2 - Dokuz Eylül Üniversitesi

Dokuz Eylül Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Bölümü
Alternatif Yapı
Malzemeleri
4. Yapılarda polimer kullanımı
4.4. Lif takviyeli polimer kompozitler
4.4.1. Giriş
4.4.2. Polimer matris
4.4.3. Lif
4.4.4. Lif-matris arayüzeyi
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
4.4.6. Lif takviyeli polimerin dayanıklılığı
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
1
4.4.1. Giriş
2
4.4.1. Giriş
Lif takviyeli polimer kompozitler ve İnşaat Mühendisliğinde kullanım alanları
1970'lerin ortalarından itibaren polimer kompozitlerin İnşaat Mühendisiliğindeki yapısal
uygulamaları görülmeye başlanmıştır. Bu tür kompozitlere "advanced polymer composite
(APC) materials" denilmektedir.
İnşaat Mühendsiliği terminolojisinde APC yerine lif takviyeli polimer kompozitler
anlamına gelen FRP kısaltması kullanılmaktadır "fibre reinforced polymer or plastic
(FRP) composite"
FRP (Fiber Reinforced Plastic) olarak adlandırılan bu kompozitler, kendi başına
taşıyıcı malzeme olarak kullanılabilecekleri gibi; betonarme veya öngerilmeli betonda
donatı olarak da kullanılabilirler. Ayrıca eski yapıların yenilenmesinde veya güçlendirilme
işlerinde kullanılmaktadırlar.
3
4.4.1. Giriş
Lif takviyeli polimer kompozitler
Bu kompozitler yüksek dayanım ve rijitliğe sahip liflerin yüksek performanslı bir termoset
reçine matrisi tarafından korunması prensibiyle üretilmektedir. Günümüzde çok farklı
uygulama alanları bulmuş bir malzemedir.
Kompozitin performansı aşağıdakilere bağlıdır:
1. Polymer matris
2. Lif
3. Lif-matris arası
4. Kompozitin bileşenleri arasındaki oran (kullanılan lif hacmi: düşük dozaj yetersiz
performans, yüksek dozaj üretme güçlüğü ve matrisle tam olarak bütünleşme sorunu)
5. Kompozitin üretim metodu
4
4.4.2. Polimer matris
Çekme
gerilmesi
Plastik
deformasyon
Lifli kompozitte matris olarak termoset reçineler
kullanılmakta, bu reçineler seçilirken;
- Yüksek sıcaklıklarda boyutsal kararlılık (termal
etkilere direnç)
- Düşük su emme özelliği
- Yüksek mekanik dayanım (daha çok basınç ama
aynı zamanda çekme dayanımının da yüksek
olması bazı uygulamalarda gerekir.)
- Rijitlik ve aynı zamanda kırılgan olmama özelliği
gibi özellikler aranmaktadır.
Elastik
deformasyon
Birim uzama %
Göçme
uzaması
Termoset reçinelerde polimerizasyon reaksiyonları nedeniyle oluşan çapraz bağların
çokluğu söz konusu polimerlerin (yüksek dayanımlı olmanın yanında) gevrek, kırılgan
davranış göstermesine yol açabilmektedir.
5
4.4.2. Polimer matris
Lif takviyeli polimer (FRP) kompozitlerin başlangıçtaki mekanik özellikleri servis süresi
boyunca taşıyacakları yüklere karşı koyacak şekilde tasarlanmalıdır. Ancak servis
koşullarının yıpratıcı etkisine dayanıklılıkları da en az başlangıçtaki mekanik özellikleri
kadar önemlidir. Özellikle matris fazı (termoset polimer reçinesi) hava koşullarına
dayanıklı malzemeden seçilmelidir.
Polimerin başlangıçtaki ve servis ömrü boyunca;
- Yoğunluğu
- Bağ yapısı
- Molekül yapısındaki çapraz bağlı yapı oranı (degree of cross-linking)
nihai performansı belirler. pek çok yapı malzemesi ile kıyaslığında FRP kompozitler
zorlu koşullara dayanıklı yapıların inşasında tercih edilebilir.
6
4.4.2. Polimer matris
İnşaat Mühendisliği uygulamalarında FRP kompozitin matrisi olarak çapraz bağlı polimer
yapısına sahip olan vinil-ester, epoksi ve polyester reçine türleri kullanılmaktadır.
Çapraz bağlı termoset reçineler polimerizasyon reaksiyonları (ilave polimerizasyonu
veya kondansasyon) sırasında açığa çıkan ısının da etkisiyle hızla polimerize olurlar ve
moleküler bir kafes sistemi meydana gelir. Bu kafes yapı bir kez oluştuktan sonra
yeniden ısıtılsa da belli sıcaklığa kadar yumuşama veya erime meydana gelmez.
Termoplastiklerden ayrılan üstün yanları bu özellikleridir.
Reçinelerin reaksiyona başlaması için bir sertleştirici (hardener veya curing agent) ile
karıştırılması gerekir. Bazı durumlarda reaksiyonun hızını arttırmak için hızlandırıcı
katalizörler de ilave edilebilir. Ancak reçine ile sertleştiricinin karışım oranları hassas bir
şekilde ölçülmelidir. Reaksiyona girmeyen reçinenin karışımda kalması veya
sertleştiricinin karışımda kalması halinde termoset reçinenin nihai mekanik özelliklerine
ulaşılamaz.
7
4.4.2. Polimer matris
İnşaat Mühendisliği uygulamalarında termoset reçinelerin polimerizasyonunda iki
yöntem uygulanmaktadır. Soğuk ve sıcak yöntemdeki sertleştirici kompozisyonları
farklıdır, birbiri yerine kullanılmamalıdır.
Soğuk kür: Polimerizasyon oda sıcaklığı civarında şantiyede gerçekleşir (10–30oC). Kür
sıcaklığı azaldıkça süresi uzar. İmkan varsa (şantiyede zor) önceden ısıtılan malzeme,
ekipman ve uygulama alanı ile kür süresi kısaltılabilir.
Soğuk kürlemede şantiyedeki sıcaklığı polimerin camsı geçiş sıcaklığına 20oC'den fazla
yaklaşmamasına dikkat edilmelidir.
Sıcak kür: Prefabrik üretime uygundur. 130oC'de otomatik fırınlarda
8
4.4.2. Polimer matris
Camsı geçiş sıcaklığı: Amorf veya karma
amorf-kristal yapılı polimerlerde görülen
yumuşama sıcaklığıdır.
sıvı
Sıcak kürlenmiş termoset polimerlerde 200oC
civarındadır. Soğuk kürlenmişlerde daha düşük
sıcaklıkta yumuşama başlar.
