Le béton renforcé de fibres d'acier (SFRC) est un nouveau type de matériau composite qui peut être coulé et pulvérisé en ajoutant une quantité appropriée de fibres d'acier courtes dans le béton ordinaire.Il s’est développé rapidement au pays et à l’étranger ces dernières années.Il surmonte les inconvénients de la faible résistance à la traction, du faible allongement ultime et de la fragilité du béton.Il possède d'excellentes propriétés telles que la résistance à la traction, la résistance à la flexion, la résistance au cisaillement, la résistance aux fissures, la résistance à la fatigue et une ténacité élevée.Il a été appliqué dans le génie hydraulique, les routes et ponts, la construction et d’autres domaines d’ingénierie.
1. Développement du béton renforcé de fibres d'acier
Le béton renforcé de fibres (FRC) est l'abréviation de béton renforcé de fibres.Il s'agit généralement d'un composite à base de ciment composé de pâte de ciment, de mortier ou de béton et de matériaux renforcés de fibres métalliques, de fibres inorganiques ou de fibres organiques.Il s'agit d'un nouveau matériau de construction formé par dispersion uniforme de fibres courtes et fines présentant une résistance à la traction élevée, un allongement ultime élevé et une résistance élevée aux alcalis dans la matrice de béton.Les fibres dans le béton peuvent limiter la génération de fissures précoces dans le béton et l'expansion ultérieure des fissures sous l'action d'une force externe, surmonter efficacement les défauts inhérents tels qu'une faible résistance à la traction, une fissuration facile et une mauvaise résistance à la fatigue du béton, et améliorer considérablement les performances. d'imperméabilité, d'étanchéité, de résistance au gel et de protection des armatures du béton.Le béton renforcé de fibres, en particulier le béton renforcé de fibres d'acier, a attiré de plus en plus d'attention dans les cercles universitaires et techniques en ingénierie pratique en raison de ses performances supérieures.1907 Expert soviétique B П.Hekpocab a commencé à utiliser du béton renforcé de fibres métalliques ;En 1910, HF Porter a publié un rapport de recherche sur le béton renforcé de fibres courtes, suggérant que les fibres d'acier courtes devraient être uniformément dispersées dans le béton pour renforcer les matériaux de la matrice ;En 1911, l'américain Graham a ajouté de la fibre d'acier au béton ordinaire pour améliorer la résistance et la stabilité du béton ;Dans les années 1940, les États-Unis, la Grande-Bretagne, la France, l'Allemagne, le Japon et d'autres pays avaient mené de nombreuses recherches sur l'utilisation de la fibre d'acier pour améliorer la résistance à l'usure et à la fissuration du béton, sur la technologie de fabrication du béton à base de fibre d'acier et sur l'amélioration de la qualité du béton. forme de la fibre d'acier pour améliorer la force de liaison entre la fibre et la matrice de béton ;En 1963, JP Romualdi et GB Batson ont publié un article sur le mécanisme de développement des fissures dans le béton confiné par des fibres d'acier et ont avancé la conclusion que la résistance à la fissuration du béton renforcé de fibres d'acier est déterminée par l'espacement moyen des fibres d'acier qui joue un rôle efficace. en contrainte de traction (théorie de l'espacement des fibres), ouvrant ainsi la phase de développement pratique de ce nouveau matériau composite.Jusqu'à présent, avec la vulgarisation et l'application du béton renforcé de fibres d'acier, en raison de la répartition différente des fibres dans le béton, il existe principalement quatre types : le béton renforcé de fibres d'acier, le béton renforcé de fibres hybrides, le béton renforcé de fibres d'acier en couches et les fibres hybrides en couches. béton armé.
2. Mécanisme de renforcement du béton renforcé de fibres d'acier
(1)Théorie de la mécanique des composites.La théorie de la mécanique des composites est basée sur la théorie des composites à fibres continues et combinée aux caractéristiques de répartition des fibres d'acier dans le béton.Dans cette théorie, les composites sont considérés comme des composites à deux phases, avec une fibre comme phase et une matrice comme autre phase.
