Beton Onarım ve Güçlendirme (Karbon Fiber/FRP) Teknik Şartnamesi

FRP güçlendirme sistemleri — kiriş eğilme takviyesi ve kolon sargılama (confinement) uygulamaları

Madde 1 — Kapsam ve Amaç

Bu şartname; mevcut betonarme yapı elemanlarının (kiriş, döşeme, kolon, perde) dışarıdan yapıştırılan fiber takviyeli polimer (FRP — karbon, cam veya aramid elyaf) sistemleriyle eğilme, kesme kapasitesi artırımı veya sismik sargılama (confinement) amaçlı güçlendirilmesi işlerinin; ön koşullar, beton onarımı, yüzey hazırlığı, malzeme seçimi, tasarım esasları, uygulama, ankraj, koruma ve kalite kontrol esaslarını kapsar.

Bu doküman; FRP donatılı yeni beton üretimini, iç/gömülü (internal) FRP donatı uygulamalarını ve karbon fiber dışındaki yapısal çelik güçlendirme yöntemlerini (çelik profil ilavesi, mantolama vb.) kapsamaz.

Madde 2 — Tanımlar ve Kısaltmalar

Madde 3 — Uygulanacak Standart ve Yönetmelikler

Bu şartname kapsamındaki tüm tasarım hesapları, güncel ACI 440.2R (veya proje şartına göre eşdeğer fib/TBDY esaslı) yöntemle, konusunda uzman bir mühendis tarafından yapılır ve onaylanır.

Madde 4 — Mevcut Durum Tespiti ve Ön Koşullar

• FRP güçlendirmesi planlanan her yapı elemanı için, mevcut yapısal durum (beton dayanımı, donatı düzeni/korozyon durumu, çatlak/hasar tespiti) belgelenir.
• Donatı korozyonu, aktif (ilerlemekte olan) çatlaklar veya ayrışmış/gevşek beton tespit edilirse, bu sorunlar FRP uygulamasından önce onarılır (bkz. Madde 5); FRP, mevcut bozulmayı durduran bir sistem değil, sağlam bir alt yapıya ek kapasite ekleyen bir sistemdir.
• Elemanın mevcut (güçlendirmesiz) taşıma kapasitesi hesaplanır; tasarım felsefesinde, FRP sistemi olası bir hasar sonucu işlevini kaybetse dahi elemanın belirli servis yüklerini (azaltılmış güvenlikle) taşıyabilmesi gözetilir.

Minimum güçlendirmesiz kapasite şartı: ACI 440.2R-17 esasına göre, FRP'nin "ikincil/tamamlayıcı donatı" olarak kabul edilebilmesi için, elemanın FRP olmadan da aşağıdaki yük kombinasyonunu güvenle taşıyabilmesi şart koşulur:

Burada φR_n elemanın güçlendirmesiz (mevcut) tasarım kapasitesini, D sabit yükü, L hareketli yükü ifade eder. Bu kontrol sağlanmadan FRP güçlendirmesi tasarlanamaz; sağlanmıyorsa, FRP'ye ek olarak elemanın mevcut kapasitesi de artırılmalı veya farklı bir güçlendirme stratejisi değerlendirilmelidir. Kesin katsayılar ve kombinasyon, güncel ACI 440.2R baskısına göre proje mühendisi tarafından teyit edilir.

Madde 5 — Beton Onarımı: Bozulmuş Beton Giderme ve Donatı Koruma

• Ayrışmış, çatlamış veya karbonatlaşmış beton, sağlam beton görülene kadar kaldırılır (genellikle kırma/tıraşlama ile).
• Açığa çıkan donatıda korozyon varsa, korozyon ürünleri (pas) mekanik olarak temizlenir; ciddi kesit kaybı tespit edilirse donatı takviyesi/ilavesi değerlendirilir.
• Onarım harcı, TS EN 1504-3 esasına göre sınıflandırılan (R1-R4, yapısal onarım için genellikle R3/R4 sınıfı) polimer modifiyeli, düşük büzülmeli bir harç olarak seçilir.
• Yapısal çatlaklar (varsa), FRP uygulamasından önce uygun bir yöntemle (örn. epoksi enjeksiyonu) onarılır; onarılmamış aktif bir çatlak üzerine FRP uygulanmaz.
• Onarım harcının kürü tamamlanmadan yüzey hazırlığı ve FRP uygulamasına geçilmez.

