Kerem DAVUTOĞLU – 2022
Yakın zamanda, mevcut betonarme yapıların, dışarıdan yapıştırılabilen FRP kompozit malzemelerle güçlendirilmesi ve yenilenmesi dünya çapında büyük ilgi görmektedir. Yüksek çekme dayanımı, uygulama kolaylığı, hafiflik ve korozyon direnci gibi özellikler bu malzemenin ana avantajları olmaktadır. Bazı durumlarda, özellikle ağır makinaların erişim sağlayamadığı yerlerde güçlendirme için kullanılabilecek en uygun malzeme FRP kompozitler olabilmektedir (Motavalli & Czaderski, 2007). FRP kompozitleri hafif ve sahada kolay kurulabilen malzemeler olduğundan, birçok güçlendirme uygulamasında en çok tercih edilen malzemelerden biri olarak kabul edilmektedir. FRP malzemeleri kullanarak yapılan tüm güçlendirme işinin genel maliyeti, kullanılan geleneksel malzemelerle rekabet edebilir olabilmekte ayrıca tesisin kullanımına minimum müdahaleyle hızlı ve kolay bir şekilde işlenebilmektedir.
Betonarme yapı elemanlarının güçlendirilmesi için en yaygın tekniklerden biri olan, Dıştan Yapıştırılmış Donatı (EBR) tekniğidir. Ancak, EBR yönteminin kullanımını büyük ölçüde engelleyen ana sorun, FRP laminasyonunun beton yüzeyinden erkenden sıyrılması ya da kopmasıdır. Dıştan yapıştırılmış FRP malzemeler ile güçlendirilmiş betonarme yapıların deneysel araştırmaları, çeşitli teknikler kullanılmadan yapışmanın en yaygın başarısızlık modu olduğu görülmüştür. Bu güçlendirme durumunu daha az güvenilir hale ve EBR yöntemi ile yapılan imalatları ekonomik olmayan hale getirebilmektedir. FRP levhaların bağlanmadan önce beton yüzeyinin hazırlanması, EBR tekniği sıyrılmayı ertelemek için uygun bir yöntem olarak kabul edilir, ancak sınırlı etkileri olduğundan bu teknik ile yapılan işlemler sadece sıyrılmayı geciktirmektedir (Czaderski & Meier, 2018).
FRP malzemelerinin uygulamasında birden fazla yöntem test edilmiş, sıyrılma ve kopma gibi olumsuzlukların önüne geçilebilmesi için çeşit uygulama yöntemleri geliştirilmiştir. Bu incelenecek olan yöntemlerden bir tanesi olan NSM (Near Mounted Surface) metodu geleneksel EBR yöntemiyle güçlendirilen yapı elemanlarından daha dayanımlı ve mukavemetli davranış gösterdiği görülmektedir. NSM tekniği, çatlamış betonarme elemanın aldığı hasara rağmen, sıyrılma problemini EBR yöntemine göre daha az yaşayarak yapı elemanın rijitliğini ve yük taşıma kapasitesini koruyabildiğini göstermektedir. Sıyrılma sorunu açısından, yapılan deneyler NSM yönteminin EBR yöntemine göre daha iyi performans gösterdiğini ortaya koymuştur fakat FRP malzemenin betonarme elemandan sıyrılma olasılığı her iki yöntemde de yüksek olup hala bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır (Renata, 2012).
Bu sıyrılma problemlerine çözüm arayışlarıyla birlikte İran Isfahan Teknoloji Üniversitesi’nde (IUT), FRP levhalar EBR tekniğiyle kullanılmadan önce beton yüzeyinde özel işlemler yapılarak, EBR tekniği üzerine bir yöntem olan Yivli Dıştan Yapıştırmalı Güçlendirme (EBROG) yöntemi geliştirilmiştir (Davood & Shameli, 2012). Bu tip çözüm teknikleriyle sıyrılma problemine ve FRP malzemelerin yapı elemanlarıyla tam anlamıyla birlikte çalışmasına yönelik uygulamalar geliştirilmeye devam edilmektedir.
