Béton renforcé par fibres métalliques FAQ

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Réponses

1. Qu’est-ce que le béton renforcé par fibres métalliques ? (BRFM)
Le béton renforcé par fibres métalliques est une alternative au béton renforcé traditionnel pour certains domaines d’application. Une fois mélangées au béton, les fibres d’acier procurent un renforcement discontinu, tridimensionnellement orienté, isotrope. Les fibres d’acier pontent les fissures dès de très faibles ouvertures, transfèrent les contraintes et développent une résistance du béton après fissuration.

Différents types de fibres (matière, forme, taille, etc.) sont disponibles, qui varient quant aux effets dans le béton. C’est pourquoi le béton renforcé par fibres métalliques ne peut pas être simplifié en “béton avec fibres d’acier”. Les fibres d’acier peuvent être subdivisées en cinq groupes :

Type I - fil étiré à froid
Type II - tôle coupée
Type III - extraction d’un bain liquide
Type IV - fil étiré à froid ébarbé
Type V - usinés à partir de blocs

La grande majorité fait partie du groupe I. Le type d’ancrage le plus commun et le plus efficace est “l’extrémité à crochet”. Pour un même type de fibre, le rapport longueur/diamètre et la résistance à la traction ont l’influence la plus importante sur la performance de la fibre. Plus le rapport l/d est élevé, meilleure sera la performance du béton renforcé par fibres métalliques.

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2. Les fibres d’acier peuvent-elles être ajoutées en centrale à béton ?
Oui. Introduire les fibres d’acier une fois que tous les autres ingrédients se trouvent déjà dans le camion. Régler le mélangeur sur une vitesse de charge et ajouter lentement les fibres au mélangeur. Mélanger pendant environ 5 minutes à la vitesse de chargement.
Les fibres d’acier peuvent également être ajoutées au transporteur de granulats, si l’accès est sûr.

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3. Combien de temps faut-il mélanger après avoir ajouté les fibres d’acier au camion de béton prêt à l’emploi ?
Bekaert recommande un mélange continu à la vitesse maximale pendant environ 4 à 5 minutes une fois que toutes les fibres d’acier ont été ajoutées au camion.

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4. Les fibres d’acier peuvent-elles être ajoutées sur le site ?
Oui, ajouter les fibres au mélangeur du camion est également possible sur le site. Ajouter graduellement les fibres au mélange, ce qui est habituellement effectué via une bande transporteuse.

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5. Les fibres d’acier peuvent-elles être ajoutées à n’importe quel mélange ?
Les fibres d’acier peuvent être utilisées dans le béton, le mortier et le coulis. De manière générale, les mélanges rugueux, contenant de très faibles quantités de fines et/ou une courbe granulométrique instable peuvent produire des problèmes de mélange ou de dispersion à haut volume de fibres. Le simple mélange de fibres d’acier à n’importe quel béton ne va probablement pas produire tous les effets positifs que les fibres peuvent apporter au béton. En fonction du type et de la quantité de fibres, des ajustements devront peut être apportés au mélange.
Par exemple :

Augmenter la teneur en fines
Ajuster la courbe granulométrique
Ajuster la quantité de plastifiant

Pour renforcer un béton jusqu’à une résistance réelle d’environ 8000 psi, des fibres de résistance normale suffisent (la majorité des applications). Pour des résistances de béton plus élevées, des fibres de résistance moyenne ou de haute résistance peuvent être nécessaires pour éviter un comportement friable. Si des ciments, agrégats ou additifs spéciaux sont utilisés (rare), un test de malaxage/pompage préalable est recommandé.

