Équipe ressource « Collage et Matériaux Composites...

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  • 18 Novembre 2009 JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    1

    DurabilitDurabilit des des renforcements renforcements par collage de par collage de matmatriaux riaux

    compositescomposites

    WWW.developpement-durable.gouv.fr

    Ministre de l'cologie, de l'nergie,du Dveloppement durable et de l'Amnagement du territoire

    quipe ressource quipe ressource

    Collage et Matriaux Composites Collage et Matriaux Composites

    LR AutunLR Autun

    S. S. ChataignerChataigner

    Journes Chimie, LyonJournes Chimie, Lyon

    2 et 3 Dcembre 20092 et 3 Dcembre 2009

    S. Chataigner LRPC Autun

    K. Benzarti LCPC Paris

    M. Rabasse LRPC Autun

    M. Quiertant LCPC Paris

    C. Aubagnac LRPC Autun

  • 2JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Sommaire

    Introduction:

    Les matriaux composites

    Leurs atouts et lquipe ressource

    Relation avec les objectifs du grenelle de lenvironnement

    Quelques prestations classiques de lquipe ressource

    Description de ltude de durabilit mene au LRPC dAutun avec le LCPC

    Contexte

    volution des matriaux

    volution des assemblages

  • 3JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    IntroductionIntroduction

  • 4JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Les matriaux composites

    Plat pultrud

    Tissu sec

    Des procds dj utiliss dans le domaine Des procds dj utiliss dans le domaine du gnie civildu gnie civil

    Un composite

    Un mlange Un mlange matrice + fibrematrice + fibre

  • 5JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Leurs atouts et lquipe ressource du RST

    Avantages de ce type de matriau:Relative facilit de mise

    en oeuvre

    Caractristiques mcaniques trs leves

    Faible densit

    Pas de corrosion

    AMO: contrle doprations de renforcement par collage de

    matriaux composites

    Expertise sur structures renforces

    Mthodologie (RST, AFGC)

    Recherche (LCPC, UR Navier)

    Cration dune quipe ressource au LRPC dAutun Collage et matriaux composites pour le domaine Ouvrages dArt du Rseau Scientifique et Technique (2008)

  • 6JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Leur positionnement vis--vis du grenelle dans la gestion du patrimoine

    Renforcement des structures pour modification des charges ou pour cause

    de sous-dimensionnement (largissement, renforcement par

    prcontrainte additionnelle)

    => Adaptation des structures aux besoins

    Rparation des structures endommages / mise en scurit

    (fissuration, etc)

    => Augmentation de la dure de vie

    Renforcement des structures pour modification du besoin en ductilit

    (nouveau zonage sismique)

    => Meilleure scurit structurelle

  • 7JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Prestations classiques de lquipe ressource du RST

    REPARATION DE SURFACE

    PREPARATION DE SURFACE

    PREPARATION DE LADHESIF

    APPLICATIONAUSCULTATION

    ESSAIS DESTRUCTIFS DE

    COHESION

    +

    DETERMINATION de Tg

    INSTRUMENTATION

    CHARGEMENT

    EXPLOITATION

  • 8JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Description de ltude de Description de ltude de durabilit mene au LRPC durabilit mene au LRPC

    dAutun avec le LCPCdAutun avec le LCPC

  • 9JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Contexte et principe de ltude

    Opration de recherche du LCPC (M. Quiertant, K. Benzarti) 11N053 Durabilit des renforcements par composites colls (2005 2008)

    11N091 Renforcements par matriaux composites et assemblages colls en gnie civil (2009-2012)

    Vieillissement acclr des prouvettes Stockage de lensemble des prouvettes en ambiance chaude et humide (40C et 95 % HR)

    Corrlation ultrieure avec des suivis de renforcement sur chantier

    Suivi de lvolution des proprits des matriaux en prsence Matriau composite (Essais de traction, et ventuellement Tg)

    Adhsif (Essais de traction, Tg, Visco-analyse, Duret Shore D, Prise de masse)

    Bton (Essais de compression et de pastillage)

    Suivi de lvolution des proprits des assemblages colls Sollicitation en traction (Mode de rupture, capacit)

    Sollicitation en cisaillement (Mode de rupture, raideur, capacit, transfert)

    Et ce pour trois procds utiliss dans le domaine du gnie civil (Un de type tissu sec et deux de type plats pultruds )

