renfort structurel en fibre de carbone
Le béton est le matériau de construction le plus utilisé au monde en raison de sa rentabilité élevée, de ses matières premières abondantes, de sa facilité de fabrication et de ses excellentes propriétés physiques et mécaniques.
Cependant, le béton présente également des limites qui peuvent affecter sa durabilité et sa durée de vie. Principalement en raison de sa faible résistance à la flexion et à la traction, ainsi que de sa fragilité, la structure peut se briser sans avertissement dans des conditions de traction et de cisaillement.
Par conséquent, le béton structurel a généralement besoin d’être renforcé pour améliorer l’intégrité structurelle des bâtiments. Bien que la fibre d’acier soit le principal élément de renforcement utilisé dans le monde, son utilisation pose également certains problèmes, principalement en termes de performances et de durabilité à long terme.
Pourquoi utiliser la fibre de carbone ?
Ces dernières années, l'application de la fibre de carbone dans l'industrie de la construction est devenue de plus en plus répandue, principalement utilisée pour les murs-rideaux, les cloisons et les cadres muraux. Le béton renforcé de fibres de carbone (CFRC) a été utilisé pour la première fois comme matériau de construction potentiel dans les années 1970 et s'est avéré posséder certaines propriétés appropriées.
Les premières recherches sur les CFRC fabriqués à partir de fibres PAN ont considérablement amélioré la résistance aux chocs, à la traction et le module élastique du béton. En 1980, un rapport de recherche sur l'utilisation de la fibre de carbone asphaltée au Japon indiquait qu'une amélioration significative avait été obtenue en utilisant seulement 0,2 % en volume de fibre de carbone.
Des recherches plus approfondies ont confirmé que même l'ajout d'une très petite quantité de fibre de carbone peut améliorer considérablement les propriétés mécaniques du béton, la fibre de carbone étant plus performante que l'acier ou la fibre de verre. Cela est dû à son excellente durabilité, sa résistance à la chaleur, sa résistance aux intempéries et sa capacité de traitement dans des conditions difficiles.
Cependant, l’inconvénient de la fibre de carbone est son coût. Jusqu'à présent, cela a empêché son application à grande échelle dans les composants structurels, mais les chercheurs estiment que le coût initial de la fibre de carbone en vaut la peine par rapport au coût de la rénovation des structures endommagées avec du béton traditionnel renforcé de fibres d'acier.
Les fibres de carbone contiennent plus de 92 % en poids de carbone disposé dans une structure cristalline parallèle au grand axe de la fibre. Selon le procédé de fabrication, la structure peut être amorphe, partiellement cristalline ou totalement cristalline, et peut exister sous forme de fibres courtes ou longues.
La fibre de carbone est classée parmi les matériaux hautes performances en raison de ses caractéristiques fondamentales. Ces caractéristiques comprennent une faible densité spécifique, la capacité à résister aux contraintes dans des conditions de charge dynamiques et quasi-statiques, une conductivité thermique élevée, une excellente résistance au fluage, un module élastique élevé, une non-corrosivité et une stabilité chimique.
De plus, la fibre de carbone possède d’excellentes propriétés esthétiques et est intéressante pour les projets nécessitant des produits finis de haute qualité.Cependant, la fibre de carbone présente également certaines limites qui peuvent gêner son utilisation.
Les fibres sont sujettes à l’oxydation sous l’effet de la chaleur ou dans des conditions alcalines. De plus, les fibres présentent également des inconvénients tels qu'une anisotropie axiale et transversale et une faible déformation à la rupture. Le principal obstacle à l’utilisation du CFRC est la faible ductilité de la fibre de carbone, inférieure à celle des alternatives telles que le verre, le Kevlar et le SiO2.
TDS de renfort structurel en fibre de carbone (12K et 24K)
Méthodes de renforcement spécifiques
Il existe actuellement de nombreuses méthodes de renforcement couramment utilisées, telles que la méthode d'augmentation de la section transversale, la méthode de renforcement en acier d'emballage, la méthode de renforcement en acier par liaison, la méthode de renforcement en fibre de carbone, etc. La technologie de renforcement en fibre de carbone et de réparation des structures est un autre nouveau type de renforcement structurel. technologie après augmentation de la section du béton et collage de l'acier.
