Brevet FR2683574A1 — publié le 19930514

PANNEAU DE COFFRAGE EN UN MATERIAU STRATIFIE Les panneaux de coffrage sont traditionnellement en bois, plus particulièrement en contreplaqué. Bien que le bols présente de bonnes qualités de resistance mécanique, chimique et thermique, et que son prix en fasse un matériau abordable, il présente cependant divers défauts. Un panneau en contreplaqué pèse de 9 à 12 kg/m2, de sorte qu'un panneau standard de 2,4 m2 pèse de 22 à 29 kg, ce qui est relativement lourd pour entre manipulé par un homme. L'inconvénient majeur du bois pour cette application est sans doute s sensibilité a l'humidité, qui limite fortement son aptitude au reemploi. Sur le plan economique et écologique, la consommation actuelle de bois dépasse la capacité normale de renouvellement des forêts et conduit à la deforestation de certaines regions. C'est donc un matériau qui va se raréfier et dont le prix est appele à augmenter et dont la qualite laisse parfois désirer. Le coffrage avec les panneaux en contreplaqué pose egalement certains problèmes d'interface, necessitant l'utilisation d'huiles de coffrage favorisant la formation de bulles. Compte tenu de la micro-structure du bois, le béton tend à adherer au bois, de sorte que les panneaux de coffrage dolent outre enduits d'un film d'huile de décoffrage qui peut emprisonner de l'air et donc conduire a la formation de ces bulles. Il ressort de ce qui précède qu'il existe un marché pour des panneaux de coffrage autres que ceux en contreplaqué, utilisant la technologie des matériaux composites. De tels panneaux sont economiquement rentables, meme si leur coQt est sensiblement plus elevé que celui du contreplaque, dans la mesure où ils sont reutilisables et qu'ils permettent de remedier au moins a certains des inconvénients susmentionnés. Les métiers du bâtiment étant assez traditionnels, il est indispensable, pour qu'un produit nouveau soit accepte, qu'il malntienne les habitudes de mise en oeuvre traditionnelles. C'est ainsi qu'il doit présenter les memes épaisseurs et qu'il doit être clouable. On a déjà proposé de remplacer le contreplaqué formé de couches de bois croisées, voire d'une couche intermédiaire avec les fibres orientées perpendiculairement au plan du panneau, par un matériau sous forme de nid d'abeille entouré d'un cadre en bois et dont les faces sont recouvertes par des plaques stratifiées. La solution proposée, qui reproduit le panneau bois susmentionné, comporte de multiples désavantages. Si la structure de type nid d'abeille est utilisée traditionnellement pour remplacer le contreplaqué, dans cette application elle présente deux defauts majeurs. Lorsque le panneau ainsi conçu est soumis à une pression uniformément répartie, la plaque qui le recouvre et qui présente la face coffrante reposant sur le nid d'abeille se déforme localement en une série d'ondulations dont la fréquence correspond à celle des alvéoles du nid d'abeille.Une telle structure n'est pas clouable puisqu'elle permettrait alors au laitier de ciment de pénétrer dans les alveoles du nid d'abeille, de sorte qu'en se remplissant, le panneau deviendrait rapidement beaucoup plus lourd perdant ainsi un des avantages recherchés. I1 faut également observer que le cadre en bois entourant la structure en nid d'abeille rend le panneau sensible a l'humidité et est susceptible d'induire un gauchissement de sa surface coffrante. Le but de la présente invention est de remédier au moins en partie aux inconvénients susmentionnes. A cet effet cette invention a pour objet un panneau de coffrage en un matériau stratifié, caractérisé en ce que sa face coffrante ainsi que la face qui lui est opposée sont en un matériau composite en feuille dont la matrice est choisie parmi les résines dont le module d'élasticité est au moins égal à 3000 MPa et dont les renforts sont constitues par au moins deux nappes de filaments parallèles dont le module d'élasticité est au moins egal à 60'zoo MPa orientées selon des directions différentes, et en ce qu'une couche d'au moins un matériau mousse, d'une résistance à la compression au moins egale à 240 KPa et de module de cisaillement > 15ma, relie l'une à l'autre les deux feuilles de matériau composite. Le panneau objet de l'invention est plus léger que les panneaux en contreplaqué. I1 est résistant à l'humidité. I1 peut être cloué sans