Présentation du matériau en fibre de carbone

La fibre de carbone est un produit de haute technologie typique, caractérisé par une résistance élevée, un module élevé, une résistance aux hautes températures, une résistance à la corrosion, à la fatigue, au fluage, une conductivité thermique élevée et d'autres caractéristiques. Elle est principalement utilisée dans la préparation de matériaux composites FRP avancés, largement utilisés dans l'aérospatiale, les articles de sport et l'industrie. Avec la baisse du coût de la fibre de carbone et l'avancée des technologies de fabrication de composites à faible coût, son utilisation dans le génie civil, en tant que matériau de renforcement composite FRP le plus adapté, connaît une croissance rapide.

Le renforcement des composites FRP comprend deux types : le tissu en polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC) et la bande en polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC). Comparée au béton armé traditionnel ou au béton à liant acier, la fibre de carbone présente les avantages suivants : gain de place, simplicité de construction, absence de fixation sur site, garantie de qualité de construction aisée, absence d'augmentation de la taille et du poids de la structure, résistance à la corrosion et excellente durabilité. De plus, l'adoption de cette méthode peut considérablement améliorer la durée de vie des bâtiments et réduire les coûts de renforcement. C'est pourquoi la fibre de carbone, en tant que matériau de renforcement révolutionnaire, suscite un vif intérêt.

1.1 Renforcement par tissu en fibre de carbone

La technologie de renforcement des structures en PRFC consiste à utiliser une colle à base de résine époxy haute performance pour coller le PRFC sur la surface des éléments structurels du bâtiment. Ces deux matériaux agissent ensemble pour améliorer la capacité portante des composants (flexion et cisaillement), contribuant ainsi à la solidité du bâtiment.

La technologie clé du renforcement par tissu en PRFC est la suivante :

1. La colle époxy doit être entièrement immergée dans le tissu en fibre de carbone, afin que tous les filaments de fibre de carbone soient liés ensemble, formant ainsi la force commune ;

2. L'adhérence entre le système de renforcement en fibre de carbone et les structures existantes doit être solidement établie.

1.2 Renfort en stratifié PRF précontraint

La bande en fibre de carbone est une feuille unidirectionnelle renforcée par de la fibre de carbone. Son procédé de moulage consiste à solidifier la résine imprégnée de fibre de carbone dans le moule et à la pultrusion continue. Utilisant des fibres de carbone de haute qualité et une résine de base de qualité, la bande en fibre de carbone présente une résistance élevée à la traction, à la corrosion, aux séismes et aux chocs, ainsi que d'autres excellentes propriétés. La bande en fibre de carbone unidirectionnelle exploite pleinement la résistance et le module d'élasticité de la fibre de carbone, évitant ainsi la polymérisation de la résine du tissu en fibre de carbone unidirectionnel pendant la construction. Son efficacité d'utilisation de la résistance est élevée et sa construction est pratique. Le module d'élasticité de la bande en PRF est d'environ 165 à 185 GPa, et sa résistance à la traction est de 2400 à 2800 MPa.

1.3 Comparaison entre le renfort en tissu de fibre de carbone et le renfort en stratifié PRF précontraint

Le renforcement en PRF est pratique, peu coûteux et ne nécessite pas d'équipement complexe. Il peut être utilisé pour divers types de renforcement de fondations pendant la construction.

Le système d'ancrage en PRFC précontraint permet d'éviter le phénomène de retard de déformation du PRFC grâce à la précontrainte appliquée à ce dernier. Il permet d'optimiser la résistance du PRFC, d'améliorer la capacité portante de la structure, d'augmenter la rigidité en flexion des éléments en flexion, de réduire la déflexion des éléments d'origine, de limiter la déformation et la propagation des fissures des composants, et de résoudre le problème de la contradiction entre le rapport élevé entre la résistance et le module d'élasticité du PRFC.