Champ d'application
La méthode de renforcement en fibre de carbone peut être utilisée pour le renforcement de flexion et de cisaillement de structures en béton et est largement utilisée pour le renforcement sismique, anti-fissures et anticorrosion de divers bâtiments et structures industriels et civils. Renforcement de poutres, colonnes et panneaux dans des structures en béton, des ponts et des bâtiments. Renforcement de tunnels, d'installations portuaires, de cheminées, d'entrepôts et d'usines. Protection et renforcement du béton, des ponts et des ouvrages fluviaux endommagés par le sel.
Principe du processus
Pré-imprégnation de fibres de carbone à haute résistance à la traction dans des matériaux de renforcement composites (fibres continues unidirectionnelles) à l'aide de résine époxy ; Utilisez un adhésif à base de résine époxy pour coller le long de la direction de traction ou perpendiculairement à la direction de la fissure sur la structure à renforcer, formant ainsi un nouveau composite, de sorte que le matériau adhésif renforcé et le béton armé d'origine soient sollicités conjointement pour augmenter la résistance aux fissures ou au cisaillement. de la structure et améliorer la résistance, la rigidité, la résistance aux fissures et l'allongement de la structure.
processus technologique
Préparation de la construction → Traitement de surface du béton → Appliquer un apprêt → Réparer la surface endommagée des composants → Coller de la fibre de carbone → Durcissement de surface → Préparation du matériau de nivellement → Couche inférieure ou préparation de résine → Préparation de résine d'imprégnation
Points d'opération
1, traitement de surface du béton
1. Nettoyez les pièces endommagées et cassées à la surface des composants en béton.
2. Réparez et restaurez les parties endommagées des composants qui ont été ciselés, nettoyés et exposés.
3. Réparation des fissures : pour les fissures d'une largeur inférieure à 0,2 mm, appliquez de la résine époxy pour le revêtement et le scellement de la surface ; Les fissures supérieures à 0,2 mm doivent être remplies de résine époxy.
4. Polissage : Polissez les parties saillantes de la surface du composant (telles que la jonction des composants en béton et les joints du coffrage) à plat et rendez la surface du composant réparé aussi lisse que possible.
5. Nettoyez et polissez la surface des composants et laissez-les sécher complètement.
2, appliquez un apprêt sur la zone défectueuse
Appliquer uniformément la colle de base préparée (agent de liaison) sur la surface de la zone défectueuse du béton.
3, Réparation des défauts de surface sur les composants
L'utilisation de mastic époxy pour réparer les surfaces endommagées des composants est une étape cruciale, avec les points clés suivants :
1. Pesez avec précision l'agent principal du mastic, l'accélérateur de durcissement et l'agent de durcissement selon le rapport spécifié, mettez-les dans un récipient et remuez uniformément avec un mélangeur.
2. Remplissez les parties concaves à la surface du composant avec du mastic époxy et réparez-les pour obtenir une surface lisse. Lors de l'utilisation de mastic époxy dans des réparations incomplètes, la construction doit être effectuée dans des conditions où la température est supérieure à -5 degrés et l'humidité relative est inférieure à 85 %. Après avoir appliqué le mastic, les irrégularités ou rugosités qui subsistent encore sur la surface doivent être lissées avec du papier de verre.
4, appliquer l'apprêt
Appliquer uniformément la colle préparée (agent de liaison) sur la surface du béton à coller à l'aide d'un rouleau.
5, coller la fibre de carbone
Avant de coller des matériaux en fibre de carbone, il est nécessaire de confirmer que la surface à coller est sèche. Lorsque la température est supérieure à -10 degrés et que l'humidité relative RH est supérieure à 85 %, la construction ne doit pas être réalisée sans mesures efficaces. Pour éviter d'endommager la fibre de carbone pendant le transport, le stockage, la découpe et le collage de matériaux en fibre de carbone. Coupez le matériau en fibre de carbone avec une règle en acier et un couteau à papier peint selon la taille spécifiée, et la longueur de chaque section ne doit généralement pas dépasser 6 m. Pour éviter d'endommager les matériaux pendant le stockage, la quantité de matériaux coupés doit être basée sur l'utilisation quotidienne. Les joints longitudinaux en fibre de carbone doivent se chevaucher de plus de 20 cm. Cette zone doit être recouverte de plus de résine et la fibre de carbone n'a pas besoin d'être superposée horizontalement.
