EPOKS TÜRÜNÜN ANKRAJ PERFORMANSINA ETK THE EFFECT OF THE EPOXY TYPE TO THE ANCHORAGE PERFORMANCE

Transkript

1 5. Uluslararas leri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 09), 13- May s 2009, Karabük, Türkiye EPOKS TÜRÜNÜN ANKRAJ PERFORMANSINA ETK THE EFFECT OF THE EPOXY TYPE TO THE ANCHORAGE PERFORMANCE lhami DEM R a*, Osman EK b, Hasbi YAPRAK c a. kkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi aat Mühendisli i Bölümü, K kkale, Türkiye, ildemir@kku.edu.tr b. Gazi Üniversitesi Tek. E t. Fakültesi Yap E itimi Bölümü, Teknikokullar, Ankara, Türkiye, simsek@gazi.edu.tr c. Kastamonu Üniversitesi MYO., Kastamonu, Türkiye, yaprakh@hotmail.com ÖZET Ülkemizdeki yap lar n birço unda depreme dayan kl k beklemek zordur. Bu nedenle yap lar n güçlendirilmesinin önemi büyüktür. Mevcut bir yap n depreme kar güçlendirilmesi için sisteme sonradan eklenen betonarme perdelerin mevcut ta sistemle birlikte çal mas sa lamak amac yla donat filizlerinin betona ekilmesinde farkl kimyasal reçineler kullan lmaktad r. Bu amaçla kullan lan reçinelerin içerisinde ankraj epoksileri önemli bir yer tutmaktad r. Bu çal mada ankraj malzemesi olarak uygulamada yayg n biçimde kullan lan BÇI s donat seçilmi tir. Donat lar n betona eklenmesinde reçine bazl iki farkl firman n üretti i epoksi kullan larak numuneler üretilmi tir. Numunelere çekip-ç karma (pull-out) testi uygulanm, ankraj delik çap ve ankraj gömme derinli inin test sonuçlar na etkisi ara lm r. Test sonuçlar n istatistiksel analizi sonucuna göre; delik çap n donat çap na yak nl n s yr lma direncini art rd görülmü tür. Ankrajlar n gömme derinli inin yr lma direncine etkisinin olmad saptanm r. Farkl firmalar n üretti i epoksilerin birbirlerinden farkl sonuçlar verdi i gözlenmi tir. Anahtar kelimeler: Epoksi, Ankraj, Donat, Beton 1.G Türkiye de 17 A ustos ve 12 Kas m 1999 depremlerinde hasar alan veya depreme dayan kl yeterli olmayan yap lar n onar m ve güçlendirilmesi yöntemleri ile ilgili çal malar n önemi çok artm r. Betonarme yap lar n onar m ve güçlendirilmesinde büyük önem ta yan sorunlardan biri de; yeni betonarme elemanlarla var olan eski betonarme elemanlarla birlikte çal abilir biçimde kayna lmas n sa lanmas r. Betonarme yap larda, beton ve donat n birlikte çal mas için betonun donat ya tam olarak yap mas gerekir. Çekme gerilmesi ta yan donat n betondan s yr lmamas için beton ile aras nda en üst düzeyde yap ma olmas, bir ba ka deyi le donat daki çekme kuvvetinin beton ve yap ma ile dengelenmesi gerekir. Bu i lem; donat n betona ba lanmas, ankrajlama olarak tan mlan r. Onar m veya güçlendirme i lemi s ras nda betonarme elemana konulacak ek donat lar n iyi ankrajlanmas çok önemlidir [1]. Yap lar n güçlendirilmesi s ras nda eklenen yeni bir ta eleman n var olan elemanlarla birlikte çal mas için aralar nda tam bir kuvvet aktarmas olmas gerekir. Örnek olarak çerçeve ortas na konulan perde duvar n çerçeve ile birlikte çal mas için kolonda aç lan yuvalara donat lar ankre edilir. Ankraj donat lar perde ile kolonun birlikte çal malar için kesme kuvveti aktar sa lamakla görevlendirilmi tir[2]. Ta elemanlar n kuvvet aktarma i lemi ankrajlama ya da kamalama ile yap lmaktad r. Ankrajlama da donat, ekseni do rultusunda çekme kuvveti ta r. Kamalama da ise betona gömülü donat eksenine dik yönde kesme kuvveti ta lmaktad r [3]. Donat n