Développement et caractérisation du comportement thermomécanique des matériaux composites TRC

Development and characterization of the thermomechanical behavior of composite materials TRC

• Auteur / Autrice : Tala Tlaiji
• Direction : Emmanuel Ferrier, Xuan Hong Vu, Amir Si Larbi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 09/07/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Matériaux Composites pour la Construction (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Hélène Dumontet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Ferrier, Xuan Hong Vu, Amir Si Larbi, Anne-Lise Beaucour
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Izabela Hager, Albert Noumowe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ciment

Propriétés physico-chimiques

Propriétés thermomécaniques

Composites

Mots clés libres

TRC

Comportement thermomécanique

Propriétés physico-chimiques

Ciment phosphatique

Ciment alumineux

Textile carbone

Textile verre

Pré-imprégnation du textile

TRC

Thermomechanical behavior

Physico-chemical properties

Phosphate cement

Aluminous cement

Glass textile

Carbon textile

Pre-impregnation of textile

Résumé

Afin de renforcer et de protéger les structures du Génie Civil vis-à-vis des incendies, un programme de recherche a été entrepris sur le développement d'un nouveau matériau composite TRC. Le composite TRC est généralement constitué de deux composants, le renfort textile et la matrice cimentaire. Les nouveaux composites du projet sont formulés d'une matrice phosphatique ou alumineuse avec des renforts textiles continus utilisant le verre, le carbone ou des hybrides. L'objectif de ce travail est d'examiner et de développer un TRC satisfaisant les critères de performances thermomécaniques. Le premier niveau de conception est de définir une méthodologie de caractérisation permettant d'identifier les caractéristiques thermomécaniques et les propriétés physico-chimiques des TRC à haute température. Plusieurs régimes de chargement thermique et mécanique couplé ainsi que des analyses thermiques ont été appliqués et pris en compte pour les différentes formulations de TRC. Dans une première partie expérimentale, l'effet du refroidissement et de la nature de la matrice sur le comportement thermomécanique de TRC a été étudié. La deuxième partie des essais explore le comportement thermomécanique et thermo-physico-chimique de deux familles de TRC. La première famille était formée d'une matrice phosphatique et des fibres de verre E. Cette partie concerne l'adhérence qui peut être développée au niveau de l'interface fibre-matrice par deux géométries différentes de textile verre E. L'efficacité du renfort est améliorée ensuite par une pré-imprégnation par une résine époxy. La deuxième famille de composite traite le renforcement d'une matrice alumineuse par des grilles de carbone. Cette famille a subi plusieurs modifications. Un chargement de la matrice par de l'alumine et de verre micronique n'a pas été suffisant pour améliorer le comportement du TRC. Une nouvelle grille de carbone a été ensuite utilisée et des couches de fibres discontinues de verre Mat AR ont été insérées dans la matrice. Ces couches de Mat AR créaient une bonne isolation thermique mais présentaient un problème de délaminage. Enfin l'ajout des fibres de polypropylène au sein d'un mortier alumineux à granulométrie étagée présentait des résultats satisfaisants. Après la recherche et la validation du TRC le plus performant, la fonction de '' bouclier thermique '' des matériaux isolants a été traitée afin d'améliorer la stabilité thermomécanique des TRC

In order to strengthen and protect civil engineering structures from fires, a research program was undertaken for the development of new TRC composite materials. The TRC composite generally consists of two components, the textile reinforcement and the cement matrix. The new composites of the project are formulated with an inorganic phosphate cement or an aluminous matrix with continuous textile reinforcements using glass, carbon or hybrids. The purpose of this work is to examine and develop TRC that meets the thermomechanical performance criteria. The first level of design is to define a characterization methodology, which identifies the thermomechanical characteristics and physicochemical properties of TRC subjected to high temperature. Several coupled thermal and mechanical loading regimes as well as thermal analyses were applied and taken into account for different TRC formulations. In a first experimental part, the nature of the matrix and the cooling effect on the thermomechanical behaviour of TRC were studied. The second part of the experimental work explores the thermomechanical and thermo-physico-chemical behaviour of two families of TRC. The first family of TRC was formed of a phosphate cement and E-glass textile. It examines the bond that can be developed through the fibre-matrix interface by two different geometries of textile. The effectiveness of the reinforcement is then improved by a pre-impregnation by a resin epoxy. The second family of TRC deals with the reinforcement of an aluminous matrix by carbon grids. This family has undergone several changes. Filling of the matrix with alumina and micron glass was not sufficient to improve the behaviour of TRC. A new carbon grid was then used and layers of Mat AR glass fibres were inserted into the matrix. These layers of Mat AR created good thermal insulation but presented a delamination problem. Finally, the addition of polypropylene fibres in an aluminous mortar with graded granulometry showed satisfactory results. After the search and validation of the most efficient TRC, the ''heat shield'' function of insulating materials was processed to improve the thermomechanical stability of TRC