Effects of hygrothermal ageing on the mechanical behavior of conventional composites and bio-composites intended for structural reinforcement
Influence du vieillissement hygrothermique sur le comportement mécanique de composites conventionnels ou biosourcés destinés au renforcement de structures
Résumé
In the context of ageing infrastructures, structural reinforcement by externally bonded fibre reinforced polymers offers a reliable solution for the rehabilitation of structures. Nevertheless, some questions remain concerning the long-term sustainability of these reinforcements and their environmental impact. This study, which is part of the MICRO project funded by the National Research Agency (ANR), aims to study the effect of hygrothermal ageing on the mechanical performance of traditional carbon/epoxy composites and an innovative composite system with a reduced environmental footprint. This bio-sourced system, which was specifically developed as part of this project, consists of a bio-epoxy matrix reinforced with flax fibres. The design of experiment consisted in subjecting both types of composite laminates, as well as concrete slabs reinforced with these two systems, to different accelerated ageing conditions under six combinations of temperature and relative humidity. Samples were also subjected to natural ageing in the external environment, in order to compare ageing kinetics under accelerated and natural conditions. The mechanical properties of composites were then periodically characterized by tensile tests, interlaminar shear tests and short beam 3-point-bending tests, while the interface concrete/composite was evaluated by pull-off tests. In addition, physico-chemical tests were systematically carried out to identify possible microstructural modifications or degradation of the composites during the various ageing processes.
Face au vieillissement du parc d’infrastructures, le renforcement structural par collage externe de matériaux composites s’impose comme une solution de choix pour la réhabilitation des ouvrages. Néanmoins, certaines questions restent posées quant à la durabilité à long terme de ces renforcements et à leur impact sur l’environnement. Dans ce contexte, cette étude réalisée dans le cadre du projet MICRO financé par l'Agence nationale de la recherche, vise à étudier l'influence du vieillissement hygrothermique sur les performances mécaniques de composites traditionnels à matrice époxy renforcée par des fibres de carbone et d’un système composite innovant à empreinte environnementale réduite. Ce système bio-sourcé, qui a été spécifiquement développé dans le cadre du projet, est constitué d’une matrice bio-époxy renforcée par des fibres de lin. Le plan d’expériences a consisté à soumettre les deux types de composites ainsi que des dalles de béton renforcées par ces deux systèmes, à différentes conditions de vieillissement accéléré sous six combinaisons de température et d’humidité relative. Des échantillons ont également été soumis à un vieillissement naturel en environnement extérieur, dans le but de comparer les cinétiques des vieillissements accélérés à la cinétique de vieillissement en condition naturelle. Les propriétés mécaniques des composites ont ensuite été caractérisées périodiquement par des essais de traction, des essais de cisaillement inter-laminaire et des essais de flexion 3 points avec appuis rapprochés, tandis que les propriétés d’interface des assemblages collés béton/composites ont été évaluées par des essais d’arrachement. Par ailleurs, des essais physico-chimiques ont systématiquement été réalisés pour mettre en évidence d’éventuelles modifications microstructurales ou dégradations des composites au cours des différents vieillissements.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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