Brevet FR2663971A1 — publié le 19920103

FEUILLE DE PLASTIQUE RENFORCEE PAR FIBRES ET PROCEDE D'APPLICATION DE FINI DE SURFACE POUR BETON La présente invention concerne une feuille de plasti- que renforcée par fibres et un procédé d'application de fini de surface pour élément en béton, et plus particu- lièrement, leur adaptation à une utilisation conjointe- ment à du béton (mortier) et d'autres matériaux de cons- truction afin d'empêcher un élément de finissage de surfa- ce, par exemple une dalle de se détacher et de tomber des surfaces externes de murs en béton d'un bâtiment par ef- frittement de l'élément de finissage de surface à partir des murs en béton. Une feuille de plastique renforcée par fibres (dési- gnée ci-dessous par l'abréviation feuille FRP) est généra- lement fabriquée par la superposition de plusieurs feuil- les, chaque feuille consistant en des fibres de renforce- ment et une résine imbibante de cuisson, par exemple une résine époxy Dans chaque feuille, les fibres de ren- forcement sont des fibres continues de grande résistance et de module élevé, par exemple des fibres de carbone et d'aramide, et sont disposées dans une direction Lors de la cuisson, la résine imbibante forme une feuille dans la- quelle les fibres continues sont intégrées Par cette structure, la propriété de résistance mécanique des feuil- les FRP varie selon la direction dans laquelle les fibres sont orientées Autrement dit, les feuilles FRP sont très solides dans le sens longitudinal dans lequel les fibres sont orientées, mais très fragiles dans le sens transver- sal. Lorsqu'il est nécessaire que les feuilles FRP soient très résistantes dans le sens longitudinal et dans le sens transversal, les feuilles FRP précitées sont superposées de manière que le sens d'orientation des fibres dans une feuille soit perpendiculaire au sens d'orientation des fi- bres dans la couche adjacente Par exemple, la publication de brevet japonais NI 54207/1981 décrit un procédé pour fa- briquer une feuille FRP de l'épaisseur souhaitée à partir de feuilles préimprégnées réalisées en imbibant des fibres disposées dans une seule direction d'une résine de cuisson. Selon ce procédé, les feuilles préimprégnées sont super- posées, avec les fibres dans une feuille se croisant à an- gle droit avec les fibres de la feuille adjacente, de ma- nière que le retrait thermique et la déformation qui l'ac- compagne dus à l'orientation des fibres s'annulent Ainsi, la feuille FRP obtenue a une résistance uniforme dans tou- tes les directions pour satisfaire aux exigences. Depuis, la tendance dans l'industrie du bâtiment est à la réduction du poids des éléments de construction, à l'amélioration de leur durabilité, et à la diminution de la main-d'oeuvre Des efforts ont été faits dans ce but en combinant des feuilles FRP avec du béton et d'autres maté- riaux de construction Les feuilles FRP sont jugées promet- teuses en raison de leur résistance élevée à la traction, de leur faible poids, et de leur bonne résistance à la cor- rosion. Malheureusement, les feuilles FRP ont une surface lis- se qui les rend peu adhérentes au béton et autres matériaux de construction Autrement dit, elles ne permettent pas de garantir l'intégrité du matériau composite. Un autre inconvénient des feuilles FRP classiques est la nécessité de superposer plusieurs couches dans des di- rections différentes Cela aboutit à un procédé de fabrica- tion complexe et à un coût de production élevé. Une application possible des feuilles FRP très résis- tantes dans les ouvrages de construction est le remplace- ment des non-tissés (ou matériaux de renforcement similai- res) qui sont encastrés dans le mortier comme finissage de surface des murs du bâtiment ou comme liant de dalles Ce- pendant, les feuilles FRP encastrées dans le mortier pro- voquent l'écaillage ou l'effrittement du mortier ou des dalles lors de mouvements différentiels, parce que les feuilles FRP classiques n'adhèrent pas complètement au mor- tier, comme mentionné ci-dessus. La présente invention a été conçue au vu de ce qui précède La présente invention