pénétration de laitier de ciment. I1 est réutilisable de multiples fois. La présence de mousse lui confère des qualités d'isolation thermique améliorant la prise et la dureté du béton cofffré. Ce facteur présente une importance particulière lorsque la température est relativement basse. Le dessin annexe illustre, schématiquement et à titre d'exemple uniquement, une forme d'exécution et des variantes du panneau de coffrage objet de la présente invention. La figure 1 est une vue en plan de cette forme d'exécution du panneau de coffrage. La figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue partielle agrandie de la figure 2. La figure 4 est une vue en coupe d'une variante de la figure 3. La figure 5 est une vue en coupe d'une autre variante de la figure 3. Le panneau de coffrage illustré par la figure 1 comporte un cadre 1 divise longitudinalement par une cloison intermédiaire 2. Les deux espaces ainsi ménagés sont remplis d'une mousse, notamment de polymere 3 et le panneau est recouvert sur ses deux faces par un matériau composite en feuille 4. Dans un tel panneau, la résistance mécanique est donnee par les deux feuilles de matériau composite 4, la partie intermé- diaire, composée dans cet exemple du cadre 1, de la cloison intermédiaire 2 et de la mousse de polymère, doit Autre apte à transmettre les sollicitations aux deux feuilles 4. Le choix de l'épaisseur definissant l'écartement entre ces feuilles induit une variation du moment d'inertie résultant dans une variation de la flèche lorsque le panneau est soumis à une contrainte de flexion. Pour assurer un bon contact entre les panneaux adjacents, garant d'une bonne étanchéité, il est préférable de ménager un évidement longitudinal 5 dans la partie mediane du chant de ces panneaux. La forme de cet évidement peut avoir différents pro fils, comme illustré par les différentes variantes 5a et 5b des figures 4 et 5. Nous allons maintenant examiner le choix des différents éléments composant le panneau de coffrage selon l'invention. Parmi les améliorations que l'on s'est fixé comme objectif, il y a la réduction du poids qui doit diminuer de moitie environ pour des performances mécaniques au moins égales. Si nous considerons en premier lieu les charges mecaniques statiques pour un panneau de coffrage horizontal, le poids du béton est de 25 KN/m3, la surcharge prise en compte est de 1,5 KN, la flèche maximum selon DIN 18202 est L/400, L représentant.. la longueur entre deux appuis et avec une charge uniformement repartie. Le module de Young minima est de 12'000 MPa, les épaisseurs de panneaux considérées étant de 15, 18 ou 21 mm. Compte tenu de ces contraintes, la résistance à la compression de la mousse de polymère 3 doit Autre d'au moins 240 KPa et de préférence pour la charge considérée de 250 - 270 KPa. A cet effet, les mousses qui présentent le plus d'intéret, aussi bien du point de vue technique qu'économique, sont les mousses de PVC, de polyuréthanne et de verre. Par exemple, on peut satisfaire à la résistance a la compression pour la charge considérée avec de la mousse de polyurhétanne présentant une densité de 40 kg/m3. Bien entendu, l'augmentation de la résistance à la compression peut outre obtenue par une augmentation de la densité de la mousse, cette résistance variant de 160 i 40 a 1'100 i 150 pour des mousses dont la densité est respectivement de 30 kg/m à 100 kg/m . Des mousses plus denses allant jusqu'à 200 kg/m , voire plus, peuvent Autre envisagees suivant les applications, par exemple dans le cas de panneaux de coffrage verticaux. On peut citer a titre d'exemples des mousses de PVC vendues sous la marque AIREX(R) dont la densite peut atteindre environ 200 kg/m3. Dans le cas de panneaux de coffrage horizontaux, de telles densites de mousses ne sont pas nécessaires. Par contre, elles sont envisageables pour des panneaux de coffrage verticaux. Dans le cas de panneaux de coffrage horizontaux, on donnera plutôt la préférence å des mousses type polyuréthanne de l'ordre de 40 kg/m3 avec un cadre 1 de renfort ainsi qu'un renfort intermédiaire en une mousse beaucoup plus dense, destinée à éviter l'écrasement vers les bords et a conférer au panneau une meilleure resistance aux chocs qu'il est appelé a subir sur les chantiers de construction. On pourrait utiliser une mousse type AIREX(R), mais on préfère encore utiliser