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6. Les fibres d’acier vont-elles s’agglomérer dans le mélange ?
Un mélange de béton bien conçu est essentiel pour éviter l’agglomération des fibres. La technologie des fibres encollées a été développée pour limiter au maximum la possibilité d’agglomération des fibres, notamment les fibres ayant un rapport l/d élevé (fibres de haute performance). Les plaquettes de fibres encollées vont se distribuer uniformément au “niveau macroscopique” et pendant le malaxage, les plaquettes vont se séparer en fibres individuelles. Fondamentalement, les plaquettes encollées diminuent temporairement le rapport l/d des fibres pour un malaxage aisé. C’est de cette manière que l’agglomération peut être évitée et que l’on obtient un mélange homogène de béton renforcé par fibres métalliques de haute performance.

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7. Comment les fibres d’acier vont-elles influencer la conception du mélange ?
Les formulations des mélanges avec fibres d’acier sont similaires à celles habituellement utilisées pour les mélanges de béton standard. Les granulométries de granulat et les proportions de mélange recommandées sont fournies en les unités locales. L’utilisation de la plus grande taille de granulat possible et un mélange de granulat de granulométrie continue, contrairement à un mélange de granulométrie discontinue, peut minimiser le retrait. Les fibres d’acier peuvent entrainer une réduction de l’affaissement en raison de leur rigidité. Cela ne signifie pas nécessairement une diminution de la maniabilité. En fonction des températures et du procédé de placement, des réducteurs d’eau de moyenne portée sont habituellement utilisés pour amplifier la maniabilité pour les mélanges contenant plus de 18 à 24 kg par mètre cube de fibres d’acier.

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8. Les fibres d’acier influencent-elles l’affaissement du béton ?
Oui, l’addition de fibres d’acier aux doses usuelles de 55 à 39 kg/m³ va réduire l’affaissement apparent de 1” (2,5 cm) à 3” (7,6 cm). Toutefois, cela ne signifie pas nécessairement une diminution de la maniabilité. L’utilisation d’une consolidation par vibration restaure la maniabilité du BRFM.

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9. Le béton renforcé par fibres métalliques peut-il être pompé ?
Oui, mais il convient de s’attendre à une perte d’affaissement de 0,4” (1 cm) à 1,2” (3 cm) dans le tuyau en fonction de la dose de fibres d’acier, des températures et de la longueur du tuyau. Un réducteur d’eau de moyenne portée est habituellement utilisé pour amplifier la maniabilité et faciliter l’écoulement dans les conduites de la pompe. Des réducteurs d’eau de haute portée peuvent parfois être nécessaires. Habituellement, on utilisera un tuyau de 4” (10 cm) de diamètre.

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10. Les fibres d’acier vont-elles rouiller ?
Non pour les utilisations intérieures comme les tunnels et les entrepôts. Pour les applications extérieures comme les chaussées, une légère rouille peut survenir. L’expérience des voies à haute vitesse et des chaussées industrielles montre que bien que des fibres individuelles se corrodent en surface, une coloration de la surface de béton n’est pas observée. Globalement, on conserve l’esthétique et le bon usage, même en présence d’une corrosion de certaines fibres. Les fibres pour surfaces intérieures utilisées dans les tunnels ou les sols restent brillants dans des conditions environnementales normales.

Les utilisations en extérieur sans production de fissures ont montré qu’un béton ayant une résistance à la compression d’au moins 3 000 psi sur 28 jours, obtenu avec des rapports eau/ciment standards et installé selon des procédés qui conduisent à un bon compactage, limite la corrosion des fibres à la surface du béton. Lorsque les fibres de surface sont corrodées, la propagation de la corrosion ne dépasse pas 0,008” (0,02 cm) sous la surface. Comme les fibres sont courtes, discontinues et se touchent rarement, il n’existe pas de chemin continu pour des courants parasites ou induits entre différentes zones du béton. Les utilisations en extérieur de BRFM fissuré en laboratoire et sur site dans des environnements contenant des chlorures ont montré que les fissures dans le béton peuvent entrainer une corrosion des fibres traversant la fissure. Toutefois, les petites fissures (largeurs de fissure < 0,008” (0,02 cm)) ne permettent pas la corrosion des fibres d’acier traversant celles-ci. Si les fissures sont plus larges que 0,008” (0,02 cm) et de profondeur limitée, les conséquences de cette corrosion localisée ne sont pas structurellement significatives.

