Si l'on affirmait que le béton est le matériau de construction le plus répandu au monde, cela ne ferait l'unanimité. Le béton est le matériau le plus utilisé au monde, juste après l'eau.
Le béton renforcé de fibres fait partie des nombreuses innovations développées pour améliorer les caractéristiques de résistance et autres propriétés du béton.
Dans cet article, nous examinerons le béton renforcé de fibres, sa composition, ses différents types et ses avantages, et nous verrons si ce mélange de béton vous convient.
Qu'est-ce que Fibre Béton armé?
Le béton fibré (BF) est un béton frais renforcé par des matériaux fibreux, comme par exemple de longues fibres d'acier. Ce procédé de renforcement améliore les propriétés du béton ordinaire.
On utilise différents matériaux fibreux pour fabriquer du béton fibré. Ce type de béton armé est devenu si populaire que diverses versions sont produites en fonction des exigences d'application.
De quoi est composé le béton renforcé de fibres ?
Les principaux composants du béton renforcé de fibres sont :
Ciment hydraulique
Le principal composant du béton fibré est le ciment hydraulique, qui devient adhésif au contact de l'eau. Le ciment Portland est couramment utilisé comme ciment hydraulique dans le béton fibré.
Fibres
L'ajout de fibres longues modifie les propriétés du béton frais en fonction du type de matériau fibreux utilisé. On distingue généralement quatre catégories de fibres utilisées dans la production de béton fibré. Ces fibres pour béton sont :
Fibres d'acier
Fibres de verre
fibres synthétiques
fibres naturelles
Granulats
Les granulats assurent la cohésion du béton tout en réduisant la quantité de ciment nécessaire. Parmi les granulats courants, on trouve le sable, les pierres concassées et le gravier.
Bref historique de la FRC
Le béton fibré à haute résistance (FRC) existe depuis longtemps, mais ses fibres ont été améliorées. Autrefois, lorsque les bâtiments étaient construits en pierre, le mortier servait de liant. Ce mortier était renforcé par du crin de cheval.
De même, dans le cas de la construction en briques de terre crue, la paille constituait le principal matériau d'armature. Lorsque le béton est devenu l'un des matériaux de construction les plus courants, les fibres d'amiante ont été utilisées comme armature.
Cependant, au fil des décennies, la population a pris conscience des risques sanitaires liés à l'amiante et de son rôle cancérigène. Dans les années 1960, d'autres fibres comme l'acier et le verre ont alors pris le pas sur l'amiante.
Quel est l'effet des fibres sur le béton ?
L'ajout de fibres au béton induit plusieurs effets, dont l'ampleur varie selon le type de fibres utilisées. L'amélioration de la capacité portante dépend de divers facteurs, tels que le nombre de fibres de renforcement par rapport au volume total (fraction volumique) et le rapport d'aspect (dilution de la longueur de la fibre par son diamètre).
Les fibres servent principalement à réduire la fissuration du béton en améliorant sa résistance à la flexion. La fissuration du béton est due à son retrait. Ce retrait peut avoir plusieurs causes, comme le retrait de séchage et le retrait plastique.
De plus, les fibres diminuent la perméabilité du béton, éliminant ainsi le risque d'infiltration d'eau à travers les structures en béton.
Quels sont les différents types de béton renforcé de fibres ?
Il existe différents types de composites en béton renforcé de fibres utilisés dans de nombreuses applications. En voici quelques exemples :
Béton armé de fibres d'acier
Le béton armé de fibres d'acier est l'un des types de béton renforcé de fibres les plus répandus. L'ajout de fibres d'acier d'armature au béton, même en faible quantité, améliore considérablement ses propriétés.
Le béton armé de fibres d'acier est utilisé dans des applications exigeant une résistance élevée au béton, telles que les ponts, les planchers, les tunnels, les mines, les éléments préfabriqués, etc.
Il existe de nombreux types différents de fibres d'acier utilisées pour renforcer le béton, comme le fil étiré à froid (Type 1), les fibres d'acier en tôle coupée (Type 2), extraites par fusion (Type 3), coupées en laminoir (Type 4) et le fil étiré à froid modifié (Type 5).
Béton renforcé de fibres de polypropylène (PFRC)
Le béton renforcé de fibres de polypropylène (PFRC) utilise des fibres synthétiques appelées fibres de polypropylène, un type de thermoplastique. L'ajout de polypropylène au béton présente de nombreux avantages, que nous aborderons dans la section suivante.
Le polypropylène partage de nombreuses caractéristiques avec le polyéthylène, notamment des propriétés de durcissement améliorées, une résistance à la flexion supérieure et une meilleure résistance à la chaleur.
De plus, cette fibre présente une haute résistance aux produits chimiques tels que les acides et les solvants organiques, et elle confère des propriétés similaires au béton.
Béton armé de fibres de verre (GFRC)
Un mélange de béton renforcé de fibres de verre contient de nombreuses petites particules de verre. Comment celles-ci rendent-elles le béton plus résistant ?
Bien qu'une grande vitre soit fragile, la fibre de verre possède une très grande résistance structurelle. De plus, ces fibres constituent un additif peu coûteux, ce qui rend le mélange de béton final moins cher que d'autres solutions comme le béton armé de fibres d'acier.
