Brevet FR2655035A1 — publié le 19910531

La présente invention concerne le domaine des composites fibrés. Elle concerne plus particulièrement une nouvelle géomé- trie de fibre métallique discontinue destinée à être incorporée dans un composite fibré, notamment une matière cimenteuse. Les bétons ou les mortiers ont un bon comportement à la compression et un mauvais comportement à la traction Ce mauvais comportement peut entraîner des fissures dans le béton. Le processus de fissuration d'un béton se fait en trois étapes et ces étapes sont toujours les mêmes quel que soit le chargement mécanique On observe d'abord une microfissuration diffuse et répartie dans tout le volume du matériau Ensuite on assiste à la coalescence d'un certain nombre de microfissures, pour former une ou plusieurs macrofissures Enfin, durant la dernière phase, une ou plusieurs macrofissures créées dans l'étape précédente se propagent jusqu'à la rupture complète du matériau. Afin d'améliorer le comportement de ces matériaux en traction, il a été proposé d'y introduire des fibres discontinues. A la différence des armatures classiques de béton armé, ces fibres discontinues sont réparties dans tout le volume du matériau. Les fibres discontinues interviennent aux trois stades de la fissuration du béton Durant la première étape de fissuration, les fibres agissent à la manière de coutures et retardent l'évolution des microfissures et, donc, la création de macrofissures Ces dernières finissent malgré tout par se former à un moment donné, et les fibres agissent sur elles à la manière de pontages qui reprennent les efforts au travers des lèvres des macrofissures assurant ainsi la stabilité de la structure fissurée. Pour que la fibre soit efficace à l'échelle de la microfissuration ou à l'échelle de la macrofissuration, il est nécessaire qu'elle soit bien ancrée dans la matrice cimenteuse. Pour obtenir un bon ancrage de la fibre, il faut que celle-ci ait une bonne adhérence vis-à-vis de la matrice. L'adhérence est une propriété de la liaison fibre-matrice qui caractérise la résistance au glissement local de cette fibre. Cette bonne adhérence de la fibre dépend du matériau dont elle est faite, de sa surface spécifique plus ou moins importante, de son aspect de surface plus ou moins rugueux ou encore de la présence de crénelures, d'ondulations, etc Lorsque l'adhérence entre la fibre et la matrice n'est pas très bonne, on peut malgré tout assurer un ancrage correct de cette fibre En effet, dans ce cas, il suffit de choisir une longueur de fibre très importante par rapport aux ouvertures maximales de fissures que la fibre doit ponter ou on peut également ajouter aux extrémités de la fibre des têtes d'ancrage comme des crochets par exemple. Il existe dans le commerce, de nombreux modèles de fibres métalliques discontinues destinées à améliorer les propriétés mécaniques d'une matrice cimenteuse, mais deux problèmes technologiques principaux peuvent généralement intervenir lorsque l'on introduit des fibres métalliques discontinues dans une matrice cimenteuse. Le premier problème est que, plus on introduit une quantité importante de fibres dans du béton, plus la maniabilité de ce béton diminue, ce qui entraîne des problèmes de mise en place du béton de fibres dans les coffrages Pour résoudre ce problème, la solution consiste à modifier le squelette granulaire du béton, c'est-à-dire le rapport sable/granulats La maniabilité du composite fibré s'en trouve ainsi améliorée mais ceci au détriment des résistances mécaniques qui diminuent. Le deuxième problème technologique est que pour la plupart des fibres d'acier tréfilé, dont la longueur est supérieure à celle des plus gros granulats de la matrice cimenteuse, il se produit un enchevêtrement des fibres dans la matrice, surtout lorsque le pourcentage de fibres incorporées devient important Les fibres ont une certaine tendance à se grouper par paquets Ce phénomène conduit à l'obtention d'un composite fibré dans lequel il y a des espaces sans fibres, et donc une hétérogénéité très importante du matériau Cet aspect est très néfaste visà-vis