CFRP ile Beton Boru Güçlendirilme
Beton Boru Güçlendirme :
Mevcut beton altyapı borularının yaşlanması ve hasar görmesi, su temini ve atık su sistemlerinde ciddi riskler oluşturuyor. Büyük çaplı boruların değiştirilmesi kazı, trafik kesintisi ve yüksek maliyet gerektiriyor. Son yıllarda Karbon Fiber Takviyeli Polimer (CFRP) malzemesi, beton boruların yerinde güçlendirilmesi için öne çıkan bir çözüm haline geldi. CFRP, mevcut borunun içine “yeni bir boru” gibi yerleştiriliyor. Böylece borunun yapısal bütünlüğü artıyor ve servis ömrü uzuyor. İlk uygulamaları 1990’larda ortaya çıkan CFRP astar tekniğini, 2000’lerden itibaren su idareleri deneysel olarak kullanmaya başladı. 2009 itibarıyla birçok proje hayata geçirilmiştir. Artan ilgi sonucunda Amerikan Su İşleri Birliği (AWWA), 2016’da beton basınçlı borular için CFRP tasarım ve uygulama standartlarını belirledi.
CFRP ile Güçlendirilen Beton Boruların Kullanım Alanları
CFRP güçlendirme tekniği, özellikle altyapı su hatlarında yaygın şekilde kullanılıyor. İçme suyu iletim hatları en yaygın uygulamalar arasında yer alıyor. Birçok şehirde büyük çaplı ön germeli beton borular zamanla tel korozyonu ve çatlaklar nedeniyle risk altına giriyor. CFRP astarlar, bu kritik içme suyu ana iletim hatlarında boruyu içeriden güçlendiriyor. Böylece ani boru patlakları önlenip, hizmet kesintileri en aza iner. Örneğin, Miami-Dade şehrinde çapı 54 inç (1,37 m) ve 48 inç (1,22 m) olan ön germeli beton su iletim borularını CFRP ile güçlendirdiler. Bu uygulama ile boruların hizmet ömrü planlı şekilde uzatılmıştır.
Kanalizasyon ve Yağmur Suyu Hatlarında Kullanım
Belediyeler, kanalizasyon ana kolektörleri ve yağmur suyu drenaj hatlarını CFRP ile rehabilite ediyor. Günümüzde birçok şehirde eskiyen donatılı beton kanalizasyon tünellerini ve hatlarını CFRP yapısal astarları ile yeniliyorlar. Böylece kazı yapmadan uzun vadeli bir çözüm sağlanıyor. CFRP astarlar, agresif atık su ortamında betonu korozyondan koruyor. Ayrıca sızdırmazlık sağlayarak sistemin ömrünü uzatıyor. Bu nedenle endüstriyel atık su hatlarında da bu yöntemi tercih ediyorlar. Orman içi yolların altındaki menfez ve akıntı borularında dahi CFRP ile güçlendirme çalışmaları yürütülebiliyor. Mevcut beton borular, bu yöntemle yeniden kullanılabiliyor.
CFRP Güçlendirme Yöntemleri
CFRP ile beton boru güçlendirme sürecinde ekipler, genellikle borunun iç yüzeyine karbon fiber kompozit tabakalarını yapıştırıyor. Bu işlem, boru içinde uzman ekiplerin çalışmasını gerektiriyor. Çoğunlukla insan girişine uygun (geniş) çaplı borular için tercih ediliyor. Güçlendirme öncesinde ekipler, kapsamlı yüzey hazırlığı yapıyor. Boru iç yüzeyini yüksek basınçlı kumlama ile temizliyorlar. Gevşek parçaları uzaklaştırıyor ve yüzeyi pürüzlendiriyorlar. Beton içerisindeki büyük çatlakları veya boşlukları epoksi enjeksiyonu ile dolduruyorlar. Ayrılan parçaları ise tamir harcı ile onarıyorlar. Betonun epoksiyi emmesini önlemek için özellikle borunun taban kesitine geçirimsiz astar sürüyorlar.