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11. Les fibres vont-elles dépasser des joints une fois les coffrages retirés ?
Les fibres ne peuvent faire saillies des coffrages qu’au niveau des jointures. Elles ne peuvent pas dépasser du centre d’un coffrage. Cet effet peut être minimisé si les joints sont calfeutrés avant placement du béton. Il n’est toutefois pas toujours possible de calfeutrer tous les joints. Le nombre de fibres en saillie dépend de la précision des joints et de la dose de fibres.

Les joints plus larges vont piéger plus de fibres que les joints plus étroits. Après enlèvement du coffrage, les fibres peuvent être rapidement enlevées à l’aide d’un bloc de ponçage à main ou d’une petite meuleuse d’angle.

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12. Pour le BRFM coulé sur place, quand utilise-t-on la vibration interne, la vibration sur coffrage ?
Pour une coulée in situ, la vibration interne est l’option la plus utilisée pour consolider le béton. De manière générale, la vibration sur coffrage est utilisée dans l’industrie du béton préfabriqué.

Lorsque le béton renforcé par fibres métalliques est coulé dans un coffrage, une légère vibration du moule aide à éviter le contact entre les fibres et le moule et ainsi, que ces dernières soient visibles à l’enlèvement du coffrage. Par exemple, lors de la coulée de structures préfabriquées renforcées par fibres métalliques, les moules sont vibrés pour consolider le béton. Grâce à cela, les surfaces de la structure sont presque exemptes de fibres. Ainsi, une courte période de vibration du moule dans toutes les structures coulées sur site, en plus de la vibration interne si possible, va conduire au meilleur fini de surface.

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13. Des problèmes se posent-ils dans le cas d’un BRFM coulé sur une membrane étanche ?
Aucune altération du revêtement plastique en raison d’une perforation par fibre n’a jusqu’ici été identifiée. L’abrasion par le granulat acéré pendant la coulée du béton est aussi menaçante pour le revêtement que les fibres d’acier. Après le placement, les fibres tendent à se déplacer et à se ré-orienter pendant la vibration qui libère toute pression d’une quelconque fibre sur le revêtement, pression créée lors du placement. De nombreux projets utilisant le BRFM sont élaborés par une coulée sur site et un béton projeté directement sur les membranes étanches.

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14. Le béton est-il conducteur de l’électricité, y a-t-il un risque de choc électrique ?
Le béton typique renforcé par fibres métalliques contient moins de 0,5 % en volume de fibres d'acier et rarement plus de 0,75 % en volume. Ces fibres sont discontinues et non connectées l’une à l’autre. Les tests ne révèlent qu’une légère diminution de la résistivité électrique suite à l’addition des fibres d’acier. Toutefois, la résistance au flux de courant est considérable. Les effets liés à la teneur en humidité et à la composition du granulat sont plus importants que ceux liés à l’addition des fibres d’acier.

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15. Y a-t-il des risques liés à la sécurité pour les finisseurs ?
Non, avec de bonnes pratiques de sécurité sur le site, les fibres d’acier ne soulèvent aucun problème de sécurité. Veuillez consulter nos fiches techniques de sécurité pour de plus amples informations.

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16. Comment puis-je quantifier les différences entre les diverses fibres d’acier ?
La résistance après fissuration du béton renforcé par fibres métalliques est une propriété de matériau, qui est classiquement utilisée pour évaluer la performance des fibres. On utilisera à cet effet, un test de flexion pour déterminer la résistance à la flexion résiduelle (voir ci-dessous). Pour une même composition de béton, la performance des fibres d’acier dépend de la longueur de la fibre, de son diamètre, du rapport l/d, de l’ancrage et de la résistance à la traction. La dose de fibres seule n’a aucune valeur de performance. L’AStM international dispose de deux procédures de test de la flexion pour le béton renforcé par fibres. Les deux procédures de test sont le procédé de test standard AStM c1399 pour l’obtention de la résistance à la flexion moyenne du béton renforcé par fibres et le procédé de test standard AStM c1609 pour la performance à la flexion du béton renforcé par fibres. Bekaert propose l’utilisation de AStM c1609. L’AStM c1399 peut conduire à des résultats gonflés des résistance à la flexion après fissure en raison de l’orientation favorable des fibres et de l’utilisation d’une plaque en acier pour contrôler la première libération d’énergie par fissuration.