Camsı geçiş sıcaklığı termoplastiklerde daha
da düşüktür.
ergime sıcaklığı (melting)
yumuşak katı
(süpersoğuk sıvı)
camsı geçiş sıcaklığı (glass transition)
katı
oda sıcaklığı
9
4.4.2. Polimer matris
Termoset reçinelerin mekanik özellikleri
Lif takviyeli kompozitlerin üretiminde tercih edilen termoset reçinelerin mekanik özellikleri
aşağıdaki tabloda verilmiştir. Basınç dayanımları çekme dayanımına kıyasla genellikle
1.5 ile 4 kat daha yüksektir. Farkın nedeni matriste oluşan kusurların çekme
gerilmesinde daha belirleyici olmasıdır. Basınç gerilmesinde boşluklar kapanmaktadır.
Diğer yandan polimerlerin sünme değerleri diğer çimento esaslı malzemelere kıyasla
daha yüksektir.
Termoset reçine türü
Özgül
ağırlık
Çekme dayanımı
(MPa)
Çekmede ölçülen
elastisite modülü
(GPa)
Termal genleşme
katsayısı
(10-6/oC)
Polyester
1.28
45-90
2.5-4.0
100-110
Vinil ester
1.07
90
4.0
80
Epoksi
1.03
90-110
3.5
45-65
Epoksi reçineleri üstün mekanik özellikleri ve dış etkilere dayanıklılıkları nedeniyle lif
takviyeli kompozit matrisi olarak en çok tercih edilen malzemelerdir.
10
4.4.3. Lif
Farklı derecelerde amorf veya kristalin yapıya sahip polimerlerden lif üretilebilmektedir.
(amorf yapılı polimerlerde polimer zincirleri düzensiz yönlenmiştir. Kristal yapılı
polimerlerde ise polimer zincirlerinde bir düzenli dizilim söz konusudur. Polimerlerde bu
iki yapı birlikte de gözlenebilir.)
Ancak İnşaat Mühendisliğindeki FRP uygulamalarında daha çok aşağıda sıralanan üç
kökenden lif kullanımı tercih edilmektedir:
- Cam lifler
- Aramit lifler
- Karbon lifler
Lifler birlikte de kullanılabilir (hibrit).
Her lifin fiziksel ve mekanik özellikleri kullanılan hammadde ve üretim yöntemine göre
değişmektedir. Uygulama örnekleri içinde ilgili lifin özellikleri incelenecektir.
11
4.4.3. Lif
a) Cam lifi veya elyaf
- E-cam lifi (düşük alkali, piyasada en çok bulunan cam lifi)
- A-cam lifi (yüksek alkali)
- S-cam lifi (yüksek dayanımlı çok ince çaplı <10 mikron)
- Z-cam lifi (zirkonya camı, alkaliye dirençli (AR))
Alkali ve asit direnci
için polimer
kaplamalı türleri de
mevcuttur
Cam lifli polimer kompozitlere Glass Fiber
Reinforced Polimer (GFRP) adı verilir.
Güçlü asidik ortamda camın
yapısı bozulabilir.
Alkali dirençli cam lifi üreten bazı firmalar:
Advantex® (Ownes Corning),
ARcoteXTM® (Saint-Gobain Vetrotex).
12
4.4.3. Lif
a) Cam lifi veya elyaf
Beton içine ilave edilen cam liflerinde alkali ortamda
cam problemli ! silikanın jelleşmesi söz konusu.
Alkali dirençli (Z-glass) Zirkonya cam lifi
(beton ve harç için uygun)
Dış cephelere
püskürtme kaplama
malzemesi (plastik
13
rötreye dirençli)
4.4.3. Lif
a) Cam lifi veya elyaf
Kek adı verilen bir bobin üzerine sarılan cam lifleri kurutulduktan sonra,
kırpılmış demetten keçe, çok uçlu fitil, kırpılmış demetler gibi cam elyafı
ürünlerinin elde edilmesi amacıyla prosese tabi tutulur.
14
http://www.camelyaf.com/
4.4.3. Lif
a) Cam lifi veya elyaf
15
4.4.3. Lif
a) Cam lifi veya elyaf
Cam elyafı, silika, kolemanit, alüminyum oksit, soda, magnezyum oksit... gibi geleneksel
cam üretim hammaddelerinden üretilmektedir. Hammadde bileşimi, çok ince öğütülerek,
homojen bir karışım elde etmek üzere karıştırılır ve yaklaşık 1600 oC sıcaklıkta çalışan
bir ergitme fırınına beslenir. Fırın içinde, karışım yavaşca sıvı hale geçer
Prosese uygun olarak yerleştirilmiş bir sarma
sistemi ile 50-70 m/sn gibi yüksek bir hız ile daha
sonraki uygulama türüne bağlı olarak 5 ila 20 mikron
çapında çekilen cam lifleri bir mandral üzerine
sarılarak “kek” adı verilen bir bobin üzerinde toplanır
Cam lifleri, demet haline getirilmeden önce, bağlayıcı
adı verilen bir kimyasal bileşim ile kaplanır. Bağlayıcı
cinsi, kompozit malzeme içinde cam elyafının
performansını etkileyen en önemli faktörlerden birisidir.
16
4.4.3. Lif
a) Cam lifi veya elyaf
Cam elyaf makaraya sarılarak ticari olarak kullanıma sunulur. Sarılan iplik kalınlığına
bağlı olarak birim uzunluğunun ağırlığı değişir. Cam lifi elyaflar bu yöntemle 750tex,
1100tex, 1200tex şeklinde isimlendirilir.
750tex: 1 km uzunluğunda ki cam elyafı ipliğinin ağırlığı 750 gramdır. Tex değeri arttıkça
elyaf ipliğinin daha kalın olduğu anlaşılır.
17
4.4.3. Lif
Cam lifi veya elyaf takviyeli polimer kompozitlerin mekanik performansı
Kompozit malzeme özelliği
Özgül
ağırlık
Çekme dayanımı
(MPa)
Basınç dayanımı
(MPa)
Polyester reçinesi (lifsiz)
1.28
55
140
%30 E-cam lif takviyeli polyester plaka
1.4
100
150
%45 E-cam elyaf dokuma takviyeli
polyester plaka
1.6
250
150
%70 E-cam elyaf dokuma takviyeli
polyester plaka
1.9
800
350
E-cam epoksi kompozit
1.99
1,770
S-cam epoksi kompozit
1.95
2,358
18
4.4.3. Lif
a) Cam lifi veya elyaf
Transformatörlerin izolasyonunda
Farklı geometriye sahip kalıp ve ızgara eleman üretiminde cam
lifi takviyeli polimer kompozitler kullanılmaktadır.