İngilizcesi “Fiber Reinforced Polymer (FRP)” olarak bilinen, literatürümüzdeki adıyla “Lif Takviyeli Polimer” kompozit olarak üretilebilen, bir polimer reçinesinin içerisine yerleştirilmiş liflerden oluşan kompozit elemanlardır. Lif takviyeli polimer içerisindeki lifli yapılar yük taşıyıcı unsurlardır. Kendine özgü gerilme-deformasyon ilişkisi bulunan bu kompozit yapı, kendi içerisinde yüksek rijitlik ve yüksek mukavemete sahiptir. FRP kompozit içerisindeki lifler yük taşımaya, reçineler ise lifleri bir arada tutmak, sıralı düzenini sürdürmek, hasardan korumak ve yükün dağıtımını sağlamak için lifleri çevrelemektedir. Yaygın olarak kullanılan reçine türleri polyester, vinylester ve epoksilerdir. (SABANCI, 2005)
FRP’ler sektörde kullanılan taşıyıcı malzemeler ile karşılaştırıldığında farklı özellik ve davranışa sahip oldukları görülmektedir. Örneğin FRP kompozitleri bir çelik eleman ile karşılaştırıldığında çekme, yorulma gibi mekanik özellikleri farklılık göstermektedir.
FRP kompozitinin bileşenlerinden olan lifler kullanım amacına ve türüne göre değişiklik göstermektedir. Bu farklı yapıdaki malzemeler kompozitin elastisite modülünü, yoğunluğunu, çekme dayanımlarını, bulunduğu kesitin kapasitesinin arttırımını, kullanılan lif özelliklerine göre etkilemektedir. Sektörde yaygın olarak kullanılan birden fazla lif türü mevcuttur. Lifler kendi içlerinde farklı özelliklere sahip olduklarından uygulama yapılacak olan yapıya uygun özelliklerde lif-polimer bileşenleri seçilmelidir. Örnek olarak farklı lif-polimer bileşenlerindeki özellikler şunlardır;
Lif takviyeli polimer kumaşlar betonarme güçlendirme alanında çok sık kullanılan bir kompozit malzemedir (Dindar, 2020). Bu kompozit malzeme lif yönleri farklı doğrultularda dizilerek farklı fiziksel ve mekanik özellikler göstermektedir. Liflerin sarıldığı yöne göre tek veya çift doğrultuda çalışma özelliğine sahiptirler(Ozkul ve Yıldırım, 2000). Tek yönde sarılmış olan lifler “anizotropik” olarak, üç boyutlu olarak dizilen lifler ise “izotropik” olarak adlandırılmaktadır. Fakat tek yönlü sarım yapılmış olanlara göre dayanımları daha düşüktür (Liu ve ark., 2010). İnşaat sektöründe kullanılan pultrüzyon tekniği ile üretilen Karbon elyaf (CFRP üretmek için), cam elyaf (GFRP üretmek için), bazalt elyaf (BFRP üretmek için), aramid elyaf (AFRP üretmek için) ve hibrit elyaf (HFRP üretmek için) olmak üzere beş farklı FRP kompozit takviyesi bulunmaktadır (Sahu, 2014).
Karbon liflerinden oluşan, liflerin çapları 5 – 10 μm arasında olan kompozitlerdir. Kristal düzenlemede yüksek mukavemet/hacim oranı göz önüne alındığında, her iki kristalde de bağlanan ve liflerin uzun eksenine paralel olarak daha az veya daha fazla hizalanan karbon atomlarından oluşur(Meier, 2012). Karbon lifler ile güçlendirilmiş elyaflar hafif ve güçlüdür. Yüksek gerilme mukavemetine sahiptir. (Şekil 1.)
Şekil 1.
Aramid lif esaslı elyaflar (Şekil 2.) yapay yüksek performanslı, orta derecede sert polimer zincirler ile üretilmiş ve ısıya dayanıklı olarak sınıflandırılmış, güçlü sentetik elyaflardır (Ammar, 2014). AFRP ise, lif hizalama yönüne ve yüksek yüke bakılmaksızın düşük basınç dayanımı göstermesi nedeniyle popüler bir yapısal malzeme değildir (Davies ve ark., 2010). Aramid elyaf, genelde savunma ve otomotiv sanayisinde etkili bir şekilde dayanıklı kumaşlar olarak kullanılır (Palmieri ve ark., 2012). Alkali ortamlara yüksek sülfat direnci göstermesi nedeniyle, CFRP takviye malzemelerinden daha fazla tercih edilmektedir. AFRP son derece düşük basınç dayanımına ve yüksek gerilme dayanımına sahip olduğundan, genelde hafif yapılarda güçlendirme olarak kullanılır (Nakayama ve ark., 2008).
Şekil 2.
