Almanya Dresden Teknik Üniversitesi kampüsünde yapılan ve yerel olarak Carbonhaus olarak adlandırılan bina tamamen karbonla güçlendirilmiş donatı kullanılarak yapılan ilk yapı konumunda. Binanın kapladığı alan 2200 sqft (yaklaşık 205 m2) ve bütçesi 5 milyon Euro.
Carbonhaus Binasının Bölümleri
Carbonhaus, ana olarak iki bölümden oluşacak: Ön dökümlü kutu (box) ve büküm (twist). Çift kavise sahip olan çatının yapı malzemesi ise hafif ve bükülebilir betonarme. Yapı bir adet sınıf, laboratuvar, sunum alanları ve ufak bir mutfak içerecek. Yapının en etkileyici noktası aynı zamanda bir mühendislik harikası olan 24 metre genişliğinde ve çift kavisli olan pürüzsüz betonarme çatısı. Carbonhaus yapısının mimari tasarımını Münih çıkışlı mimarlık firması HENN’in sahibi Gunter Henn yaptı. Yapının yapısal mühendisliğini ise Architeckten Ingenieure Batzen (AIB) firması sağladı.
Dresden Teknik Üniversitesi’nde Beton Yapılar Enstitüsü (Institute of Concrete Construction) müdürü ve aynı zamanda üniversitede profesörlük yapan Manfred Curbach, Carbonhaus için şunları söyledi: “Biz karbonla donatılmış betonlarla ilgili ilk sonuçlarımızı yayımladığımızda bize güldüler. Bunun saçmalık olduğunu ve 3 yıl içinde bu fikrin ortadan kalkacağını söylediler. Bunu söylediklerinde yıl 1998’di. 23 yıl sonra onca zorluğa rağmen dünyanın tamamen karbon fiberle donatılan betonarme yapısını şu anda üniversitemizde inşa etmekteyiz. Bu buluşu inşaat mühendisliği tarihi için bir kuantum sıçraması olarak nitelendirebiliriz.”
Karbon fiberle donatılan beton “Carbon Concrete Composite” olarak adlandırıldı. C3 ve CUBE olarak da adlandırılmakta.
Karbon Fiberle Donatılan Beton (KFDB) Nedir?
Karbon fiberle donatılan beton, mukavemet ve rijitlik sağlayan karbon fiber ve lifleri bir matris gibi bir arada tutan polimerlerden meydana gelen kompozit bir malzemedir. Mikro ve makrofiberler doğal veya sentetik olabilmektedir. Bu kompozitin kullanıldığı yapılarda yapı ömrünün uzadığı konusunda endüstri, fikir birliğindedir. CUBE için kullanılan karbon fiber, petrol bazlı polyacrylonitrile’den (PAN) üretilmektedir. Aynı zamanda kâğıt üretimindeki atık maddelerden türetilen organik bir polimer olan lignin’den de üretilebilmektedir. Ayrıca Münih Teknik Üniversitesi alg yağından karbon fiber üretimi üzerine çalışmalar yapmaktadır.
Bu konuda Dresden Teknik Üniversitesi’nde yüksek lisans eğitimi alan ve yakın zamanda geniş çaplı bir tasarım yarışmasında birinciliğe layık görülen değerli meslektaşım Kemal Erdem Çiçek’in bu yapı malzemesi hakkındaki görüşleri şöyle:
“Karbon, sunduğu mekanik özellikler ile düktilite haricindeki her konuda çelikten çok daha üstün bir donatı malzemesidir. Özellikle çekme dayanımı olarak karşılaştırıldığı zaman bir donatı malzemesi için betonarmenin çalışma prensibi düşünüldüğü zaman en önemli mekanik özelliktir. Bununla beraber çelik yüzyıllardır bilinen ve kullanılan bir yapı malzemesi olarak üzerinde hali hazırda çokça araştırma yapılmış ve gelişim hızı artık günümüzde oldukça yavaşlamış bir yapı malzemesi olmasına karşın karbon fiber henüz nispeten yeni bir malzeme olarak gelişim kapasitesi olarak da ciddi bir potansiyel sunmaktadır.
Karbon fiber donatılar günümüzde özellikle güçlendirme ve onarım konusunda çok ciddi kapasiteleriyle ön plana çıkıyor. Normal beton ile yapılan güçlendirmeye göre yüksek taşıma kapasitelerinden dolayı küçük kesit boyutlarında uygulansa dahi yüksek dayanım artışlarını sağlayabilmektedir. Fakat yeni inşaatlarda tamamen tekstil beton kullanımı hususunda karbon donatı hala çeşitli sorunlara sahip. Küçük kesit boyutlarından ve karbonun ısıya karşı mekanik davranışından ötürü yangına karşı betonarmenin aksine ekstra koruma ihtiyacı duyması, tekstil beton uygulaması için ince daneli ve yüksek dayanımlı betonlara ihtiyaç duyulması ve bunun maliyeti arttırması olumsuz özelliklerinden. Ancak malzemedeki teknolojik gelişme hızına ve sahip olduğu kapasiteye bakarsak gerçekten de üniversitenin de belirttiği gibi ‘Geleceğin Yapı Malzemesi’ olduğunu söyleyebiliriz.”
Karbon Fiberle Donatılan Betonun Kullanım Alanları Ve Önemi
KFDB, standart betonarme karışımlara nazaran daha fazla dayanıklılık sunmakta ve daha çevreci bir yapıya sahiptir. Karbon fiber donatısı geleneksel çeliğe ve beton yapı bileşenlerine nazaran çatlamaya karşı direnç ve aşınma konularında daha üstün durumda. Ancak bu yeni alternatif mevzuat ve ekonomik olarak zorluklarla karşılaşmakta.
Tipik betonarme yapılarda hatırı sayılır bir miktarda beton, çeliği korozyondan korumak amacıyla kullanılır. Yapının ağırlığının %60-70’lik bir kısmını da çelik ve betondan oluşan ölü yük oluşturduğundan maliyet açısından istenmeyen bir duruma sebebiyet verilmektedir.
Uzmanlar beton ve çelik için “ikili olarak çalışırlar ancak beraber değil” tanımlaması yapmaktadırlar. Elde edilen betonarme malzeme hala çatlamaya ve aşınmaya eğimli olmaktadır. Böylece binaların ve altyapının ömürleri gerektiği kadar uzun olmamaktadır. “Onlar (beton ve çelik) mukavemet için tasarlanırlar ancak dayanıklılık için değil.”
Öte yandan karbon fiber donatı çeliğin birim hacim ağırlığının dörtte birine sahip olmasına rağmen çekme dayanımı çelik ile aynıdır. Ortaya çıkan kompozit malzeme daha dayanıklı ve %70 oranında daha az sera gazı üretmektedir. Seri üretimine başlanıp yaygınlaşması için 20 yıl gibi bir süre gerekse de bu şartlar gerçekleştiğinde CO2 salınımını azaltacağı bir gerçektir.
KFDB sadece köprülerin veya binaların yapımı, yenilenmesi ve güçlendirilmesinde kullanılabilir ancak bundan çok daha fazla bir potansiyele sahiptir. İnşaat endüstrisi ve yaşamımız için tamamen yeni bir tarz geliştirmekte. KFDB ile birlikte kullandığımız iç duvarlar sadece birkaç santimetre genişliğe sahip olma şansına erişebilir. Böylece incelik, estetik ve hafiflik gibi unsurlarla mimari açıdan çok daha fazla seçenek sağlayabilir. Böylece potansiyel kullanım alanı binalarımızın inşasından, yenilenip güçlendirilmesinden mimari ve peyzaj uygulamalarına kadar geniş bir spektruma sahip olabilir.