CFRP Uygulama Teknikleri
Ekipler CFRP astarı iki ana yöntemle uyguluyor. Bu yöntemler ıslak serme (wet lay-up) ve kuru serme (dry lay-up) olarak adlandırılıyor. Islak serme yönteminde karbon fiber kumaş şeritleri epoksi reçine ile doyuruyorlar. Daha sonra boru yüzeyine yapıştırıyorlar. Kuru serme yönteminde ise önce boru yüzeyinin üst kısmına tutkal katmanı sürüyorlar. Daha sonra karbon fiber kumaşı kuru halde bu yapışkanlı yüzeye yerleştiriyorlar. Ardından üzerindeki epoksi reçineyi özel rulolarla kumaşa yedirerek doyuruyorlar.
Borunun Alt Kısımlarında Uygulama
Borunun alt yarısına kumaşı, reçineyle doyurup yerçekimi etkisiyle yüzeye oturtuyorlar. Bu yöntemler, özellikle borunun tepe noktasında çalışmayı kolaylaştırmak için geliştirilmiştir. Ayrıca çok katmanlı uygulamalarda zamanı kısaltıyor. Tipik bir CFRP kaplama uygulamasında ekipler, günde yaklaşık 232 m² yüzey kaplıyor.
CFRP Katmanlarının Dizaynı
Mühendislerimiz, CFRP güçlendirme tasarımını borunun ihtiyaçlarına göre belirliyor. Katman sayısını, fiber yönlerini ve elyaf tipini projeye özel olarak seçiyorlar. Karbon fiber tabakaları genellikle boru eksenine dik yönde (boru çevresi boyunca) sarıyorlar. Böylece iç basınca karşı çevresel direnç sağlıyorlar. Gerek duyulursa eksene paralel veya eğik fiber tabakalar ekleyerek boyuna mukavemeti artırıyorlar. Ayrıca eğilme dayanımını da bu şekilde yükseltiyorlar. Örgü yönü çift eksenli olan kumaşları veya arada kullanılan cam fiber katmanları sisteme dahil ediyorlar. Böylece farklı yüklere karşı dengeli bir dayanım oluşturuyorlar.
CFRP Astarın Tamamen Sertleşmesi
CFRP astar tamamen sertleştikten sonra boru, içinde yeni bir boru barındırıyormuş gibi çalışıyor. İç astar, mevcut boru duvarına yapışarak yük taşıma kapasitesini artırıyor. Bazı projelerde mühendisler CFRP sistemini bağımsız bir boru gibi tasarlıyor. Böylece iç basınca tek başına dayanır bir yapı oluşturuyorlar.
Güçlendirilen Boruların Uç Bölgelerinde Güvenlik
Güçlendirilen boru bölgesinin uçlarında kesintisiz bir güçlendirme sağlamak, kritik bir teknik nokta olarak öne çıkıyor. Güçlendirilmemiş kısımlarla birleşim yerlerinde bu detayları dikkatle ele almak gerekiyor. Ekipler, bu sorunu çözmek için derz bölgelerine epoksi harçla tampon yapıyorlar. CFRP katmanlarını komşu boru segmentine yeterli ankraj boyu olacak şekilde uzatıyorlar. Ayrıca çelik kelepçe halkalarını kullanarak CFRP astarı uçtan sıkıştırıyorlar.
Uygulama İçin Gerekli Koşullar
Ekipler, CFRP uygulamalarını dar ve kapalı boru içinde gerçekleştiriyor. Bu nedenle özel ekipman ve eğitimli personel kullanıyorlar. Mevcut menholleri veya kontrol şaftlarını kullanarak erişimi sağlıyorlar. Böylece dışarıdan geniş çaplı bir kazı yapma gereğini ortadan kaldırıyorlar.