Technologie de renforcement par plaques PRF noyées en surface
La technologie de renforcement par plaques PRF noyées en surface combine les avantages de la technologie NSM et de la technologie PRF précontraint à adhérence externe pour mieux résoudre les problèmes de pelage des interfaces et d'utilisation optimale de la résistance des matériaux. Parallèlement, il est possible d'exploiter la capacité d'adhérence du PRF au béton pour réaliser l'ancrage des plaques PRF précontraintes, supprimant ainsi le besoin d'ancrage permanent pour le collage externe des plaques PRF précontraintes et réduisant le coût du renforcement structurel. Cependant, la technologie NSM consistant à noyer la dalle PRF dans la couche de protection en béton, à l'extérieur de la barre d'acier avec liant, la réalisation de l'ancrage et de la tension de la dalle PRF dans un espace d'épaisseur limitée constitue l'un des principaux défis de cette technologie.

La technologie du béton pour l'encastrement en surface de plaques de PRF précontraintes est la suivante:
1) Rainurer la surface de la structure en béton où les plaques de PRF sont encastrées, puis ciseler et réparer le béton meuble autour des rainures.
2) Installer une pince pour plaque de PRF et une machine de tension à l'extrémité de la rainure.
3) Évacuer l'eau, l'huile et la poussière de ciment du réservoir et remplir celui-ci de colle.
4) Encastrer les lattes de PRF dans la rainure et les ancrer à l'extrémité de la fixation pour la mise en tension.
5) Une fois la tension terminée, la fixation fixée à la structure est utilisée pour l'ancrage continu. Une fois le liant solidifié et la force d'adhérence atteinte, la pince pour plaque de PRF est retirée.

À l'aide de la pince pour plaque de PRF, de l'équipement de tension et de la technologie susmentionnée, l'auteur a renforcé plusieurs éléments en flexion en béton grâce à la technologie des plaques de PRF précontraintes encastrées en surface. L'essai initial étant limité par la longueur de la structure, cet article ne fixe pas la pince FRP sur les éléments en béton, mais sur la plateforme de tension à leurs deux extrémités. Cependant, la taille de la pince utilisée est conçue pour réaliser la tension dans l'épaisseur de la couche protectrice en béton. L'étape suivante consiste à réaliser les essais des équipements et des procédés sur les composants à grande échelle.

Renforcement de la poutre avec une bande précontrainte en PRF NSM

Schéma d'essai

Cinq éprouvettes de flexion en béton armé ont été testées dans cet article. Toutes les éprouvettes étaient des poutres rectangulaires en béton armé d'une longueur totale de 3 500 mm. Leur portée utile était de 3 300 mm et leur portée de cisaillement de 1 100 mm. Leur section était de 150 mm x 350 mm, et l'armature dans la zone de traction était de 216. Afin d'éviter la fissuration dans la zone de compression lors de la précontrainte, l'armature dans cette zone était de 222 et les étriers étaient disposés uniquement dans la section de portée de cisaillement, soit 8 à 100.

Cinq échantillons étaient constitués d'un échantillon comparatif non renforcé, d'un échantillon renforcé par du PRF ordinaire (non précontraint) noyé en surface, d'un échantillon renforcé par du PRF précontraint externe et de deux échantillons renforcés par du PRF précontraint noyé en surface. La résistance de calcul des échantillons de béton est de C30. Les échantillons renforcés en surface sont renforcés par une bande de PRF 500 de Horse Construction, et les échantillons renforcés externe sont renforcés par une plaque de PRF de Horse Construction. Les résines de liaison sont toutes constituées de résine pour panneaux de fibres de carbone de Horse Construction.

Principaux résultats et analyses des essais

1) Analyse de la capacité portante.

D'après les propriétés mécaniques des éprouvettes présentées aux figures 11 à 14, le renforcement en PRF a un effet significatif sur la capacité portante des éprouvettes. La charge d'élasticité des éprouvettes RS-2NSM20 renforcées par incorporation d'une couche superficielle non précontrainte était significativement supérieure à celle des éprouvettes US, mais l'amélioration des propriétés mécaniques des éprouvettes en PRF était encore renforcée après précontrainte. La charge de fissuration, la charge d'élasticité et la charge ultime des éprouvettes PRS-EB et PRS-2NSM20 étaient significativement supérieures à celles des éprouvettes RS, et la déformation des éprouvettes PRS-EB et PRS-2NSM20 sous la même charge était significativement inférieure à celle des éprouvettes non précontraintes. Les éprouvettes PRS-1NSM45 ont subi une rupture par pelage interfacial précoce avant la rupture des câbles principaux. L'amélioration de la capacité portante des éprouvettes n'a pas été pleinement constatée. Français Cependant, comme le montre la figure 11, les courbes de relation du PRS-1NSM45 avant rupture coïncident presque avec celles du PRS-EB et du PRS-2NSM20, et les charges de fissuration (PRS-EB : 38 kN, PRS-2NSM20 : 42 kN, PRS-1NSM45 : 38 kN) et les charges d’élasticité (PRS-EB : 125,7 kN, PRS-2NSM20 : 126,3 kN) sont également très proches. Compte tenu de la faible différence entre la contrainte initiale et la section transversale du PRFC dans les trois échantillons, cela montre que l’effet du renforcement en PRF précontraint noyé en surface est similaire à celui du renforcement en PRF précontraint collé externe sans pelage d’interface ni déchirure de la couche protectrice.