(2) Théorie de l’espacement des fibres.La théorie de l'espacement des fibres, également connue sous le nom de théorie de la résistance aux fissures, est proposée sur la base de la mécanique de la rupture élastique linéaire.Cette théorie soutient que l'effet de renforcement des fibres est uniquement lié à l'espacement uniformément réparti des fibres (espacement minimum).
3. Analyse de l'état de développement du béton renforcé de fibres d'acier
1. Béton renforcé de fibres d'acier.Le béton renforcé de fibres d'acier est une sorte de béton armé relativement uniforme et multidirectionnel formé en ajoutant une petite quantité de fibres d'acier à faible teneur en carbone, d'acier inoxydable et de FRP dans le béton ordinaire.La quantité de mélange de fibre d'acier est généralement de 1 % à 2 % en volume, tandis que 70 à 100 kg de fibre d'acier sont mélangés dans chaque mètre cube de béton en poids.La longueur de la fibre d'acier doit être de 25 à 60 mm, le diamètre doit être de 0,25 à 1,25 mm et le meilleur rapport longueur/diamètre doit être de 50 à 700. Par rapport au béton ordinaire, il peut non seulement améliorer la traction, le cisaillement et la flexion. , la résistance à l'usure et aux fissures, mais améliore également considérablement la ténacité à la rupture et la résistance aux chocs du béton, et améliore considérablement la résistance à la fatigue et la durabilité de la structure, en particulier la ténacité peut être augmentée de 10 à 20 fois.Les propriétés mécaniques du béton renforcé de fibres d'acier et du béton ordinaire sont comparées en Chine.Lorsque la teneur en fibre d'acier est de 15 % à 20 % et que le rapport eau-ciment est de 0,45, la résistance à la traction augmente de 50 % à 70 %, la résistance à la flexion augmente de 120 % à 180 %, la résistance aux chocs augmente de 10 à 20 %. fois, la résistance à la fatigue par impact augmente de 15 à 20 fois, la ténacité à la flexion augmente de 14 à 20 fois et la résistance à l'usure est également considérablement améliorée.Par conséquent, le béton renforcé de fibres d’acier possède de meilleures propriétés physiques et mécaniques que le béton ordinaire.
4. Béton de fibres hybrides
Des données de recherche pertinentes montrent que la fibre d'acier ne favorise pas de manière significative la résistance à la compression du béton, ni même ne la réduit ;Par rapport au béton ordinaire, il existe des points de vue positifs et négatifs (augmentation et diminution) ou même intermédiaires sur l'imperméabilité, la résistance à l'usure, la résistance aux chocs et à l'usure du béton renforcé de fibres d'acier et la prévention du retrait plastique précoce du béton.De plus, le béton renforcé de fibres d'acier présente certains problèmes, tels qu'un dosage élevé, un prix élevé, la rouille et une résistance presque nulle à l'éclatement provoqué par le feu, ce qui a affecté son application à des degrés divers.Ces dernières années, certains chercheurs nationaux et étrangers ont commencé à s'intéresser au béton de fibres hybrides (HFRC), en essayant de mélanger des fibres ayant des propriétés et des avantages différents, d'apprendre les unes des autres et de mettre en valeur « l'effet hybride positif » à différents niveaux et étapes de chargement pour améliorer diverses propriétés du béton, afin de répondre aux besoins de différents projets.Cependant, en ce qui concerne ses diverses propriétés mécaniques, en particulier sa déformation par fatigue et son endommagement par fatigue, la loi de développement de la déformation et ses caractéristiques d'endommagement sous des charges statiques et dynamiques et des charges cycliques à amplitude constante ou à amplitude variable, la quantité de mélange optimale et la proportion de mélange de fibre, la relation entre les composants des matériaux composites, l'effet de renforcement et le mécanisme de renforcement, les performances anti-fatigue, le mécanisme de défaillance et la technologie de construction. Les problèmes de conception des proportions de mélange doivent être étudiés plus en détail.