İngilizce bilinen adıyla “Glass Fiber Reinforced Polymer” Cam lifleri ile üretilmiş olan GFRP(Şekil 3.) kompozit olarak ağırlığının %0,5 – %2 oranında fiberglas kullanılan bir kompozit malzemedir. GFRP bir tür plastik bileşiktir. GFRP’nin mekanik özellikleri içerdiği lif tipi, kalitesi ve lif-matris arasındaki bağ ile değişmektedir (Cabral, 2005). GFRP’ler yüksek mukavemete, ısı yalıtımına, düşük maliyete sahiptir. Bu kompozit malzeme köprü, betonarme, tarihi yapılarda güçlendirme malzemesi olarak uygulanmaktadır(Dindar, 2020). GFRP’ler bu malzemeler içerisinde en düşük maliyete sahip olan türdür.
Şekil 3.
İngilizce bilinen adıyla “Basalt Fiber Reinforced Polymer (BFRP)” Bazalt lif takviyeli polimer (Şekil 4.), ince lif özellikleriyle üretilen, lif çapları 10-20 μm arasında olan kompozit malzemelerdir. BFRP, inşaat sektörü için nispeten yeni olarak üretilen diğer kompozit türlerine alternatif olarak ortaya çıkarılan bir kompozit FRP türüdür (Sarasini ve ark., 2014). Bu malzeme ısıya, korozyona, kimyasal ve fiziksel yıpranmalara karşı dirençlidir. Fakat üretici yetersizliğinden ötürü maliyeti diğerlerine göre yüksektir.
Şekil 4.
İngilizce adıyla “Hybrit Fiber Reinforced Polymer (HFRP)” (Şekil 5.) Hibrit lif takviyeli polimer, tek bir matris içerisinde, iki ya da daha fazla lif türü içeriğiyle üretilen kompozitlerdir. Sertlik ve yük taşıma kapasiteleri özellikler farklılık göstermesine karşın maliyet bakımından ekonomik değillerdir. Bu FRP polimer kompozitler, güçlendirme alanında en fazla geliştirilmiş malzemelerdir, çünkü dayanımları genellikle aynı malzemenin büyük hacimli formuna göre oldukça yüksektir (MARAS, 2021).
Şekil 5.
Reçine, FRP’nin etkileşim maddesidir diğer bir adıyla matris olarak bilinmektedir. Reçineler lifleri birbirilerine bağlayan plastik veya polimer bileşenler ile oluşturulan yapıdır. Bu malzemenin çalışma biçimi lifler arasındaki yük akışını sağlayarak, olabilecek hasarlardan korumasıdır. FRP’lerde yük taşıma görevini gören asıl eleman liflerdir ancak reçinenin önemi göz ardı edilememektedir. Kompozit üretimi yapılırken seçilecek olan reçine oldukça önemlidir çünkü üretime eklenecek olan reçine kompozitlerin özelliklerinde düşük sürtünme nedeniyle güçlendirmede kullanılamayacak ve dirençlerde termoplastik polimer olarak uygulanamayacaktır (Önal, 2014). Reçineler genellikle iki grupta incelenmektedir. Termoplastik ve termoset reçineler olarak iki türde incelenmektedir.
Kullanılmakta olan 400.000’e yakın plastik türü mevcuttur ve birbirlerinden ayırt edilebilmesi için malzemenin termik özellikleri iki ana grupta incelenmektedir. Bunlar birisi olan termoplastikler ısıtıldığında yumuşayan ve soğutulduğunda katı hale geçebilen ve bu ısıl işlemler sonucunda kimyasal değişime uğramadan sadece fiziksel değişim gösteren plastiklerdir. Termoplastikler sentetik polimerlerin büyük kısmını oluşturan ısıl işlemler ile şekil verilebilen malzemelerdir (Maras, 2021).
Termosetler, genellikle çapraz bağlı molekül yapılarında meydana gelen polimerleşme sonucu, yumuşama sırasında ilk formlarını koruyarak belli bir sıcaklık derecesinden sonra erimeksizin karbonlaşmaya uğrayan ve ısı karşısında artık değişim göstermeyen plastik malzemelerdir. Termoset matris polimerler, düşük viskoziteli ve düşük moleküler ağırlıklı sıvılardan oluşmaktadır (Lee ve ark., 2000). Termoset reçineleri gelişmiş mekanik ve fiziksel özelliklere sahiptirler. Polietilen, polivinil klorür, polipropilen ve poliüretan gibi termoplastikler termosetlere göre, üretimi daha pahalı ve çevreci ürünlerdir. Genel olarak reçineler, polimer, metal ve seramik malzemelerden oluşabilir. Bu termoset reçinelerine kolay şekil verilebilmekte ve reçinelerin priz alma süreleri kısadır. Epoksi, Vinylester, Polyester termoset reçineleri kategorisinde yer almaktadır (Maras, 2021).
