Atteindre des performances mécaniques/liantes exceptionnelles grâce aux nanocomposites époxy comme béton

Aug 20, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9157 (2023) Citer cet article

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L'ancrage de barres d'armature en acier dans des structures en béton est une méthode courante dans le secteur du bâtiment et de la construction. Cette recherche se concentre sur l'amélioration des propriétés mécaniques/liantes de l'adhésif nanocomposite époxy préparé en utilisant le traitement de surface des nanocharges SiO2 par le glycidoxypropyltriméthoxysilane (GPTMS). À cette fin, les nanoparticules de silice ont été silanisées via une méthode sol-gel facile à des concentrations de silane de 1, 5, 10 et 20X (c'est-à-dire que X est la concentration stoechiométrique de silane). Les nanoparticules ont été soigneusement caractérisées par les techniques FTIR, TGA, XRD et XPS. Il a été constaté que le taux de greffage GPTMS le plus élevé était obtenu à une concentration de silane de 10X. Les nanoparticules pures et silanisées ont été ajoutées à une résine époxy à deux composants et ont été comparées pour leurs propriétés de traction et de compression. Il a été constaté que la modification de la surface de la nano-silice entraînait une amélioration de la résistance, du module, de la résistance à la compression et du module de compression de 56, 81, 200 et 66 % par rapport à l'adhésif époxy vierge et également de 70, 20, 17 et 21 % par rapport à l'adhésif époxy vierge. Adhésif contenant de la nano-silice pure. Il a également entraîné une amélioration de 40 et 25 % de la résistance à l'arrachement, une amélioration de 33 et 18 % du déplacement d'arrachement et une amélioration de 130 et 50 % de l'énergie d'adhésion par rapport aux adhésifs contenant de la silice vierge et brute, respectivement.

Le béton est l’un des matériaux de construction les plus précieux que l’on trouve partout où il y a une infrastructure1,2,3,4. Les barres d'armature, sous forme de renfort, sont utilisées pour relier la fondation et les colonnes5,6,7. En outre, une autre de leurs applications les plus importantes dans les fondations est la mise en œuvre de lapins pour éviter les joints de construction dans le béton8. Pour renforcer le béton dans les structures, les barres d'armature sont reliées avec du fil, de sorte que le système d'ancrage soit fermement placé dans le béton9,10.

La liaison entre le ciment et les barres d'armature en acier joue un rôle important dans le comportement physico-chimique du système d'ancrage10,11. En général, les fissures dans le béton sont engendrées par des contraintes de traction, qui peuvent résulter d'une surcharge, de changements de température et d'un retrait, et entraîner de mauvaises connexions, un glissement des barres d'armature et une rupture des ancrages12,13. De nombreux efforts ont été réalisés pour améliorer l'adhérence des barres d'armature en acier dans le béton de ciment, notamment l'application de matériaux polymères sur la surface des barres d'armature (par exemple des revêtements14, des résines époxy15, etc.) et la modification de la conception du mélange de béton (par exemple avec des nanoparticules16, des fibres17, etc. ).

Généralement, les adhésifs pour béton sont divisés en deux types : à base d'époxy et à base de latex/polymère18. Ce type de matériaux est utilisé pour réparer le béton, sceller le béton, augmenter les propriétés physico-chimiques du béton et relier l'ancien béton au nouveau19. Certains des avantages des adhésifs structurels sont le renforcement de la structure et l'augmentation de la connexion entre les matériaux, l'utilisation dans des environnements humides, des éléments de connexion avec une section transversale, la résistance à la corrosion et une mise en œuvre rapide et facile20,21. La plantation de barres d’armature ou de boulons est l’une des méthodes les plus couramment utilisées dans le secteur de la construction. Cela comprend un large éventail de connexions structurelles et non structurelles ainsi que le renforcement des structures22,23. Partant de ce point de départ, l’amélioration des propriétés adhésives constitue la technique la plus efficace pour prévenir les dommages structurels en renforçant la liaison métal-béton24.

De nos jours, les adhésifs à base d'époxy sont parmi les adhésifs les plus populaires pour les systèmes d'ancrage de barres d'armature en acier, en raison de leurs forces d'adhérence élevées, de leur compactage rapide et excessif, de leur imperméabilité à l'humidité, à l'eau de mer, des eaux usées et des matières pétrolières, de leur résistance significative aux vibrations et aux contraintes structurelles et de leur haute résistance. propriétés mécaniques19,25.

À partir de 1980, des chercheurs tels que Bloxham26, Van Gemert et al.27 et Swamy et al.28 ont mené des études sur le renforcement du béton avec des barres d'armature en acier à l'aide d'adhésifs époxy.