Madde 6 — Yüzey Hazırlığı ve Kabul Kriterleri

• Beton yüzeyi, kumlama veya taşlama ile laitance tabakasından ve yüzey kirliliğinden (yağ, boya, eski kaplama kalıntısı) arındırılır.
• Yüzey pürüzlülüğü, ICRI Kılavuz 310.2 esasına göre tanımlanan uygun bir konkret yüzey profiline (CSP) getirilir; kullanılacak ürünün üretici talimatı bu profili tanımlar.
• Yüzey çekme (pull-off) dayanımı test edilerek doğrulanır; ACI 440.2R-17'ye göre bu değer asgari 1,4 MPa olarak zorunlu bir alt sınırdır (tipik/gösterge bir değer değildir). Bu değerin altındaki yüzeylerde ek hazırlık (derinlemesine tıraşlama, onarım) yapılır.
• Kare/dikdörtgen kesitli kolonların sargılanmasında köşeler yuvarlatılır; keskin köşe üzerine fiber sarılmaz. Kullanılan tasarım standardına göre asgari yarıçap farklılık gösterir — ACI 440.2R-17'de asgari ~13 mm (0,5 inç), fib Bulletin 90'da asgari ~30 mm olarak belirtilir. Proje hangi standardı esas alıyorsa o standardın köşe yarıçapı şartı uygulanır; standart belirtilmemişse daha muhafazakâr (büyük) değer esas alınır.
• Gevşek dokulu/aşırı emici yüzeylerde, üretici tarafından belirtilen düşük viskoziteli epoksi astar (primer) uygulanır.
• Yüzey, uygulama anında kuru, tozsuz ve yağsız olmalıdır; nem içeriği, elektronik nem ölçer veya kalsiyum klorür testi gibi bir yöntemle ölçülüp üretici sınırıyla karşılaştırılır; sınırın üzerindeyse uygulama ertelenir.

Yüzey hazırlığı — köşe yuvarlatma (standarda göre R≥13-30mm) ve pull-off dayanım testi ile doğrulama

Madde 7 — FRP Malzeme Tipleri ve Seçim Esasları

• Uygulama formu; ıslak lamine (wet layup — kumaş formunda sahada doyurma), önceden kürlenmiş lamine şerit (pre-cured strip) veya yüzey altı gömülü (NSM) çubuk/şerit olarak proje şartına göre seçilir.
• Malzeme seçimi; gerekli kapasite artışı, elemanın geometrisi, çevresel maruziyet ve estetik/mekansal kısıtlara göre proje mühendisi tarafından yapılır.