vise à proposer une feuille de plastique renforcée par fibres peu c 8 uteuse, qui est adaptée à être utilisée comme matériau de renforcement à encastrer dans du mortier, lorsque l'élément de construc- tion du batiment en béton est fini en surface avec du mor- tier ou des dalles liées par mortier, et un procédé d'ap- plication de fini de surface pour élément en béton avec une telle feuille de plastique renforcée par fibres La feuille FRP de la présente invention adhère bien au béton (mortier) et aux autres matériaux de construction pour former un matériau composite intégral, afin d'empêcher les matériaux de finissage de surface et autres de se détacher de la surface de l'élément en béton. Le premier aspect de la présente invention est concré- tisé par une feuille de plastique renforcée par fibres se présentant sous la forme d'un non-tissé réalisé en entre- laçant de courtes fibres de renforcement de manière tri- dimensionnelle et en les fixant les unes aux autres à leurs points de contact avec une résine de cuisson. Le deuxième aspect de la présente invention est con- crétisé par une feuille de plastique renforcée par fibres à encastrer dans une couche de mortier formée sur une surface d'un élément en béton, se présentant sous la forme d'un non-tissé réalisé en entrelaçant de courtes fibres de ren- forcement de manière tridimensionnelle et en les fixant les unes aux autres à leurs points de contact avec une résine de cuisson, la feuille comportant une pluralité de trous. Le troisième aspect de la présente invention est con- crétisé par un procédé d'application de fini de surface pour élément en béton comprenant: une première phase con- sistant à presser une feuille de plastique renforcée par fibres contre une couche de mortier non durcie formée sur une surface de l'élément en béton afin d'y fixer la feuil- le, la feuille de plastique renforcée par fibres se présen- tant sous la forme d'un non-tissé réalisé en entrelaçant de courtes fibres de renforcement de manière tridimensionnelle et en les fixant les unes aux autres à leurs points de con- tact avec une résine de cuisson, et la feuille comportant une pluralité de trous par lesquels le mortier sort sous la pression; une deuxième phase consistant à former des portions en projection avec le mortier non durci sorti par les trous; et une troisième phase consistant à appliquer un matériau de finissage de surface sur les portions en pro- ject ion. Le quatrième aspect de la présente invention est con- crétisé par un procédé d'application de fini de surface pour élément en béton comprenant une première phase con- sistant à presser une feuille de plastique renforcée par fibres contre une couche de mortier non durcie formée sur une surface de l'élément en béton afin d'y fixer la feuil- le, la feuille de plastique renforcée par fibres se présen- tant sous la forme d'un non-tissé réalisé en entrelaçant de courtes fibres de renforcement de manière tridimensionnelle et en les fixant les unes aux autres à leurs points de con- tact avec une résine de cuisson, et la feuille comportant une pluralité de trous par lesquels le mortier sort sous la pression; une deuxième phase consistant à former des portions en projection avec le mortier non durci sorti par les trous; et une troisième phase consistant à fixer des éléments de finissage de surface à la surface de l'élément en béton au moyen d'un mortier d'adhérence qui recouvre les portions en projection et adhère à celles-ci. La feuille de plastique renforcée par fibres de la présente invention a une surface irrégulière due aux cour- tes fibres en saillie à la surface de la feuille Lorsque la feuille de plastique renforcée par fibres est utilisée conjointement à un matériau de construction, la surface ir- régulière sert d'ancrage mécanique pour une adhérence ren- forcée. Lorsque la feuille de la présente invention comporte une pluralité de trous, un mortier non durci appliqué sur un élément en béton sort facilement des trous jusqu'à la surface de la feuille par pression de la feuille contre le mortier, de manière que les portions en projection