betona ankrajlanabilmesi için; Ucu genle en özel ankraj bulonu veya epoksi gibi kimyasal yap lar kullan lmaktad r. Birinci ankrajlama yönteminde özel ticari adlar alt nda an lan ankraj sistemleri vard r. Bu sistemlerde betonda aç lan deli e mekanik olarak yerle tirilmi bulonlar tak r. Bu bulonlar n derinlik ve özel kesme takozlar gibi özelliklerine ba olarak ta yabilecekleri çekme ve kesme kuvveti vard r. Burada uygulanan çekme kuvveti bulon ile delik aras nda sürtünme ve olu an kesme takozu çevresindeki betonun kesme dayan ile ta nmaktad r[4]. Epoksi reçineleri içine pek çok dolgu maddesi kat r. Bunlar viskoziteyi de tirmek, termik genle me katsay dü ürmek, elektriksel iletkenli i sa lamak, tiksotropi kazand rmak, sertli i artt rmak gibi amaçlar ta rlar. Al, Cu, Fe, Ag, çelik, A1203 kolloidal silis, kuvars kumu, alç, mika, asbest, grafit gibi maddeler dolgu malzemesi olarak kullan labilirler [5]. Yap lan tüm parçalarda kopma harç bölgesinde olmu tur. Yani verilen de erler epoksi ile harc n gerçek yap ma dayan n daha da alt ndad r. Epoksiler her ne kadar s ca a dayan kl iseler de yang n s ras nda ani göçmeler beklenir. Bu bak mdan plaka beton tekni inde sistemin perlit betonu gibi izolen bir madde ile örtülmesi zorunludur [6]. Yöntemlerden ikincisi ise epoksi ile ankrajd r. Bu yöntemde ankrajlanan malzemenin çevresine özel sentetik yap lar sürülmektedir. Bu tür sentetik yap lar n C de yand bilinmektedir. E er yang n tehlikesi varsa deliklerin olmas gerekenden daha derin yap lmas önerilmektedir [ 4]. Epoksi reçineleri iki bile enli (komponentli) olarak sat rlar. Bunlardan biri prepolimerdir. kincisi ise sertle tirici olarak IATS 09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2 adland lan çok fonksiyonlu bir üründür. Serle tiriciler üç grupta toplanabilir; Sertle tirici miktar n mekanik mukavemetler üzerinde önemli etkisi olmaktad r. %50-%60 oran nda sertle tirici mukavemeti tamamen dü ürmekte %25-%30 mertebesinde en yüksek dayan m elde edilebilmektedir, daha dü ük yüzdelerde ise mukavemet dü mekle beraber sertle mi reçine k lmadan büyük deformasyon yapabilmektedir. Epoksi reçineleri yap rma özellikleri çok iyi olan sentetik reçinelerdir. Bunlar n çekme gerilmeleri kglcm² aras nda de ir. Kopma birim uzamalar % 50 aras nda olabilmektedir. Zamanla özelliklerini yitirmezler. Çatla a doldurulmu epoksi yap, çatla n yaratt süreksizlik ortam sürekli duruma dönü türür. Çatla n her iki yüzünü çatlak boyunca sürekli olarak birbirine ba lar ve gerilme birikimlerini önler. Sentetik reçinelerle kimyasal moleküler yap ma sa larlar. Kimyasal moleküler yap ma yüzeylerinin pürtizlülü ü ile artar, böylece kuvvet aktarmada daha büyük bir yüzey alan elde edilmektedir[7]. Epoksinin bas nç dayan kg/cm² ye kadar ula abilmektedir. Çekme dayan da 300 kg/cm² ye kadar olabilmektedir [8]. Kullan lan epoksi harc yada reçinesinin bas nç dayan istenilen biçimde de tirilebilir. Beton bas nç dayan na daha yak n dayan mlarda (dü ük dayan ml ) epoksi reçinesi yada harc kullan lmas daha uygundur. Epoksi reçinesi ve harc n elastik modülünün betona göre daha dü ük olmas daha elastik bir malzeme oldu unu göstermektedir. Epoksinin elastisite modülü de katk maddeleri ile azalt p ço alt labilmektedir. Piyasada çe itli ticari markalar ad alt nda sat lan sentetik yap rma maddeleri bulunmaktad r. Bunlar n kullan