Epoksi, temel yapışkan bileşenlerden ya da kürünü tamamlamış olan son ürünlerden üretilen termoset reçine türüdür. Temiz bir yüze uygulanması gerekmektedir. Epoksi kendi içerisinde iki ana türe ayrılmaktadır. Glisidil olmayan ve glisidil epoksiler olarak iki ana gruba ayrılırlar. Glisidil epoksi reçineleri, glisidil eter ve glisidil ester; glisidil olmayan epoksi reçineleri ise, sikloalifatik ve alifatik reçinelerdir (Maras, 2021).
Vinylester, epoksi reçinesinin doyumsuz bir monokarboksilik asit ile esterleştirilmesiyle oluşturulan reçinelerdir. Bu bağlayıcı genellikle cam takviyeli elyafların yapıştırılmasında ve bazalt takviyeli elyafların yapıştırılmasında kullanılmaktadır (Maras, 2021).
Polyester İnşaat ve sanayi endüstrisinde çokça kullanılan bir reçine türüdür. Ekonomik, korozyona karşı dayanıklı, çabuk kürlenebilen yapısıyla çokça tercih edilmektedir. Ekonomik olması sebebiyle de cam takviyeli elyaf ile birlikte sıkça kullanılmaktadır(Maras, 2021).
Dıştan yapıştırılmış (EBR) fiber takviyeli polimer (FRP) kompozitleri, dünya genelinde bozulmuş beton yapıları iyileştirmek ve altyapı, üstyapıların direncini artırmak için umut veren en ekonomik teknolojilerden biridir. Konut ve ticari binalardan altyapıya (örneğin, yollar, köprüler, tüneller ve deniz yapıları vb.) kadar çeşitli beton yapılarında kolonlar, kirişler ve duvarları güncelleştirmek için kullanılabilmektedir. FRP kompozitleri, polimer matrise (reçine) gömülü elyaflardan oluşur. Elyaf, malzemeye dayanıklılık ve rijitlik sağlarken, reçine elyaflar arasında gerilimi ileterek stres transferi yapar ve elyaflara çevresel koruma sağlar. Kompozitler, kompozit matrisini oluşturmak için kullanılan bir reçineyle bir yapı elemanının yüzeyine dıştan yapıştırılır (Czaderski & Meier, 2007).
İnşaat mühendisliğinde FRP kompozitler yaklaşık 30 yıldır kullanılmasına rağmen, EB FRP kompozit güçlendirme sistemleri genel olarak sivil mühendislik topluluğunda hala nispeten bilinmeyen bir uygulamadır. Bunların yaygın olarak benimsenmesini sınırlayan potansiyel faktörler, kapsamlı tasarım standartlarının eksikliği ve bu sistemlerin dayanıklılığını garanti eden uzun vadeli test verilerinin olmamasıdır. İlk FRP uygulamalarından bu yana, özellikle sürekli yük, yorgunluk ve çevresel faktörlerin birleşik etkisiyle karşı karşıya kaldığında (genellikle dış mekan uygulamalarında tipik olan), bu malzemelerin uzun vadeli dayanıklılığı konusunda endişeler dile getirilmiştir. Betonarme yapılar, servis ömrü boyunca çeşitli nedenlerle dayanımsız hale gelebilir, bunlar arasında malzeme özelliklerinin bozulması, tasarım veya inşaat hataları ve deprem kaynaklı çevresel hasar bulunur. Bu yapılar, mevcut hizmet yükü taleplerine uygun performansı sağlamak için onarılmalı veya güçlendirilmelidir. Farklı malzemeler kullanılarak betonarme yapıların güçlendirilmesi için birçok yöntem araştırılmış ve uygulanmıştır. Fiber takviyeli polimer (FRP) takviye, yapıların güçlendirilmesi amacıyla kullanılan en yeni malzeme türlerinden biridir. Fiber takviyeli polimer, düşük kütlesel yoğunluğu, yüksek mukavemet ve rijitlik-ağırlık oranları, mükemmel yorgunluk davranışı, korozyona dayanıklılık ve çevre koşullarında yüksek dayanıklılığı nedeniyle betonarme yapıların yapısal güçlendirilmesinde en çok kullanılan malzemedir (Rezazadeh, 2015).
