Brevet FR2318733A1 — publié le 19770218

L'industrie du b timent a été complètement révolutionnée depuis l'utilisation générale du béton moderne au début du siècle. Le béton est fabriqué en mélangeant du ciment avec du sable, des cailloux et de l'eau jusqu'à obtention d'une composition lisse qui est coulée et qui se solidifie en un silicate hydraté. Le béton peut supporter de grandes pressions mais ne peut tre soumis à de grands efforts de tension sans fissures. Afin d'améliorer les propriétés du béton, des tiges d'acier et de fer y ont été disposées à la coulée et plus récemment, divers types de précontrainte du fer de renforcement ont été étudiés afin de fournir à toute la construction une certaine tension.L'amélioration du béton au moyen de l'addition de fibres diverses n'est pas non plus une idée nouvelle, et des fibres d'amiante ont été utilisées depuis un certain temps afin d'améliorer les propriétés des divers produits en patte de ciment, par exemple des tuiles de toit et des panneaux de façades. Toutefois, les fibres d'amiante n'apportent pas au béton assez de solidité pour convenir aux fins de construction et ainsi, d'autres fibres, principalement des fibres de verre, d'acier et de plastique (polypropylène) ont été utilisées avec de bons résultats. Les bonnes propriétés des fibres de verre ont été utilisées très avantageusement en relation avec le renforcement de matières plastiques. Toutefois, les problèmes inhérents au renforcement du béton ne sont pas les mêmes que ceux inhérents au renforcement des matières plastiques, du fait de la relation différente entre le module d'élasticité des composants. Dans la matière plastique, les fibres de renforcement absorbent la plus grande partie de la charge de traction appliquée et évitent l'apparition de fissures et fractures tandis que dans le béton les fibres travaillent de telle sorte qu'elles évitent la propagation de micro-fissures toujours présentes dans le béton. Le type de fibres qui parait être le plus naturel et le plus indiqué pour le béton est la fibre d'acier. Ceci peut être considéré en relation avec l'usage antérieur de l'acier pour le renforcement, le bas prix des fibres d'acier, leur solidité relativement grande, et leur résistance à la corrosion dans un milieu alcalin De nombreuses recherches ont été faites, à la fois aux Etats Unis ainsi qu'en Suède, concernant le mélange de fibres d'acier dans du béton. Un problème a été le mélange effectif de fibres d'acier dans le béton. Si de trop nombreuses fibres sont mélangées dans le béton, elles s'agglomèrent en un amas ou boule. La limite parait se trouver entre 1-3% si une technique de simple mélange est utilisée et les fibres sont simplement répandues dans le béton pendant le mélange.Toutefois, l'agglomération des fibres est réduite au moyen de l'utilisation d'un mélange riche en ciment et d'une dimension maximale de cailloux de 10-12 mm. En outre, il a été constaté qu'une valeur convenable pour le rapport entre la longueur et la dimension des fibres devrait être approximativement 100. Les valeurs de résistance améliorées et la limite de fatigue élevée rendent le béton renforcé par des fibres d'acier convenable pour des pavages, des revêtements coulés et des dalles de béton, par exemple. En outre, il est convenable pour la fabrication en usine de panneaux de béton et de constructions en coques. Les propriétés structurales du béton sont, entre autres, caractérisées en ce que sa résistance à la traction est, en règle générale, seulement 10% de la résistance en compression. Les forces de tension les plus grandes dans les structures en béton renforcé surviennent, en règle générale, par l'intermédiaire de la flexion et, dans une poutre soumise à la pression, la pression est appliquée sur un bord et la traction sur l'autre. Une structure de béton renforcé doit avoir une fonction de résistance statique. Toutefois, elle doit également avoir une fonction esthétique de sorte qu'elle satisfasse les souhaits de celui qui passe commande. Si l'acier, à savoir le renforcement, dans le béton, subit la corrosion, la résistance de la structure est affectée. En outre, la corrosion donne également naissance à des fractures ou fissures laides et à des décolorations. En théorie, une couche de couverture mince de béton compact devrait être suffisante pour empêcher la corrosion. Toutefois, il n'existe pas de béton totalement compact. Afin de s'opposer à d'éventuelles discontinuités, l'épaisseur de la couche de couverture peut être accrue mais si elle devient trop épaisse, elle se fissurera facilement étant donné que la capacité de l'acier de maintenir le béton est réduite lorsque l'épaisseur de la couche de couverture est augmentée. En fait, l'épaisseur de la couche de couverture devient dépendante de l'adhésion et de l'ancrage des fibres de renforcement dans le béton. Dans du béton à fibres courant, les fibres sont réparties au hasard. Ceci implique que quelques-unes des fibres se trouveront près de la surface ou sur la surface et seront soumises à la corrosion. En outre, dans des dalles, il est désirable d'obtenir une orientation plane parallèle des fibres et une certaine concentration des fibres près du bord