19
4.4.3. Lif
b) Karbon lifler
Karbon lifler farklı yöntemlerle üretilen ve türüne göre
çelikten daha yüksek çekme dayanıma sahip
malzemelerdir. Üstelik çelikten çok daha hafiftir.
Karbon lif takviyeli polimer kompozitler, CFRP (carbon
fiber reinforced composites) olarak adlandırılırlar.
Temel olarak karbon lifler poliakrilonitril (PAN) ve zift
kökenli olup, üretim yöntemine göre farklı özellikler
gösterirler.
5-8 mikron çaplı lifle insan
saçının kıyaslanması
CFRP helikopter
kuyruğu
20
4.4.3. Lif
Poliakrilonitril kökenli (PAN) karbon lifler
Yüksek elastisite modüllü (inşaat sektörü) ve ultra yüksek elastisite modüllü (uzay
endüstrisi) lifler üretiminde kullanılır.
Karbon lifler su emmez ve her türlü alkali ve çözücüye karşı dirençlidir.
21
4.4.3. Lif
Poliakrilonitril kökenli (PAN) karbon lifler
Poliakrilonitril karbon lifler üç grupta incelenecektir:
1. Ultra yüksek modüllü
2. Yüksek E modüllü
3. Yüksek dayanımlı
Üç türde aynı yöntemle üretilmektedir. Ancak uygulanan ısıl işlem sıcaklığı farklıdır. Bu
nedenle farklı dayanım ve rijitlik özelliklerine sahiptirler. Ultra yüksek modüllü karbon
lifler 2400oC sıcaklıkta üretilmektedir ve 400 GPa elastisite modülüne ulaşılmaktadır
(daha da arttırılabilir). Ancak çekme dayanımı 1800 MPa'dır. Kopma uzaması oldukça
azdır. İnşaat Mühendisliği uygulamalarında tercih edilir.
Yüksek modüllü karbon lifler ise daha düşük sıcaklıklarda üretilir ve elastisite modülü
240 GPa'dır. Diğer yandan 4000 MPa gibi yüksek bir çekme dayanımına sahiptir. Ayrıca
kopma uzaması ultra yüksek modüllü liflere kıyasal daha fazladır.
Yüksek dayanımlı karbon liflerde ise çekme dayanımı 4400 MPa ve elastisite modülü
200 GPa seviyelerindedir.
22
4.4.3. Lif
Poliakrilonitril kökenli (PAN) karbon lifler
Aşamaları:
1-2. PAN polimerizasyonu, 200–300oC'de fırında
stabilizasyon (halka yapısının oluşması)
3. Yüksek sıcaklıkta (> 800oC) oksijenle işleme
ve karbonizasyon (hidrojen uzaklaştırılır)
(karbon kristalleri oluşur)
4. Grafitizasyon (karbon kristalleri yönlenerek
lifleri oluşturur) (>1200oC). Bu aşamada zincirler
grafit yapısını oluşturur. (nitrojen uzaklaştırılır.)
Yüzey işleme yöntemleri ile lif son haline getirilir.
23
4.4.3. Lif
Poliakrilonitril kökenli (PAN) karbon lifler
24
4.4.3. Lif
Poliakrilonitril kökenli (PAN) karbon lifler
25
4.4.3. Lif
Poliakrilonitril kökenli (PAN) karbon lifler
26
4.4.3. Lif
Poliakrilonitril kökenli (PAN) karbon lifler
Karbon halat
Kumaş formda
Karbon keçe
Epoksi reçinesi önceden uygulanmış
Epoksi-karbon
elyaf kompozit
27
plaka
4.4.3. Lif
Poliakrilonitril kökenli (PAN) karbon lifler
Karbon betonarme donatısı
28
4.4.3. Lif
Zift kökenli karbon lifler
Zift (katran) veya petrol türevleri, PVC kullanılarak üretilir. Karbon oranı yüksek olmasına
rağmen enkesitteki lif dağılımı çok üniform değildir. Kristal yapısı daha iri ve heterojendir.
Özellikleri karışımdan karışıma bir miktar değişir. İnşaat Mühendisliğinde uygun fiyatı
nedeniyle yüksek elastisite modüllü olan türü kullanılmaktadır.
Üretim aşamaları
29
4.4.3. Lif
Zift kökenli karbon lifler
Karbon liflerden (zift kökenli türlerinde) örgüleme teknikleri ile elyaf şeritlerin üretimi
Üç aşamalı: lfilerin çekilerek yönlendirilmesi, oksidasyonu ve karbonizasyonu
30
4.4.3. Lif
b) Karbon lifler
PAN ve zift kökenli karbon liflerin kıyaslanması
31
4.4.3. Lif
1 libre=1 pound=0.45 kg
b) Karbon lifler
32
4.4.3. Lif
c) Poliamit grubu lifler
- Alifatik poliamitler (naylon) (göreceli olarak zayıftır, lifli kompozitlerde kullanılmaz)
- Aromatik poliamitler (aramit) (güçlüdür. Ticari ürünler: Kevlar 49, Nomeks, Technora…)
Aramit liflerin çekme dayanımı 2000-2500 MPa mertebelerindedir. Alkaliye dayanıksız
olduklarına dair bazı bulgular rapor edilmiştir.
Aramit lifinin molekül yapısı
(çok yüksek dayanımlı lif)
33
4.4.3. Lif
Cam, karbon ve aramit liflerin gerilme-birim şekil
değişimi
davranışlarının
diğer
malzemelerle
kıyaslanması
PET: polietilen tereftalat
PAF: Poliasetal
PES: Polyester (yeni nesil polyester grubu bir lif)
PEN: polietilen naftalin 34
4.4.3. Lif
Tek bir epoksi reçinesi kullanılarak hazırlanan matrislerde farklı lifler (%65 hacimce lif
kullanım oranı) kullanılarak mekanik özellikler kıyaslanmıştır.
En hafif
En yüksek
çekme
dayanımı
En yüksek
E modülü
En yüksek
eğilme
dayanımı
35
4.4.3. Lif
Karbon ve aramit lif takviyeli polimer kompozitlerin kullanıldığı kısımlar
36
4.4.4. Lif-matris arayüzeyi
Polimer kompozitlerin mekanik performansı, donatılandırmada kullanılan lifin ve matrisin
özelliklerinin yanında, lif-matris arayüzey özelliklerine de bağlıdır.
