Etude expérimentale sur les propriétés en traction axiale du béton renforcé de fibres de polypropylène

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 16383 (2023) Citer cet article

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Afin d'étudier les propriétés de traction axiale du béton renforcé de fibres de polypropylène, un dispositif d'essai de traction axiale pour le béton est développé dans cet article. Le dispositif est composé de trois parties : un cadre rigide, une charnière et un extracteur sphériques et une partie de fabrication de l'échantillon. Le dispositif de test peut mesurer avec précision la résistance à la traction et la déformation maximale du béton, et résout parfaitement le problème d'excentricité des éprouvettes de béton sous tension. Il peut mesurer la déformation en traction du segment après le pic, de telle sorte que la courbe contrainte de traction-déformation du processus complet puisse être obtenue. L'essai de traction axiale du béton à fibres de polypropylène a été réalisé à l'aide du dispositif d'essai ci-dessus, et les résultats montrent que la résistance à la traction du béton peut être clairement améliorée en ajoutant de la fibre de polypropylène, ce qui fait que la rupture en traction du béton présente certaines caractéristiques plastiques. Les résultats des tests montrent qu'avec l'augmentation de la teneur en fibres, la résistance à la traction du béton augmente d'abord puis diminue. Les effets de la teneur en fibres de polypropylène et du temps de durcissement sur les propriétés de traction du béton ont été étudiés et la teneur optimale en fibres de polypropylène a été déterminée. Lorsque la teneur en fibres est de 0,9 kg/m3, la résistance à la traction du béton atteint la valeur maximale. L'essai de traction de fendage du béton dans les mêmes conditions a été réalisé simultanément. Le phénomène d'endommagement et les résultats des essais de traction axiale et de rupture du béton ont été comparés et analysés, et l'applicabilité du nouveau dispositif développé dans l'essai de traction axiale du béton a été vérifiée.

L'ajout de fibres de polypropylène au béton peut offrir des avantages significatifs, une amélioration de l'économie et de la durabilité. Par exemple, la combinaison de fibres et de béton peut améliorer la résistance à la fissuration du béton1,2. La fibre de polypropylène possède d'excellentes propriétés mécaniques, une bonne résistance à la corrosion et un prix bas. L'ajout d'une quantité appropriée de fibres de polypropylène dans le béton peut évidemment améliorer les propriétés mécaniques et la résistance aux fissures du béton3,4,5. Le retrait plastique du béton peut être réduit de 12 à 25 % lorsque 0,1 à 0,3 % de fibres de polypropylène sont ajoutées. De plus, la résistance à la traction et à la flexion du béton après 7 et 28 jours peut être augmentée, et le rapport traction-compression à 28 jours peut être augmenté de 46 %. Évidemment, les fibres de polypropylène peuvent améliorer considérablement les performances du béton6,7,8.

À l’heure actuelle, la plupart des recherches sur les propriétés mécaniques du béton se concentrent sur les performances du béton sous charges de compression et de flexion, tandis que les études sur le comportement en traction axiale du béton sont rares. À l’heure actuelle, la résistance à la traction du béton est principalement mesurée par la méthode indirecte, notamment l’essai de fendage9,10 et l’essai de flexion11. La résistance à la traction est calculée selon la formule empirique, alors que l'état de contrainte interne de l'éprouvette est plus compliqué ; l'erreur de la résistance à la traction mesurée est plus grande et la déformation ultime en traction ainsi que la courbe contrainte de traction-déformation du béton ne peuvent pas être mesurées12. L’essai de traction axiale est la méthode la plus adaptée pour tester la résistance à la traction du béton13. Plusieurs chercheurs ont réalisé des expériences à cet égard.

Julia et al.14 ont effectué simultanément un essai de flexion en trois points et un essai de traction axiale. Lors de l’essai de traction axiale, des éprouvettes cylindriques en béton ont été utilisées. De plus, un dispositif d’essai de traction axiale a été développé. Les deux extrémités des échantillons ont été serrées par un dispositif métallique pour exercer une force de traction, mais cette approche ne prend aucune mesure pour éliminer l'excentricité. Kim et al.15 ont utilisé un spécimen d'haltère à section variable, et la concentration de contrainte a été réduite par la section variable, de sorte que la partie médiane du spécimen était une zone de traction uniforme. Liao et al.16 ont conçu un ensemble de dispositifs de traction axiale et de pince pour béton et ont effectué simultanément des tests de traction directe et indirecte sur le béton. Kasagani et Rao17 ont développé un dispositif de fixation en béton de type pince externe qui sécurise les extrémités supérieure et inférieure du béton et place un anneau de traction aux deux extrémités pour éliminer l'excentricité de l'échantillon. Cette méthode a été utilisée pour mesurer la section ascendante de la courbe contrainte-déformation de traction du béton. Le travail expérimental a été réalisé sous tension uni-axiale avec des volumes de fibres de 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,50% de fibres de verre mono, et les résultats ont montré que la résistance, la capacité de déformation et la capacité d'absorption d'énergie étaient plus élevées pour Béton renforcé de fibres de verre classé que pour le béton renforcé de fibres de verre mono.