Fiber güçlendirilmiş polimer (FRP), son 20 yılda inşaat mühendisliğinde geliştirilen yeni bir yapısal takviye malzemesidir. Karbon elyaf, cam elyaf, aramid elyaf, bazalt elyaf ve bir reçine matrisi ile karıştırılmış diğer yüksek performanslı elyaflardan oluşur ve belirli bir işleme teknolojisi tarafından kompozit edilir. Yüksek mukavemet, yüksek dayanıklılık ve güçlü tasarlanabilirliğe sahip yeni bir yapısal takviye malzemesidir.

1950 ve 1960'lardan beri FRP'nin sivil binalarda kullanılması denenmiştir. 1960'lardan bu yana, Japonya, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'daki gelişmiş bölgelerde ilgili üniversiteler, araştırma enstitüleri ve malzeme üreticileri mühendislik yapılarını güçlendirmek için FRP malzemelerini kullandı. Araştırma ve uygulama başladı ve bazı etkili sonuçlar elde edildi. Ülkemin inşaat mühendisliğinde FRP malzemelerinin araştırılması ve geliştirilmesi 1990'ların ortalarında başladı. Çin Metalurji İnşaat Araştırma ve Araştırma Enstitüsü ve diğer birimler malzeme teknolojisine uygulanan FRP üzerinde araştırma yaptılar ve FRP takviye teknolojisi ve tasarım teorisinde bazı yenilikçi araştırma sonuçları elde ettiler.

Bu makalede mühendislikte beton yapıların takviylenmesi ve onarımı için FRP'nin inşaat teknolojisi sistematik olarak tanıtılır. Dış macun takviyleme yöntemi, gömülü takviyleme yöntemi, önceden gerilmiş takviyleme yöntemi, ızgara / ızgara takviyleme yöntemi ve sınırlama takviyleme yöntemi analiz edilir. Son olarak, FRP takviye uygulama teknolojisinin mevcut gelişimi özetleniyor.

Beton yapıların FRP onarımı ve takviyesi

FRP demirbeton malzemeleri esasen FRP levhaları, ızgara / ızgara malzemeleri ve FRP çubukları kullanır. Takviye pozisyonuna göre dış takviye ve iç takviye bölünebilen çeşitli takviye yöntemleri vardır. Dış takviye esas olarak dış macun takviyesi ve sıkıştırma takviyesini içerir ve iç takviye gömülü takviye ve ızgara / ızgara takviyesini içerir. Farklı malzeme tedavilerine göre, önceden gerilmiş takviye ve önceden gerilmemiş takviye yöntemlerine bölünür. Takviye rolüne göre, bükme takviye yöntemi, sıkıştırma takviye yöntemi, kesme takviye yöntemi ve sismik takviye yöntemine bölünür. Her iki durumda da, tasarım ve inşaat için güçlendirilmiş yapının takviye gereksinimlerini karşılayabilmesi ve lif kompozit malzemelerin performansına tam oynaması gerekir. Aşağıda birkaç ana yöntem sunulmaktadır.

Dış takviye

Dış macun takviye yöntemi, özellikle dış lif kompozit malzeme yöntemi olarak da adlandırılan lif takviyeli kompozit malzemeleri (özellikle lif kumaş levhaları ve lif tahtaları) yapıştırarak beton yapısını onarmak ve güçlendirmektir. Esasen karbon elyaf, cam elyaf ve diğer kompozit malzemelerden oluşur ve takviye amacına ulaşmak için bölümün bükülmesi, kesmesi ve beton basınç mukavemetini iyileştirmek için bileşenin ana kuvvet taşıyan parçalarına yapısal yapıştırıcı kullanır.

Dış macun güçlendirme yönteminde kullanılan malzemeler hafif, yüksek mukavemet, yapıda basit ve hızlıdır ve çeşitli şekillerde yapılar için yapıştırılabilir ve güçlendirilebilir (eğri veya dönülmüş yapıştırılabilir). Yetersiz takviye nedeniyle bükme ve gerilim üyelerinin, özellikle basitçe desteklenen kirişler ve levhaların ve engellersiz sürekli kirişler ve levhaların takviyesi için uygundur. Uygulamada, uzun bir tasarım ömrü olan yeni inşa edilen projeler için, dış bağlı lif kompozit malzeme yöntemi güvenilir korozyon önlemleri ve ek demirleme önlemleri ile güçlendirilmelidir; çerçeve yapısı takviyesi için güvenilir demirleme ve düğüm inşaat önlemleri kabul edilmelidir.