Lif matris arayüzeyindeki aderansı değiştirecek yöntemler iki grupta toplanabilir:
- Fiziksel etkileşimle performans arttırılması: Lif yüzeyinin uygun yöntemle
pürüzlendirilmesi veya lif ile reçinenin daha iyi kaynaşması için reçine viskozitesinin
azaltılması ara yüzey alanını arttırır. Böylece lif-matris aderansı fiziksel olarak
geliştirilebilir.
- Kimyasal etkileşimle performans arttırılması: Organik-inorganik yüzeyler arasında
bağ oluşturacak kimyasallar (örn: silan bağ ajanları - silane coupling agents) ya lif
yüzeylerine önceden uygulanarak ya da matrise karıştırılarak kullanılmaktadır. Bu
ajanların bir tarafı organik, diğer tarafı inorganik olan molekül yapısı lif-matris yüzeyleri
arasında kimyasal bağ oluşumunu sağlar.
37
4.4.4. Lif-matris arayüzeyi
38
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri:
Manuel yöntemler:
1. Yaş serme (wet lay-up process)
Yarı otomatik yöntemler:
2. Kalıplama (molding)
a- Elyaf reçinelendirmesi sonrası pres kalıplama
b- Açık kalıplama elyaf püskürtme
Otomatik yöntemler:
3. Pultrüzyon yöntemi (pultrusion)
4. Fitil sarma yöntemi (filament winding)
5. Reçine transferiyle kalıplama yöntemleri
(RTM: resin transfer molding or vacuum infusion)
Otomatik yöntemler son yıllarda gelişmekte ve tercih edilmektedir.
39
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
1. Yaş yayma yöntemi (wet lay-up process): Yüzeye önce Lif yüzeye serilir ve üzerine
reçine yayılır. Elle yapılır, kalınlık sabit değildir. Eğimli yüzeylerde sorun çıkabilir. Daha
çok plaka formunda FRP üretimi için uygundur. En düşük maliyetli yöntemdir.
40
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
1. Yaş yayma yöntemi (wet lay-up process)
41
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
2a. Pres kalıplama yöntemleri (molding)
Pres kalıplama ve fırınlama yoluyla üretilen
41 ton noktasal yük taşıyan kapaklar
42
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
2b. Açık kalıplama elyaf püskürtme
43
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
Elyaf ve reçineyi püskürtme yoluyla betonarme yapılarda çeşitli onarım uygulamaları
yapılmaktadır.
44
Püskürtme lif takviyeli polimer uygulaması
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
2c. Açık kalıplama ile plaka formunda üretim (kumaş formundaki elyafın reçineden
geçirilmesi veya liflerin kesilip reçineye eklenmesi)
45
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
3. Pultrüzyon yöntemi (pultrusion)
46
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
3. Pultrüzyon yöntemi (pultrusion)
Pultrüzyon kalıpları
47
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
3. Pultrüzyon yöntemiyle üretilen lif takviyeli kompozitler
48
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
3. Pultrüzyon yöntemiyle üretilen lif takviyeli kompozitler
Cephe kaplaması için geçmeli
modüler panel eleman
Drenaj ızgaraları
Merdiven
basamağı
49
Çatı kaplamaları
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
4. Fitil sarma yöntemi (filament winding)
50
http://www.poliya.com.tr/
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
4. Fitil sarma yöntemi (filament winding)
51
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
52
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
4. Fitil sarma yöntemi (filament winding)
12*4=48 saniye
53
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
Kanalizasyon ve Boru Rehabilitasyonu
GFRP
Kimyasallara dayanıklı basınçlı boru üretimi
54
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
4. Fitil sarma yöntemi (filament winding)
GFRP
55
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
DÜNYA REKORU ALANINDAKİ EN BÜYÜK ÇAPLI KORİGE BORUSU ÜRETİMİNİ
HES PROJELERİ
2400 MM ÇELİK TAKVİYELİ SPİRAL SARIM HDPE KORİGE BORU Gaziantep
SU İLETİM HAT BORULARI
http://www.ayhanozdemir.net/
56
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
57
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
5. Reçine transferiyle kalıplama yöntemleri (vacuum infusion)
Vakum infüzyon yöntemi
İlk uygulama alanı monolitik
tekne gövdesi üretimidir.
58
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
5. Reçine transferiyle kalıplama yöntemleri (vacuum infusion)
Bu yöntem köprü elemanı üretiminde kullanılması durumunda pultrüzyon tekniğine
kıyasla daha yüksek maliyetlidir. Ancak pultrüzyon yöntemiyle üretilemeyecek
büyüklükte ve değişik enkesitlerde yapı elemanı üretmek mümkün olmaktadır.
59
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
5. Reçine transferiyle kalıplama yöntemleri (vacuum infusion)
Vakum infüzyon tekniğinde kullanılan 3 boyutlu karbon lifi kumaşlar
60
ZPlex and 3Braid, 2005
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
5. Reçine transferiyle kalıplama yöntemleri (vacuum infusion)
ApATeCh firması tarafından
vakum infüzyon tekniği ile
üretilen köprü elemanı
61
4.4.5. Lif takviyeli polimer kompozitlerin üretim yöntemleri
Yöntemlerin kıyaslanması
RTM: resin transfer molding
62
4.4.6. Lif takviyeli polimerin dayanıklılığı
a) Yangın dayanıklılığı
Yüksek sıcaklıklara maruz kalan lif takviyeli polimer kompozitlerde (FRP) (300-500oC)
polimer matris dekompoze olur, ısı ve zehirli gaz çıkışı meydana gelir. 100-200oC
sıcaklıklara ısıtıldığında da matris yumuşar ve süner. Bu nedenle şekil değişimleri
meydana gelebilir. Kompozit aşırı şekil değişimlerinden burkularak yük taşıma
kapasitesini yitirir ve göçer.
Yukarıdaki nedenlerden dolay FRP ile betonarme veya çelik yapılarda güçlendirme
yapılırsa yangına karşı tedbir alınmalıdır.
Yangın şiddetine bağlı olmakla birlikte,
yüzeysel yangın yalıtım malzemeleri ile FRP
korunursa yangına karşı 4 saate kadar
korunabilir.
63
4.4.6. Lif takviyeli polimerin dayanıklılığı
a) Yangın dayanıklılığı
Kanada'da yapılmış çalışmalar 4 saatlik yangında yüzeysel yangın yalıtımı
64
yapılmış FRP ile güçlendirilmiş kompozitlerin, yalın betonarme ile benzer
yangın direncine sahip olduğunu göstermiştir.
