Bazalt tekstil takviyeli harç kullanılarak betonarme kirişlerin eğilme güçlendirmesi: deneysel ve analitik inceleme

İnce bir ceketle daha güçlü köprüler ve binalar

Birçok yaşlanan köprü, otopark yapısı ve bina, günümüzün daha ağır trafik yükleri ve daha uzun hizmet ömürleri için tasarlanmamış betonarme kirişlere dayanıyor. Bu kirişleri tamamen değiştirmek hem yıkıcı hem de pahalı olduğundan mühendisler mevcut yapıları dışarıdan yükseltmenin akıllıca yollarını arıyor. Bu çalışma, kirişleri kumlama benzeri bir düzen içinde düzenlenmiş bazalt lifleri içeren, çimento bazlı ince bir ceketle sarmayı inceleyen bir yöntemi ele alıyor; amaç, büyük yıkımlara gitmeden dayanımı ve güvenliği artırmak.

Yıpranmış betonu lifce zengin bir kabukla sarmak

Araştırmacılar, döşemeleri ve köprü döşemelerini taşıyan işçi atları sayılan betonarme kirişlere odaklandı. Zamanla bu kirişlerin içindeki çelik korozyona uğrayabilir ve beton zayıflayabilir, bu da güvenlik payını azaltır. Umut verici bir onarım tekniği, ince bir harç tabakasına gömülü ince bir lif örgüsü olan Tekstil Takviyeli Harç (TRM) uygulamasıdır; bu tabaka kirişin dışına yapıştırılır. Epoksi reçineler kullanan ve ısıda ya da nemli yüzeylerde dayanımı kaybedebilen geleneksel lif takviyeli polimerlerin aksine, TRM çimento bazlı bir harç kullanır ve neme ile yüksek sıcaklıklara karşı daha dayanıklıdır.

Neden bazalt tekstiller cazip bir seçenek

Bu çalışma, Bazalt Tekstil Takviyeli Harç (BTRM) olarak adlandırılan bazalt liflerle yapılmış belirli bir TRM türüne odaklanıyor. Bazalt lifleri volkanik kayadan çekilir; yüksek dayanım, iyi korozyon direnci sağlar ve karbon liflere göre maliyet açısından potansiyel avantaj sunar. Araştırma ekibi, kaç tekstil katmanı kullanılacağı, örgü açıklıklarının boyutu, ceketin içine ince bazalt çubukların eklenmesi ve mekanik ankraj kullanımı gibi farklı tasarım seçimlerinin, BTRM ile sarılmış betonarme kirişlerin ne kadar güçlü ve tokluk kazanacağını nasıl etkilediğini öğrenmek istedi.

Gerçek boyutlu kirişlerin teste tabi tutulması

Bu soruları yanıtlamak için araştırmacılar, her biri 2,3 metre uzunluğunda ve gerçek yapılardaki gibi çelik donatılı altı tam ölçekli beton kiriş döktü. Bir kiriş güçlendirilmemiş kontrol olarak kullanıldı; diğer beş kiriş ise alt ve alt yanlara U biçiminde uygulanan çeşitli BTRM ceketleriyle sarıldı. Bazı kirişlere üç kat bazalt tekstil, bazılarında beş ya da hatta sekiz kat uygulandı; bazıları ince 5 milimetre örgü açıklığına sahip tekstil kullanırken diğerleri daha kaba 34 milimetre örgü kullandı; bir versiyon ceketin içine ekstra bazalt çubuklar içeriyordu; bir başka versiyon ise ceketin yerinde tutulmasına yardımcı olmak için betona yapıştırılmış çelik ankrajlar kullandı. Tüm kirişler, taşıdıkları yük ve eğilmeleri enstrümanlarla kaydedilirken bir test makinesinde kırılana kadar yüklendi.