L'ajout de ces mêmes fibres à du plastique permet d'obtenir un matériau composite en fibre de verre présentant d'excellentes propriétés de résistance à la traction.
Béton renforcé de fibres de polyester
Les fibres de polyester pour béton fibré sont disponibles sous forme de microfibres et de macrofibres. Elles contribuent à améliorer la résistance à la fissuration de ce type de béton fibré.
Le béton renforcé de fibres de polyester présente une plus grande robustesse et une intégrité structurelle supérieure. Sa durabilité accrue en fait un matériau idéal pour les sols industriels, les sols d'entrepôts, les structures préfabriquées, les revêtements et autres applications commerciales similaires.
béton armé de fibres de carbone
Avez-vous déjà entendu parler de l'acier renforcé de fibres de carbone ? Le concept est similaire pour le béton armé de fibres de carbone.
L'incorporation de fibres de carbone au béton est un procédé plus complexe que l'ajout de ciment ou de verre, mais le béton obtenu présente une rigidité et une résistance élevées. Cependant, cette rigidité le rend plus cassant (à l'instar de l'acier au carbone).
Fibre synthétique macro Béton armé
L'utilisation de macrofibres synthétiques dans le béton s'est imposée comme une alternative aux armatures en acier. En effet, ces dernières peuvent représenter un coût important.
Avec leur utilisation croissante, les macrofibres synthétiques sont devenues bien plus qu'une simple alternative. Ces fibres ont de nombreuses applications propres, notamment dans les structures reposant sur le sol.
Les armatures en acier peuvent se corroder dans les zones à forte humidité, comme les milieux marins, et les fibres de verre sont sujettes à l'écaillage. Les macrofibres synthétiques offrent une grande résistance à ces facteurs et constituent donc un atout précieux pour le béton dans ces environnements.
Béton renforcé de fibres naturelles
Les fibres naturelles proviennent de plantes, d'animaux et de minéraux naturels. Comme nous l'avons mentionné dans la section consacrée à l'histoire du béton fibré, les fibres naturelles sont utilisées dans la construction depuis l'Antiquité.
Quel que soit le domaine d'utilisation du béton, il contient une grande quantité de fibres naturelles. Ces fibres contribuent également à réduire le coût de fabrication du béton fibré.
Parmi les fibres naturelles, on trouve le coton, la paille, le bois et les céréales.
Quels sont les avantages de l'utilisation du béton renforcé de fibres ?
L'ajout de différentes fibres au béton présente divers avantages. Le béton fibré est classé selon le type de fibre ajouté. Les avantages spécifiques du béton fibré dépendent du type de fibre utilisé.
De manière générale, voici les avantages associés à certains types courants de béton renforcé de fibres :
Renforcement en fibres de verre
Le renforcement par fibres de verre accroît la résistance structurelle du béton sans augmenter significativement les coûts. Le verre est l'un des matériaux fibreux les moins chers.
Ce type de renforcement sert à améliorer l'aspect esthétique de la structure en béton. Les courtes fibres discrètes sont visibles dans la structure après séchage du béton.
Cette méthode de renforcement ajoute de la résistance à la traction à toutes les zones, contrairement au renforcement traditionnel utilisant des barres d'acier, où la résistance à la traction est limitée à la direction des barres.
Renforcement en fibres d'acier
L'acier offre la plus haute résistance structurelle au béton armé de fibres.
L'ajout de fibres d'acier permet de réduire le nombre d'armatures en acier nécessaires au béton.
Les fibres offrent une meilleure résistance aux chocs et à l'abrasion.
Amélioration de la résistance au dégel et des autres caractéristiques thermiques du bâtiment.
Atténue le risque de fissuration en réduisant la largeur des fissures.
Renforcement du béton par fibres de polypropylène et nylon
Permet de pomper le béton sur une longue distance en augmentant ses propriétés de cohésion.
Améliore les caractéristiques thermiques (par exemple, la résistance au dégel).
Améliore la ductilité du béton et réduit sa fragilité.
En cas d'incendie, les structures en béton renforcées de fibres de polypropylène et de nylon résistent à l'éclatement explosif.
Il en résulte une résistance élevée aux chocs et à l'abrasion.
Quelles sont les applications du béton armé de fibres ?
Le type de béton fibré utilisé peut varier selon le projet de construction. En général, la plupart des projets de génie civil utilisent du béton fibré. Par exemple :
Murs
Sol
Barrages
Pistes
Routes
Tuyaux en béton
Ponts
sols d'entrepôt
regards d'égout
Tunnels
Chaussées
Comment se procurer du béton renforcé de fibres ?
Comme vous le savez déjà, le béton fibré ne désigne pas un produit unique. Il existe différents types de bétons, renforcés par diverses techniques, qui présentent des propriétés spécifiques améliorées.
Il existe des fibres d'acier à haute résistance qui renforcent l'intégrité structurelle du collecteur en béton. Par ailleurs, les matériaux fibreux en verre et synthétiques offrent une résistance modérée à moindre coût.
Par Daniel Arkin
Date de publication : 7 avril 2023