1. Mode de rupture

La rupture par pelage est un mode de rupture fragile dangereux causé par la rupture de la liaison entre le PRFC et le béton. Lorsque le PRFC est utilisé pour renforcer les tunnels routiers, la contrainte principale dans certaines parties du tunnel dépasse la résistance à la traction (cisaillement) du béton et la rupture par pelage survient avant que la capacité portante de la section ne soit épuisée. D'après les données expérimentales sur les éléments de flexion renforcés de PRFC, on peut prédire que la répartition des contraintes de cisaillement interfaciales aux extrémités du PRFC sur une certaine plage de longueur n'est pas uniforme, et que la valeur maximale à l'extrémité du PRFC diminue à mesure que l'on s'éloigne de l'extrémité du PRFC. Les fissures inclinées de flexion et de cisaillement apparaissent plus tôt à l'extrémité de la fibre de carbone, de sorte que le décapage commence à partir de cette extrémité et conduit finalement à la rupture de l'armature de flexion. Dans la section médiane, les fissures verticales dans la zone de traction du revêtement entraînent une contrainte de cisaillement interfaciale entre la fibre de carbone et le béton à la base de la fissure, ce qui entraîne le décapage de la feuille de fibre de carbone. Le pelage se produit à l'extrémité des fibres de carbone et à la base des fissures verticales au milieu de la travée. Selon l'emplacement de la rupture par pelage, les modes de rupture peuvent être grossièrement divisés en deux catégories :

(1) la forme de la rupture d'adhérence de la feuille de fibres de carbone ;

(2) la forme de la rupture d'adhérence dans la partie centrale de la feuille de fibres de carbone.

2. Analyse des contraintes de décapage

2.1 État de contrainte

2.1.1 Contrainte d'adhérence

Lorsque la plaque de fibre de carbone est collée à la surface du béton conformément aux normes de construction, l'ancrage et l'adhérence entre la plaque et le béton sont très similaires à ceux entre la barre d'acier et le béton. La contrainte d'adhérence entre le PRFC et le béton varie le long de la poutre, ce qui est principalement lié à l'effet de charge, à la zone d'ancrage d'adhérence, aux propriétés du matériau et à d'autres facteurs. Avant la fissuration du béton, le béton et la plaque de fibre de carbone interagissent. Selon l'état d'équilibre d'une plaque de fibre de carbone, la contrainte d'adhérence tcf

La forme locale de la contrainte d'adhérence change après l'apparition de fissures dans le béton, et une légère séparation se produit soudainement en un point de l'interface de liaison entre la fibre de carbone et le béton. La fissure du béton ne supporte plus la force de traction, mais celle de la fibre de carbone augmente brusquement. À mesure que la distance le long de la fissure augmente de part et d'autre, la charge du béton sous l'action de la contrainte d'adhérence s'accumule et augmente progressivement. Cependant, la charge du PRFC diminue progressivement jusqu'au niveau d'avant la fissuration du béton, et l'accumulation de la contrainte d'adhérence sur une certaine longueur fait que la contrainte de traction du béton atteint sa résistance à la traction, ce qui entraîne l'apparition de nouvelles fissures. La largeur de la fissure des éléments de compression excentrique renforcés par le PRFC est inférieure à celle des éléments en béton ordinaire en raison de la déformation du béton confinée par le PRFC verticalement et horizontalement. La distribution locale de la contrainte d'adhérence est illustrée à la figure 2. Un pelage se produit lorsque la contrainte d'adhérence maximale ou moyenne dépasse la résistance à la traction (cisaillement) entre le PRFC et le béton.

2.1.2 Contrainte de pelage

Après l'apparition de fissures dans le béton, le béton des deux côtés de la fissure subit une rotation et un déplacement vertical relatif sous l'effet de la déformation du revêtement, d'un retrait irrégulier et d'autres facteurs. Afin de maintenir sa continuité, la plaque de fibre de carbone doit supporter une contrainte perpendiculaire à son plan de part et d'autre de la fissure. Cette contrainte est localement équilibrée lorsque la plaque et le béton ne sont pas arrachés longitudinalement. Voir la figure 3. La contrainte due à l'effet de pelage peut être appelée contrainte de pelage entre la plaque et le béton. La contrainte d'exfoliation a une influence très importante sur l'exfoliation du PRFC. Sa valeur est liée à de nombreux facteurs, notamment la contrainte d'exfoliation à l'extrémité du PRFC, la charge défavorable et la fissure principale.

2.1.3 Contrainte de cisaillement

La contrainte de cisaillement et la contrainte de pelage sont deux contraintes différentes sur le tissu de fibre de carbone. La contrainte de cisaillement est produite par une charge externe, tandis que la contrainte de pelage est causée par une dislocation relative due à une fissure. Cependant, elle joue le même rôle dans le pelage. Le pelage se produit lorsque la contrainte de cisaillement et la contrainte de pelage au niveau de la fissure se superposent au-delà de la résistance de liaison entre le PRFC et le béton ou de la résistance réelle à la traction du béton.