Madde 8 — Tasarım Esasları: Kapasite, Debonding Sınırlaması ve Çevresel Azaltma

• FRP sistemi, ACI 440.2R-17 (veya eşdeğer bir tasarım yöntemi) esasına göre, mevcut donatı ile FRP'nin birlikte çalıştığı bir kesit analiziyle tasarlanır.
• FRP, yalnızca çekme donatısı olarak tasarımda dikkate alınır; basınç davranışı güvenilir kabul edilmez ve tasarımda kullanılmaz.
• Tasarımda kullanılan FRP gerinimi, fiberin kopma gerinimi değil, debonding riskini sınırlayan bir "etkin gerinim" (effective strain) değeridir; bu değer, bağ-bağımlı bir katsayı (bond-dependent coefficient) ile hesaplanır ve genellikle fiberin gerçek kopma gerinimden belirgin ölçüde düşüktür.
• FRP tasarım dayanımı, maruz kalınan çevre koşuluna göre bir çevresel azaltma katsayısı (C_E) ile çarpılarak azaltılır; karbon fiber için bu katsayı genellikle cam veya aramid fibere göre daha yüksektir (yani azaltma daha azdır), dış ortam/agresif kimyasal ortam koşullarında iç mekana göre daha düşük bir katsayı uygulanır.
• Sünek (ductile) bir göçme davranışı sağlamak amacıyla, tasarımda genellikle iç çelik donatının akma gerinimine ulaşması aranan bir şarttır; kesit, çelik akmadan önce FRP'nin ani/gevrek kopmasıyla göçecek şekilde tasarlanmaz.
• Servis Limit Durumu (SLS) kontrolü, nihai kapasite (ULS) kontrolüne ek olarak mutlaka yapılır; bu kontrol çatlak genişliği, sehim (deflection) ve servis yükleri altında beton/çelik/FRP gerilmelerinin sınırlandırılmasını kapsar. Eğilme güçlendirmesinde SLS kontrolü, birçok durumda ULS kontrolünden daha belirleyici olabilir.
• Kesme güçlendirmesinde, yalnızca kirişin yan yüzeylerine uygulanan (üstten/basınç bölgesinden ankajsız) FRP şeritleri, yeterli ankraj sağlanamadığından önerilmez; kesme güçlendirmesinde FRP'nin basınç bölgesine ankrajlanması veya tam sargılama (U-sargı yerine tam çevre sargı) tercih edilir.
• Torsiyon güçlendirmesi ve ön gerilmeli (prestressed) FRP uygulamaları, bu şartnamenin genel kapsamı dışında özel mühendislik değerlendirmesi gerektiren ileri tekniklerdir; bu tür uygulamalar için fib Bulletin 90'daki ilgili bölümler esas alınarak ayrı bir tasarım yapılır.

Debonding mekanizması — FRP'nin ince bir beton tabakasıyla birlikte betondan ayrılması, kopma öncesi

Madde 9 — Uygulama Yöntemleri (Wet Layup, Lamine, NSM)

• Islak lamine (wet layup) yönteminde; yapısal doyurma epoksisi yüzeye sürülür, karbon fiber kumaş elyaf doğrultusuna dikkat edilerek serilir ve hava kabarcığı kalmayacak şekilde rulo ile bastırılır. Çok katlı uygulamalarda her kat arasında epoksi tekrarlanır.
• Önceden kürlenmiş lamine şerit uygulamasında; şerit, yapısal yapıştırıcı epoksi ile beton yüzeyine yapıştırılır ve sabitleme süresince basınç altında tutulur.
• NSM (yüzey altı gömülü) uygulamada; beton yüzeyine önceden belirlenen derinlik/genişlikte oyuk açılır, oyuk epoksi ile doldurulup FRP çubuk/şerit yerleştirilir.
• Çok katlı wet layup uygulamalarında kat sayısı, üretici sınırları ve tasarım hesabına göre belirlenir; aşırı kalın/çok katlı uygulamalarda iç katmanlarda yetersiz doyurma riski artar. Sektör pratiğinde yaygın olarak atıfta bulunulan bir üst sınır, önceden kürlenmiş (pultruded) şeritlerde ~3 kat, sahada dökülen (kürlenen) kumaş uygulamalarında ~5 kattır; kesin sınır kullanılan ürün ve tasarım standardına göre teyit edilir.
• İki bileşenli epoksi sistemlerinde, A (reçine) ve B (sertleştirici) bileşenlerinin karışım oranı, üretici tarafından belirtilen değere hassas şekilde (hacimce veya ağırlıkça) uyularak tartılır/ölçülür; göz kararı karıştırma kabul edilmez.
• Karışımın pot life (işlenebilirlik süresi) takip edilir; bu süre aşıldıktan sonra karışım uygulanmaz. Pot life, ortam sıcaklığına bağlı olarak kısalıp uzayabilir.
• Karışım, topaklanma veya renk farklılığı kalmayacak şekilde homojen hale getirilir.