des caractéristiques mécaniques du composite. Les fibres d'acier tréfilé ont une grande ductilité en traction qui leur permet un allongement important tout en continuant à supporter l'effort qui leur est appliqué Pour le béton, les fibres d'acier tréfilé doivent donc permettre de coudre les bords des macrofissures ayant une ouverture importante tout en assurant une certaine stabilité à la structure fissurée. Les fibres droites discontinues qui sont connues, ont un mauvais ancrage dans la matrice et se mettent en paquets dans un béton courant lorsque leur longueur est supérieure ou égale à quinze millimètres et pour des pourcentages incorporés en volume supérieurs ou égaux à un pour cent. Les fibres ondulées ou celles qui possèdent à leurs extrémités des têtes d'ancrage particulières, par exemple les fibres à têtes d'ancrage en forme d'os et celles en forme de têtes de clou, possèdent un bon ancrage mais elles ont également tendance à s'agglutiner lorsqu'on les introduit en pourcentage élevé dans la matrice Seuls des procédés technologiques particuliers d'introduction de ces fibres dans la matrice, permettent de résoudre ce problème mais ces procédés accroissent de manière très sensible le prix de revient. On connaît également des fibres, munies de crochets, qui se présentent sous forme de plaquettes de fibres accolées, ce qui facilite considérablement leur incorporation dans le béton et le malaxage de ce dernier De plus, les crochets améliorent de façon importante l'ancrage de ces fibres Les pointes de ces fibres sont divergentes pour éviter qu'elles s'accrochent entre elles et s'agglutinent ce qui donne au composite fibré un état de surface avec pointes apparentes. Le but de la présente invention est de proposer une fibre discontinue en acier tréfilé qui pallie les inconvénients cités, et qui, entre autres qualités, permette un ancrage de très bonne qua- lité et une mise en oeuvre aisée et qui soit d'un coût peu élevé. Le but est atteint selon l'invention par le fait que la fibre discontinue proposée est réalisée à partir d'un tronçon de fil d'acier mis en forme pour que la fibre soit contenue dans un plan et présente dans ce plan la configuration d'une boucle convexe et fermée, les deux parties d'extrémité du tronçon de fil étant disposées côte à côte et en sens opposés. Avantageusement la fibre présente, dans son plan, la configuration d'une boucle oblongue dont les extrémités sont délimitées par des portions de fil curvilignes, et lesdites portions de fil curvilignes sont reliées entre elles par des por- tions de fil rectilignes. Avantageusement, les parties d'extrémité du tronçon de fil s'étendent entre les portions de fil curvilignes. Avantageusement, la longueur des portions de fil rectilignes est comprise entre dix et cinquante millimètres. Avantageusement, les deux portions de fil sont écartées d'une distance supérieure aux deux cinquièmes de la longueur des portions de fil rectilignes et inférieure au double de cette longueur. Avantageusement, le fil est cylindrique et son diamètre est compris entre 0,1 et 1 millimètre. La géométrie de la fibre proposée s'apparente à celle d'une attache de bureau dite trombone, auquel manquerait la boucle permettant d'assurer le pincement. La structure fermée de la fibre discontinue proposée permet un confinement local de la matrice cimenteuse qui conduit à un meilleur contrôle de la microfissuration pouvant apparaître dans cette matrice. La forme de la fibre proposée peut se voir comme une fibre munie de très grands crochets dont les parties voisines des pointes se recouvrent sur une grande distance, ce qui permet un excellent ancrage de la fibre dans la matrice. La mise en oeuvre de ces fibres est aisée et ne nécessite aucune technologie supplémentaire particulière pour éviter la mise en paquets des fibres lors de la fabrication du composite fibré. Ceci s'explique par le fait que les plus gros granulats du béton, ayant une forme et des dimensions similaires à celles de la fibre proposée, permettent, par effet de paroi, d'individualiser chaque fibre au sein de la matrice lors du malaxage