3. Facteurs influant sur la rupture par pelage

(1) La résistance du béton. La résistance du béton est le facteur le plus important influant sur la rupture par pelage. Plus la résistance du béton est faible, plus il se décolle facilement. Même si la résistance du béton est élevée, la partie superficielle de sa surface ne peut atteindre la résistance d'essai en raison de l'effet de coffrage lors du coulage, ce qui entraîne le décollement de nombreux composants. Pour les éléments de revêtement en béton existants, en raison de la carbonisation, du vieillissement, de la corrosion de l'acier et d'autres facteurs, la partie superficielle du béton présente des fissures longitudinales et transversales, une faible résistance et une plus grande vulnérabilité au pelage.

(2) La longueur et le mode d'ancrage. Plus la longueur d'ancrage est courte, plus la contrainte d'adhérence locale est importante et plus la rupture par pelage est facile. Au-delà d'une certaine longueur, la contrainte d'adhérence n'augmente pratiquement pas. Il existe donc une longueur d'ancrage minimale pour le béton lié aux fibres de carbone.

(3) Les propriétés des matériaux de renforcement. La résine adhésive présente une rigidité élevée et une bonne flexibilité, ce qui permet de réduire efficacement les contraintes de pelage et donc le risque de rupture par pelage. Plus le renfort est important, plus l'épaisseur et la rigidité du PRFC augmentent les contraintes de pelage et le pelage.

(4) Qualité de la construction. Lors de la construction, les plaques de fibre de carbone sont collées afin d'assurer une force transversale uniforme et de réduire les dommages par pelage causés par une séparation locale. La résine adhésive entre les plaques de fibre de carbone et le béton, et entre les plaques de fibre de carbone et les autres, est complète et uniforme, ce qui permet d'éviter l'apparition et le développement de dommages par pelage.

(5) Historique de charge. Les différents états de contrainte primaire avant renforcement ont une influence différente sur l'apparition et le développement du pelage. À conditions égales, le risque de rupture par pelage est comparable à celui d'un renforcement sans contrainte primaire au début de l'apparition de fissures. Cependant, avec l'apparition de fissures, si les mesures préventives nécessaires ne sont pas prises, le risque de rupture par pelage augmente.

4. Mesures techniques de prévention et de contrôle

(1) Couche d'ancrage supplémentaire. L'ajout d'ancrages aux extrémités des plaques de PRFC est une mesure simple et efficace. La bande de compression supplémentaire exerce une pression transversale sur la plaque de fibre de carbone, résiste aux contraintes de pelage et de cisaillement, et réduit l'effet de la contrainte de traction principale de l'unité de béton locale sur la plaque de fibre de carbone longitudinale.

(2) Augmentation de la longueur d'ancrage. La contrainte d'adhérence est liée à la longueur d'ancrage. La longueur d'ancrage étant courte et la contrainte d'adhérence locale importante, le pelage est facile. Par conséquent, la longueur d'ancrage des plaques de fibre de carbone renforcées par un anneau doit être la plus longue possible.

(3) Contrôle strict de la qualité de la construction. Pour garantir une surface de collage lisse des plaques de fibre de carbone, le liant doit être dense et uniforme, afin que la plaque de fibre de carbone soumise à une contrainte de traction longitudinale et transversale, dans la mesure du possible, ne subisse pas de phénomènes irréguliers. Ceci favorise l'adhérence globale de la plaque de fibre de carbone au revêtement en béton et empêche l'apparition et le développement du pelage.

(4)) Le nombre de couches de collage des plaques de fibre de carbone ne doit pas être excessif. Sous réserve d'un renforcement suffisant, la réduction du nombre de couches de PRFC peut réduire la rigidité globale du matériau de renforcement et réduire la contrainte de pelage. En général, le nombre de couches de plaques de fibre de carbone collées sur une même partie du revêtement ne doit pas dépasser trois couches, afin d'éviter d'augmenter la difficulté d'immersion du liant dans les plaques de fibre de carbone et de réduire l'adhérence entre les plaques.

(5) Sélection rigoureuse. Les performances des liants influencent directement l'adhérence et le développement du pelage entre le PRFC et le béton. Les performances de construction des différents types de PRFC varient. Par conséquent, les PRFC et les matériaux de liaison utilisés en ingénierie doivent être soumis à des contrôles et à un contrôle qualité rigoureux.

(6) Le traitement de surface des composants doit être rigoureux. Le traitement de surface des éléments constitue également un problème majeur pour le renforcement des structures avec des matériaux de liaison externes. Si le traitement de surface ne répond pas aux exigences, l'interface de liaison sera fragile, la résistance de liaison sera réduite et entraînera la rupture du renforcement.