FRP’lerin beton yüzeyine yapıştırılarak çalıştırılma yöntemi en yaygın uygulama yöntemlerindendir. Farklı yapısal elemanlarda, iki yönlü plakalar da dahil olmak üzere FRP yapıştırmak için en yaygın yöntem, zayıf beton tabakalarının yüzeyi kazınarak temizlendikten ve FRP kompozitlerin doğrudan altındaki temiz yüzeye yapıştırıldığı dıştan bağlı takviye (EBR) yöntemidir. Bu yöntemde, çok iyi beton alt taban koşullarında bile, güçlendirilmiş yapısal elemanın başarısızlığı genellikle FRP tabakanın mukavemet sınırına ulaşmadan önce FRP tabakanın ayrılması tarafından belirlenir. Çelik uç ankraj plakaları, enine FRP ankrajları ve çelik cıvatalar gibi dıştan bağlı FRP kompozitlere çapa sistemleri sağlamak ve mekanik olarak takılan FRP tekniği kullanmak, erken ayrılma hatasını önlemede belirli bir ölçüde etkili olduğu gösterilmiştir.
EBR’nin kurulumu nispeten basit bir süreçtir, ancak belirlenen prosedürlerden yapılan küçük sapmalar bile yapıştırılmış sistemlerde kusurlara yol açabilmekte ve EBR’nin uzun vadede kötü performans sergilemesine neden olabilmektedir. Genellikle, sistemin etkinliğini belirleyen en kritik bileşen EBR ve beton arasındaki bağ kalitesidir. Bu bağ kalitesi, kurulum prosedürü, çevresel koşullar ve yapıştırıcı ve substrat malzemelerinin kalitesine bağlıdır. (Rezazadeh, 2015)
EBR tekniği ile yapılan FRP uygulamaları, yapışkan bağın FRP ve beton zemin arasında etkin bir şekilde gerilim transferini sağlaması gerektiği için güçlü bir yapışkan bağ gerektirir; bu tür uygulamalara örnek olarak burulma ve kayma güçlendirme gösterilebilir (Şekil 6 (a) ve (b)). FRP ve beton arasında yoğun bir temas gereklidir. Çevresel dayanıklılık açısından, bağ-kritik uygulamalarda, kompozit ve kompozit-beton yapışma bağlarının dayanıklılığı önemli bir rol oynar.
(Şekil 6.)
EBR uygulamasının bağ-kritik veya temas-kritik olup olmaması, uygun beton yüzey hazırlığının önemini etkileyecektir. Yüzey hazırlığı ve yapışkan bağın kalitesi, bağ-kritik uygulamalarda daha önemli olsa da, son bulgular EB FRP/beton arayüzündeki kusurların EB FRP ile sıkıştırılmış sütunların dayanıklılığını önemli ölçüde azaltabileceğini göstermektedir. Bağ-kritik uygulamalar, FRP ve beton arasında güçlü bir yapışkan bağa dayandığı için, güçlü yapışma sağlanabilmesi için beton yüzeyin yeterli koşullara sahip olmasını sağlamak önemlidir. Birden fazla yüzey uygulama sistemi türü geliştirilmiş olsa da, en yaygın olarak kullanılan sistemler, yerinde koşullar altında kolay uygulama sağlayan ve çeşitli geometrik şekil ve konfigürasyonlara uyum sağlayabilen ıslak uygulamalı EBR sistemleridir (Tatar & Milev, 2021).
Mevcut betonarme elemanların yük taşıma kapasitesini artırmak için FRP sargılama tekniği birden fazla şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Malzemenin dışarıdan bir yapıştırıcı malzeme ile uygulanmasından ötürü çeşitli çevresel ve kimyasal değişkenler, bu kompozit yapının uygulanan yüzeyden sıyrılmadan çalışması için çeşitli teknikler ile geliştirilmeye devam etmektedir. Near Surface Mounted (Yakın yüzey uygulaması) tekniğini kısaca özetlemek gerekirse; beton yüzeyin oluklar şeklinde açılması ve bu oluklar içerisine yapıştırıcı madde ile birlikte FRP malzemenin dikey şekilde içeri gömülmesi işleminden ibaret olarak özetlenebilmektedir. Genellikle kullanılan prosedür şöyledir: güvenilir gerilme veya kesme donatı miktarını artırmak için güçlendirilmesi gereken taraf boyunca yüzey olukları kesilir; oluk epoksi macunuyla doldurulur ve çubuk boşluğu tamamen doldurmak için reçine çubuğun etrafına akar (Şekil 7.) (Novidis, ve ark., 2007).
Şekil 7.