Gömülü takviye yöntemi

Gömülü takviye yöntemi esas olarak FRP kaburgaları ve şerit şeklinde FRP plakaları kullanır, takviyelendirilecek üyelerin yüzeyinde (beton koruyucu katmanında) yuvalar yapır ve onları FRP kaburgaları veya şerit şeklinde FRP plakaları ile doldurur. Yapışkan, FRP ve bileşenin kesim ve bükme direnci amacını elde etmek için bileşeni sıkıca birleştirmek için kullanılır.

Gömülü takviye yöntemi, daha az inşaat ön işleme iş yükü ve kısa kurulum süresiyle karakterize edilir. FRP malzemesi, korozyon, aşınma ve çarpışma gibi olumsuz etkilerden kaçınmak için betona gömülü olarak korunur. Özellikle köprü güvertelerinin ve sürekli kirişlerin olumsuz moment alanının güçlendirilmesi için uygundur. Dış yapıştırma yöntemiyle inşa edilmesi zor olan yüksek sıcaklık ve yüksek nem takviye projelerinde kullanılabilir. Kurulum sırasında bitişik bileşenlerle demirlemek uygundur. FRP dış bağlama yöntemiyle karşılaştırıldığında, bu yöntemin avantajı, yöntemin ve betonun bağlama yüzeyi alanının artmasıdır, bu da FRP'nin kullanım oranını ve takviye verimliliğini artırır. Beton bileşenlerin yüzey işleme iş yükü azalır, iş verimliliği artar ve ilgili bileşenlerle demirlenmek uygundur. Gömülme yöntemi epoksi reçinenin yerini çimento bazlı yapıştırıcı ile alabilir, bu nedenle yüksek sıcaklık ve yüksek nem demirli beton projelerinde kullanılabilir. Bir üyenin olumsuz moment alanını güçlendirmek için kullanıldığında, diğer güçlendirme yöntemlerine kıyasla avantajlara sahiptir.

• Önceden gerilmiş takviye yöntemi

Ön gerilmiş takviye yöntemi, tasarım takviyesi için önceden gerilmiş lif kumaş, önceden gerilmiş lif levha ve önceden gerilmiş lif takviyesi kullanır. Ön gerilmemiş takviye teknolojisi bileşenin sertliğini büyük ölçüde artırmadığından, bileşenin deformasyonu ve çatlakların genişlemesini etkili bir şekilde bastıramaz. Fiber kompozit malzemelerin yüksek mukavemetli avantajlarını tam olarak kullanmak için, referans olarak önceden gerilmiş beton yapı teknolojisinin temel ilkesi kullanıldı ve önceden gerilmiş takviye teknolojisi önerildi. Şu anda, daha olgun teknoloji, beton yapıları güçlendirmek için önceden gerilmiş karbon fiber levha teknolojisidir. Mühendislik uygulamalarında uygulanan sistematik tasarım ve inşaat yöntemleri vardır. Ayrıca, önceden gerilmiş karbon fiber levha takviyesi de uygulanmıştır.

Önceden gerilmiş takviye, lif takviyeli malzemelerin yüksek mukavemetli avantajlarına tam bir oyun verebilir. Örnek olarak önceden gerilmiş karbon fiber kumaş takviyesini alırsak, önceden gerilmiş karbon fiber kumaş takviyesi teknolojisi, sıradan karbon fiber kumaş takviyesi yöntemlerine kıyasla aşağıdaki avantajlara sahiptir. Karbon fiber kumaşın hafif ağırlığı ve yüksek mukavemet özellikleri tam olarak kullanılabilir ve bileşenin çatlama yükü ve verim yükü arttırılabilir. Karbon fiber kumaşın stres histerezi sorununu hafifletebilir ve çelik çubuk stresinin büyümesini sınırlayabilir. Bileşenlerin çatlamasını etkili bir şekilde geciktirebilir, çatların oluşumunu ve gelişimini sınırlayabilir, çatların genişliğini ve sapmasını azaltabilir ve yapının çalışma performansını önemli ölçüde iyileştirebilir.