de la structure qui est soumise à la tension. Afin d'obtenir un renforcement efficace par des fibres, les fibres devraient être alignées dans la direction de l'effort. Toutefois, les procédures normales de mélange pour du béton renforcé par des fibres d'acier tendent à produire une orientation au hasard tridimensionnelle des fibres. L'effet de renforcement d'orientation de fibres est démontré par le tableau suivant. Orientation Efficacité unidirectionnelle 100% plane orthogonale 40-50% au hasard plane 30-38% bidimensionnelle au hasard volumique 020% tridimensionnelle On constate, par exemple, que l'effet de renforcement pour un certain volume de fibres devient plus de cinq fois plus grand dans la direction des fibres que dans toute autre direction et que l'orientation bidimensionnelle dans un plan est presque deux fois aussi efficace que l'orientation tridimensionnelle. Il est également possible d'incorporer plus de fibres dans un matériau plat analogue à une feuille que dans un matériau tridimensionnel. Si l'on sait que le matériau est soumis à des efforts dans une direction spéciale, le plus économique est de diriger les fibres dans la même direction. Dans des sections relativement minces, il est désirable d'obtenir une certaine concentration de fibres à des places spécialement affectées, par exemple près des bords qui sont soumis à la tension. Suivant l'invention, la direction de fibres désirée est obtenue au moyen de champ magnétique. Sous l'influence du champ magnétique, des fibres ferro-magnétiques tendent à s'orienter le long des lignes de force du champ. Les fibres peuvent également être soumises à la vibration magnétique qui affecte la viscosité du béton et accélère l'orientation et le mouvement des fibres dans la masse de béton Un dispositif pulsatoire convenable pour des électro-aimants, pour la vibration et l'orientation de fibres ferro-magnétiques comprend essentiellement un redresseur pulsé biphasé dans lequel la longueur des impulsions peut être variée et l'intervalle de temps entre chaque impulsion peut également être varié. Naturellement, les fibres peuvent être amenées à vibrer en alimentant un électro-aimant par du courant alternatif. Suivant l'invention, le champ magnétique est amené à changer de polarité à une fréquence convenable dont la valeur est dépendante de la masse et de la longueur des fibres. De cette manière, une vibration des fibres est obtenue, ladite vibration affectant la viscosité du béton et accélérant l'orientation et le mouvement des fibres dans la masse de béton. Plusieurs champs magnétiques peuvent également être combinés afin de fournir un effet profond pour orienter les fibres dans des structures compliquées. Le champ magnétique nécessité pour l'orientation ou le mouvement des fibres peut, en principe, être établi par des électroaimants ou par aimants permanents. Une description plus détaillée d'une manière simple d'obtenir l'orientation électro-magnétique des fibres est donnée ci-après. Si le fil est enroulé sous la forme d'un enroulement ou bobine, on constate que les lignes de force coopèrent entre elles le long des cotés de l'enroulement. Le résultat sera un groupe de lignes de force qui entrent et sortent à travers les extrémités de l'enroulement et s'étendent à travers l'air ambiant, et en d'autres termes le dessin des lignes de force devient le même que pour un aimant permament en forme de tige. L'intensité du champ magnétique sera proportionnelle au courant dans l'enroulement et à la densité d'enroulement de celui-ci. En pratique, on utilise souvent des ampères-tour par unité de longueur pour exprimer l'intensité du champ. Des enroulements ou bobines de dimensions variées peuvent être utilisés pour l'orientation des fibres dans des dalles, panneaux, poutres, tuyaux de béton, afin d'obtenir un effet à la fois puissant et rapide, les bobines fournissant un ordre de grandeur de 1000 ampères-tour doivent être utilisées. Les avantages de la vibration sont utilisés à plein seulement si la consistance et la teneur en eau sont adaptées aux méthodes et possibilités. L'effet d'un vibrateur dans le béton dépend à la fois des fréquences et de la grandeur des amplitudes. L'accélération du 2 mouvement de vibration, qui est une fonction de (fréquence)# plitude est souvent décrite comme une mesure des intensités de vibration Les meilleurs résultats ont été obtenus au moyen d'une combinaison de vibrations conventionnelles et électriques. La teneur en fibres utilisée dans du béton à fibres est relativement faible, généralement seulement 1-3% en volume et, ainsi, n'est pas capable de mettre toute la masse du béton en mouvement lorsque des consistances normales sont utilisées. L'effet de la vibration conventionnelle est déterminé par la fréquence d'amplitude de la vibration ou par l'accélération du mouvement de vibration-(fré 2 quence) x (amplitude).Dans une certaine consistance de béton, une certaine accélération minimale du vibrateur doit être fournie afin. que le béton soit transformé et qu'on obtienne une résistance complètement satisfaisante. L'accélération minimale est dépendante de la consistance du béton et des dimensions du moule. Un béton humide réclame environ 