Yerleştirildikten sonra, yakın yüzeyde monte edilmiş çubuklar (NSM), var olan donatı ile benzer yer değiştirme koşullarına tabi tutulur ve beton yerine oluk dolgusu gibi farklı bir malzemeden oluşsalar da benzer kaplama kalınlığına sahiptir. Eğer kuvvet transferi bağlantı ile desteklenebilirse, çubuk mevcut donatı gibi etkili bir şekilde işlev görebilir, gerilmeyi geliştirir ve kuvvet kapasitesi arttırır, böylece kapasite artışına katkıda bulunur. Ek donatının bağlantısı, kompozit etkileşimi sağladığı gibi, güçlendirmenin gücünü, çatlakların aralığını, genişliğini ve nihai başarısızlık modunu da kontrol etmektedir. Eklenen çubuk ile çubuğu çevreleyen beton arasındaki etkileşim, çubuk ve oluk dolgusu arasındaki silindirik arayüz ile oluk ile çevrelenen beton arasındaki dikdörtgen sınırlar boyunca gerçekleşir (Şekil 8.) (Novidis, ve ark., 2007).
Şekil 8.
Her iki durumda da kuvvet transferi, temas halindeki yüzeylerin pürüzsüz olması durumunda sürtünme bağlantısının harekete geçirilmesi veya çubuğun yüzey deformasyonlarına sahip olması durumunda (konvansiyonel çelik donatı kullanılıyorsa) mekanik kilitlenme yoluyla gerçekleştirilir. NSM-FRP çubuklarının güvenilir bağlantı mukavemeti, yüzey özellikleri ve FRP çubuğunun rijitliği ile oluk boyutları ve dolgu malzemesi özellikleri tarafından kontrol edilir. Ticari olarak mevcut çeşitli FRP ve epoksi ürünleri dikkate alındığında, bağlantı için bir sınırlı durum modelini tam olarak karakterize etme ve NSM-FRP çubukların geliştirilmesi konusunda mevcut deneysel literatür oldukça sınırlıdır (Lorenzis, ve ark., 2007).
Betonarme yapıların daha yüksek tasarım yüklerine dayanabilmesi için, doğru mukavemet kayıplarını öngörebilmek, tasarım veya inşaat eksiklikleri nedeniyle kapasitelerini arttırmak, sünekliğini artırmak kadar mevcut beton yapıları uygun bir şekilde güçlendirmek ihtiyaç haline gelmektedir. Son yıllarda, fiber takviyeli polimerler (FRP’ler), betonarme yapıların onarımı ve rehabilitasyonu için güvenilir bir seçenek olarak ortaya çıkmıştır. Hafiflik, yüksek çekme mukavemeti, taşınabilirlik ve zorlu çevresel koşullar altında yüksek dayanıklılık gibi avantajlı özellikleri nedeniyle büyük ilgi görmüşlerdir. Betonarme yapıları FRP kompozitlerle güçlendirmek için en yaygın olarak kullanılan tekniklerden biri dışa bağlı takviyedir (EBR). EBR yönteminde basitlik ve hızlı uygulanabilirlik gibi avantajlarına rağmen, FRP kompozit levhaların beton yüzeyinden tam çekme dayanımına ulaşmadan erken ayrılması sorunuyla karşı karşıyadırlar. FRP’nin ayrılmasını ertelemek veya ortadan kaldırmak için Mostofinejad ve Mahmoudabadi, geleneksel EBR yönteminin alternatifi olarak “oluklar üzerine dışa bağlı takviye” (EBROG) adında yeni bir oluklama tekniği tanıtmışlardır. Oluklama, kirişlerin gerilmeye maruz kalan yüzeyine oluklar kesmek, olukları uygun bir epoksi yapıştırıcı ile doldurmak ve doldurulmuş olukların üzerine FRP kompozit levhalarını yapıştırmaktan oluşur. Mostofinejad ve Mahmoudabadi, CFRP levhalarla güçlendirilen küçük ölçekli beton kiriş numunelerinin son yük kapasitesi ve başarısızlık modları üzerindeki etkilerini incelemek için deneyler tasarlamışlardır. Sonuçları, EBROG tekniğinin CFRP levhalarının beton yüzeyinden ayrılmasını hem ertelemek hem de ortadan kaldırmakla kalmayıp aynı zamanda nihai başarısızlık dayanımını %80’e kadar artırdığını gösterdi. Ayrıca, uzunlamasına olukların hem enine hem de çapraz oluklardan daha iyi performans sergilediği belirlendi. Mostofinejad ve Hajrasouliha, EBROG tekniğiyle uygulanan FRP levhalarla güçlendirilen beton kiriş numunelerinde oluk boyutlarının etkilerini incelemişlerdir (Şekil 9) (Davood & Kashani, 2013).