Madde 10 — Ankraj Sistemleri ve Debonding Önleme Detayları

• Kumaş uçlarında, birleşim bölgelerinde ve yüksek debonding riski taşıyan detaylarda (kiriş eğilme/kesme güçlendirmesi, kare/dikdörtgen kolon sargılaması) karbon fiber spike tipi ankraj uygulanır.
• Spike ankraj, ACI 440.2R-17 kapsamında bu tür detaylarda zorunlu bir bileşen olarak değerlendirilir; ankrajın doğru uygulanması, sistemin tasarım yükünü güvenle taşıyabilmesinin ön şartıdır.
• Ankraj deliği çapı/derinliği ve fiber demeti dağıtım açısı, üretici teknik föyüne uygun şekilde uygulanır.

Madde 11 — Kolon Sargılama (Confinement) ve Sismik Güçlendirme Esasları

• Kolon sargılama (confinement) uygulamasında, FRP'nin oluşturduğu enine basınç etkisiyle kolonun eksenel kapasitesi ve süneklik (deformasyon yeteneği) artırılır; bu, TBDY 2018 kapsamındaki mevcut bina değerlendirme/güçlendirme çalışmalarında yaygın bir yöntemdir.
• Tam sargılama (full wrap) veya şerit sargılama (strip wrapping) seçimi, proje hesabına göre yapılır; sismik güçlendirme amaçlı uygulamalarda genellikle tam sargılama tercih edilir.
• Fiber doğrultusu, sargılama uygulamalarında elemanın çevresi yönünde (hoop direction) olacak şekilde uygulanır; bindirme (lap) uzunluğu üretici talimatına göre sağlanır.
• Kolon-kiriş birleşim bölgelerinde sargılamanın sürekliliği ve döşeme/kiriş ile çakışan noktalardaki detaylandırma, proje mühendisi tarafından özel olarak tasarlanır.

Madde 12 — Yangın Koruması, UV/Çevre Koruması, Bakım ve Periyodik Kontrol

• FRP sisteminde kullanılan epoksi reçinelerin camsı geçiş sıcaklığı (T_g) tipik olarak 60-82°C aralığındadır; bu sıcaklığın üzerinde epoksi yumuşayıp yapışma performansını hızla kaybeder.
• Yangın riski bulunan, kullanımdaki (occupied) binalarda FRP güçlendirilmiş elemanlar, uygun bir yangın koruma kaplamasıyla (vermikülit alçı sıva, kalsiyum silikat plaka veya eşdeğer sertifikalı sistem) korunur; gerekli yangına dayanım süresi (örn. 30, 60 veya 120 dakika) ve buna karşılık gelen koruma kalınlığı, projenin bağlı olduğu yangın yönetmeliği ve bina kullanım sınıfına göre belirlenir — bu, FRP standardının değil, genel yangın güvenliği mevzuatının belirlediği bir değerdir.
• Dış ortamda uygulanan FRP sistemleri, epoksinin UV bozunmasını önlemek amacıyla UV dayanımlı bir koruyucu son kat (topcoat) ile kaplanır.
• FRP yüzeyleri periyodik olarak (yılda en az 1 kez) görsel olarak kontrol edilir; şişme, ayrılma, renk değişimi veya darbe hasarı belirtileri aranır.
• Koruma kaplamaları (yangın, UV) periyodik olarak kontrol edilip gerektiğinde yenilenir.

