Avec le développement de l'économie sociale en Chine, l'ampleur et le nombre de projets de génie civil augmentent. Nouveau type de matériau, les composites PRF (polymères renforcés de fibres) sont largement utilisés dans la construction civile et les infrastructures en raison de leur faible densité, de leur grande résistance, de leur résistance aux températures élevées et à la corrosion. Cet article analyse l'application des PRF dans les infrastructures et les bâtiments civils.

Matériaux composites en PRFC dans les bâtiments civils et les infrastructures

L'application des matériaux en PRFC dans les infrastructures et les bâtiments civils présente les principales caractéristiques suivantes :

Premièrement, les matériaux en PRFC sont conçus. Utilisés comme matériaux de structure, les composites à fibres ou PRFC, grâce à leur combinaison de matériaux renforcés et de matériaux matriciels, peuvent non seulement conserver certaines caractéristiques du matériau d'origine, mais également jouer un nouveau rôle après combinaison. Ils peuvent être conçus en fonction des besoins de la structure, afin de répondre à certaines exigences de performance qu'un matériau seul ne peut satisfaire.

Deuxièmement, le PRFC se caractérise par une résistance élevée et une légèreté. Sa résistance à la traction est relativement élevée par rapport à celle d'une barre d'acier ordinaire. Sa résistance à la traction dans le sens des fibres est bien supérieure. Bien entendu, son uniformité et son anisotropie sont légèrement inférieures à celles de l'acier, ce qui entraîne une résistance au cisaillement et à la force multiaxiale inférieures. Très légers, leur densité, qui représente seulement 1/5 de celle de l'acier, facilitent la construction et l'installation.

Troisièmement, ils présentent une résistance à la fatigue et à la corrosion. Habituellement, la résistance à la fatigue des barres d'acier et autres métaux représente environ 50 % de la résistance à la traction, tandis que celle des composites renforcés de fibres dépasse généralement 70 %, ce qui leur confère une bonne fonction antifatigue. Les matériaux de construction courants, tels que les barres d'acier, ne sont pas résistants à la corrosion, notamment dans les projets offshore. L'air ambiant, les produits chimiques et l'eau de mer y réagissent facilement, ce qui empêche la construction d'infrastructures et le génie civil de jouer pleinement leur rôle, entraînant des pertes plus importantes. Le PRFC et les autres composites à fibres présentent une meilleure résistance à la corrosion. Les équipements et composants en PRFC présentent une meilleure résistance à la corrosion par des substances chimiques telles que les alcalis, les acides et le sel.

Quatre facteurs : les performances sismiques et la sécurité sont meilleures. Comparés aux matériaux de construction d'origine, les matériaux en PRFC présentent des fréquences propres plus élevées, sont exempts de résonance et ne présentent pratiquement aucune rupture rapide due à la résonance sous la fréquence et la vitesse de charge. De plus, les composites à fibres présentent davantage de fibres indépendantes, ce qui évite une rupture immédiate des fibres en cas de surcharge. Même en cas de rupture minime de fibres, la charge est redistribuée aux autres fibres non endommagées, préservant ainsi la capacité portante des composants d'infrastructure et de génie civil au moment de la rupture.

Cinquièmement, il présente une forte plasticité esthétique. Le matériau CFRP est relativement souple, sa forme est pratiquement illimitée, sa coloration est arbitraire et sa forme structurelle et son esthétique sont unifiées.

Application des matériaux composites PRFC dans les infrastructures et le génie civil

1. Le PRFC peut améliorer l'application du béton.

Dans les infrastructures et le génie civil, le béton est un matériau indispensable et largement utilisé. Les barres d'acier sont généralement utilisées pour accroître la résistance, mais elles sont généralement vulnérables à la corrosion acide-base et peuvent également endommager le béton, ce qui nécessite la recherche de nouveaux produits. Le béton fibré est apparu à un moment historique, marquant l'innovation du béton. Les fibres de verre, d'acier et de vinyle ont d'abord été utilisées pour renforcer le béton, mais le PRFC est désormais largement utilisé. Le module, la résistance, la longueur de rupture et la structure spatiale des matériaux fibreux déterminent les propriétés du béton. L'application du PRFC peut améliorer la résistance à la traction, à la fissuration et à la flexion du béton, et peut être utilisée comme matériau décoratif, panneaux muraux et bâtiments principaux. Les structures en béton d'origine présentent des problèmes de détérioration et de corrosion, notamment la corrosion de l'acier, qui est la plus fréquente. Des incidents de sécurité peuvent survenir, d'où l'utilisation de fibres d'acier. Ces fibres sont coûteuses et sujettes à la corrosion. Son application est relativement limitée. Bien que la résistance à la traction de la fibre de verre soit bien supérieure à celle de l'acier, son poids, qui n'en représente qu'un quart, est bien inférieur à celui de l'acier. Cependant, la fibre de verre présente des caractéristiques de rupture facile, de résistance aux alcalis et à la pollution. Le béton PRFC est largement utilisé en raison de sa résistance élevée, de sa faible densité et de sa dureté élevée, de son module d'élasticité et de résistance à la traction élevés, de sa conductivité élevée, de sa résistance aux hautes températures et à l'usure, ainsi que de sa bonne adhérence au béton. Cependant, certains bâtiments ne peuvent pas être utilisés en raison de leur conductivité magnétique. Par exemple, des chercheurs japonais utilisent le feutre de fibre comme composant absorbant les ondes électromagnétiques pour réaliser des murs-rideaux légers et résistants aux chocs. Ce matériau PRFC permet non seulement de protéger des ondes électromagnétiques, mais peut également être utilisé dans les systèmes de gestion de la circulation. Ses nombreux avantages le rendent populaire dans les travaux publics et la construction d'infrastructures.