Şekil 9.
Bu teknikte, yapıştırıcı ile beton arasındaki temas alanını artırmak, stresi derin ve sağlam beton katmanlarına iletmek için beton alt tabakasının yüzeyine oluklar oluşturulur. Elde edilen sonuçlara göre, EBROG prosedürü, diğer geleneksel yöntemlere kıyasla erken sıyrılmayı geciktirir ve bazı durumlarda başarısızlık modunu FRP kopması olarak değiştirir. FRP’nin kopması yani malzemenin deformasyonu, istenilen tüm yük üzerine alındığında gerçekleştiğinden bu tip bir kopma veya deformasyon malzemenin tüm kullanım kapasitesini gerçekleştirdiğini göstermektedir. EBROG yöntemindeki uygulama şu şekildedir;
Betonarme yapılan FRP kompozitler ile güçlendirilmesi zamanla ivmelenerek artmaktadır. Uygulama kolaylığı, ekonomiklik, taşıma, montaj, korozyona dayanım vb. birçok olumlu özellikleri sebebiyle FRP’ler inşaat sektöründe oldukça yaygınlaşmıştır. Bu kompozitin betonarme yapılara doğru ve uygun uygulama teknikleriyle uygulanması hem çevresel açıdan hem de yapının servis ömrünü uzatmak açısından olumlu özellikleri dikkat çekmektedir. Fakat bu kompozit malzeme betonarmeye kıyasla daha yeni bir malzeme olduğundan, yeterince deneyimlenememiş ve birçok farklı veri elde edilerek stabil net bir bilgiye betonarmeye kıyasla ulaşılamadığından farklı problemlerle karşılaşılmaktadır. Böylece bu kompoziti daha efektif ve istenilen dayanımlara ulaştırabilmek için farklı uygulama teknikleri geliştirilmiştir.
FRP’lerin ana problemi olan çeşitli yüklere maruz kalınan betonarme yapılarda sıyrılma problemine birden fazla çözüm getirilmeye çalışılmıştır. İlk uygulama tekniği olan EBR tekniğinde birçok sıyrılma problemiyle karşılaşılmış buna alternatif, bu makalede incelenen 2 farklı teknik araştırılmıştır. Kendi içlerinde çeşitli pozitif yönlere sahip bu uygulama teknikleriyle sıyrılma problemlerinin, EBR tekniğine kıyasla daha fazla önüne geçilmiştir. NSM ve EBROG tekniklerinin amaçları yüzeye tutunacak olan epoksi vb. bileşenlerin FRP malzemesiyle temasını ve tutumunu artırarak tüm yükü, taşıma kapasitesinin sınırlarına ulaşıncaya kadar kompozitin tam çalışma davranışı göstererek, sıyırılmak yerine kompozit malzemenin kapasitesinin sınırlarına ulaşarak başarılı bir şekilde kesit kapasiteleri artırılması sağlandığı gözlemlenmektedir. Teknik çalışmalarda FRP uygulamalarının NSM ya da EBROG yöntemleriyle uygulamalarının yapılması, uygulama yüzeyine, uygulama alanına, uygulama sayısına ve tekniğine göre değişkenlik gösterse de EBR yöntemine göre daha olumlu dayanım sağladığından, bu iki teknik ile uygulanması tavsiye edilebilmektedir.
Motavalli, Masoud, and Christoph Czaderski. “FRP composites for retrofitting of existing civil structures in Europe: State-of-the-art review.” International Conference of Composites & Polycon. American Composites Manufacturers Association Tampa, FL, USA, 2007.
Czaderski, Christoph, and Urs Meier. “EBR strengthening technique for concrete, long-term behaviour and historical survey.” Polymers 10.1 (2018): 77.
Kotynia, Renata. “Bond between FRP and concrete in reinforced concrete beams strengthened with near surface mounted and externally bonded reinforcement.” Construction and Building Materials 32 (2012): 41-54.
MOSTOFINEJAD, Davood, Seyed Masoud SHAMELI, and Ardalan HOSSEINI. “EXPERIMENTAL STUDY ON THE EFFECTIVENESS OF EBROG METHOD FOR FLEXURAL STRENGTHENING OF RC BEAMS.” Proceedings of the 6 th Internationa l Conference on FRP composites in Civil Engineering. 2012.
Kaygusuz, Mehmet Akif. “Yüksek sıcaklık hasarına uğramış betonarme kirişlerin FRP ile onarım ve güçlendirilmesi.” (2018).