une mousse syntactique qui est un melange de résine, de préférence pour cette application des résines polyester insaturées telles que la resine vinylester à laquelle on ajoute des charges sous forme de billes creuses, notamment des billes de verre creuses. Les resines vinylester que l'on utilise dans cette application, aussi bien pour la mousse syntactique que pour les feuilles de composite, constituent une famille comprenant un nombre élevé de résines différentes, en fonction des résines epoxydes de depart. Elles ont en commun une bonne resistance chimique en particulier vis-å-vis des constituants du béton et une bonne tenue en température. Leur mise en oeuvre est rapide et leur bonne fluidité permet d'assurer un bon mouillage des filaments de renfort incorporés à la résine et d'obtenir de ce fait un composite haute performance. Pour la réalisation du composite, on utilise comme renforts des filaments a haute résistance, c'est-à-dire présentant un module de Young au moins égal a 60'000 MPa, c'est-a-dire des filaments de verre, de carbone ou d'aramide. Compte tenu du prix qui entre en ligne de compte étant donné que le panneau doit rester d'un prix compétitif, on choisira de préférence des filaments de verre. Pour que les filaments ne soient pas dénudés de la résine qui les recouvre et leur eviter de venir en contact avec le ciment dont ils supportent mal les bases qui le constituent, ces filaments ne sont pas tissés mais disposes en nappes de filaments parallèles croisées, au moins deux nappes sont necessaires mais, de préférence, on en disposera trois, orientées à 450 les unes des autres.De preference, on préimprégnera de résine chacune de ces nappes separement avant de les assembler et de les noyer dans la matrice de résine. On a constaté que la résine vinylester présente des propriétés auto-demoulantes vis- & vis du béton. Toutefois, on remarque néanmoins que de fines particules peuvent s'incruster dans les porosités de surface et qu'il faudrait éviter leur accumulation. Avec un composite formé de 22 X de résine vinylester et trois nappes de filaments de verre totalisant 1,8 mm d'épaisseur et 1,5 kg/m2 pour les deux feuilles de composite du panneau, le composite represente 3 kg/m2, soit, pour un panneau de 1,2 x 2,4 m, 8,64 kg. Le cadre 1 ainsi que la cloison intermédiaire ont une section de 0,0645 dm2 représentant un volume par metre linéaire de 0,645 dm3. La densité apparente des microbilles de verre creuses est de 0,150 kg/dm3 et la quantité de microbilles par mètre linéaire du cadre 1 est de 80 g, ce qui donne une densité du produit de 0,61 et un poids au mètre linéaire du cadre de 0,393 kg multiplié par 8,3 représentant la longueur totale en mètre pour le panneau susmentionné, donne environ 3,25 kg.Enfin, la mousse de polymere 3 pour un panneau de 18 mm d'épaisseur represente 3 kg. De sorte que le poids du panneau est d'environ 15 kg, alors qu'il est de l'ordre de 22 à 29 kg en contreplaqué. Ceci montre que l'un des objectifs de l'invention est donc pratiquement atteint, étant donné que l'on désirait atteindre un poids maximum de 5 kg/m2. En ce qui concerne la résistance mécanique à la flexion, on a vu que, selon les normes, la flèche ne doit pas dépasser une valeur donnée par la longueur L entre deux appuis divisée par 400. Dans ce cas, avec un écartement normal de 0,5 m entre appuis, cette fleche ne doit donc pas depasser 1,25 mm. Considérons un module d'élasticité effectif de 35'000 MPa pour le composite et un module de cisaillement de 31,2 MPa pour la mousse de polymère; dans ce cas, le calcul de la fleche nous montre que pour une charge P uniformément répartie de 0,625 daN/mm2, correspondant A 625 kg entre deux appuis espacés de 0,5 m avec une largeur de 1 m et une épaisseur de panneau de 18 mm, on a selon la formule tirée de "Matériaux composites " de Daniel Gay, Ed.Hermès, dans la collection Traite des nouvelles technologies, série mécanique 5 PL PL flèche = ------ . - + 384 E(1-x /h )bh /12 8bGch où : E = 38'000 MPa x = épaisseur mousse = 14,4 Gc= module cisaillement mousse = 31,2 MPa L = espace entre appuis = 500 mm h = épaisseur panneau = 18 mm b = 1 mm P = 0,625 daN/mm2 On constate que la flèche, qui est de 1,19 mm, est en dessous de la limite de 1,25 mm. Comme on l'a dit précédemment, le cadre 1 a essentiellement pour but d'éviter les effets de bord et