• Izgara / ızgara takviyesi

Izgara güçlendirme yöntemi, karbon lif, cam lif veya poliamid lif gibi yüksek performanslı sürekli lifleri, genel bir ızgara oluşturmak için iyi korozyon direncine sahip bir reçineye imprene etmektir. Beton üyesinin yüzeyini çapa cıvatalarıyla sabitleme yöntemi ve daha sonra orijinal betonla bir bütün oluşturmak için polimer çimento harcını püskürtmek, böylece yapının taşıma kapasitesini ve dayanıklılığını iyileştirmektir.

Örgü takviye yöntemi, örgü takviyesinin, yapının entegre çalışmasını etkili bir şekilde sağlayabilen örgü takviyesinin kesişmesinin mekanik demirleme etkisi yoluyla betonla koordinasyonda çalışmasını sağlar. Fiber ağ malzemesi hafif ve incedir ve ağın kesişi aynı düzlemde, bu nedenle kesisi çelik çubuğundan daha incedir. Taşıma için uygundur, vinçlere ihtiyaç duymaz ve inşaat sahaları tarafından sınırlı değildir. Paslanmaz, takviyeli lif iyi korozyon direncine sahip reçineden yapılmıştır ve özellikle soğuk bölgelerde ve kıyı bölgelerinde tuza dayanıklı olarak koroze edilmez. Sürekli güçlendirme lifi iki yönde dağıtılır ve yapışma ve kayma direnci çok iyidir. Malzemenin kendisinin yüksek mukavemeti ve yüksek esnekliği ile birlikte, takviye etkisi açıktır.

Bu teknoloji kirişlerin, levhaların ve diğer bileşenlerin bükülme takviyesi, kiriş taraflarının kesme takviyesi ve iskelelerin ve diğer sütunların sismik takviyesi için kullanılabilir. Ayrıca tüneler gibi eğri yüzeyleri güçlendirmek için de kullanılabilir ve yeni yapılarda çelik çubukların yerini almak için de kullanılabilir.

Dışarıdan bağlı FRP levha takviye yöntemiyle karşılaştırıldığında, ızgara takviye yöntemi, yüksek mukavemet ve korozyon direnci özelliklerine ek olarak aşağıdaki avantajlara sahiptir. Sürekli lif iki yönde dağıtılır. Mekanik demirleme ve polimer harcın koruması altında, orijinal beton katmanından soyulma hasarı için uygun değildir. Malzemenin performansı tam olarak kullanılır ve takviye etkisi açıktır. Polimer harcın koruması altında darbe direnci, yangın direnci ve dayanıklılık geliştirilir. Bükme takviyesi yapılırken, takviye üyesinin sertliği ve çatlama direnci de geliştirilebilir. Yeni yapılarda, bazı anti-manyetik, anti-koruma ve patlamaya dayanıklı yapılarda çelik çubukların yerini alabilir.

Sınırlama takviyesi

Kontrol takviyeleme yöntemi, betonun sıkıştırma performansını iyileştirmek için lateral deformasyonu etkili bir şekilde sınırlamak için lif takviyeli kompozit malzemelerin kullanımına işaret eder. Bu yöntem esas olarak sıkıştırıcı üyeleri güçlendirir ve takviye yöntemi de dış yapışkan takviye yöntemine aittir, ancak özel inşaat teknolojisi farklı takviye gereksinimleri nedeniyle farklıdır.

FRP'nin yüksek mukavemet-kütle oranı (hafif ağırlık ve yüksek mukavemet) olduğundan, üstün korozyon direnci vardır. Takviye sonrası, bileşenin kesit boyutunda neredeyse hiçbir artış yoktur ve iç takviye kullanımı odanın kullanım alanını azaltmayacak ve yapısal fonksiyon üzerinde küçük bir etkiye sahip olan evin yapısal sistemini ve mekanal düzenini değiştirmeyecektir. Basit takviye yapısının avantajları ve büyük ölçekli ekipmanlara ihtiyaç olmaması FRP sınırlı beton sütunlarını etkili bir takviye yöntemi haline getirir.

Bu yöntem eksantrik sıkıştırma sütunlarının, eksenli sıkıştırma ve köprü iskelelerinin güçlendirilmesi için uygundur. FRP levhalarla donatılmış demirbeton sütunlarının taşıma kapasitesi ve deformasyon kapasitesi önemli ölçüde artacaktır.