  • 10JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    REALISATION DE LOTS DEPROUVETTES EN LIAISON AVEC DES ENTREPRISES

    STOCKAGE A 40C et 95 % HR

    (acclration du vieillissement des rsines)

    ESSAIS SUR MATERIAUX ET ASSEMBLAGES A ECHEANCES

    REGULIERES

  • 11JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Le procd dont les rsultats sont prsents

    Plat pultrud carbone Module dYoung dans laxe des fibres: 163 000 MPa

    Largeur de 100 mm et paisseur de 1.4 mm

    Tg de la matrice denviron 100C

    Rsine poxy bi-composant Module dYoung en traction: 4950 MPa

    Tg de 54C +/- 2C daprs la fiche technique (ISO 11357-2)

    paisseur de colle de 0.6 1 mm

    Prparation de surface Grenaillage de la surface et dpoussirage

  • 12JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    volution volution des des

    matmatriauxriaux

  • 13JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Le bton et le renfort composite:Pas ou peu dvolution

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    0 100 200 300 400

    Nbre de jours

    Rs

    ista

    nce

    en

    co

    mp

    ress

    ion

    , en

    MP

    a

    161690Mars 2008

    162660Janvier 2008

    Module dYoung dans laxe des fibres, en

    MPa

    Echance

    volution du module dYoung dans laxe des fibres du pultrud carbone

    volution de la capacit en compression du bton

  • 14JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Ladhsif: Un vieillissement consquent (1)

    0

    0,5

    1

    1,5

    2

    2,5

    3

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55Centaines

    Racine du temps, en s0.5

    pri

    se d

    e m

    asse

    (%

    )

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    0 100 200 300

    Temps, en jours

    Tem

    pr

    atu

    re d

    e tr

    ansi

    tio

    n v

    itre

    use

    , en

    C

    volution de la temprature de transition vitreuse (DSC)

    (LCPC)

    volution de la prise de masse de ladhsif (LCPC)

  • 15JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Ladhsif: Un vieillissement consquent (2)

    40

    45

    50

    55

    60

    65

    70

    75

    80

    85

    90

    0 50 100Dure de vieillissement (jours)

    Tem

    pr

    atu

    re d

    e re

    laxa

    tio

    n, T

    a (

    C)

    0

    500

    1000

    1500

    2000

    2500

    3000

    3500

    0 50 100Dure de vieillissement (jours)

    Mo

    du

    le E

    ' 4

    0C

    (M

    Pa)

    volution de la partie relle du module

    (Visco-analyse, LCPC)

    volution de la temprature de relaxation de ladhsif

    (Visco-analyse, LCPC)

  • 16JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Ladhsif: Un vieillissement consquent (3)

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    0 100 200 300 400

    Nbre de jours

    Du

    ret

    Sh

    ore

    D

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    0 0,01 0,02Dformation

    Co

    ntr

    ain

    te, e

    n M

    Pa

    janv-08mars-08juil-08Data sheet (4950 Mpa)

    volution du comportement en traction de ladhsif

    Donne de la fiche technique (4950 MPa)

    volution de la duret Shore D de ladhsif

  • 17JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    volution volution des des

    assemblages assemblages collcollss

  • 18JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Lessai de traction

    0%

    10%

    20%

    30%

    40%

    50%

    60%

    70%

    80%

    90%

    100%

    T0 T2 T4 T6 T8 T10

    Echance

    Mo

    de

    de

    rup

    ture

    Rupture colleRupture bton

    0

    0,5

    1

    1,5

    2

    2,5

    3

    3,5

    4

    0 100 200 300 400

    Nombre de jours

    Rs

    ista

    nce

    en

    tra

    ctio

    n d

    e l'a

    ssem

    bla

    ge

    coll

    , en

    MP

    a

    volution de la capacit en traction de lassemblage coll

    volution du mode de rupture de lassemblage en traction

  • 19JST AMAC - Matriaux composites dans le gnie civil

    18 Novembre 2009

    Lessai de cisaillement (1)

    0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

    100%

    T0 T2 T4 T6 T8 T10

    Echance

    Mo

    de

    de

    rup

    ture

    Rupture interfaceRupture colleRupture bton

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    0 100 200 300 400

    Temps, en jours

    Cap

    acit

    m

    oye

    nn

    e en

    cis

    aille

    men

    t d

    e l'a

    ssem

    bla

    ge