Béton renforcé par des textiles

Le béton armé textile est un type de béton armé dans lequel les barres d’armature en acier habituelles sont remplacées par des matériaux textiles. Au lieu d’utiliser une cage métallique à l’intérieur du béton, cette technique utilise une cage en tissu à l’intérieur de celui-ci.

Vue d’ensemble

Les matériaux présentant une résistance élevée à la traction et des propriétés d’allongement négligeables sont renforcés par des tissus ou des non-tissés. Les fibres utilisées pour fabriquer le tissu sont de haute ténacité, comme le jute, la fibre de verre, le Kevlar, le polypropylène, les polyamides (Nylon), etc. Le tissage du tissu se fait soit en bobine, soit en couche. Des matériaux fondus, des argiles céramiques, des plastiques ou du béton de ciment sont déposés sur le tissu de base de manière à ce que le tissu intérieur soit complètement enveloppé par le béton ou le plastique.

Grâce à ce type de structure, le béton obtenu devient flexible du côté intérieur, tout en étant très résistant grâce aux matériaux extérieurs. Diverses structures non tissées sont également utilisées en priorité pour former la structure de base. Des types spéciaux de machines à tisser sont utilisés pour former des tissus en spirale et les tissus de couche sont généralement non tissés.

Historique

Premiers brevets

La création initiale du béton renforcé par des textiles (BRT) a commencé dans les années 1980. Les concepts pour le BRT proviennent du Sächsisches Textiforschungs-institut e.V. STFI, un institut allemand spécialisé dans la technologie textile. Le premier brevet pour la conception du béton renforcé par des textiles, accordé en 1982, concernait des éléments de sécurité liés au transport. Ces éléments étaient spécifiquement destinés à être renforcés par des matériaux autres que l’acier. En 1988, un brevet a été délivré pour une barrière de sécurité utilisant une armature en forme de corde. Cette armature était fabriquée à partir de déchets de béton et de textiles, et la disposition innovante et la taille des fibres de renforcement à l’intérieur étaient remarquables. Les armatures ont été mises en place pour que le béton puisse être coulé, et la taille de l’armature a été décrite à l’aide du diamètre et de la taille des mailles.

Canoë en béton et béton armé textile

En 1996, des étudiants allemands ont créé deux canoës en béton à l’aide d’armatures textiles. L’un des canots a utilisé du verre résistant aux alcalis comme armature textile. Pour fabriquer le verre en tissu, un procédé appelé Malimo-technique a été utilisé pour maintenir le verre en un fil continu, de sorte qu’il puisse être utilisé pour fabriquer le tissu. L’autre bateau a été construit en utilisant de la fibre de carbone comme méthode de renforcement. Les bateaux ont participé à la régate de canoës en béton de 1996 à Dresde, en Allemagne, et c’était la première fois que le béton renforcé par des textiles était porté à l’attention du public ; les bateaux ont reçu un prix pour leur conception.

La construction

Quatre facteurs sont importants lors de la construction d’un BRT : la qualité du béton, l’interaction entre le textile et le béton, la quantité de fibres utilisées et la disposition du renforcement textile à l’intérieur du béton.

La taille des particules du béton doit être soigneusement sélectionnée. Si le béton est trop grossier, il ne pourra pas traverser l’armature textile. Pour obtenir les meilleurs résultats, il convient d’utiliser du béton frais. Pour faciliter l’adhésion, des adjuvants chimiques peuvent être ajoutés afin d’aider les fibres à adhérer au béton.

Les caractéristiques du BRT sont sa structure fine et sa nature malléable, ainsi que sa capacité à conserver une résistance élevée à la traction ; ceci est dû au renforcement du béton qui utilise de longues fibres continues qui sont tissées dans une direction spécifique afin d’ajouter de la résistance. En raison des différentes résistances et propriétés nécessaires pour supporter une charge correcte, il existe de nombreux types de fils, de tissages textiles et de formes qui peuvent être utilisés dans la BRT. Le textile commence par un fil constitué d’un brin continu de filaments ou d’agrafes. Le fil est tissé, tricoté, collé, tressé ou non tissé, selon les besoins du projet. Le carbone, le verre AR et le basalte sont des matériaux particulièrement adaptés à ce processus. Le carbone présente une bonne résistance à la traction et une faible dilatation thermique, mais il est coûteux et adhère mal au béton. Le basalte est formé par la fusion de la roche basaltique ; il est plus économique que le carbone et présente une bonne résistance à la traction. L’inconvénient du basalte est que lorsqu’il est placé dans une solution alcaline, comme le béton, il perd une partie de son volume de fibres, ce qui réduit sa résistance. Il faut donc appliquer un revêtement en polymère nanocomposite pour augmenter la longévité de la construction. Le verre AR présente également ce problème, mais les avantages de l’utilisation du verre AR dans les structures BRT, notamment son adhérence au béton et son faible coût, l’emportent sur ces problèmes.