Les points clés de son processus de construction sont les suivants :
1. L'agent principal, l'accélérateur de durcissement et l'agent de durcissement pour coller la résine doivent être pesés avec précision selon le rapport prescrit, chargés dans un récipient et agités uniformément avec un mélangeur. La quantité initiale de mélange doit être utilisée dans le temps utilisable.
2. Lors du collage, essayez de ne pas laisser d'air entre la fibre de carbone et la résine. Utilisez un rouleau (outil spécial) pour rouler plusieurs fois le matériau en fibre de carbone dans le sens de la fibre, permettant ainsi à la résine de pénétrer dans la fibre de carbone.
6, entretien
Après avoir collé le matériau en fibre de carbone, il doit être durci naturellement pendant 1-2 heures pour obtenir le durcissement initial, et il convient de s'assurer qu'il n'y a pas d'interférence externe ou de collision pendant la période de durcissement.
7, peinture
Si une prévention incendie est requise pour les composants renforcés, un revêtement résistant au feu peut être appliqué une fois la résine durcie. La peinture doit être effectuée après le durcissement initial de la résine et doit être conforme aux normes et réglementations de construction en vigueur du revêtement utilisé.
Exigence de qualité
1. Tous les matériaux entrants, y compris les matériaux en fibre de carbone et les matériaux de liaison, doivent être conformes aux normes de qualité et disposer de certificats de produit d'usine, répondant aux exigences de conception technique des renforts.
2. Les matériaux en fibre de carbone ne doivent pas être comprimés pendant le transport et le stockage pour éviter d'endommager les fibres de carbone, et ils ne doivent pas non plus être directement exposés au soleil et à la pluie. Les matériaux adhésifs doivent être stockés dans un endroit frais et scellé.
3. La qualité de construction de chaque processus doit être guidée et supervisée par du personnel technique. Une fois chaque processus terminé, il doit être soumis au technicien pour inspection et approbation avant de passer au processus suivant.
4. Appliquez la peinture de base
Le revêtement doit être appliqué uniformément et ne pas manquer. Il est strictement interdit d'appliquer dans des conditions de température inappropriées. Le revêtement dilué avec des solvants doit être utilisé dans le temps spécifié.
Lorsque la température est inférieure à 7 degrés, l'humidité relative RH est inférieure à 85 %, la teneur en humidité de la surface du béton est inférieure à 8 % et il n'y a pas de phénomène de condensation, une résine époxy modifiée doit être utilisée.
5. Réparation des dommages superficiels des composants
Les petits trous et coins intérieurs à la surface de la structure doivent être réparés et nivelés avec du mastic époxy. Toute irrégularité ou rugosité qui subsiste sur la surface après l'application du mastic doit être lissée avec du papier de verre.
6. Coller la fibre de carbone
① Lors du collage de matériaux en fibre de carbone, les conditions suivantes doivent être remplies :
a, Les matériaux en fibre de carbone doivent être coupés conformément à la réglementation.
b, La température, l'humidité et la teneur en humidité de surface des composants répondent aux exigences.
c, Le revêtement inférieur et le mastic ont atteint le séchage au toucher des doigts (la surface de la résine s'est solidifiée et durcie).
d, Le type de résine de liaison doit être adapté à la température pendant la construction. L'agent principal, l'agent de durcissement et l'accélérateur de durcissement doivent être pesés avec précision selon le rapport spécifié, chargés dans un récipient et agités uniformément avec un mélangeur. La quantité de chaque mélange doit être utilisée dans le temps spécifié.
② Normes d'inspection de qualité pour le collage des fibres de carbone.
a, le revêtement inférieur et le revêtement supérieur sont bien immergés dans les faisceaux de fibres de carbone.
b, la fibre de carbone est étroitement liée.
c, pour les fûts creux d'un diamètre de 10 mm à 30 mm, moins de 10 par mètre carré peuvent être considérés comme qualifiés ; S'il y en a plus de 10 par mètre carré, il est considéré comme non qualifié et doit être réparé. Pour les fûts creux d'un diamètre supérieur à 30 mm, tout événement est considéré comme non qualifié et nécessite une réparation.
d, la longueur de chevauchement dans la direction des fibres ne doit pas être inférieure à 20 cm et les parties qui se chevauchent entre chaque couche ne doivent pas être situées sur la même ligne droite. Les couches doivent être décalées d'au moins 50 cm.
e, les spécifications du matériau en fibre de carbone, y compris la position de collage, la longueur, la largeur, la direction des fibres et le nombre de couches, sont conformes à la réglementation
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