yerleri eski ve yeni beton aras nda ba lant sa lama, yeni betonda delik, çatlak ve kö elerin onar r. Bu arada baz katk maddeleri ince kumlu harca kat larak çekme dayan yüksek harç yap lmaktad r. Genellikle 5 mm ye kadar olan çatlaklara yaln z epoksi, daha geni çatlaklarda ise dolgu maddesi kat lm epoksi harc kullan lmaktad r. Bu çal mada epoksi reçine bazl ba lay lar n genel olarak malzeme özellikleri aç ndan incelenmesi, ayr ca yap lar n onar m ve güçlendirme uygulamalarda yayg n olarak kullan lan BÇl in aat demirlerinin ankraj olarak betona ekilmesinde gerekli olan ankraj n delik çap ve ankraj gömülme boyu konusu ara lm r. 2. Materyal ve Metot 2.1. Materyal Deneylerde kullan lan malzemeler ve bu malzemelerin özellikleri öyledir; Çimento Set çimento fabrikalar nda üretilmi CEM l 42.5 çimentosu kullan lm r. Agrega olarak K kkale ili Irmak mevkii K rmak Kum Oca ndan temin edilen dere malzemesi kullan lm r. Kar m suyu olarak Ankara ehir ebeke suyu kullan lm r. Çelik olarak Karabük Demir Çelik Fabrikalar nda TS 708 e uygun olarak üretilmi olan BÇI donat mm çap nda donat kullan lm r. Epoksi olarak iki farkl firmadan temin edilen yap rma harc kullan lm r. Bu epoksiler A ve B olarak kodland lm r. 1- Epoksi A: Yap, sertle tirici ve fillerden olu an, üç bile enli epoksi reçine bazl harç. 2- Epoksi B: Yap nc, sertle tirici ve filler olmak üzere üç bile imli epoksi reçine bazl harç. 2.2.Metot TS 802 e göre kar m hesab yap larak su/çimento oran 0,55 çökme 7 cm ve agrega; çak l 4 mm dane çapl, kum 0 4 mm dane çapl gruplardan %63 çak l %36 kum kullan lm r. Kar mda 193 lt su ve 350 kg çimento kullanarak beton üretilmi tir [9]. Beton bas nç dayan n belirlenmesin TS EN e göre yap lm r [10]. Deneme 120x120x26 cm boyutunda 2 blok üzerinde yap lm r. Ayn betonda beton dayan tespit için x30 boyutunda silindir beton örnekleri haz rlanm r. 1. Blok Epoksi A ile Ø çap ndaki donat lar BÇl 2. Blok Epoksi B ile Ø çap ndaki donat lar BÇI. Olmak üzere haz rlanan bloklar n gömme derinlikleri delik çaplan ve donat tipleri Çizelge 1 de verilmi tir. Çizelge 1 de görüldü ü gibi her bir donat bir gömme derinli i için 3 de ik çapta ankraj deli i kullan lacak ekilde iki farkl epoksi kullan larak toplam adet deney yap lm r. Deneylerde kullan lan isimlendirme ise deneyin özelliklerini belli edecek ekilde dü ünülmü tür. Örnek:LD11 => : Donat çap L: Gömme derinli i D11: BÇ I için Delik çap Çizelge 1.Kullan lan donat gömme derinlikleri ve delik çaplar Grubu Blok No: l Epoksi A Blok No: ll Epoksi B Donat Çap (Ø) Gömme Derinli i (L) Deney numunelerinin haz rlanmas Delik Çap x 30 cm lik silindir numuneleri 28 gün sonra kürden kar larak ba klanm r. 120x120x26 cm boyutunda beton bloklar n gömme derinli i ekil 1. deki gibi aç lacak noktalar belirlenmi tir. Belirlenen noktalar el breyizi ile

3 istenen çapta delinerek epoksilerle ankraj çubuklan ekilmi tir. yüklemeler esnas nda betonda çatlaklar olu mu, baz lar nda konik k lma gerçekle mi tir. Çizelge 2. Epoksi A ile yap lan çekip kartma sonucunda elde edilen veriler Elemanlar Betondan Pik Noktas yr lma Yük Miktar (kn) LD 62,43 61* LD 66,09 67* LD 61,52 71* LD 61,91 63* LD 63,87 66* LD 66,62 65* LD 63,87 61* LD 65,91 63* LD 70,40 68* *S yr lma oldu undan deneye son verildi ekil 1. Beton blok üzerinde aç lacak ankraj delik noktalar Böylelikle muhtemel olarak ankraj donat