Mütevazı dayanım artışları, fakat inatçı bir zayıf halka

Güçlendirilmiş kirişler, kırılmadan önce sarılmamış kontrol kirişine göre %11 ile %18 arasında daha fazla yük taşıdı; bu da BTRM’nin kapasiteye anlık bir artış sağlayabildiğini doğruluyor. Ancak daha fazla tekstil katmanı eklemek dayanımı sürekli olarak artırmadı; üç ve beş katmanlı kirişler neredeyse aynı nihai yüke ulaştı; bu da faydanın, ceket ile beton arasındaki bağ zayıflığı kontrol edici hale geldiğinde plato yaptığı anlamına geliyor. Örgü açıklığı boyutunun (5 vs 34 milimetre) genel dayanım üzerinde çok az etkisi oldu ve eklenen bazalt çubuklar performansı yalnızca hafifçe iyileştirdi; esas olarak çatlamadan sonraki davranışı daha düzgün ve daha fazla enerji sönümlü hale getirdiler. Mekanik ankrajlar kirişlerin kırılmadan önce daha fazla eğilmesine yardımcı oldu, ancak ceket beton yüzeyinden tamamen soyulduğunda başarısızlık yine de meydana geldiği için maksimum yükü çok artırmadı. Neredeyse her güçlendirilmiş kirişte harç ve tekstil katmanları sağlam kaldı ve betondan temiz bir şekilde ayrıldı; bu da asıl sorunun beton–harç ara yüzeyinde olduğunu ortaya koyuyor.

Daha güvenli güçlendirmeler için daha keskin tasarım araçları

Laboratuvar testlerinin ötesinde yazarlar, mevcut hesaplama yöntemlerinin böyle güçlendirilmiş kirişlerin dayanımını ne kadar iyi öngördüğünü de kontrol ettiler. Yaygın tasarım formülleri, tekstil için çok muhafazakar girintiler (strain limitleri) kullandıklarında gerçek kapasiteyi düşük gösterme eğilimindeydi; ya da ceket ile beton arasında mükemmel yapışma varsaydıklarında kazancı fazla tahmin ediyorlardı. Tahminleri test verileriyle dikkatle karşılaştırarak, araştırmacılar bağlanmanın kusurlu olduğu durumu daha iyi yansıtan, kullanımı kolay rafine edilmiş bir denklem önerdiler ve tasarımda izin verilen tekstil gerilmesini güvenli bir biçimde artırmayı tavsiye ettiler. Bu değiştirilmiş formül kendi test sonuçlarıyla ve diğer laboratuvarlardan yayınlanmış verilerle yakın uyum gösterdi.

Gerçek dünyadaki yapılar için ne anlama geliyor

Uzman olmayanlar için ana mesaj, mevcut betonarme kirişlerin ince bir bazalt tekstil ve harç ceketle sarılmasının yaklaşık %10–20 ekstra dayanım sağlamak ve kirişlerin kırılma davranışını daha yumuşak hale getirerek değerli bir güvenlik ve hizmet ömrü kazandırmak için pratik bir yol olduğudur. Ancak bazalt tekstillerin tam potansiyeli şu anda liflerin kendisinden çok ceketin eski betona ne kadar iyi tutunduğu ile sınırlı. Yüzey hazırlığı, yapıştırma malzemeleri ve ankraj detaylarının iyileştirilmesi, bu tekniği dünyanın yaşlanan beton altyapısını güçlendirmek için daha güçlü ve öngörülebilir bir araç haline getirmek adına kritik sonraki adımlar olacaktır.

Atıf: Shamseldein, A., ELgabbas, F., Kohail, M. et al. Flexural strengthening of RC beams using basalt textile reinforced mortar: experimental and analytical investigation. Sci Rep 16, 7382 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37322-3

Anahtar kelimeler: betonarme güçlendirme, bazalt tekstil takviyeli harç, tekstil takviyeli harç, kirişlerin eğilme davranışı, yapısal güçlendirme