du mor- tier non durci soient formées sur la surface de la feuille. Ces portions en projection servent également d'ancrage mé- canique pour un matériau de finissage de surface, par exem- ple un mortier de finissage ou un élément de finissage de surface, par exemple une dalle fixée par un liant de mor- tier Ainsi, ces portions en projection améliorent l'adhé- rence Bien évidemment, l'ancrage des fibres en saillie est également assuré. Il est entendu que la feuille sert de puissant maté- riau de renforcement pour un lit sur la surface de l'élé- ment en béton Elle réduit considérablement les tensions dues à des mouvements différentiels qui sont provoqués par un changement de température, un tremblement de terre et analogues Par conséquent, la feuille empêche le matériau de finissage de surface et l'élément de se séparer et de se détacher de la surface extérieure de l'élément en béton du bâtiment. En outre, la feuille résiste bien au feu et a une bon- ne durabilité parce qu'elle ne subit pas de corrosion. De plus, la feuille supprime la nécessité de superpo- ser des couches de fibres orientées dans une seule direc- tion Ainsi, elle peut être fabriquée facilement à un fai- ble coût de production. Le procédé d'application de fini de surface pour l'élément en béton de la présente invention utilise la feuille de la présente invention La feuille étant pressée contre la couche de mortier non durci formée sur la surface de l'élément en béton, les portions en projection du mor- tier non durci sont formées sur la surface de la feuille. Lorsque le mortier durcit, les portions en projection ser- vent d'ancrage mécanique Ensuite, le matériau de finissage de surface est appliqué sur les portions en projection dur- cies, ou les éléments de finissage de surface sont fixés aux portions en projection à la surface de l'élément en béton au moyen d'un mortier d'adhérence qui recouvre les portions en projection et adhère à celles-ci Les portions en projection du mortier ainsi que les saillies des fibres de la feuille empêchent le matériau ou les éléments de fi- nissage de surface de se détacher de la surface de l'élé- ment en béton. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description dé- taillée qui suit des modes de réalisation de la présente invention, référence étant faite aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une illustration schématique des pha- ses de fabrication de la feuille de plastique renforcée par fibres de la présente invention. La figure 2 est une vue en perspective illustrant un mode de réalisation de la feuille de plastique renforcée par fibres de la présente invention. La figure 3 est une vue en plan d'un produit intermé- diaire de la feuille de plastique renforcée par fibres re- présentée sur la figure 2. Les figures 4 (A) à 4 (C) sont des vues en coupe illus- trant les phases de finissage par dalle d'un élément de construction en béton. La figure 5 est une vue en coupe illustrant une autre application d'un mortier de finissage de surface sur les portions en projection d'un mortier. Les figures 6 (A) à 6 (C) sont des vues en plan schéma- tiques illustrant les modes de réalisation modifiés de la feuille de plastique renforcée par fibres selon le deuxième aspect de la présente invention. Les modes de réalisation de la présente invention vont être décrits avec référence aux dessins annexés La figure 1 est une illustration schématique du procédé de fabrica- tion de la feuille FRP de la présente invention La feuille FRP 1 est réalisée par transformation du corps fibreux 3 à l'aspect de feutre qui est une longue bande d'une largeur H et d'une épaisseur D Le corps fibreux 3 à l'aspect de feutre est réalisé en entrelaçant au hasard de courtes fi- bres de renforcement 2 de manière tridimensionnelle Les courtes fibres 2 sont des fibres de carbone ou des fibres d'aramide qui ont une grande solidité et un module élevé et une résistance supérieure à la corrosion et au feu Le corps fibreux 3 à l'aspect de feutre est préalablement im- prégné d'une résine époxy de cuisson par trempage et ana- logue Autrement