4.4.6. Lif takviyeli polimerin dayanıklılığı
b) Alkali ve sıvı penetrasyonu
FRP kompozitlerin mekanik özelliklerine nem etkisi
- Matriste kullanılan polimerin nem hassasiyetine
- Kullanılan lif oranına (normal kullanım dozajı %60-65dir. Yüksek lif oranlarında nem
hassasiyeti azalır.
- Lif dayanımının matris dayanımına oranına bağlıdır.
Lif dayanımının matris dayanımına oranı yüksek olan karbon lif takviyeli polimer
kompozitlerde; performans nemden etkilenmezken, cam takviyeli polimer
kompozitlerde mekanik özellikler nem koşullarından etkilenebilmektedir.
FRP kompozitlerin nem geçirimliliğini azaltmak için polimer yüzeyi kaplanabilir veya lif
yüzeyine önceden silan slioksan kaplamalar yapılarak lif korunabilir.
65
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
1945: radarlar
Cam lifi takviyeli polimer kompozitler İkinci dünya savaşında kullanılan radarların
(radomes) üretiminde radyo dalgalarını geçirebilme özelliği nedeniyle kullanılmıştır.
Böylece alıcı ve vericiler olumsuz hava koşullarından etkilenmeden işlev görmüştür.
66
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
FRP
üretim
tekniklerinin
gelişmesi ile daha büyük
boyutlu
ve
hafif
radar
koruyucular kullanılmaktadır.
67
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
1950 ve 60'lı yıllarda FRP üretimine yönelik ilkel yöntemlerle yapılan çalışmalar
kompozitin temel prensipleri tam olarak anlaşılamadığı ve üretim-kürleme teknikleri yeni
geliştiği için istisnalar dışında genelde başarısızlıkla sonuçlanmıştır.
1969
35 yıldır kullanılmakta olan bir GFRP
kapak, Japonya
1970'lerde FRP kompozitlerin yapı malzemesi olarak tasarımda kullanımının ilk başarılı
örnekleri görülmüştür. Daha organize ve büyük ölçekli firmalar fabrikasyon yöntemlerle
FRP kompozitleri üretmeye başlamıştır. Bu fabrikalarda yük taşımayan veya yarı yük
taşıyan panel FRP elemanlar üretilmiştir.
68
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
1974: Mondial House, Londra, İngiltere
(GFRP)
Betonarme iskelete FRP giydirme cephe kaplaması yapılmıştır. Kullanılan lif cam lifi,
matris ise doymamış polyester reçinesidir. Yangına dayanıklılık için polyestere kaplama
yapılmıştır. Ayrıca nem difüzyonunu engelleyici bir kaplama daha bulunmaktadır
(isophthalic polyester gel-coat 65PA).
Panellerin üretiminde yaş yayma
yöntemi
(wet
lay-up
process)
kullanılmıştır. Eski adı "hand lay-up"
Serme işleminde lifler şaşırtmalı
yönlendirilerek yerleştirilmiştir.
69
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
1974: Mondial House, Londra, İngiltere
(GFRP)
Temizlenmiş
hali
Sahadan
geldiği hali
33 yıl serviste kalan Mondial binası GFRP kaplama malzemesi
70
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
1977: Amex House in Brighton, İngiltere (GFRP)
American Express Binasının taşıyıcı sisteminde GFRP kompozitler kullanılmıştır.
Betonarme kolon kiriş sisteminde ana kirişlere ilave olarak 7.2 m ve 12.5 m açıklık için
GFRP'den üretilen panellerle kirişler ilave edilmiştir. Bu kirişler her katta 2 metre
yüksekliğindeki cam dış cephe kaplamasının yükünü kolonlara aktarmaktadır.
GFRP kompozitlerin ilk yarı-yapısal uygulaması olarak gösterilmektedir. Bina ekonomik
ömrünü 2016'da tamamlayacaktır.
Panellerin üretiminde yaş yayma yöntemi
kullanılmıştır.
71
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
1980'lere gelindiğinde zor koşullarda performansını koruyacak İnşaat Mühendisliği
kompozit uygulamalarında FRP kullanımı gündeme gelmiştir. Daha sonraki slaytlarda
pek çok betonarme köprü tabliyesinin FRP tabliye ile değiştirildiği görülecektir.
Ayrıca FRP kompozitlere farklı şekiller verilebilmesi nedeniyle çatı kaplama elemanı
olarak kullanılmaktadır. Geometrik yapı modifiye edilerek çatı yükü daha da
azaltılabilmektedir.
72
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
FRP bina yapımı tercih edilen bir yöntem olmasa da bazı pilot denemeler
gerçekleştirilmiştir. Örneğin aşağıdak görülen cam lifi takviyeli polimer kompozit sınıflar
yaş yayma metodu ile üretilmiştir (Lancashire, İngiltere).
Geleceğin yapıları?
73
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2000 yılı Milenyum kubbesi, Londra sergisinde inşaa edilen iki adet FRP yapının
fotoğrafları aşağıda görülmektedir. Soldaki "Home Planet", sağdaki ise "Rest zone"
binalarıdır. Home planette 36 metre açıklığa sahip kar ve rüzgar yükü hesabı yapılmış,
modellenmiş kabuk yapı bulunmaktadır. Gelecekte okul, işyeri, endüstriyel tesis, sergi
yapısı gibi amaçlara yönelik kullanılabilir.
74
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2000 yılı Milenyum kubbesi (Dünyanın en geniş kubbesi: 365 m çap, 100 metre
yüksekliğinde dikmelere halatlarla bağlı) Yapıya kubbe denilmesine rağmen kabuk
kendini taşımamaktadır. Bu nedenle Milenyum tent adı da kullanılır.
2005'te O2 arena'ya dönüştürülmüştür.
Spor
müsabakaları
ve
konserlerde
kullanılmaktadır.
75
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Pultrüzyon tekniği ile taşıyıcı FRP kompozitlerin kullanıldığı ilk pilot yapı bir aç-kapa
yaya köprüsüdür (Maunsell Plank, İngiltere). Pultrüzyon tekniği ile üretilen polimer
kompozitler birbirine geçmeli ve yapıştırmalı yöntemle monte edilmektedir (Advanced
Composite Construction System (ACCS)).
Cam liflerle donatılandırılmış izofitalik polyester reçinesi kullanılmıştır.