lar n yan yana kullan lmas ndan do abilecek hasarlar n azalt lmas ayr ca çekip ç kartma (pull out) deneyi yap rken olu mas muhtemel çatlaklar n deney sonuçlar na tesirlerinin en aza indirilmesi için blok ebatlar hesaplanm r. Deliklerin haz rlanmas yan nda ayr ca ankraj donat lar da haz rlan p deney düzene ine uymas için düzeltildi, donat lar n uçlar ndaki çapaklar n çekme dayan etkileyebilece i göz önünde bulundurularak uçlar ta lanarak düzeltildi. Pasl donat lar n epoksi ile betona gömülecek k mlar z mpara ile temizlendi. Epoksi malzemesi mikserle tam k vam na gelinceye dek kar ld ktan sonra deliklere dökülmü e zamanl olarak donat lar epoksi ile doldurulan deliklere yerle tirilmi tir.28 günlük kür süresini tamamlayan beton bloklara epoksi ile donat yap ld ktan 7 gün sonra çekme deneylerine ba lanm r. Böylece kullan lan epoksinin çekip ç karma deneyinde aderansa etkisi belirlenebilmi tir. 3. Bulgular ve Tart ma Deneylerde kullan lan beton bloklar n 28 günlük silindir bas nç dayan mlar deney elemanlar ile ayn gün test edilmi tir. Beton silinidir dayan ortalama de erleri C20 betonu vermi tir Epoksi A Bu bölümde yap lan deneysel çal man n sonucunda on sekiz ayr deney eleman ndan al nan sonuçlar irdelenmi ve bütün elemanlar n çekip ç kartma (pull out) deneyinden sonraki durumlar ve dayan mlar aras nda bir ili ki aranm r. Çizelge 2 de A grubu epoksi ile yap lan deney sonuçlar verilmi tir. Deneyler esnas nda bütün ankraj donat lar akm, pekle me esnas nda epoksi s yr lmalar olu mu tur. Donat lar n hepsi epoksiden s yr lm, Çizelge 2 de görüldü ü gibi A grubu Epoksi için Ø çapl donat lar için üç de ik gömme derinli i kullan lm bunlar:; Ø, Ø ve Ø dir. Bunlar içerisinde en fazla gömme derinli ine sahip Ø elemanlarda bile epoksi yr lmas olu mu tur. Bu sonuç düz donat lar n gömme derinliklerinin s yr lmay engellemek için yeterli olmad ve donat lar n yüzey pürüzlülü ünün az olmas ndan dolay epoksi ile aras ndaki aderans yeterli ölçüde sa layamad göstermi tir. Çizelge 2 ye göre delik çap artt kça betondan s yr lma miktar n delik çap n donat çap na yak n olmas ile dayan n artt gözlenmi tir. Delik çap donat çap ndan büyüdükçe s yr lma boyu artm r Epoksi B Çizelge 3 de B grubu epoksi ile yap lan deney sonuçlar verilmi tir. Deneyler esnas nda bütün ankraj donat lar akm, pekle me esnas nda epoksi s yr lmalar olu mu tur. Donat lar n hepsi epoksiden s yr lm, yüklemeler esnas nda betonda çatlaklar olu mu, baz lar nda konik k lma gerçekle mi tir. Çizelge 3. Epoksi B ile yap lan çekip kartma sonucunda elde edilen veriler Elemanlar Betondan Pik Noktas yr lma Yük Miktar (kn) LD 58,77 30* LD 46,36 41* LD 38,37 63* LD 44, 33* LD 50,84 36* LD 53,32 38* LD 62,21 40* LD 60,37 48* LD 59,64 47* * S yr lma devam etti i için deneye son verildi Çizelge 3 de görüldü ü gibi Epoksi B içinde Ø çapl donat lar için üç de ik gömme derinli i kullan lm bunlar: Ø, Ø ve Ø dir. Bunlar içerisinde en fazla gömme derinli ine sahip Ø elemanlarda bile epoksi s yr lmas olu mu tur. Bu sonuç düz donat lar n gömme