Courbes de charge en fonction de la déflexion à mi-portée des échantillons

Courbes de charge en fonction de la déformation du PRFC

Courbes de charge par rapport à la déformation en compression du béton

Courbes de charge par rapport à la déformation en traction des barres d'armature

2) Analyse des modes de rupture.

Cet article résume les modes de rupture des éprouvettes d'armatures enrobées en surface. La rupture du RS-2NSM20 est due au pelage de l'interface résine-béton adhérente, tandis que le PRS1000-2NSM20 est due à la rupture par arrachement du béton composant principal-couche de protection. Le mode de rupture du PRS1000-1NSM45 est dû à la rupture par pelage de l'interface résine-béton, qui se transforme en rupture par arrachement du béton composant principal-couche de protection. Les résultats des essais montrent que le point faible des armatures enrobées en surface non précontraintes est la contrainte d'adhérence à l'interface résine-béton. Tandis que le même paramètre pour les armatures enrobées précontraintes est la résistance à la traction du béton, l'introduction de la précontrainte modifie les facteurs de contrôle de la rupture des armatures. Il est à noter que la déformation maximale de la dalle en PRFC des éprouvettes renforcées non précontraintes et précontraintes est quasiment identique (compte tenu de la déformation initiale de la dalle en PRFC précontrainte). Deux hypothèses peuvent expliquer ce phénomène :

1) les facteurs de contrôle des deux composants de renforcement sont très proches de la liaison d'interface et de la résistance ultime à la traction du béton.

2) la déformation des éprouvettes renforcées sans précontrainte est beaucoup plus importante que celle des éprouvettes renforcées par précontrainte. Les modes de rupture des éprouvettes PRS1000-1NSM45 indiquent que la technologie de renforcement en PRFC précontraint noyé en surface doit adopter d'autres mesures d'ancrage efficaces afin de garantir que la contrainte d'adhérence aux extrémités soit suffisante pour résister à la contrainte de traction des dalles en PRFC en service sans recourir à un ancrage permanent aux extrémités. Parallèlement, la taille, l'espacement et l'épaisseur des rainures en béton doivent satisfaire à certaines conditions structurelles afin d'éviter l'endommagement par arrachement de la couche de protection en béton.

3) analyse de la capacité de déformation.

La capacité de déformation des composants est un indicateur important de la performance structurelle. Les figures ci-dessus montrent que les éprouvettes RS-NSM et PRS-EB non précontraintes ont subi une déformation importante (RS-2NSM 20 : 45,785 mm, PRS-EB : 69,14 mm), mais que la flèche à la rupture du PRS-2NSM 20 n'est que de 25,1 mm, contre 8,746 mm pour le PRS-1NSM 45, ce qui est nettement inférieur à celui des autres éprouvettes. Ceci est lié au mode de rupture de la dalle en PRF noyée en surface. En revanche, la déformation en PRFC et la déformation en compression du béton à proximité de la déformation ultime en compression sont de 12 466 mm, tandis que la déformation en compression et la déformation en traction du PRS-EB sont nettement inférieures. Ceci est dû à l'apparition précoce d'un décollement de l'interface PRF-béton du PRS-EB. Cependant, grâce à la mise en place d'un ancrage mécanique robuste à l'extrémité, les éprouvettes, après le décollement, n'ont pas immédiatement perdu leur capacité portante et ont continué à se déformer jusqu'à la rupture du PRF. L'essai présenté dans cet article montre que la conformité de la ductilité des éléments renforcés noyés dans des dalles en PRF précontraintes est une question importante qui mérite d'être examinée.

4 Conclusion

Dans cet article, cinq éléments de flexion en béton armé renforcés par du PRF précontraint noyé en surface sont testés et les conclusions suivantes sont tirées :

(1) La surface d'adhérence du PRF peut être augmentée par la technologie d'enrobage, et l'ancrage des plaques en PRF précontraintes peut être réalisé par liaison résine, ce qui permet d'annuler l'ancrage mécanique permanent.

(2) Le renforcement des éléments en béton armé par des plaques de PRF précontraintes intégrées peut améliorer considérablement les propriétés mécaniques des éléments en béton armé. Son mécanisme et son effet sont similaires à ceux des plaques de PRF précontraintes externes.

(3) Les modes de rupture des éléments renforcés montés en surface sont le décollement de l'interface résine-béton adhérente et la déchirure de la couche protectrice béton-corps principal. Ces modes de rupture présentent des caractéristiques fragiles et conduisent à une rupture prématurée des éprouvettes renforcées précontraintes avant que le matériau n'atteigne sa pleine résistance. Les mesures structurelles de la capacité de liaison et de la résistance à la déchirure de l'enrobage en béton sont étudiées plus en détail.