Günümüzde bu teknikle üretim yapan "Strongwell Corporation, USA" firması
"Composolite®" ticari adıyla sistemi pek çok yapıda uygulamaktadır.
76
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Bu teknikle üretilen kompozitlerin çekme dayanımı
200 MPa, eğilme dayanımı ise 150 MPa'a kadar
yükselebilmektedir.
77 ®
COMPOSOLITE® veya DURASHIELD
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Köprü döşemesinde korozyona
dayanıklı yaya yolu
Sanayi tesisleri, atık
su ve kimyasal işleme
tankları…
78
COMPOSOLITE® veya DURASHIELD®
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Panel eleman, geçmeli
sistemle hızlı montaj
79
COMPOSOLITE® veya DURASHIELD®
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
İlk FRP yaya köprüsü 1975 yılında Tel Aviv, İsrail'de inşaa edilmiştir. Pultrüzyon
yöntemi ile üretilen FRP yapı elemanları kullanılarak çok sayıda yaya köprüsü
üretilmiştir.
Hafifliği, kolay taşınması ve hızlı montajı en önemli avantajlarıdır. Parçalar ayrı ayrı veya
tüm köprü fabrikada kurulup
bir helikopter yardımı ile yol olmayan noktalara
taşınabilmektedir.
80
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
ABD'de ulaşımı güç pek çok dağ yolunda FRP yaya köprüleri inşaa edilmiştir.
FRP elemanlar yerinde birleştirilerek köprü kirişleri oluşturulmuştur.
81
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Sehim kontrolü
82
http://www.fs.fed.us/t-d/pubs/htmlpubs/htm06232824/page04.htm
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
FRP kompozitlerin
bağlantı detayları ???
Aşırı sıkıştırma bedeniyle bulonlar iki FRP profili kırmış
83
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
FRP kompozitlerle inşaa edilen köprüler
1996 dan beri 200'den fazla köprü FRP kompozit elemanlar kullanılarak üretilmiştir.
Bu elemanlar daha çok
a) Köprü tabliyesi
b) Köprü kirişi veya kiriş-tabliye karma sistem şeklindedir.
İlk FRP kompozit köprülerde daha çok tabliye FRP ile imal edilmiştir. Tümüyle FRP
(kirişi ve tabliyesi ile) köprü imalatı daha sonradır.
84
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Köprü tabliyelerinde FRP kompozit kullanımı
Köprü tabliyeleri köprünün yıpratıcı etkilere en fazla maruz kalan elemanıdır. Tekerlek
yüküne, kimyasallara, sıcaklık nem etkilerine, donma-çözülme nedeniyle oluşan şekil
değişimlerine açıktır.
FRP köprü tabliyelerinde genelde vinilester reçinesi matris ve E-camı lif olarak
kullanılır ve kompozit elemanlar pultrüzyon yöntemiyle veya kalıplama ile üretilir.
Fabrikada üretilen elemanlar yerinde monte edilir ve aşınma tabakası sonradan üzerine
eklenir. FRP yıpratıcı etkilere daha dayanıklıdır ve metalik bir malzeme olmadığı
için korozyon problemi yoktur.
85
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Köprü tabliyelerinde FRP kompozit kullanımı
Tabliyelerde FRP kullanımının avantaj ve dezavantajları
Hafiflik (aynı taşıma gücüne sahip
betonarme döşemeye kıyasla %10-20.
Yüksek ilk inşaat maliyeti
Sünme
Korozyona dayanıklılık
Yüksek sıcaklık için koruma
Çabuk montaj, beton gibi bekleme yok,
trafiğe hızlı açılma
Yüksek dayanım, rijitlik ve yeterli
düktilite
Uzun servis ömrü, daha az bakım
onarım masrafı
Duraspan decks, Martin Marietta
(Erie Canal Road, New York)
86
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Köprü tabliyelerinde FRP kompozit kullanımı
FiberSPAN® Kanada
87
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Köprü tabliyelerinde FRP kompozit kullanımı
GRIDFORM™ FRP Reinforcement of Concrete Bridge Deck
88
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Köprü tabliyelerinde FRP kompozit kullanımı
Köprü döşemelerinde kullanılacak FRP kompozitler için pek çok prototip geliştirilmiştir.
Genellikle pultürzyon yöntemi ile üretilen elemanlar kullanılır.
89
Jerry O'Connor, MCEER, FHWA FRP Team Member
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Köprü tabliyelerinde FRP kompozit kullanımı
Koruge yapılı (kıvrımlı) FRP plakların birleştirilmesi
Balpeteği çekirdekli
sandviç döşeme (FRP)
90
Jerry O'Connor, MCEER, FHWA FRP Team Member
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Köprü tabliyelerinde FRP kompozit kullanımı
Neden sandviç panel?
Engineering theory shows that the flexural
stiffness of any panel is proportional to the cube
of its thickness. The purpose of a core in a
composite laminate is therefore to increase the
laminate's stiffness by effectively 'thickening' it
with a low-density core material. This can provide
a dramatic increase in stiffness for very little
additional weight.
Vakum infüzyon yöntemi ile
üretilen balpeteği formunda
FRP kompozitler
91
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
1992: İlk ve en geniş açıklığa sahip (113 m) GFRP - beton köprü Aberfeldy, İskoçya'da
yapılmıştır. Döşeme ve kablo bağlantı direkleri tamamen geçmeli kompozit plakalardan
oluşturulmuştur (ACCS Plank). Halen servistedir.
92
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
1994 yılında inşa edilen Bonds Mill aç-kapa köprüsü (İngiltere), 8.5 m açıklık 4.25 m
genişlik ve 4.5 ton ağırlığındadır.
Bonds Mill aç-kapa köprüsünün döşemesi üç boyutlu hücreli yapılı geçmeli GFRP
kompozitlerden inşa edilmiştir (pultrüzyonla fabrikada üretilen parçalar). Geçmeli
parçalar soğuk kürlenen epoksi yapıştırıcılarla bağlanmıştır. Malzemelerin taşınması ve
montaj küçük kapasiteli araçlarla yapılmıştır.
44 tona kadar yüklü araçların geçmesi dikkate alınarak tasarlanmıştır.
93
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
1996, Stork köprüsü, İsviçre: CFRP kabloların denendiği ilk asma araç köprüsüdür. 61
ve 63 metrelik iki açıklığı olan köprüde 24 kablonun 2 tanesi karbon liften imal, diğerleri
ise çeliktir. Karbon lif kabloların uzun dönemli performansı burada izlenerek
güvenilirlikleri test edilmektedir. Karbon kabloların hafif olması, korozyona uğramaması
ve teorik yorulma dayanımlarının çok yüksek olması avantajlarıdır. Ancak kabloların
ankraj detaylarına dikkat edilmelidir.
