Durability of composite materials made from mineral matrices and vegetal fibers (TRM)

Titre traduit

Durabilité des composites à matrice minérale et fibres naturelles (TRM)
Résumé

Au cours des dernières années, l'utilisation des matériaux composites TRM (Textile Reinforced Mortar) a suscité un grand intérêt dans le monde entier. Elle est considérée comme l'une des techniques les plus innovantes et les plus efficaces pour la réhabilitation et le renforcement parasismique des ouvrages de génie civil existants. Afin de réduire les impacts environnementaux de ces composites, la fabrication de TRM à partir de textiles à base de fibres naturelles au lieu de fibres synthétiques à haute résistance a été récemment explorée par la communauté scientifique. Cependant, peu d'études dans la littérature abordent les problèmes de durabilité de ces fibres lorsqu'elles sont utilisées dans un tel type de composite. Dans le but de réaliser des interventions de réhabilitation ou de réparation éco-durables, les travaux de cette thèse ont porté sur la durabilité des TRM à base de textiles de fibres végétales (chanvre et lin) incorporés dans des matrices minérales (matrice ettringitique et matrice de chaux hydraulique naturelle). La thèse a étudié l'efficacité de ces types de composites à court terme ainsi que la durabilité des fibres végétales dans les milieux alcalins des matrices minérales. Avant d'aborder le problème de la caractérisation des composites, les fils et les mortiers utilisés ont été caractérisés physiquement et mécaniquement. Ensuite, des tests de durabilité sur des fils de chanvre, de lin et de chanvre imprégné par une résine bio ont été réalisés selon différents protocoles de vieillissement accéléré et selon une approche Arrhenius. Puis, des tests de traction sur des systèmes de TRM à base de fibres de chanvre imprégnés ou non par une résine bio ont été effectués à différentes échéances pour qualifier les matériaux composites et évaluer l'efficacité de l'utilisation de l'approche Arrhenius afin de prévoir la durée de vie de ces types de composites. Ainsi, à l'échelle du support, des essais d'adhérence en cisaillement ont été réalisés sur des éléments en béton et des éléments en maçonnerie renforcés par des TRM à base de fils de chanvre imprégnés par la résine bio et incorporés dans une matrice ettringitique et une matrice à base de chaux hydraulique naturelle, respectivement, afin d'évaluer la qualité de la liaison matrice-textile ainsi que les liaisons matrice-substrat. Enfin, cette étude a délivré des résultats expérimentaux prometteurs qui ont montré une solution technique pour l'utilisation de textiles en fibres végétales dans les composites TRM afin d’améliorer la liaison textile-matrice, et elle permet de préciser les aspects sur lesquels il faut agir pour augmenter leur efficacité et leur durabilité à long terme.

mots clés

Résumé

In recent years, the use of textile-reinforced mortar (TRM) composites have gained a great interest worldwide. It is considered one of the most innovative and effective techniques for the rehabilitation and seismic retrofitting for existing civil engineering structures. In order to reduce the environmental impacts of these composites, TRM made from natural fiber textile instead of high strength synthetic fibers are lately being investigated by the scientific community. However, few studies in the literature address the durability issues of these fibers when used in such composite. With the aim of realizing an eco-sustainable rehabilitation or repair interventions, the work of this thesis will focus on the durability of TRMs made from plant fiber textiles (hemp and flax) embedded in mineral matrices (ettringitic and natural hydraulic lime matrices). The thesis studied the effectiveness of these types of composites in the short term as well as the durability of the plant fibers in the alkaline environments of the mineral matrices. Prior to addressing the issue of the composite characterization, the adopted yarns and mortars were physically and mechanically characterized. Then, durability tests on hemp, flax and bio-resin-coated hemp yarns were carried out through different accelerated aging protocols and by using an Arrhenius approach. Then, tensile tests on hemp and bio-resin-coated hemp TRMs were carried out at different curing ages to qualify the composite materials and to evaluate the efficacy of using the Arrhenius approach to predict the service life of such composites. Consequently, on the substrate scale, shear bond tests were carried out on concrete elements and brick-masonry elements reinforced with bio-resin-coated hemp TRMs employing ettringitic and natural hydraulic lime matrix respectively, in order to assess the quality of the textile-matrix and the matrix-substrate bonds behaviors. Finally, this study yielded promising experimental results that showed a technical solution for the use of plant fiber textiles in TRM composites to improve the textile-matrix bond, and outlined the aspects on which it is necessary to act to increase their efficiency and their long-term durability.

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