Le béton renforcé par des textiles est décrit comme un composite résistant à la déformation. Les composites soumis à l’écrouissage utilisent des renforts en fibres courtes, tels que des fils en fibres de carbone, pour renforcer un matériau. L’écrouissage exige que les renforts et la matrice de béton entourant les renforts soient soigneusement conçus afin d’obtenir la résistance souhaitée. Le textile doit être orienté dans la bonne direction lors de la conception afin de supporter les principales charges et contraintes qu’il est censé supporter. Les types d’armures qui peuvent être utilisés pour fabriquer des tissus pour le BRT comprennent l’armure toile, l’armure Leno, le tricotage en chaîne et l’entretoise 3D.

Un autre aspect important du béton renforcé par des textiles est la perméabilité du textile. Une attention particulière doit être accordée à sa structure, de sorte que le textile soit suffisamment ouvert pour permettre au béton de s’écouler, tout en restant suffisamment stable pour conserver sa propre forme, étant donné que l’emplacement de l’armature est vital pour la résistance finale de la pièce. Le matériau textile doit également présenter une résistance élevée à la traction, un allongement important avant rupture et un module d’Young supérieur à celui du béton qui l’entoure.

Le textile peut être posé à la main dans le béton ou le processus peut être mécanisé pour augmenter l’efficacité. Les différentes méthodes de fabrication du béton renforcé par des textiles vont du moulage traditionnel dans un coffrage à la pultrusion. Lors de la fabrication du BRT par moulage, le coffrage doit être construit et l’armature textile doit être préinstallée et prête à être versée dans le béton. Une fois que le béton a été coulé et a eu le temps de durcir, le coffrage est retiré pour révéler la structure. Une autre façon de créer une structure BRT est de la laminer à la main. Comme pour le coulage, un coffrage doit être créé pour accueillir le béton et le textile ; le béton est ensuite étalé uniformément dans le coffrage, puis le textile est posé dessus. Le béton est ensuite étalé uniformément dans le coffrage, puis le textile est posé dessus. Du béton supplémentaire est versé par-dessus, et un rouleau est utilisé pour faire pénétrer le béton dans les espaces du textile. Le BRT peut également être créé par pultrusion. Dans ce procédé, un textile est poussé à travers une chambre d’infiltration de boue, où le textile est recouvert et enrobé de béton. Des rouleaux pressent le béton dans le textile, et il faut parfois plusieurs rouleaux pour obtenir la forme et la taille souhaitées.

Utilisations

Les utilisations de matériaux et de bétons renforcés par des textiles se multiplient de nos jours grâce à la science des matériaux et à la technologie textile. Les ponts, les piliers et les protections routières sont réalisés en béton armé de kevlar ou de jute pour résister aux vibrations, aux secousses soudaines et à la torsion (mécanique). L’utilisation de la construction en béton armé dans le monde moderne est due à la grande disponibilité de ses ingrédients – l’acier d’armature et le béton. Le béton armé s’adapte pratiquement à toutes les formes, est extrêmement polyvalent et est donc largement utilisé dans la construction de bâtiments, de ponts, etc. Le principal inconvénient du béton armé est que son armature en acier est sujette à la corrosion. Le béton est très alcalin et forme une couche passive sur l’acier, le protégeant ainsi de la corrosion. Les substances pénétrant dans le béton depuis l’extérieur (carbonisation) diminuent l’alcalinité au fil du temps (dépassivation), ce qui fait que l’armature en acier perd sa protection et entraîne la corrosion. Cela conduit à l’écaillage du béton, réduisant la permanence de la structure dans son ensemble et conduisant à une défaillance structurelle dans les cas extrêmes.