94
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
1997, Tom's Creek Bridge, Virginia: araç köprüsünde kiriş değişimi
Paslanmış çelik kirişler içi boş I
profil FRP kirişlerle ve bir adet
ahşap kirişle değiştirilmiştir. Köprü
yük taşıma kapasitesi 10 tondan 20
tona çıkartılmıştır.
Strongwell's FRP
95
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2001, Sugar Grove, Virginia: Korozyona uğramış çelik profil kirişler 8 adet FRP kirişle
değiştirilmiştir. Köprü iki şeritlidir.
EXTREN DWB® beams
96
203mm x 152mm ve 914mm x 457mm boyutlarında iki tür kiriş kullanılmaktadır.
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2001 Japonya'nın ilk FRP köprü uygulaması
(yüksek maliyet)
2 açıklıklı 37m (20+17 m) GFRP kirişler
Japonya Okinawa'da okyanus kıyısında yol üzerinde
yaya köprüsü
Çelik ve betonarme yaya köprülerine bu derece
kuvvetli etkide korozyona dayanıklılık problemleri var.
Alternatif olabilir mi?
Tasarım yükleri:
Sabit: 350 kg/m2, hareketli 500 kg/m2
Rüzgar: 52 m/s
Deprem: yatay sismik katsayı 0.18
97
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2001 Japonya'nın ilk FRP köprü uygulaması
98
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2001 Japonya'nın ilk FRP köprü uygulaması
99
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2001 Japonya'nın ilk FRP köprü uygulaması
Bağlantı noktalarında paslanmaz çelik plaka ve bulonlar, gergi çubukları kullanılmıştır.
100
Bulonlarla ilgili bazı problemler
olduğu rapor edilmiştir.
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2001, Cornwall, İngiltere: 47 metre açıklığa sahip Halgover asma köprüsü
yaya, bisiklet ve at geçişi dikkate alınarak tasarlanmıştır. Çekil direk ve
kabloların taşıdığı 4 metre genişlikteki tabliye, FRP kompozitten vakum
infüzyon yöntemi ile üretilmiştir. Vinil ester reçinesi ve UV ışınına dayanıklı jel
kaplama kullanılmıştır. Boyuna kiriş elemanlar ise polyester reçine matrisli
kompozitler pultrüzyon yöntemi ile üretilmiştir.
İki üretim yöntemi ile hazırlanan FRP
kompozitlerin birlikte kullanıldığı köprü
101
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2002 Oregon, ABD: 1924'te inşaa edilen aç-kapa köprünün tabliyesinin 2002'de FRP ile
değiştirilmesi
102
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2003, Wilcott Köprüsü, İngiltere: 51.3 m
tek açıklık 2 m genişlik yaya geçidi. Üç
parça halinde fabrikada imal edilip yerinde
montajı yapılmıştır. Her parça altı adet
üniteden (‘Maunsel Plank’ üniteleri)
oluşmaktadır.
103
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2003, Fredrikstad, Norveç: İskandinavyanın en büyük
hareketli köprüsüdür. Aç-kapa (baskül) FRP kompozit yaya
köprüsü 28x2=56 m açıklık
Tüm ekipman 20 ton, kullanılan FRP malzeme ağırlığı 4.5 ton
Sandviç döşeme sisteminde CFRP laminelerin arasında balza
ahşabından çekirdek doldurulmuş. Isıtma kabloları ile kışın buz
tutma engelleniyor. Yaya köprüsü ancak 2 ton dingil yükünü
taşıyabilecek şekilde tasalanmış
Vakum infüzyon
104
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2003, Fredrikstad, Norveç
Köprünün
dış
kaplaması
CFRP laminatlarla (10–38 mm
kalınlıkta) kaplanmıştır. İç
kısımda rijitlik sağlamak için
CFRP ve GFP laminatlar çelik
profillerle birlikte kullanılmıştır.
Tüm FRP kompozitler
vakum infüzyon tekniği
kullanılarak
üretilmiştir
(vacuum assisted resin
infusion).
105
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2006,
New Chamberlain Bridge,
Bridgetown, Barbados: 1872 yılında
yapılan çelik köprü sökülüp yerine
ekstrüzyon FRP kompozit aç-kapa
köprü monte edilmiştir. Bonds köprüsü
(COMPOSOLITE)
ile
aynı
proje
kullanılmıştır.
2.13
m'ye
4
m
boyutlarındadır.
FRP hidrolik kanal kapakları
Korozyona dirençli
Komagari barajı
106
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Emekli uzay mühendisi Dr. Dan Richards tarafından geliştirilen bir kompozit tabliye
üretim yöntemidir. Kompozit FRP köprü pultrüzyon ve döşeme bağlantıları patentli bir
sistemle tanımlanmıştır (2002). Kuzey Karolayna Laboratuvarlarında prototip testleri
yapılmış ve 2006'da ilk imalat gerçekleştirilmiştir.
107
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
108
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2007, Hibrit FRP kirişlerle ilgili deneysel çalışmalar
The advancement in this application has resulted in the production of second generation
pultruded shapes of hybrid glass and carbon FRP composites that will increase the
stiffness modulus with very little additional cost. The recognition of providing high quality
fibres at the most effective regions in a structural member’s cross-section is a key
innovation to the effective use of these high-performance materials.
Ekstrüzyon + plaka yapıştırma
Maliyet CFRP>GFRP
109
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2007, Hibrit FRP kirişlerle ilgili deneysel çalışmalar
Çelik elemanlar
hibrit FRP kirişin
eğilme rijitliğini
arttırmak için
epoksi ile FRP'ye
yapıştırılmıştır.
110
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2007, Hibrit FRP kirişlerle ilgili deneysel çalışmalar
Sonuç: 1. Hibrit sistemlerde delaminasyon nedeniyle potansiyel kullanılamıyor.
2. Rijitlik arttırıcı kullanmak yerine daha büyük enkesitli üretim tercih
edilmelidir.
111
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2008, Rusya: Rusya'da vakum infüzyon yöntemi ile üretilen ilk FRP kompozit köprüdür.
22.6 metre uzunluğunda ve 2.8 metre genişliğindedir. Köprü ağırlığı ise 5.5 tondur. 100
yıl servis ömrü hedeflenmektedir.
112
Applied Advanced Technology (ApATeCh) Company Ltd.
