Caractérisation des fils multi-filamentaires et de leur enrobage cimentaire

L’un des objectifs de ce travail est de comprendre la relation qu’il y a entre le comportement mécanique à l’arrachement des fils multi-filamentaires et l’état d’imprégnation par la matrice cimentaire de l’amas de filaments constituant le fil. L’étude bibliographique (chapitre 1) a en effet montré que l’imprégnation joue un rôle prépondérant dans le comportement physique et mécanique du composite. Les filaments situés à la périphérie du fil, imprégnés par la matrice, ont un comportement complètement différent de ceux situés au cœur du fil, peu ou pas imprégnés. L’étude bibliographique a montré également que l’imprégnation est, en règle générale, loin d’être homogène tant dans le périmètre du fil que sur sa longueur en raison, d’une part, du caractère hétérogène de la matrice cimentaire (suspension de grains solides de différentes tailles dans une phase liquide) et, d’autre part, de la structure complexe du fil et de la variabilité de ses caractéristiques géométriques sur la longueur. Pour étudier le lien entre imprégnation du fil et comportement mécanique à l’arrachement, nous avons fabriqué des éprouvettes de mortier renforcées de différents types de fil multi- filamentaire à base de verre, en cherchant à obtenir différents degrés d’imprégnation du fil par la matrice cimentaire lors de la mise en œuvre. Les éprouvettes ont été caractérisées du point de vue microstructural par des investigations au microscope électronique à balayage et aussi du point de vue porométrique par des essais au porosimètre au mercure et par des essais spécifiques d’écoulement à travers le fil enrobé. Ensuite elles ont été caractérisées mécaniquement par des essais d’arrachement et de nouveaux observées par microscopie optique et électronique. Les conditions expérimentales et les résultats obtenus par ces essais sont présentés et discutés dans les chapitres suivants.

Dans ce chapitre nous étudions préalablement les caractéristiques de base des fils multi- filamentaires et celles du mortier employé pour leur enrobage afin d’identifier et quantifier les paramètres influant sur les caractéristiques du composite. En ce qui concerne les fils multi- filamentaires, un poids particulier est donné à l’étude de la variabilité de leurs caractéristiques géométriques et structurales, à l’étude des phénomènes d’imprégnation par l’eau ainsi qu’à l’analyse du comportement mécanique à la traction en fonction de différentes conditions d’essai. Dans tous les cas, nous avons systématiquement recherché à évaluer la dispersion des valeurs des caractéristiques étudiées induite essentiellement part la variabilité structurale des fils multi-filamentaires. En ce qui concerne le mortier, l’accent était mis sur l’étude de ses propriétés physiques et mécaniques. • Deux fils sont à base de verre E, fournis par l’entreprise Owens Corning, désignés OC1 et OC2. Ils se distinguent principalement par le mode d’assemblage des filaments. Les filaments du fil OC1 sont assemblés en mèches par l’ensimage sans torsion (multi-end yarn) alors que les filaments du fil OC2 ne sont pas assemblés en mèches (single end yarn) et sont traités par un ensimage spécifique. De plus, les filaments du fil OC1 sont plus fins (12 µm) que ceux du fil OC2 (17 µm). La principale différence entre les deux verres (AR et E) est l’addition dans le verre AR de 10 à 20 % environ d’oxyde de zirconium qui lui confère une meilleure résistance en milieu alcalin, tel que le milieu cimentaire.

Toutefois, il faut signaler que tous les filaments sont traités par un ensimage qui forme une couche de protection complémentaire contre l’éventuelle attaque par les ions alcalins. Par ailleurs, dans le cadre de notre étude, tous les essais ont été menés jusqu’à l’âge de 28 jours, ce qui constitue un laps de temps relativement court pour une éventuelle attaque significative des filaments ; ce qui a été vérifié systématiquement lors de nos observations au microscope électronique à balayage (voir Chapitre 3). Dans le cadre de ce travail donc, la différence entre les deux verres doit être considérée essentiellement du point de vue de leurs propriétés physique et mécanique plutôt que du point de vue de la durabilité. Tous les fils étudiés sont commercialisés par les fabricants. Les fils OC (à base de verre E) sont principalement employés dans la fabrication de pièces pour les constructions navales, l’aéronautique et l’automobile mais aussi dans la fabrication de tubes et de réservoirs. Ils sont le plus souvent enrobés d’un liant polymérique (résine époxydique, polyester ou polyvinyle). Les fils SG (à base du verre AR) sont employés dans la fabrication des pièces en béton renforcées de verre tels que les panneaux de toiture ou de façade, les revêtements de murs, des pièces architecturales et décoratives. Tous les fils sont commercialisés en bobine.