dit, il se présente sous la forme d'un ma- telas préimprégné Le corps fibreux 3 à l'aspect de feutre comporte de grands interstices entre les courtes fibres 2, de manière à être spongieux et compressible jusqu'à l'épaisseur souhaitée La résine époxy infiltrée dans le corps fibreux 3 à l'aspect de feutre est une résine thermo- durcissable, et elle recouvre la surface de chacune des courtes fibres 2 de manière à fixer les courtes fibres les unes aux autres lors de son durcissement par application de chaleur. Le corps fibreux 3 à l'aspect de feutre est distribué en continu au rouleau de compression 4 qui effectue un pressage à froid Lors du pressage, les courtes fibres de renforcement 2 sont liées les unes aux autres par la résine époxy Ainsi, est obtenue la feuille FRP 1 qui ressemble à un non-tissé La feuille FRP 1 résultante a une épaisseur d qui est sensiblement égale au jeu du rouleau de compression 4 et une largeur qui est égale à la largeur H du corps fi- breux 3 à l'aspect de feutre. La feuille FRP 1 en forme de bande continue comporte de courtes fibres de renforcement 2 individuelles, entre- lacées de manière à comporter des interstices proportion- nels au rapport de compression dans le sens de l'épaisseur et également de courtes fibres individuelles 2 liées les unes aux autres par la résine époxy dans l'état comprimé. La bande de la feuille FRP 1 est découpée en des coupons de la largeur et de la longueur souhaitées La feuille FRP 1 obtenue est suffisamment résistante dans le sens de la longueur et de la largeur mais également dans le sens de l'épaisseur et n'est pas sujette au clivage, parce qu'elle est composée de courtes fibres de renforcement 2 qui sont entrelacées de manière tridimensionnelle, comprimées dans le sens de l'épaisseur, et liées les unes aux autres par la résine dans l'état comprimé. En outre, la feuille FRP 1 précitée comporte une sur- face irrégulière due aux courtes fibres de renforcement 2 en saillie à sa surface, parce qu'elle est réalisée à par- tir du corps fibreux 3 à l'aspect de feutre dans lequel un grand nombre de courtes fibres 2 sont entrelacées de maniè- re tridimensionnelle Cette surface irrégulière est avanta- geuse lorsque la feuille FRP 1 est utilisée conjointement à des matériaux de construction (par exemple des panneaux) ou encastrée dans des matériaux de construction (par exemple un coffrage en béton et en gypse), parce qu'elle procure un ancrage mécanique pour une meilleure adhérence aux éléments de construction. La compression du corps fibreux 3 à l'aspect de feutre est réalisée selon un rapport de compression prédéterminé D/d qui est fonction de l'épaisseur désirée de la feuille FRP 1 et de la résistance souhaitée dans le sens de l'épaisseur. La figure 2 illustre un mode de réalisation préféré de la feuille FRP de la présente invention La figure 3 il- lustre un produit intermédiaire de la feuille FRP représen- tée sur la figure 2 Cette feuille FRP 11 est obtenue de la manière suivante en fabriquant la feuille FRP 1 précitée. Au cours de la phase de compression illustrée sur la figure 1 (B), le corps fibreux 3 à l'aspect de feutre est perforé en zigzag comme représenté sur la figure 3 (Les perfora- tions sont indiquées par une référence 5) Au cours de la phase suivante, la feuille FRP 11 est étirée dans le sens de la largeur La feuille FRP 11 résultante comporte un plus grand nombre de trous 6 qui forment une structure ré- ticulée Ainsi, la feuille FRP 11 est adaptée à une utili- sation comme matériau de renforcement pour un lit qui est encastré dans du mortier pour le finissage de surface des éléments de construction en béton. Les figures 4 (A) à 4 (C) sont des vues en coupe il- lustrant la manière dont la feuille FRP 11 est utilisée pour le finissage de la surface du mur de bâtiment en béton avec des dalles Au cours de la première phase, comme re- présenté sur la figure 4 (A), la surface du mur de bâtiment en béton 7 est dotée d'une couche de mortier 8 Au cours de la deuxième phase, comme représenté sur la figure 4 (B), la feuille FRP 11 est encastrée dans la couche de mortier