surtout d'augmenter la résistance aux chocs que de tels panneaux sont appelés à recevoir sur les chantiers. On peut cependant imaginer l'utilisation d'une mousse plus dense qui pourrait amener finalement la suppression du cadre 1 et de la cloison 2, comme illustre par la variante de la figure 5. Une telle mousse, telle celle de marque AIREX(R) pourrait aussi entre utilisée à l'intérieur d'un cadre 1 de mousse syntactique. Inversement, elle pourrait aussi servir à la confection du cadre 1 et de la cloison 2 suivant les appications. Bien entendu, l'intérêt d'un panneau sans cadre serait de diminuer de façon sensible les coQts de production. Diverses autres variantes peuvent outre envisagées, notamment dans le choix des matériaux. C'est ainsi que la mousse 3 peut entre, outre le PVC et le polyuréthanne, de la mousse de verre. Par ailleurs, la matrice des feuilles composites pourrait aussi entre en résine époxy au lieu de la résine vinylester.Les résines thermoplastiques pourraient répondre a la plupart des criteres examines, mais elles posent des problemes de compa tibilite d'adhesion avec les constituants du panneau. I1 faut cependant tenir compte des évolutions rapides auxquelles on cependant tenir compte des évolutions rapides auxquelles on assiste dans le domaine des polymères, de sorte que les polymères cités ici a titre d'exemple comme répondant le mieux aux contraintes mecaniques, économiques et pratiques sont évalués selon des critères actuels qui ne seront plus forcément vrais a plus long terme, certains types de résines inutilisables auJourd'hui pourront peut-etre offrir, par suite de leurs évolutions, des avantages par rapport aux résines susmentionnées. Parmi les avantages du panneau de coffrage objet de l'invention, la présence d'une couche de mousse est appelée à conférer une certaine isolation thermique qui permet de réduire la déperdition de chaleur durant la prise du béton et d'améliorer sa qualité, notamment par temps froid. REVENDICATIONS 1. Panneau de coffrage en un matériau stratifié, caractérisé en ce que sa face coffrante ainsi que la face qui lui est opposée sont en un matériau composite en feuille dont la matrice est choisie parmi les résines dont le module d'élasticité est au moins égal à 3'000 MPa et dont les renforts sont constitués par au moins deux nappes de filaments parallèles dont le module d'élasticité est au moins égal à 60'000 MPa orientées selon des directions différentes, et en ce qu'une couche d'au moins un matériau mousse, d'une résistance à la compression au moins égale a 240MPa et de module de cisaillement > 15 MPa, relie l'une à l'autre les deux feuilles de matériau composite. 2. Panneau de coffrage selon la revendication 1, caracterise en ce qu'une partie de ladite couche en matériau mousse est en un matériau mousse différent et/ou de densité plus élevée. 3. Panneau de coffrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite partie de la couche en matériau mousse different et/ou de densité plus élevée forme un cadre entourant la partie de mousse moins dense, ainsi qu'une cloison médiane s'étendant dans le sens de la longueur. 4. Panneau de coffrage selon la revendication 1, caractérise en ce que ledit matériau mousse est du PVC, du polyuréthanne ou du verre. 5. Panneau de coffrage selon la revendication 2, caractérise en ce que ledit matériau mousse different est une mousse syntactique dont la charge est formée de billes creuses notamment de verre. 6. Panneau de coffrage selon la revendication 1, caractérise en ce que les renforts sont constitués par trois nappes de filaments parallèles, dont l'une est orientee dans le sens longitudinal et les deux autres formant un angle déterminé, respectivement de part et d'autre du premier. 7. Panneau de coffrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine de la matrice est choisie parmi les résines polyester insaturees ou les resines époxy. 8. Panneau de coffrage selon la revendication 1, caracté risé en ce que les filaments de rendorts sont des filaments de verre de carbone ou d'aramide. 9. Panneau de coffrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la proportion en volume de la résine du matériau composite est d'environ 40 %. 10. Panneau de coffrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la face du cadre formant le chant du panneau presente un évidement longitudinal.