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

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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

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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

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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

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

dAutun avec le LCPCdAutun avec le LCPC

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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 )

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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

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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

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volution volution des des

matmatriauxriaux

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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

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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)

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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)

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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

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volution volution des des

assemblages assemblages collcollss

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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

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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

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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

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oye

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cis

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ge