De plus, on ne risque plus d'être blessé par les pointes des fibres lors de leur manipulation. La présente invention concerne également un composite fibré contenant une fibre conforme à la fibre décrite ci-dessus. Un exemple de réalisation de l'invention est ci-après décrit en référence au dessin unique annexé qui représente une fibre discontinue en acier tréfilé conforme à l'invention. La fibre discontinue 1 en acier tréfilé, comme on le voit clairement sur le dessin, est réalisée à partir d'un tronçon 2 de fil d'acier cylindrique mis en forme pour que la fibre 1 soit contenue dans un plan et présente dans ce plan la configuration d'une boucle convexe et fermée, les deux parties d'extrémité 3 et 4 du tronçon 2 de fil d'acier étant disposées côte à côte et en sens opposés De préférence la fibre a la forme d'une boucle oblongue et comporte deux portions de fil curvilignes 5 et 6 en demi-cercle reliées entre elles par des portions de fil rectilignes 7 et 8 Les deux parties d'extrémité 3 et 4 du tronçon de fil 2 forment la portion rectiligne 8 et s'étendent entre les portions curvilignes 5 et 6. La longueur des portions rectilignes 7 et 8 est comprise entre dix et cinquante millimètres, et ces portions rectilignes qui sont sensiblement parallèles sont écartées d'une distance comprise entre les deux cinquièmes de leur longueur et le double de cette longueur Le tronçon de fil 2 est, de préférence, cylindrique et son diamètre est compris entre un dixième de millimètre et un millimètre. Le dimensionnement de la fibre 1 utilisé dans un composite fibré, notamment une matrice cimenteuse, est fonction de la taille des granulats incorporés dans la matrice cimenteuse Le pourcentage en volume de fibres dans la matrice cimenteuse est voisin de un pour cent. La forme fermée des fibres 1 empêche celles-ci de s'accrocher entre elles, et les parois des granulats entraînent les fibres lors du malaxage de la matrice cimenteuse, permettant ainsi d'obtenir un composite fibré homogène dans lequel les fibres sont individualisées Cette forme fermée permet également un parfait ancrage des fibres et donne au composite un état de surface exempt de pointes. REVENDICATIONS 1 Fibre discontinue en acier tréfilé destinée à être incorporée dans un composite fibré, notamment une matière cimenteuse, caractérisée en ce qu'elle est réalisée à partir d'un tronçon de fil d'acier ( 2) mis en forme pour que la fibre soit contenue dans un plan et présente, dans ce plan, la configuration d'une boucle convexe et fermée, les deux parties d'extrémité ( 3, 4) du tronçon de fil ( 2) étant disposées côte à côte et en sens opposés. 2 Fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la fibre présente, dans son plan, la configuration d'une boucle oblongue dont les extrémités sont délimitées par des portions de fil curvilignes ( 5, 6), et en ce que lesdites portions de fil curvilignes ( 5, 6) sont reliées entre elles par des portions de fil rectilignes ( 7, 8). 3 Fibre selon la revendication 2 caractérisée en ce que les parties d'extrémité ( 3, 4) du tronçon de fil ( 2) s'étendent entre les portions de fils curvilignes ( 5, 6). 4 Fibre selon l'une quelconque des revendications 2 à 3 caractérisée en ce que la longueur des portions de fil rectilignes ( 7, 8) est comprise entre dix millimètres et cinquante millimètres. Fibre selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les deux portions de fil rectilignes ( 7, 8) sont écartées d'une distance supérieure aux deux cinquièmes de la longueur des portions de fil rectilignes ( 7, 8) et inférieure au double de cette longueur. 6 Fibre selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le fil est cylindrique et en ce que son diamètre est compris entre 0,1 millimètre et 1 millimètre. 7 Composite fibré, notamment une matrice cimenteuse, comportant une fibre discontinue en acier tréfilé noyée dans une masse cimenteuse, caractérisé en ce qu'il comporte une fibre ( 1) conforme à l'une des revendications 1 à 6. 8 Composite fibré selon la revendication 7 caractérisé en ce que le pourcentage en volume de fibres est voisin de un pour cent.