non durci 8 en étant appuyée contre la couche 8 avant que le mortier ne durcisse Ainsi, la feuille FRP 11 est fixée à la face du mur de bâtiment en béton Au cours de la troi- sième phase, des portions en projection 50 du mortier non durci sont formées sur la surface de la feuille FRP 11 par le mortier poussé hors des trous 6 en raison de l'opération de pressage Puis, les portions en projection 50 sont lais- sées complètement sécher jusqu'à ce que le retrait éventuel du mortier au séchage soit entièrement terminé Au cours de la quatrième phase, comme représenté sur la figure 4 (C), des dalles 10 sont fixées au mur de bâtiment en béton 7 au moyen d'un autre mortier 60 d'adhérence qui recouvre les portions en projection 50 et adhère à celles-ci. De préférence, une fois formées les portions en pro- jection 50 du mortier non durci, un mortier intermédiaire (non représenté) est appliqué sur les portions en projec- tion 50 de manière à les recouvrir Ensuite, le mortier in- termédiaire et la couche de mortier 8 sont laissés sécher jusqu'à ce que le retrait soit terminé Ultérieurement, les dalles 10 appliquées au moyen du mortier pour une adhérence à leur face arrière sont fixées à mur de bâtiment en béton. La figure 5 illustre une autre procédé d'application d'un mortier de finissage de surface 70 sur les portions en projection 50 du mortier Au cours de la première phase, la surface du mur de bâtiment en béton 7 est dotée de la cou- che de mortier 8 Au cours de la deuxième phase, la feuille FRP 11 est encastrée dans la couche de mortier non durci 8 en étant appuyée contre la couche 8 avant que le mortier ne durcisse Ainsi, la feuille FRP 11 est fixée à la face du mur de bâtiment en béton Au cours de la troisième phase, des portions en projection 50 du mortier non durci sont formées sur la surface de la feuille FRP 11 par l'opération de pressage Puis, les portions en projection 50 sont lais- sées complètement sécher jusqu'à ce que le retrait éventuel du mortier au séchage soit entièrement terminé Au cours de la quatrième phase, le mortier de finissage 70 est appliqué sur les portions en projection 50 afin de les recouvrir et d'adhérer à celles-ci. De préférence, une fois formées les portions en pro- jection 50 du mortier non durci, un mortier intermédiaire (non représenté) est appliqué sur les portions en projec- tion 50 de manière à les recouvrir Ensuite, le mortier in- termédiaire et la couche de mortier 8 sont laissés sécher jusqu'à ce que le retrait soit terminé Ultérieurement, le mortier de finissage 70 est appliqué sur le mur de bâtiment en béton. Ce procédé d'application et les feuilles FRP 1 et 11 encastrées dans la couche de mortier 8 entre l'élément de construction en béton, par exemple un mur 7 et le mortier de finissage 70 ou l'élément de finissage tel qu'une dalle créent l'effet suivant Puisque chacune des feuilles FRP 1 l 1 et 11 comporte une surface irrégulière due aux courtes fibres de renforcement 2 en saillie à partir de sa surface, comme dans le cas des feuilles FRP 1 et 11 précitées, elle adhère fortement au mur de bâtiment en béton 7, à la couche de mortier 8, et aux dalles 10 grâce à l'ancrage mécanique de la feuille FRP. Dans le cas o chacune des feuilles FRP 1 et 11 com- porte une pluralité de trous 6, un mortier non durci ap- pliqué sur un mur de bâtiment en béton 7 est poussé hors des trous 6 jusqu'à la surface des feuilles FRP 1 et 11 fa- cilement par la pression des feuilles FRP 1 et 11 contre le mortier, de manière que les portions en projection 50 du mortier non durci soient formées sur la surface des feuil- les FRP 1 et 11 Ces portions en projection 50 servent éga- lement d'ancrage mécanique pour un matériau de finissage de surface tel qu'un mortier de finissage 70 ou des éléments de finissage de surface, par exemple une dalle 10 Ainsi, ces portions en projection 50 améliorent l'adhérence Bien évidemment, l'ancrage des fibres en saillie est également assuré En outre, les trous 6 renfermant le mortier devien- nent partie intégrante de la couche de mortier 8 dans la- quelle ils sont encastrés. Il