De Lorenzis, Laura, and Jin-Guang Teng. “Near-surface mounted FRP reinforcement: An emerging technique for strengthening structures.” Composites Part B: Engineering 38.2 (2007): 119-143.
Torabian, Ala, et al. “Flexural strengthening of flat slabs with FRP composites using EBR and EBROG methods.” Engineering Structures 211 (2020): 110483.
Sabancı, Ş. “Fiber Takviyeli Polimer Matrisli Kompozitlerin Enjeksiyon Yöntemi ile Üretim.” Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü (2005): 11-22.
Aram, Mohammad Reza, Christoph Czaderski, and Masoud Motavalli. “Debonding failure modes of flexural FRP-strengthened RC beams.” Composites part B: engineering 39.5 (2008): 826-841.
Hosseini, Mahdi, et al. “A Review of Fibre Reinforced Polymer (FRP) Reinforced Concrete Composite Column Members Modelling and Analysis Techniques.” Journal of Renewable Materials 10.12 (2022): 3243.
Akgöbek, Burak Arda. Çıkmalı betonarme binaların deprem davranışının TBDY 2018’e göre analitik olarak incelenmesi ve uygun güçlendirme yöntemlerinin belirlenmesi. MS thesis. Konya Teknik Üniversitesi, 2021.
Maraveas, Chrysanthos, Konstantinos Miamis, and Apostolos A. Vrakas. “Fiber-reinforced polymer-strengthened/reinforced concrete structures exposed to fire: a review.” Structural engineering international 22.4 (2012): 500-513.
Mostofinejad, Davood, and Amirhomayoon Tabatabaei Kashani. “Experimental study on effect of EBR and EBROG methods on debonding of FRP sheets used for shear strengthening of RC beams.” Composites Part B: Engineering 45.1 (2013): 1704-1713.
Dindar B, (2020). Metal-Cam fiber/Epoksi/ÇDKNT Sandviç Panellerin Eğilme Davranışlarının Deneysel Olarak Araştırılması, Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 249-253.
Ozkul H., Yıldırım H, (2000). Strengthening of Steel Reinforced Concrete Beams with FRP, Second Japan-Turkey Workshop on Repair and Strengthening.
Liu H., Zhao X., Al-Mahaidi R, (2010). Effect of fatigue loading on bond strength between CFRP sheets and steel plates. International Journal of Structural Stability and Dynamics, 10(01), 1–20.
Sahu N.P, (2014). Study on aramid fibre and comparison with other composite materials, International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1:303–6.
Ammar M.A, (2014). Bond durability of basalt fibre-reinforced polymers (BFRP) bars under freeze-and-thaw conditions Ph.D thesis Dept. of Civil Engineering, Université Laval; p. 125.
Palmieri A., Matthys S., Taerwe L, (2012). Experimental investigation on fire endurance of insulated concrete beams strengthened with near surface mounted FRP bar reinforcement, Composite Part B Engineering, 43(3), 885– 95.
Nakayama Y.H.N, Kanakubo T, (2008). Bond behabior between deformed aramid fiber-reinforced plastic reinforcement and concrete. The 14th WorldConference on Earthquake Engineering, Beijing, China.
Sarasini F., Tirillò J., Ferrante L., Valente M., Valente T., Lampani L, (2014). Dropweight impact behaviour of woven hybrid basalt–carbon/epoxy composites, Composite Part B Engineering, 59, 204–20.
Zhang M.H., Sharif MSH, Lu G, (2007). Impact resistance of high-strength fiber reinforced concrete. Magazine of Concrete Research, 59(3), 199–210.
MARAS, Müslüm Murat. “Betonarme yapıların güçlendirilmesinde kullanılan FRP kompozitin yapısal performansa etkisi.” Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi 23 (2021): 108-119.
Rezazadeh, M. (2015). Innovative methodologies for the enhancement of the flexural strengthening performance of NSM CFRP technique for RC beams (Doctoral dissertation, Universidade do Minho (Portugal)).
Tatar, J., & Milev, S. (2021). Durability of externally bonded fiber-reinforced polymer composites in concrete structures: A critical review. Polymers, 13(5), 765.
Sanginabadi, K., Yazdani, A., Mostofinejad, D., & Czaderski, C. (2022). RC members externally strengthened with FRP composites by grooving methods including EBROG and EBRIG: A state-of-the-art review. Construction and Building Materials, 324, 126662.
Novidis, D., Pantazopoulou, S. J., & Tentolouris, E. (2007). Experimental study of bond of NSM-FRP reinforcement. Construction and Building Materials, 21(8), 1760-1770.