5. Béton renforcé de fibres d'acier en couches
Le béton renforcé de fibres monolithiques n'est pas facile à mélanger uniformément, la fibre est facile à agglomérer, la quantité de fibre est importante et le coût est relativement élevé, ce qui affecte sa large application.Grâce à un grand nombre de pratiques d'ingénierie et de recherches théoriques, un nouveau type de structure en fibres d'acier, le béton renforcé de fibres d'acier en couches (LSFRC), est proposé.Une petite quantité de fibre d'acier est répartie uniformément sur les surfaces supérieure et inférieure de la dalle de route, et le milieu est toujours une simple couche de béton.La fibre d'acier du LSFRC est généralement distribuée manuellement ou mécaniquement.La fibre d'acier est longue et le rapport longueur-diamètre est généralement compris entre 70 et 120, montrant une distribution bidimensionnelle.Sans affecter les propriétés mécaniques, ce matériau réduit non seulement considérablement la quantité de fibres d'acier, mais évite également le phénomène d'agglomération des fibres lors du mélange du béton fibré intégral.De plus, la position de la couche de fibres d’acier dans le béton a un impact important sur la résistance à la flexion du béton.L'effet de renforcement de la couche de fibres d'acier au fond du béton est le meilleur.Avec la position de la couche de fibres d'acier qui monte, l'effet de renforcement diminue considérablement.La résistance à la flexion du LSFRC est de plus de 35 % supérieure à celle du béton ordinaire avec la même proportion de mélange, qui est légèrement inférieure à celle du béton intégral renforcé de fibres d'acier.Cependant, le LSFRC peut permettre d'économiser beaucoup de coûts de matériaux et il n'y a aucun problème de mélange difficile.Par conséquent, le LSFRC est un nouveau matériau présentant de bons avantages sociaux et économiques et de larges perspectives d’application, qui mérite d’être popularisé et appliqué dans la construction de chaussées.
6. Béton de fibres hybrides en couches
Le béton renforcé de fibres hybrides en couches (LHFRC) est un matériau composite formé en ajoutant 0,1 % de fibres de polypropylène sur la base du LSFRC et en répartissant uniformément un grand nombre de fibres de polypropylène fines et courtes avec une résistance à la traction élevée et un allongement ultime élevé dans l'acier supérieur et inférieur. le béton fibré et le béton ordinaire dans la couche intermédiaire.Il peut surmonter la faiblesse de la couche de béton ordinaire intermédiaire LSFRC et prévenir les risques potentiels pour la sécurité après l'usure de la fibre d'acier de surface.Le LHFRC peut améliorer considérablement la résistance à la flexion du béton.Par rapport au béton ordinaire, sa résistance à la flexion du béton ordinaire est augmentée d'environ 20 %, et par rapport au LSFRC, sa résistance à la flexion est augmentée de 2,6 %, mais elle a peu d'effet sur le module d'élasticité en flexion du béton.Le module d'élasticité en flexion du LHFRC est 1,3 % supérieur à celui du béton ordinaire et 0,3 % inférieur à celui du LSFRC.Le LHFRC peut également améliorer considérablement la résistance à la flexion du béton, et son indice de résistance à la flexion est environ 8 fois celui du béton ordinaire et 1,3 fois celui du LSFRC.De plus, en raison des performances différentes de deux ou plusieurs fibres du LHFRC dans le béton, selon les besoins techniques, l'effet hybride positif des fibres synthétiques et des fibres d'acier dans le béton peut être utilisé pour améliorer considérablement la ductilité, la durabilité, la ténacité et la résistance aux fissures. , la résistance à la flexion et la résistance à la traction du matériau améliorent la qualité du matériau et prolongent la durée de vie du matériau.
——Résumé (Architecture du Shanxi, Vol. 38, n° 11, Chen Huiqing)
Heure de publication : 24 août 2022