ressort de ce qui précède que les feuilles FRP 1 et 11 agissent comme un matériau de puissant renforcement pour le lit sur la surface de l'élément en béton Elles rédui- sent considérablement les tensions dues aux mouvements dif- férentiels Par conséquent, la présente invention empêche le matériau et l'élément de finissage de surface de se dé- tacher et de tomber de la surface externe de l'élément en béton de la structure du bâtiment. En outre, les feuilles FRP 1 et 11 résistent bien au feu et ont une bonne durabilité parce qu'elles ne subissent pas de corrosion. De plus, les feuilles FRP 1 et 11 sont économiques par comparaison avec les feuilles FRP classiques, en ce qu'el- les rendent inutiles les phases de superposition de feuil- les à orientation unidirectionnelle dans différentes direc- tions et peuvent par conséquent être fabriquées facilement à un faible coût En outre, elles sont réalisées avec de courtes fibres de renforcement 2 qui sont moins coûteuses que les fibres continues utilisées pour les feuilles FRP classiques. Par ailleurs, les trous 6 qui sont formés dans la feuille FRP Il ne sont pas réduits à ceux illustrés sur la figure 2, mais peuvent présenter d'autres formes, comme représenté sur les figures 6 (A) à 6 (C), qui sont réalisées par poinçonnage Bien évidemment, ces trous produisent le même effet que mentionné ci-dessus. REVENDICATIONS 1 Feuille de plastique ( 1, 11) renforcée par fibres se présentant sous la forme d'un non-tissé réalisé en entre- laçant de courtes fibres de renforcement ( 2) de manière tridimensionnelle et en les fixant les unes aux autres à leurs points de contact avec une résine de cuisson. 2 Feuille de plastique ( 1, 11) renforcée par fibres à encastrer dans une couche de mortier ( 8) formée sur une surface d'un élément en béton ( 7), se présentant sous la forme d'un non-tissé réalisé en entrelaçant de courtes fi- bres de renforcement ( 2) de manière tridimensionnelle et en les fixant les unes aux autres à leurs points de contact avec une résine de cuisson, et ladite feuille comportant une pluralité de trous ( 6). 3 Procédé d'application de fini de surface pour élément en béton ( 7) comprenant: une première phase consistant à presser une feuille de plastique renforcée par fibres contre une couche de mortier ( 8) non durcie formée sur une surface de l'élément en béton ( 7) afin d'y fixer ladite feuille ( 1, 11), ladite feuille de plastique renforcée par fibres se présentant sous la forme d'un non-tissé réalisé en entrelaçant de courtes fi- bres de renforcement ( 2) de manière tridimensionnelle et en les fixant les unes aux autres à leurs points de contact avec une résine de cuisson, et la feuille comportant une pluralité de trous ( 6) par lesquels ledit mortier ( 8) sort sous la pression; une deuxième phase consistant à former des portions en projection ( 50) avec le mortier non durci poussé hors des- dits trous ( 6); une troisième phase consistant à appliquer un matériau de finissage de surface ( 70) sur lesdites portions en pro- jection. 4 Procédé d'application de fini de surface pour élément en béton ( 7) comprenant: une première phase consistant à presser une feuille de plastique renforcée par fibres contre une couche de mortier ( 8) non durcie formée sur une surface de l'élément en béton ( 7) afin d'y fixer ladite feuille ( 1, 11), ladite feuille de plastique renforcée par fibres se présentant sous la forme d'un non-tissé réalisé en entrelaçant de courtes fi- bres de renforcement ( 2) de manière tridimensionnelle et en les fixant les unes aux autres à leurs points de contact avec une résine de cuisson, et la feuille comportant une pluralité de trous ( 6) par lesquels ledit mortier ( 8) sort sous la pression; une deuxième phase consistant à former des portions en projection ( 50) avec le mortier non durci poussé hors des- dits trous ( 6); une troisième phase consistant à fixer des éléments de finissage de surface ( 10) à ladite surface de l'élément en béton ( 7) au moyen d'un mortier d'adhérence ( 60) qui recou- vre lesdites portions en projection ( 50) et adhère à cel- les-ci.