Composites à matrice polymère renforcée par des fibres

le Conseil supérieur des travaux publics a publié les «Lignes directrices pour l’identification, la qualification et le contrôle d’acceptation des composites à matrice inorganique renforcés de fibres (FRCM) destinés à être utilisés pour la consolidation structurelle des bâtiments existants».

Cette norme exige divers tests de durabilité environnementale sur les échantillons FRCM, qui comprennent : des tests de vieillissement artificiel, des tests de réaction aux contraintes thermiques et des tests cycliques de gel-dégel.

des tests
de résistance climatique

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FDM apporte les solutions adaptées à ces exigences, avec des chambres climatiques pour les tests environnementaux de tous types, incluant des tests d'humidité et de température.

Chaque cycle dure au moins 4 heures à -18°C, suivies de 12 heures dans une chambre humide, avec une humidité relative d'au moins 90 % et une température de 38°C.

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Normes de référence

• Lignes directrices 2019 du CSLP (Conseil supérieur des travaux publics) — Identification, qualification et contrôle d’acceptation des composites à matrice inorganique renforcés de fibres (FRCM) pour la consolidation structurelle.
• CNR-DT 200 R1/2013 — Instructions pour la conception, l'exécution et le contrôle des interventions de consolidation statique utilisant des composites renforcés de fibres FRP.
• CNR-DT 215/2018 — Lignes directrices sur les systèmes FRCM pour la consolidation des structures en maçonnerie et en béton armé.
• EN 12467:2012+A2:2018 — Plaques plates en fibrociment, essais de durabilité au gel-dégel et à la chaleur-pluie.
• ASTM D7705/D7705M-22 — Résistance aux alcalis des barres composites à matrice polymère renforcée de fibres (FRP) utilisées dans la construction en béton.
• UNI EN ISO 9142:2004 — Adhésifs, guide pour la sélection des conditions de vieillissement accéléré en laboratoire pour les joints collés.

Sources faisant autorité

• Conseil supérieur des travaux publics. Organe consultatif du ministère italien de l'Intérieur, qui émet des recommandations sur les matériaux innovants dans la construction.
• CNR – Conseil national de la recherche. Publie les documents techniques CNR-DT sur les PRF et les FRCM pour le renforcement des structures.
• ASTM International. Organisme de normalisation américain qui gère la série de normes D7705/D7617 sur les matériaux composites de construction.
• UNI – Organisation italienne de normalisation. Diffuse les normes italiennes EN/ISO applicables aux secteurs des composites et de la consolidation.

Questions fréquentes concernant les essais climatiques des composites FRCM

Combien de cycles de gel-dégel les directives CSLP pour les FRCM exigent-elles ?

Les lignes directrices CSLP relatives aux matériaux résistants au gel-dégel (FRCM) prescrivent un essai de résistance au gel-dégel structuré en cycles de durée standardisée. Chaque cycle comprend au moins 4 heures à -18 °C en milieu sec, suivies de 12 heures à +38 °C avec une humidité relative ≥ 90 %. Le nombre total de cycles requis dépend de la classe d'exposition environnementale : pour les interventions en intérieur, 20 cycles suffisent, tandis que pour les applications en extérieur dans les zones sujettes au gel, l'essai s'étend sur 50 à 100 cycles. Après traitement, les échantillons sont soumis à des essais de traction directe et d'adhérence afin d'évaluer la réduction de leurs propriétés mécaniques, qui ne doit pas excéder 20 % des valeurs initiales. L'enceinte climatique utilisée doit garantir des rampes thermiques ≥ 3 °C/min et une uniformité de température de ± 2 °C dans tout le volume d'essai.

En quoi consiste le test de vieillissement artificiel des systèmes FRCM ?

Le test de vieillissement artificiel combine l'exposition à la température, à l'humidité et parfois aux rayonnements UV afin de reproduire rapidement la dégradation que subit le système composite in situ. Pour les composites à matrice fibreuse renforcée (FRCM), les lignes directrices CSLP recommandent une exposition en chambre climatique à +40 °C et 90 % RH relative pendant 1 000 à 3 000 heures, avec parfois des cycles d'humidification-séchage. Simultanément, un test de contrainte thermique est réalisé, avec des cycles entre +20 °C et +50 °C répétés 100 à 200 fois. Les échantillons sont caractérisés avant et après le test par des essais d'arrachement, de cisaillement simple et de traction directe, conformément à la norme CNR-DT 215. Une dégradation acceptable est généralement définie comme inférieure à 25 % de la résistance à la traction initiale et inférieure à 30 % de l'adhérence au substrat.

Quelle est la différence entre les matériaux FRP et FRCM en termes de tests climatiques ?

Les systèmes PRF (polymères renforcés de fibres) utilisent des matrices polymères thermodurcissables (époxy, vinylester) et sont sensibles à la température de transition vitreuse (Tg) et à l'humidité absorbée par la matrice. Les essais climatiques typiques (CNR-DT 200 R1) comprennent le vieillissement dans l'eau à +40 °C, en solution alcaline (pH 12,5) et les cycles de gel-dégel. FRCM (matrice cimentaire renforcée de fibres) , quant à eux, possèdent une matrice cimentaire ou pouzzolanique inorganique, ce qui leur confère une meilleure résistance à la température mais une vulnérabilité aux cycles de gel-dégel due à la porosité de la matrice. Les lignes directrices CSLP prescrivent des essais de résistance au gel-dégel spécifiques pour les FRCM, avec des cycles de 4 h à -18 °C et de 12 h à +38 °C et 90 % RH, plus sévères que ceux généralement utilisés pour les PRF.

Comment une chambre climatique est-elle qualifiée pour tester les composites structuraux ?

La qualification métrologique exige la procédure IQ/OQ/PQ selon la norme UNI EN 60068-3-5, avec cartographie d'au moins 9 points du volume utile. Pour les essais CSLP sur FRCM, les exigences suivantes s'appliquent : plage de température de -20 °C à +60 °C, humidité relative jusqu'à 95 %, rampes de température ≥ 3 °C/min, uniformité ± 2 °C et stabilité ± 0,5 °C. L'enceinte doit être équipée de porte-échantillons dédiés qui ne gênent pas le flux d'air et permettent une exposition correcte des échantillons sur toutes leurs faces. Les sondes de contrôle et de cartographie doivent être étalonnées dans des laboratoires accrédités ACCREDIA (ISO/IEC 17025) avec une incertitude ≤ 0,3 °C sur la température et ≤ 2 % sur l' RH. Les échantillons doivent être préparés conformément à la norme CNR-DT 215, avec des dimensions normalisées de 400×100 mm et préconditionnés à 23 °C/50 % RH pendant 7 jours avant l'essai.