5g, tandis qu'un béton depuis élastique à dur est transformé à une accélération de 1 à 2g. Il est désirable qu'à la fois la fréquence et l'amplitude puissent, dans un vibrateur idéal, être modifiées en dépendance de la consistance du béton et des dimensions du moule. Dans la vibration sur table, des résultats de vibration complètement satisfaisants et généralement homogènes peuvent être obtenus avec des fréquences de 3000-9000 vibrations par minute, et des amplitudes plus grandes que 0,05 mm choisies à partir d'un domaine relativement large. Dans certains cas, la fréquence optionnelle est même révélée comme se trouvant au voisinage de 18000. Un champ magnétique d'amplitudes variables (intensité de champ) et de fréquence variable peut être obtenu à partir d'un certain nombre d'électro-aimants. Le champ magnétique peut également être passé au-dessus du moule dans lequel le béton à fibres a été coulé, ledit moule étant propre à être placé sur une table de vibration conventionnelle. La table de vibration et l'aimant peuvent, en variante, être réunis en une même unité. L'orientation des fibres peut être influencée en faisant tourner les aimants et au moyen d'une amplitude disymétrique. Les fibres peuvent être mélangées dans la masse de béton ou bien ajoutées à la face supérieure du béton immédiatement après la coulée. Les fibres peuvent, en variante, être placées dans un bloc de moulage avant la coulée du béton. Ainsi, les fibres peuvent être traitées dans le béton et être déplacées à l'intérieur de celui-ci et orientées à l'aide de champ magnétique et de la vibration. Un intérêt spécial est le fait que les fibres peuvent être déplacées à partir de la surface et vers le bas dans le béton et ainsi être empêchées de décolorer la surface du béton par corrosion. Il a également été trouvé possible de combiner les fibres avec de petites tiges d'acier courtes ou également avec un renforcement habituel (fers de renforcement ou mailles) et ainsi obtenir une interaction entre les bonnes propriétés des fibres et de l'autre renforcement. L'orientation des fibres-selon l'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée sous la forme d'une réalisation et en relation avec les dessins annexés dans lesquels la figure 1 montre une section transversale d'un dispositif pour l'orientation des fibres dans du béton; la figure 2 montre une coupe du dispositif selon la figure 1 suivant la ligne II-II; et la figure 3 montre une section transversale d'une disposition horizontale de la bobine magnétique. L'orientation des fibres est exécutée au moyen d'un moule 1 de matériau non magnétique, par exemple de placage de bois ou de matière plastique, étant empli par du béton à fibres 2 et transporté à travers un enroulement magnétique 3, le moule étant mis en vibration. Le dispositif est convenablement combiné de sorte qu'un vibrateur à tables 4 et 5 soit disposé des deux côtés de l'enroulement magnétique 3 et le moule 1 avec le béton à fibres 2 est déplacé d'un mouvement de va-et-vient à travers l'enroulement plusieurs fois, de préférence 4 à 8 fois. Si l'ancrage des fibres dans des endroits qui sont spécialement soumis à la fatigue et à l'usure est désiré, la vitesse de transport à travers la bobine est réduite lorsque lesdits endroits passent à travers la bobine. L'addition de fibres au béton mélangé qui, de préférence, a été coulé dans un moule conformé en dalle, peut être exécutée de la manière suivante : l'enroulement magnétique 3 qui a été décrit ci-dessus et qui, par exemple, est situé entre deux vibrateurs à table , est pivoté horizontalement de sorte que l'axe de l'enroulement et les lignes magnétiques s'étendent verticalement comme représenté sur la figure 3. Les fibres sont placées à la partie supérieure du béton et, lorsque le courant traverse l'enroulement magnétique 3 et le moule 1 est mis en vibration, les fibres sont tirées plus ou moins verticalement dans le béton 2. En faisant tourner l'aimant par rapport au plan horizontal, les fibres seront tirées dans le béton suivant un angle oblique. Les fibres sont par la suite orientées suivant la description précédente, le moule étant passé à travers un enroulement magnétique vertical suivant la figure 1. Si désiré, une compression finale est, après l'orientation magnétique, effectuée au moyen de la vibration seule. En principe, un enroulement magnétique peut être enroulé dans des dimensions qui sont à choisir et ainsi les dimensions du produit en béton sont également au choix. L'orientation magnétique a, jusqu'à ce jour, été essayée avec succès sur des corpséchantillons ayant une épaisseur jusqu'à 40 mm. EXEMPLE Composition du mélange : Eau-ciment-sable 0,5/1,0/2,3 Granulométrie de l'agrégat 0-2 mm Teneur en fibres 1,5% en volume Enroulement Nombre de tours 1000 Intensité du courant 8 ampères Vibration pendant l'orientation des fibres : Fréquence 3000 vibrations/minute Amplitude 0,5 mm Vibrations pendant la compression finale Fréquence 4500 vibrations/minute Amplitude 0,2 mm La durée pour l'orientation magnétique est de 15 secondes et le corps-échantillon de 36 cm de long a été déplacé d'un mouvement de va-et-vient à travers la bobine six fois. Des essais ont été faits