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17. Que signifie résistance résiduelle ?
La résistance à la flexion résiduelle est égale à la résistance à la flexion après fissuration du béton renforcé par fibres métalliques, ce qui correspond à une certaine déformation dans le test de flexion de poutre. Il s’agit d’une valeur de test introduite pour la conception du béton renforcé par fibres métalliques.

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18. Le béton renforcé par fibres métalliques va-t-il user plus fortement les coffrages ou les outils que le béton standard ?
Pas plus que le béton.

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19. Quel est l’avantage des fibres d’acier par rapport aux microfibres synthétiques ?
Les fibres d’acier ne remplacent pas les microfibres synthétiques, et vice versa. Les deux types de fibres procurent au béton des propriétés très différentes, de sorte que leurs champs d’application ne se chevauchent pas. Plutôt qu’un substitut, les deux types de fibre peuvent être complémentaires. Alors que les fibres d’acier offrent une résistance post fissuration et donc, un renforcement, les microfibres synthétiques réduisent la fissuration due au retrait plastique et elles améliorent la résistance au feu du béton. Ces dernières ne procurent aucun effet de renforcement.

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20. Quel est l’avantage des fibres d’acier par rapport aux macrofibres synthétiques ?
Il a été prouvé que l’ancrage mécanique des fibres d’acier procure un renforcement, même pour les applications structurelles. Les fibres d’acier sont constituées d’un matériau présentant des propriétés techniques bien connues : module E, coefficient de Poisson, résistance à la traction et fluage. Le module E de l’acier est supérieur à celui du béton. Ainsi, les fibres d’acier absorbent rapidement les contraintes et affectent immédiatement le processus de fissuration. La capacité de portance de charge à long terme du béton renforcé par fibres métalliques est significative. Les fibres d’acier ont la spécification de matériau AStM A820. Il existe une grande variété de macrofibres synthétiques, avec des propriétés de matériau très différentes. Les macrofibres synthétiques ne disposent pas d’une spécification de matériau AStM. Toutes les macrofibres synthétiques ont un module E inférieur à celui du béton et des résistances à la traction relativement faibles. Ainsi, des fissures d’une certaine largeur doivent se former pour que les macrofibres synthétiques soient capables d’être en prise avec le béton, ce n’est qu’alors que des résistances post fissuration modérées peuvent être obtenues. Les macrofibres synthétiques sont également sujettes au fluage, leur capacité de charge à long terme est donc faible ou inexistante. Le taux de fluage peut croitre avec la température.

Au moins quatre facteurs doivent être envisagés pour un renforcement : le module d’élasticité, le coefficient de Poisson, la résistance à la traction et le fluage.

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21. Au poids, les fibres d’acier sont plus onéreuses que les barres ou treillis d’armature, pourquoi devrais-je payer d'avantage pour les fibres d’acier ?
Le béton renforcé par fibres métalliques permet de réduire le calendrier des travaux, d’envisager des procédés de construction ou des solutions alternatives et d’accroitre la durabilité. Lorsqu’un projet est livré plus rapidement avec moins de travail, les coûts élevés des fibres d’acier se trouvent compensés.

Dans certaines applications, le poids volumique des fibres d’acier est plus faible que les barres d’armature pour un effet de renforcement similaire. Pour ces applications, le coût/renforcement est plus faibles pour les fibres d’acier.

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