4 derinliklerinin s yr lmay engellemek için yeterli olmad ve donat lar n yüzey pürüzlülü ünün az olmas ndan dolay her iki epoksidede aderans yeterli ölçüde sa layamad göstermi tir A B 3.3. Farkl ki Çe it Epoksinin Kar la rmas 50 Epoksi A ve Epoksi B için pik noktas dayan de erleri Çizelge 4 de kar la rmal olarak verilmi tir. Çizelge 4. Deneylerde elde edilen pik noktas de erleri Ø L D BÇl(kN) Epoksi A Epoksi B 62,43 58,77 66,09 46,36 61,52 38,37 61,91 44, 63,87 50,84 66,62 53,32 63,87 62,21 65,91 60,37 70,40 59,64 Epoksi A ve Epoksi B kar la ld nda u durum gözlenmi tir (Çizelge 4, ekil 1 ve ekil 2); Ø çapl ve, ve mm derinli indeki ankrajlarda pik noktas de erleri Epoksi A için daha yüksek ç km r. Ø çapl donat da gömme derinli i artt kça pik noktas de erleride artm r. Ø çapl donat da,, ve mm derinli indeki ankrajlama boyunun betondan s yr lmaya çok fazla etkisinin olmad görülmü tür. Ø çapl ve, ve mm derinli indeki ankrajlarda betondan s yr lma boyu de erleri Epoksi A için daha yüksek ç km r. Epoksi B de Ø çapl ve mm derinli indeki ankrajlarda akma noktas de erleri Epoksi A ile birbirlerine yak n sonuçlar verdi i görülmü tür. yr lma miktar LD LD LD LD LD ekil 1. Epoksi A ve B n n pik noktas de erleri A LD B LD LD LD Yük (kn) ekil 2. Epoksi A ve B için elde edilen beton s yr lma de erleri 4. Sonuç ve Öneriler Yap lan çal malar ve istatistiksel analizler sonucunda daki sonuçlar elde edilmi tir. 1. Deneysel çal ma sonucunda olu an aderans tükenmelerinde; Tüm BÇl nervürsüz donat larda epoksi ile donat aras nda s yr lma gözlenmi tir. 2. Tüm ankrajlarda BÇl nervürsüz donat lar n dayan dü ük oldu u için ankrajlamada olumlu katk elde edilirken, donat yüzeyinde nervürlerin bulunmay aderans olumsuz yönde etkilemektedir. 3. BÇl donat larda ankrajlama derinli inin dayan na etkisinin oldu u saptanm r. 4. BÇl donat larda ankrajlama derinli inin betondan yr lmaya çok fazla olumlu ekisinin olmad belirlenmi tir. 5. Farkl firmalar n üretti i epoksilerin birbirlerinden farkl sonuçlar verdi i gözlenmi tir. 6. Delik çap n donat çap na yak nl n s yr lma direncini art rd görülmü tür. 7. Ankrajlar n gömme derinli inin s yr lma direncine etkisinin olmad saptanm r. 8. Çal mada kullan lan iki çe it epoksi ürününden epoksi A di er ürüne göre daha iyi bir davran göstermi tir. Kaynaklar 0 LD LD LD LD [1] Bayülke N., Depremde Hasar Görmü Yap lar n Onar m ve Güçlendirilmesi aat Mühendisleri. Odas zmir ubesi, [2] Ersoy, U., Tankut, T. And Alt n, S. Seismic Strengthening of Reinforced Concrete Frames with Reinforced Concrete Infihis Seminar On Assessment and Redesign of reinforced Concrete Syructures, April, zmir., Turkey, [3] Park, R. and Paulay. T. Reinforced Concrete Structres John Willey and Sons, New York, USA, [4] Jirsa, J., Behaviour of Epoxy-Grauted Dowels and Bolts Used for Repair or Strengthening of reinforced Concrete Structures Proceedings of the 9th World LD LD LD LD LD

5 Conference on Earthquake Engineering Vol Vll.Pp , [5] Saito, T. Et al, Shear Tests for Construction Joint of Reinforced Concrete Beam-Wali by Expansion Anchors Annual Conference of AIJ, October 1977,pp 05 06, [6] Ohkubo, M., Current Japanese System on Seismic Capacity and Retrofit, [7] Anonymus: Sikadur 42 epoksi harc tan m k lavuzu, [8] Tasai, A. Sakai, Y., Y., Otani, S., and Aoyama, H., Experimental Study on Repair with Epoxy Resin for Damaged Reinforced Concrete Members, Transaction of Japan Concrete Institute, Vol: 9, pp , [9] TS. 802, Beton Kar m Hesap Esaslar, Türk Standartlar Enstitüsü, Ankara, [10] TS EN , Beton- Sertle mi Beton Deneyleri- Bölüm 3: Deney Numunelerinde Bas nç Dayan n Tayini, T.S.E., Ankara, Demir,., im ek O. ve Yaprak H.