En raison de sa faible épaisseur, de sa rentabilité et de sa légèreté, le béton armé textile peut être utilisé pour créer de nombreux types de composants structurels. Le contrôle des fissures du BRT est bien meilleur que celui du béton armé traditionnel ; lorsque le BRT se fissure, il crée de multiples petites fissures, d’une largeur comprise entre 50 et 100 nanomètres. Dans certains cas, les fissures peuvent s’auto-cicatriser, car une fissure de 50 nanomètres est presque aussi imperméable qu’un béton non fissuré. Grâce à ces propriétés, le BRT est un matériau idéal pour tous les types d’applications architecturales et de génie civil.

Le béton renforcé par des textiles peut être utilisé pour créer des structures complètes, comme des ponts et des bâtiments, ainsi que de grandes structures dans des environnements où il y a beaucoup d’eau, comme dans les mines et les jetées de bateaux.En 2018, les procédures d’essai et l’approbation de ces structures ne sont pas disponibles, bien qu’il puisse actuellement être utilisé pour créer de petits composants, comme des panneaux. Les panneaux de façade seraient une utilisation pratique du BRT, car le matériau est plus fin et plus léger que les murs en béton typiques, et constitue une alternative moins coûteuse que d’autres options. Pour les ponts et les profils de bâtiments, le BRT pourrait renforcer la solidité et la conception générale de la structure. Le BRT pourrait également être utilisé pour créer des formes irrégulières avec des bords durs, et pourrait être un nouveau moyen d’améliorer le style et la conception architecturale des bâtiments modernes.

Le béton renforcé par des textiles pourrait également être utilisé pour renforcer, réparer ou compléter des bâtiments existants, que ce soit d’un point de vue structurel ou cosmétique. En outre, le BRT pourrait être utilisé pour fournir une couche de protection aux anciennes structures ou pour ajouter de nouveaux éléments à une ancienne structure, en raison de l’absence de corrosion associée à ce mécanisme. Contrairement à l’acier, qui rouille si une fissure se forme, le BRT ne se corrode pas et conserve sa résistance, même en présence de petites fissures. Si la fibre de carbone est utilisée comme textile, le BRT pourrait être utilisé pour chauffer les bâtiments ; la fibre de carbone est conductrice et pourrait être utilisée pour soutenir le bâtiment, ainsi que pour le chauffer.

Exemples actuels

Le béton armé textile à grande échelle est visible en Allemagne, à l’université RWTH d’Aix-la-Chapelle, où un pavillon a été construit à l’aide d’un toit en béton armé textile. Le toit a été conçu à l’aide de quatre pièces de BRT ; chaque pièce était fine et doublement incurvée en forme de paraboloïde hyperbolique. La conception traditionnelle du béton n’aurait pas permis de réaliser cette structure, en raison du coffrage complexe nécessaire à la création de la pièce. L’université RWTH d’Aix-la-Chapelle a également utilisé du béton armé textile pour créer des panneaux de façade sur une nouvelle extension ajoutée à son bâtiment de l’Institut du béton structurel. Cette façade a été réalisée à l’aide de verre AR et a été beaucoup plus légère et plus rentable qu’une façade traditionnelle en béton armé ou en pierre. En 2010, l’université RWTH d’Aix-la-Chapelle a également participé à la conception d’un pont en béton armé textile à Albstadt, en Allemagne, en utilisant du verre AR comme armature. Le pont mesure environ 100 mètres de long et devrait avoir une durée de vie beaucoup plus longue que le pont en béton armé acier qu’il a remplacé.

Durabilité

Le béton armé textile est généralement plus fin que le béton armé acier traditionnel. Une construction typique renforcée par l’acier a une épaisseur de 100 à 300 mm, alors qu’une structure en BRT a généralement une épaisseur de 50 mm. Le BRT est beaucoup plus fin en raison de la couche protectrice supplémentaire de béton qui n’est pas nécessaire à sa conception. Grâce à cette structure plus fine, moins de matériaux sont utilisés, ce qui contribue à réduire le prix de l’utilisation du béton, puisque la quantité de béton nécessaire est également réduite. Comme le BRT peut être utilisé pour prolonger la durée de vie des structures existantes, il réduit le coût des matériaux et de la main-d’œuvre nécessaires pour démolir ces structures existantes afin d’en créer de nouvelles. Au lieu de remplacer les anciennes structures, on peut maintenant les réparer pour ajouter des années de service à la durée de vie de leur construction.

FAQ sur le Béton Armé Textile

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References:

TEXTILE REINFORCED CONCRETE – FROM THE IDEA TO A HIGH-PERFORMANCE MATERIAL (pdf)

Complex shapes with textile-reinforced concrete (pdf)