. Bir araştırmada yüksek mukavemetli betonla üretilen kirişlerde aynı pursantaja sahip çelik ve CFRP donatılar kullanılmış, CFRP donatılı kirişin göçme momenti diğerinkinden % 70 yüksek olmuştur. CFRP çubuk kumla pürüzlendirilmiş, çatlaklar ince ve sık meydana gelmiş, çatlakların beton basınç bölgesine ilerlemeleri yavaş gelişmiştir. FRP donatı çapları büyük seçildiğinde göçme, kayma şeklinde meydana gelmiştir. Kayma donatıları olan etriyelerin FRP çubukları yerine çelikten yapılmaları tercih edilmektedir. FRP etriyelerinin zayıf olması nedeniyle FRP’ler genellikle hasır donatı şeklinde kullanılmaktadır.

60 Wherever the composite rebars were used in conjunction with a concrete matrix, the mix composition per cubic meter of the concrete was 372 kg of ordinary Portland cement (OPC), 542 kg of sharp sand, 1333 kg of 10 mm aggregate and 160 l of water. This gives a cube compressive strength at 28 days of 40 MPa. A concrete mixer with a maximum capacity of 0.1 m3 was used for mixing. The mixing sequence was as follows, first the coarse and the fine aggregates and two-thirds of the water were loaded into the mixer and mixed for 1 min to allow for the absorption of the water. Then the cement and the remaining water were added and the concrete was mixed for a further 5 min prior to casting.

61 Surface of rebar shows failure of glass fibres along the de-bonded length of the composite rebar bar after pull-out test at 120 o C.

62 Boyuna donatıları CFRP, enine donatıları çelikten yapılmış kiriş kesitleri

63 Tünel gabarisinin FRP hasır donatılarla şotkrit için hazırlanması

64 Boyuna donatıları CFRP, enine donatıları çelikten yapılmış kiriş resimleri

65 Polymer concrete beam reinforced with glass fiber pultruded rod.

66 Karbon takviyeli polimer malzemenin en büyük zaafı matris malzemesi olarak kullanılan polimerlerin sıcağa karşı hassas olmasıdır. Sıcağa karşı betonarmede kullanılan çelikten daha hassas olan bu malzemenin ısıdan korunması çelikte olduğu gibi pas payı sayesinde olmaktadır. Karbon fiber ile üretilmiş polimerlerin betonarmede kullanılması sırasında pas payının arttırılması gerekmektedir.

67 Çeliğin betonda donatı olarak kullanılması durumunda pas payı tabakasının sıcaklık ve zaman ile değişimi

68 GFRP’nin betonda donatı olarak kullanılması durumunda pas payı tabakasının sıcaklık ve zaman ile değişimi

69 CFRP’nin betonda donatı olarak kullanılması durumunda pas payı tabakasının sıcaklık ve zaman ile değişimi

70 CFRP’nin betonda donatı olarak kullanılması durumunda agrega tipinin pas payı derinliği ile sıcaklık dayanıklılığı değişimi (250 °C)

71 SONUÇ VE DEĞERLENDİRME Cam, karbon ve aramid liflerle güçlendirilmiş plastik (FRP) çubuk ve kablolar, betonarme ve öngerilmeli beton inşaatlarında kullanılmaya başlanmıştır. Bunlar hafiflikleri, paslanmaya ve her türlü kimyasal etkilere dayanıklılıkları, çok yüksek çekme dayanımları, düşük elektro-manyetik permeabiliteleri, enerji absorplama yetenekleri ve darbe–yorulmaya dayanımları bakımından tercih edilmektedir. Fiyatları yüksektir; bu nedenle büyük üretim olanakları ve yeni inşaat teknikleri üzerinde araştırmalar sürdürülmektedir.

72 Gerilme-deformasyon davranışlarının kırılmaya kadar lineer-elastik oluşu ve elastisite modüllerinin düşüklüğü bunlarla üretilen betonarme ve öngerilmeli beton kirişlerin gevrek kırılmalarına ve aşırı çatlama ve sehim yapmalarına sebep olmaktadır. Kayma dayanımlarının düşüklüğü ve anizotropik karakterleri her türlü donatı olarak kullanılmalarını kısıtlamaktadır. Bu negatif özelliklerden kaçınmak için genellikle kopma dayanımlarının oldukça altında yüklenmekte böylece yüksek çekme dayanımlarından tam olarak yararlanılamamaktadır.

73 Bu malzemeler için ve bunlarla üretilecek betonarme ve öngerilmeli betonlar için henüz standartlar geliştirilememiştir. Çelik donatılı beton taşıyıcı elemanlarının klasik boyutlandırma esaslarında bazı düzeltmeler yapılarak problem çözülmeye çalışılmaktadır. Ancak her FRP üretiminin kendine özgü nitelikler göstermesi genel bir standart hazırlamaya olanak vermemektedir. Projeyi hazırlayan mühendis üretici firma ile temasa geçmek ve kullanacağı FRP’ nin niteliklerini ve kalite kontrol düzenini soruşturup incelemek zorundadır.

74 Bütün bu sakıncalara ve çözümsüzlüklere karşın FRP çubuk Avrupa’da, Japonya’da, Kanada’da, USA’da pek çok köprüde ve beton deniz yapılarında başarı ile kullanılmıştır. Yurdumuzda ise henüz tanınmamaktadır ve bu malzemenin ülkemizde endüstriyel üretimini besleyecek ve zorunlu kılacak alanlar gelişmedikçe tanınması ve uygulanması olasılığı da düşük gözükmektedir.


"POLİMERLERİN BETONDA KULLANILMASI Sakarya Üniversitesi." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları