Renforcement en matériaux composites - une étape vers l'avenir

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Tiges à profil périodique en fibre de verre

Nous savons tous que les produits et les structures en béton sont renforcés à l'intérieur, car cela augmente considérablement leur résistance et leur résistance aux fissures. Les tiges ou fils d'acier, répondent parfaitement à la tâche qui leur est assignée, mais présentent deux inconvénients. Le premier est la faible résistance à la corrosion du métal et le second son prix élevé.

Les renforts à base de plastique sont deux à trois fois moins chers, ont moins de poids, n'ont pas peur de la corrosion et leur résistance est tout à fait suffisante pour une utilisation dans des constructions de faible hauteur, et pas seulement. Néanmoins, beaucoup de gens ne soupçonnent même pas son existence - nous avons donc décidé de combler cette lacune.

Renfort non métallique: histoire d'apparition et de développement

Comme d'habitude, toute nouveauté après un examen plus approfondi ne se révèle pas du tout. Simplement, à partir du moment où la première idée est apparue, jusqu'à sa mise en œuvre et sa reconnaissance universelle, des décennies passent souvent. La même histoire s'est produite avec les raccords non métalliques, dont l'intérêt dans le pays est né il y a un demi-siècle.

La corrosion des armatures en acier provoque la destruction de la couche de protection du béton

Donc:

• Elle était associée à la nécessité de construire des structures en béton, qui devaient être exploitées dans des conditions agressives. En mode humide - et même lorsqu'il ne s'agit pas d'eau pure, mais de liquides chimiques, il est très difficile et coûteux de fournir une résistance à la corrosion pour les armatures en acier traditionnelles.
• Parfois, il devenait également nécessaire de créer des structures aux propriétés diélectriques et antimagnétiques - par exemple, lors de la construction d'instituts de recherche ou de centres médicaux dans lesquels des équipements sensibles étaient installés.
• Dans les projets où des constructions légères avec un niveau de résistance suffisamment élevé devaient être appliquées, seule une combinaison de béton de haute qualité avec des armatures composites pouvait répondre à ces exigences. Soit dit en passant, le béton lui-même, lorsqu'on y ajoute du polymère ou de la fibre d'acier, peut également être considéré comme un matériau composite.

En outre, dans le pays, avec une demande d'acier en constante augmentation, il y avait une pénurie de production de minerai qui pouvait les satisfaire, et il y avait aussi un manque d'additifs avec lesquels l'alliage était effectué. Il était évident que la nécessité de créer des renforts non métalliques a mûri, ce qui a incité les développeurs, pour ainsi dire, à de nouvelles réalisations.

Comment tout a commencé avec nous

La première technologie de fabrication d'armatures d'un diamètre de 6 mm, à base de fibre de verre avec des additifs de zirconium, a été développée dans l'Union dans les années 70. Sa base de support a été créée à partir d'une fibre alcaline sans soudure en verre d'un diamètre allant jusqu'à 15 microns, dont les poutres ont été combinées en tiges à l'aide de résines synthétiques.

• Bien sûr, ils n'ont pas immédiatement commencé à utiliser un tel renforcement, mais au début, ils n'ont étudié que ses propriétés: mécanique, résistance chimique et durabilité. Selon les résultats des observations, la composition du composite s'est améliorée jusqu'à ce qu'il soit possible d'obtenir des tiges avec un module élastique de 50 000 MPa et une résistance à la traction de 1,5 mille MPa.
• Leur résistance à la flexion a été testée en fabriquant des prototypes de produits en béton fabriqués à l'aide de renfort en fibre de verre et soumis à des charges statiques.Les premiers de ces produits étaient des supports transversaux pour lignes électriques, qui étaient montés sur des sites expérimentaux.
• Sur la base des résultats des expériences, des UT ont été développées pour la fabrication d'armatures en fibre de verre, ainsi que les conditions de conception des structures en béton avec son utilisation. Parallèlement, des domaines d'application du nouveau matériau ont été recommandés, qui comprenaient non seulement la construction, mais aussi l'industrie chimique et la métallurgie.

Cependant, l'utilisation à grande échelle de renforts non métalliques n'a pas fonctionné à l'époque. Fondamentalement, il a commencé à être utilisé pour la fabrication de pieux en béton, de pentes, de structures de viaducs et pour le renforcement de certaines structures de support.

Mais à la fin des années 80, sur la base d'un renforcement en fibre de verre, un pont de 15 mètres a été construit dans le territoire de Khabarovsk, chacune des cinq poutres a été renforcée par une poutre composite à 24 tiges, plus une poutre typique en fil d'acier. Le résultat a été excellent et le pont fonctionne toujours aujourd'hui. Ce n'était que le début ...

Et comment c'est à l'étranger?

Si vous retracez l'histoire des armatures composites en général, elles remontent aux années quarante du siècle dernier, c'est-à-dire aux années d'après-guerre. Notre pays n'était alors pas à la hauteur de la création de nouveaux matériaux, cependant, aux USA, la formule composite a été intensivement travaillée. Au cours de ces années, il a déjà commencé à être largement utilisé, car des matériaux bon marché étaient simplement nécessaires pour une économie en développement.

C'est dans ce pays qu'a été créée une armature en fibre de verre à section constante, qui n'était au départ utilisée que pour la fabrication des stocks. Une application plus sérieuse a déjà commencé dans les années 60, lorsque le composite a commencé à être considéré comme une alternative au renforcement métallique.

Tout d'abord, ils ont commencé à l'utiliser pour renforcer les revêtements, qui, comme vous le savez, non seulement avec eux, mais aussi avec nous, sont saupoudrés de sel pour enlever la glace en hiver. Et cela gâche non seulement les roues des voitures, mais aussi, s'infiltre sous la forme d'une solution à travers l'épaisseur du béton, corrode l'armature interne.

Donc:

• C'est dans ce domaine que la résistance des plastiques à la corrosion s'est avérée être la meilleure. La seule chose qui a fait obstacle au remplacement complet du métal par un composite est son coût élevé, qui n'a pu être réduit qu'en vingt ans. Par conséquent, au début, un revêtement de zinc ou d'époxy était simplement appliqué sur le métal.
• Mais comme il s'est avéré que les armatures en fibre de verre pour béton polymère sont plus efficaces que les armatures en acier - différentes caractéristiques de la dilatation thermique affectées, puis en 1983, le premier document a été développé aux États-Unis qui réglemente l'utilisation des technologies composites dans la conception des ponts.
• Pourquoi des ponts? Oui, car leur mauvais état était lié à la corrosion des raccords, ce qui gênait grandement les services chargés de leur fonctionnement. Le renforcement composite a alors été considéré comme la principale opportunité de résoudre ce problème.
• Suite à cela, il a déjà commencé à être utilisé pour les technologies avancées: dans la conception de laboratoires et de centres médicaux remplis d'électronique, de pistes d'aéroport et même de réacteurs dans des sous-stations électriques.
• Au Japon, l'utilisation généralisée de renforts non métalliques a commencé au milieu des années 90. Ensuite, ils ont eu plus d'une centaine de grands projets - principalement commerciaux, dans lesquels le renforcement en fibre de verre a été utilisé. Vers la même époque, à partir de l'Allemagne, il a commencé à être utilisé en Europe, ainsi qu'au Canada.

Mais le consommateur le plus solide de renfort composite est bien sûr la Chine.Dans ce pays, il a été utilisé non seulement dans la construction de ponts, mais a également été le premier à être utilisé pour la conception de structures souterraines et de tunnels.

Ce qui a changé aujourd'hui

Toutes les informations ci-dessus parlent des avantages solides du renforcement composite et, néanmoins, non seulement la plupart des commerçants privés, mais de nombreux constructeurs ne le savent pas. Et ceux qui savent encore, sont parfois sceptiques à l'égard de ce matériau.

Pour dissiper les doutes, nous décrirons plus en détail quel renfort polymère est produit aujourd'hui, dans quels domaines il peut être utilisé et dans quels cas pas.

Variétés de renfort en polymère

Aujourd'hui, il existe plusieurs techniques de fabrication de raccords non métalliques qui utilisent différentes matières premières.

Pour rendre la différence plus compréhensible, pour plus de clarté, nous présenterons les principaux types sous forme de tableau:

À quoi ressemble le renfort?	Caractéristiques distinctives
Fibre de verre	La photo montre le renforcement en fibre de verre (GFRP-Rebar) - l'option la plus courante. Les tiges en plastique jusqu'à 12 m de long sont renforcées de fibre de verre continue et sont fabriquées dans des diamètres de 4 à 40 mm. Une telle armature est utilisée comme alternative aux analogues en acier dans les structures avec armature non contrainte ou avec armature précontrainte.
Plastique basalte	Ce type de renforcement (BFRP) diffère de la version précédente en ce qu'il utilise non pas du verre mais de la fibre de basalte pour le renforcement. Il diffère non seulement par la couleur, mais a également une résistance plus élevée aux environnements agressifs. Le niveau de résistance au feu est à peu près le même, car tout polymère peut supporter un maximum de +160 degrés. Idéal pour les fondations et les zones aveugles.
Raccords en carbone	Ce luminaire, abrégé CFRP, est appelé carbone, car ici, en tandem avec les résines thermodurcissables synthétiques, la fibre de carbone est utilisée. Contrairement aux options précédentes, il peut avoir une finition sableuse, comme on le voit sur la photo.Il est utilisé non seulement dans la construction civile, mais aussi dans la construction industrielle, ainsi que pour la pose de routes, la construction de ponts, la mer et les installations de communication. Nous soulignons que la résistance à la traction d'une telle armature est cinq fois supérieure à celle des tiges d'acier de classe AIII, et 10 fois plus légère qu'elle.

Toutes les options de renforcement en polymère peuvent être réalisées sous forme de câbles, de tiges ou de tiges profilées. Les formes des profils de section peuvent également être différentes: creuses, pleines, carrées, rondes.

L'enroulement des fibres peut également différer et, comme vous pouvez le voir sur les photos, l'option du revêtement extérieur. Selon le diamètre et le degré de flexibilité, le renfort peut être vendu sous forme de tiges simples ou torsadé en bobines.

Y a-t-il des inconvénients?

On a beaucoup parlé des avantages du renfort polymère, mais son utilisateur potentiel peut avoir une question légitime: "Quels sont les inconvénients du matériau et où son utilisation est-elle indésirable?"

Nous y répondrons ici dans cette partie de l'article:

• Il n'y a pas de matériaux parfaits. Chacun d'entre eux présente certains inconvénients, et ici tout dépend de l'application et des conditions de fonctionnement des structures.
• En particulier, le polymère est inférieur au même acier en termes de résistance au feu, car, étant dans l'épaisseur du béton, le plastique commence déjà à fondre à partir de +200 degrés Celsius. Le point de fusion de l'acier est sept fois plus élevé, donc dans certains domaines de la construction, il ne peut pas être remplacé par du plastique.
• Par exemple, les armatures composites ne sont pas utilisées pour la fabrication de dalles de plancher. En conséquence, les éléments de charpente des bâtiments préfabriqués à plusieurs étages ou des ateliers de production présentant un risque d'incendie accru sont renforcés par des charpentes en acier - et on comprend pourquoi.
• Mais pour la fondation, ce facteur n'a pas d'importance du tout, donc ce type de renfort convient à n'importe lequel de ses types.Le processus d'assemblage du cadre de fondation, du cadre traditionnel, est pratiquement le même. La seule chose ici est d'utiliser des attaches en plastique pour le tricot - bien que vous puissiez également utiliser du fil.

• Un des inconvénients est qu'il est impossible de donner au renfort composite la forme souhaitée par simple chauffage. Par conséquent, s'il est nécessaire de fabriquer des structures avec des formes courbes, les pièces de cadre pour elles sont fabriquées par le fabricant sur commande.
• Sur cela, en fait, la liste des lacunes se termine. Les domaines dans lesquels l'utilisation d'armatures composites est plus préférable sont bien plus que des limitations.
• Notez qu'un tel renfort est facile à traiter, vous pouvez le couper avec une simple scie à métaux ou, avec un petit diamètre, utiliser des pinces. Dans la vie de tous les jours, en plus de couler des fondations et une zone aveugle, il peut être utilisé, par exemple, pour la construction d'une serre.

Ainsi, pour la construction privée, le renforcement en plastique est la meilleure option et encore plus économique. Si vous comptez par tonne, c'est plus cher, mais si vous prenez en compte qu'en raison de la gravité spécifique plus légère des tiges, il y en a plus en quantité, alors l'avantage est assez tangible.