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2008, Lancashire, İngiltere
İngiltere'de ilk FRP tabliyeli taşıt köprüsüdür (tren yoluna çevrilmiştir). 10 metrelik açıklık
20 tonluk GFRP tabliye ile geçilmiştir. E-cam lif ve UV dirençli polimer reçine
kullanılmıştır.
113
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2008, Ohio, ABD
Tabliye ve kirişlerin monolik olarak fabrikada
imal edildiği ve sahaya taşındığı bir örnektir.
GFRP ile 6.75 m uzunluk ve 19 metre
genişlikteki kısım geçilmiştir.
SuperFiberSPAN™
Composite Advantage (CA)
114
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2008, Almanya, Frankfurt
27 metre uzunluğunda, 5 metre genişliğinde, 80 ton ağırlığında çok hücreli GFRP
tabliye (pultrüzyon profiller) ve çelik kompozit köprü.
Sünme endişesi nedeniyle
iki adet çelik kiriş bulunmaktadır.
Polimer kaynağı
115
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2008, Autovia del Cantabrico, Madrit, İspanya
46 metre yekpare CFRP kiriş
(pre-prag yöntemiyle)
İspanyadaki ilk CFRP kompozit otoyol köprü kirişi.
0.8 m derinliğe sahip içi boş trapezoidal kesitli 3 paralel CFRP kompozit kiriş
kullanılmıştır. Tüm köprü 50 tonluk vinçle 10 saatte monte edilmiştir. Tabliye betondur
(100 kg/m taşıyıcı, 2500 kg/m beton yol tabliyesi)
116
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2009, Plymouth, İngiltere
Ahşap kazıklara oturan mevcut
trenyolu köprüsüne güvenli bir
yaya geçidi eklemek amacıyla
yapılmıştır.
En uzunu 12 metre olan ve 2.8 ton
ağırlığındaki parçalar birleştirilerek
80 metre uzunluğunda inşaa
edilmiştir.
Leri nehri üzerine inşaa edilen FRP yaya köprüsü
Yapıştırıcılarla FRP kompozitler
birbirine bağlanmıştır.
117
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2009, Hamburg, Almanya: Parçalar halinde yerinde monte edilen FRP kompozit köprü
Hamburg otoyolu üzerinde 100 m x 3.5 m'lik geçiş sağlamaktadır.
118
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2009: Kaliforniya Karayolları Bölümü (CalTrans) San Francisco-Oakland Körfez
köprüsünde köprüyü karaya bağlayan 100 metrelik kısımda vakum infüzyonu yöntemi
ile üretilen tabliyeleri eski betonarme tabliyelerle değiştirerek pilot bir uygulama
başlatmıştır. Değiştirilen kısım sürekli kontrol altında tutularak performansı
izlenmektedir.
Yüksek hacimli vakum
infiltrasyonu vinil ester
reçinesi
kullanılarak
yapılmıştır.
119
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Üçgen şekilli tabliye enkesiti GRFP
kompozitler vakum infiltrasyon tekniği
ile üretilmiştir.
Bristol üniversitesi, pilot
uygulama testleri, 2010
120
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Vakum infüzyon tekniği kullanılarak üretilen iskele yapısı
İskele tabliyesi, FRP plaka arasına köpük doldurulmuş
iki duba tarafından taşınmaktadır. Ayrıca tabliye yapısı
da vakum infüzyon tekniği ile üretilmiş ve içi köpük
malzeme ile doldurulmuştur.
Docksmart® 2010
121
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Dünyanın en uzun monolitik FRP köprü kirişi, Madrit, İspanya, 2010
Huntsman & ACCIONA 2011 Inovasyon ödülünü almıştır.
CFRP Vakum infüzyon
44m uzunluk, 3.5m genişlikte tek parça köprü kirişinin üretiminde 12 ton karbon lif
kullanılmıştır.
122
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Dünyanın en uzun monolitik FRP köprü kirişi, Madrit, İspanya, 2010
Bu yaya köprüsü betonarme veya çelikten yapılmış olsaydı, aynı taşıma kapasitesi için
gerekli kiriş ağırlığı 50 ton iken, CFRP kompozitle üretilen kiriş 25 ton gelmiştir.
Köprünün montajı 75 ton kapasiteli bir vinçle 2 saatte tamamlanmıştır. Betonarme veya
çelikten yapılmış olsaydı daha yüksek kapasiteli bir vinç ve daha uzun süre gerekecekti.
123
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2010, İspanya, ACCIONA kompozit
CFRP kirişler
124
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2010 İspanya
Tüm kolon, kiriş, tabliye elemanları FRP kompozit olan köprü yaya geçidi
125
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Farklı malzemelerden üretilen hibrit yapı elemanları
Beton FRP karma kirişler
126
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Farklı malzemelerden üretilen hibrit yapı elemanları
127
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Farklı malzemelerden üretilen hibrit yapı elemanları
Beton dolu FRP tüpler
128
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Farklı malzemelerden üretilen hibrit yapı elemanları
İçi boş, cidarı beton dolu FRP tüpler
İlk içi beton dolu FRP kolon
uygulaması, Vinginia, ABD
soyunca
129
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Farklı malzemelerden üretilen hibrit yapı elemanları
Beton dolu FRP profiller
130
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Farklı malzemelerden üretilen hibrit yapı elemanları
Kullanım alanları
131
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Farklı malzemelerden üretilen hibrit yapı elemanları
ABD'de 250,000'den fazla betonarme ve çelik yapının (çoğunluğu köprü veya menfez)
onarım (repair), eski haline döndürme amacıyla güçlendirme (retrofit) veya yıkılıp yenisi
ile değiştirilmeye (replacement) ihtiyacı vardır.
2008-2009
yıllarında
bazı
köprülerin (6 adet) yerine Maine
Üniversitesi'nde
(Pittsfield)
geliştirilen kompozit köprüde
kemer köprüler inşaa edilmiştir.
132
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
Farklı malzemelerden üretilen hibrit yapı elemanları
Reçine infüzyon yöntemi ile üretilen karbon lif takviyeli tüplerin içine şantiyede
montajdan sonra beton doldurulmuştur.
133
Açıklık (11m x 13m) inşaat 3 günde tamamlanmıştır.
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
2010, Royal River Köprüsü, Auburn, Maine: FRP tüplerin içi beton doldurularak kemer
köprü oluşturulmuştur.
134
4.4.7. Lif takviyeli polimerin tarihsel gelişimi ve inşaat uygulamalarında kullanımı
http://www.iifc-hq.org/
135
136

Download Report