Madde 13 — Montaj Toleransları ve Uygulama Koşulları

• Uygulama, üretici tarafından belirtilen ortam sıcaklığı ve nem aralığında yapılır; aşırı düşük sıcaklıkta epoksi kürü yavaşlar/tamamlanmayabilir, aşırı yüksek sıcaklıkta işlenebilirlik süresi kısalır.
• Fiber doğrultusu (yönü), tasarım projesinde belirtilen doğrultudan sapmayacak şekilde kontrol edilir; yanlış doğrultuda uygulanan fiber tasarım kapasitesini sağlamaz.
• Bindirme (lap splice) uzunlukları ve konumları üretici/tasarım şartına uygun yapılır.
• Uygulama sırasında ve kürleme süresince FRP yüzeyi mekanik hasara, toza ve neme karşı korunur.

Madde 14 — Kalite Kontrol ve Doğrulama Testleri

Madde 15 — İş Güvenliği ve Çalışma Şartları

• Epoksi reçine ve sertleştiricilerle çalışırken uygun KKD (eldiven, gözlük, solunum koruması) kullanılır; bu kimyasallar cilt/solunum tahrişine yol açabilir.
• Kapalı/dar hacimlerde epoksi uygulaması sırasında yeterli havalandırma sağlanır.
• Beton kırma/kumlama işlemlerinde toz maskesi ve göz koruması kullanılır.
• Yüksekte çalışma gerektiren uygulamalarda düşme önleyici ekipman kullanılır.

Madde 16 — Garanti Şartları

Yapısal güçlendirme işleri yapının taşıyıcı sistem güvenliğini doğrudan etkilediğinden, işçilik/malzeme garantisi ForumCAD'in genel yüzeysel imalat kalemlerindeki asgari garantiden farklı olarak 5 yıl belirlenmiştir.

Tasarım ömrü ile sözleşme garantisi ayrımı: Doğru uygulanmış bir FRP güçlendirme sisteminin teknik tasarım ömrü, düzenli bakım/kontrol şartıyla genellikle 50 yılın üzerinde kabul edilir; ancak bu, sözleşmesel garanti süresiyle aynı şey değildir. Sözleşme garantisi (5 yıl), uygulayıcı firmanın malzeme/işçilik kusurlarına karşı taahhüdünü ifade eder. Sistemin uzun vadeli performansının izlenmesi için, sözleşme garantisi süresinin ötesinde de periyodik yıllık bakım/kontrol sözleşmesi (bkz. Madde 12) yaptırılması önerilir.

Madde 17 — Teslim Belgeleri

• Mevcut durum tespit raporu (beton dayanımı, donatı durumu, çatlak/hasar tespiti)
• Tasarım hesap raporu (kapasite artırımı, debonding kontrolü, çevresel azaltma katsayıları dahil)
• Beton onarım kayıtları (varsa)
• Yüzey hazırlığı ve pull-off test sonuçları
• FRP malzeme teknik veri föyleri ve üretici sertifikaları
• Uygulama günlük kayıtları (sıcaklık/nem, kat sayısı, kür süresi)
• Ankraj detay çizimleri ve uygulama fotoğrafları
• Yangın/UV koruma kaplaması teknik föyi (varsa)
• Uygulama projesi (as-built)
• Garanti belgeleri ve bakım talimatı

Madde 18 — Reddedilme Kriterleri

• Mevcut durum tespiti yapılmadan veya onarılmamış donatı korozyonu/aktif çatlak üzerine uygulanan FRP
• Tasarım hesap raporu (debonding/çevresel azaltma dahil) sunulmadan yapılan güçlendirme
• Pull-off testi yapılmadan veya asgari yapışma dayanımı sağlanmadan devam edilen uygulama
• Kare/dikdörtgen kolon sargılamasında köşe yuvarlatması yapılmadan uygulanan fiber
• Yüksek debonding riski taşıyan detaylarda ankraj (spike anchor) uygulanmamış sistemler
• Kullanımdaki binalarda yangın koruma değerlendirmesi yapılmamış FRP uygulamaları
• Dış ortamda UV koruyucu son kat uygulanmamış FRP sistemleri
• Üretici sınırları dışında (aşırı sıcaklık/nem, süre) uygulanmış epoksi/karışım