avec différentes dimensions de fibres et différentes épaisseurs d'échantillons, à la fois avec et sans orientation des fibres et les valeurs de la résistance à la flexion et de la résistance à l'impact ont été mesurées. Les valeurs sont indiquées dans le tableau suivant Type de Epaisseur de Résistance à Résistance à l'impact fibres l'échantillon la flexion RT/m2 Longueur et diamètre n.a a. non alignées alignées 25/0,38mm 10 mm 9,1 25,7 11 19 20 mm 7,5 21,0 16 31 25/0,25mm 10 mm 10,2 21,6 16 30 Dans certains cas, les fibres de renforcement peuvent être soumises à la corrosion-soit par le matériau qui les entoure ou en raison de diverses substances corrosives à partir de l'environnement ambiant et diffusées à travers le matériau renforcé. Des exemples de ceux-ci sont des fibres d'acier dans des structures de béton minces dans lesquelles l'eau peut diffuser à travers les pores ou les micro-craquelures du béton. Naturellement, dans de tels cas, il est possible d'utiliser des fibres résistant à la corrosion, par exemple des fibres d'acier inoxydable. Toutefois, ceci est une solution chère. Il est également possible, toutefois, de munir les fibres d'un revêtement résistant à la corrosion, par exemple revêtant des fibres d'acier commun avec un type quelconque de matière plastique résistante ou en cautérisant les fibres ou en les revêtant d'une mince couche métallique, par exemple comme dans un revêtement galvanique habituel. Un moyen simple pour obtenir ladite protection qui est suffisante pour des efforts normaux est d'asperger la fibre avec une solution, émulsion ou matière plastique à l'état fondu ou bien de l'y immerger, qui, si désiré, peut être prévue avec un inhibiteur de corrosion. En utilisant une matière plastique qui est humidifiée par le matériau qui doit être renforcé, on n'obtient pas de dégradation des valeurs de résistance des structures achevées. D'autres matériaux, par exemple des matières plastiques, peuvent être renforcés par des fibres ferro-magnétiques de la même manière que dans le cas du béton. Ainsi, en renforçant des matières plastiques polyesters avec des fibres d'acier en les orientant par des champs magnétiques, on peut obtenir une résistance considérablement plus grande que dans des structures habituelles renforcées par des fibres de verre dans lesquelles les fibres sont disposées plus ou moins au hasard. En outre, un procédé de fabrication qui est considérablement plus rapide que le renforcement habituel par des fibres de verre est obtenu de cette manière et une quantité considérablement plus faible de fibres est nécessaire afin d'obtenir la même résistance ou une résistance plus grande dans les structures. Par exemple, la fabrication de châssis de véhicules automobiles en matière plastique peut devenir concurrentielle par rapport aux structures actuelles en tale si le procédé selon la présente invention est utilisé. En utilisant des champs électrostatiques, des fibres autres que des fibres ferro-magnétiques, par exemple des fibres de carbone qui ont une résistance très grande, peuvent être orientées. Des essais préliminaires avec des fibres de bore et des fibres d'autres matériaux semi-conducteurs ont fourni des résultats prometteurs. REVENDICATIONS 1.- Procédé de renforcement d'un matériau mou, non pris, par des fibres ferro-magnétiques ou conductrices électriquement, caractérisé en ce que les fibres sont déplacées et orientées dans le matériau mou non pris par l'influence de champ de forces électriques. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont orientées grâce au fait que les lignes de force du champ sont disposées dans la direction désirée. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la polarité du champ est inversée avec une fréquence qui est convenable pour les fibres et la masse coulée. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont mélangées dans la masse coulée. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orientation magnétique est combinée avec une vibration habituelle. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, avant la vibration, les fibres sont situées sous la masse coulée ou bien, immédiatement après la coulée, sont appliquées sur la surface de la masse coulée et travaillées dans ladite masse et orientées par l'influence du champ de forces magnétiques. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres sont concentrées sur des endroits spécialement exposés qui sont déterminés au moyen de l'analyse des efforts prévisibles. 8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de ciment est renforcé par des fibres d'acier. 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, avant le mélange, les fibres sont munies d'un revêtement protecteur à l'égard de la corrosion. 10.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une matière plastique est renforcée par des fibres d'acier. 11.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la matière plastique# est une matière plastique polyester. 12.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le matériau de fibres consiste en fibres de carbone ou en fibres de graphite. 13.- Produit obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications ci-dessus.