2. Application du PRFC dans les matériaux de renforcement structurel

Les PRFC sont principalement utilisés dans le renforcement des infrastructures et des ouvrages de génie civil. Le matériau de renforcement d'origine est principalement constitué de plaques d'acier, dont le poids propre, le vieillissement rapide, la faible résistance à la corrosion et les inconvénients de construction, entre autres, sont importants. Actuellement, les matériaux de renforcement utilisés sont généralement des PRFC, plus adaptés aux modifications structurelles du béton armé, au manque de résistance, aux fissures et à l'augmentation des charges lors des travaux de renforcement. Comparée à la technologie actuelle des plaques d'acier collées, cette technologie de renforcement en PRFC présente les avantages suivants : haute efficacité, haute résistance, bonnes performances d'entretien, construction aisée, haute qualité, large champ d'application et intelligence. Concrètement, le PRFC présente des caractéristiques de légèreté et de résistance élevées, ce qui permet d'améliorer efficacement les performances en cisaillement, en flexion et en séisme des éléments renforcés, sans impact sur la structure d'origine. Les fibres de carbone sont légères et flexibles, permettant d'envelopper manuellement les surfaces en béton, sans recourir à des machines de grande taille, sans nécessiter de nombreuses opérations ni de soudage, et avec un faible niveau sonore et de poussière. Ses meilleures performances en matière de protection et d'entretien sont dues à la durabilité et à la résistance à la corrosion de la fibre de carbone, ainsi qu'à sa résistance aux alcalis et à l'acide chlorhydrique, induits par la corrosion structurelle. L'utilisation de cette technologie de renforcement, sans entretien régulier, assure la protection interne du béton. Souple, cette plaque peut être réparée sur tous types de structures et de bâtiments, sans altérer la forme ni l'apparence de la structure. Des plaques en PRFC intelligentes, fabriquées à partir de matériaux de renforcement, permettent de réaliser des inspections et des diagnostics de sécurité en fonction des performances électriques de la zone de réparation, comme en Suisse, où ce matériau composite a été utilisé pour renforcer le pont d'Ibach de 39 m de portée, afin de répondre aux exigences de capacité portante.

3. L'application du PRFC pose certains problèmes.

Le PRFC est largement utilisé dans les infrastructures et le génie civil. Cependant, des problèmes subsistent, notamment en ce qui concerne le renforcement du béton. Cependant, les propriétés mécaniques des structures renforcées sont imparfaites, les calculs numériques et les analyses théoriques sont limités, et les recherches sur le renforcement des modes de rupture du béton sont peu approfondies. La recherche et l'application sur le renforcement de la rigidité, de la flexion et de la ductilité au cisaillement des structures sont étudiées. Des lacunes subsistent quant au choix des matériaux de renforcement, à leur enregistrement et aux techniques de construction, dues à des facteurs globaux. En Chine, la résistance de la fibre de carbone PAN se situe généralement entre 2 000 et 3 000 MPa, et son module d'élasticité est d'environ 2 100 000 MPa. Cette propriété permet de répondre aux exigences de renforcement. La qualité des prépréimprégnés produits et transformés présente encore des lacunes importantes, ce qui rend la localisation des matériaux un enjeu majeur. De plus, les techniques de renforcement manquent encore de normes et de systèmes normatifs nationaux plus performants ; il est donc nécessaire d'élaborer ses propres normes et directives de construction, afin que les projets de construction soient conformes à des normes plus standardisées et fiables.

Résumé

Avec l'augmentation de l'ampleur et du volume des travaux de construction, l'utilisation des matériaux PRFC se généralise. Bien que les produits en fibre de carbone soient de plus en plus présents à l'étranger, le développement et l'application à grande échelle de la Chine ne peuvent pas reposer uniquement sur les importations. Afin de réduire les coûts et de développer l'industrie nationale, nous devons renforcer la localisation des matériaux PRFC et poursuivre la recherche sur les matériaux PRFC et leurs applications en ingénierie de la construction, afin que ces matériaux puissent pleinement exploiter leurs atouts, réduire les coûts de construction et accroître leurs retombées économiques et sociales.