Composite Ciment Verre (CCV)

Le composite ciment verre (CCV), dénomination française de Glass Fiber Reinforced Concrete (GFRC) est un micro béton riche en ciment (rapport sable/ciment = 1), dans lequel des fibres de verre (Ø filaments : 10 à 30 µ) sont incorporés lors du malaxage (technique du prémix) ou de la mise en œuvre selon une technologie directement issue des composites verre-polyester : la projection simultanée.

Le micro béton apporte au CCV ses qualités intrinsèques (moulabilité, diversité des parements, ...). Quant à la fibre de verre, elle lui confère un comportement mécanique pseudo-ductile qui autorise la création de produits minces donc légers : 230 kg/m² en 20 mm d'épaisseur.

Historique

Années 30: Russie

• Premiers essais et échecs. Le verre classique E est corrodé par les alcalis du ciment.

Années 60: Grande Bretagne

• Découverte par le professeur Majumbar de la fibre de verre AR(Alcali-Résistante).

• Pilkington Brothers developpe la technologie du CCV.

Années 70: Pays Bas

• Forton met au point le PGRC, ajout d'un polymère acrylique (15% poids ciment) au mélange micro béton+fibres E.

• Le polymère réduit la porosité du micro béton et permet la cure dite "à l'air" (2 jours en atmosphère humide).

Années 80: Monde entier

• Développement des productions de CCV en projection simultanée ou coulé vibré.

• Standardisation de fait des formulations: 5/5 en projection simultanée(5% en poids de fibres AR et 5%en volume de polymère).

Années 90: Europe

• Lancement des travaux de normalisation europpéenne des CCVau sein du TC 229 produits préfabriqués en béton(animation française).

Les premiers produits ont été donc fabriqués dans les années soixante en Grande-Bretagne. Toutefois, le réel développement de l'utilisation du CCV date des années 1980 avec la connaissance des mécanismes physico-chimiques de son vieillissement (la fibre de verre borosilicate de type E utilisée avec succès pour que le renforcement des matrices organiques ne résiste pas aux alcalis de la pâte de ciment) et l'industrialisation de solutions pour garantir les propriétés mécaniques à long terme des produits soumis aux intempéries :

• Utilisation de fibre de verre AR (Alcali Résistants);

• Ajout de polymère acryliques qui réduisent la porosité du micro béton et simplifient les conditions de cure;

• Plus récemment, addition de chaux à effet pouzzolanique dans le micro béton pour prévenir, lorsque nécessaire, la perte de ductilité due à la formation de cristaux de chaux à l'interface fibres/micro béton.

Formulation et performances

Les formulations actuellement utilisées dites 5/5 en projection simultanée (5% de fibres en masse et 5% de polymère en volume) et 3/5 en prémix, présentent un compromis entre une assez bonne durabilité et un coût raisonnable.

Légèreté, moulabilité, performances physiques (incombustible, imputrescible, ne rouille pas,...) sont les trois qualités principales du CCV qui sont aujourd'hui utilisés par plus de 1000 entreprises dans une quarantaine de pays pour la réalisation de produis non structurels destinés au bâtiment, génie civil et équipements divers. Les Etats Unis et le Japon sont les plus gros producteurs de CCV. En Europe, le marché a atteint en 1994 un chiffre d'affaires proche de 2 milliards de francs. En France (poids actuel 10 % du marché européen), le marché se partage à parts égales entre produits industriels et éléments d'habillage de façade en neuf et réhabilitation.

Particularités des CCV

Elles sont au nombre de quatre :

• Fabrication : elle fait appel à une main d'œuvre spécialement formée et nécessite des contrôles rigoureux à tous les stades de production.

• Evolution des performances mécaniques des CCV à long terme : dans nos régions, les valeurs mécaniques des CCV se stabilisent à vingt ans. Les contraintes admissibles pour le dimensionnement prennent en compte cette évolution.

• Performances : les propriétés des CCV à court termes sont influencées par les caractéristiques de la fibre de verre (nature, % pondéral, longueur des fibres) et celles du micro béton ; le procédé de fabrication conditionne l'ensemble. De cet fait, il n'y a pas un CCV mais des CCV tout comme il n'y a pas un acier mais des aciers.

• Conception : l'importance des variations dimensionnelles de retrait hydraulique et cyclique 0.5 à 1.5 mm par mètre selon CCV) due au fort dosage en ciment, implique dans le cas d'éléments de grandes dimensions, l'obligation de système de liaisonnement permettant une libre dilatation des éléments CCV avec la structure porteuse.

Normalisation europpéenne

La normalisation européenne des CCV est en marche depuis 1990 au sein du TC 229 "Produits préfabriqués en béton". Elle est menée par le TC 229 WG 3 TG 2 animée par la France avec la participation d'experts représentatifs de tous les pays d'Europe et des structures compétentes tant sur le plan industriel (GRCA, FVF,...) que scientifique (CERIB, CSTB, Faculté Polytechnique de Milan...).

Une campagne d'essais européenne a été réalisée en 1994-1995 : dix formules produites par neuf usines situées en France, Royaume-Uni et Suisse/Allemagne ont été testées par sept laboratoires de quatre pays : France, Pays Bas, Allemagne, Royaume-Uni. Près de six cent éprouvettes ont été essayées en flexion (à 7 jours, 28 jours et après vieillissement), absorption d'eau, masse volumique et variations dimensionnelles.

Le premier programme de travail est terminé avec la mise au point des normes suivantes pour uniformiser les méthodes d'essais et les règles de contrôle de production.

• EN 1170-1, Produits préfabriqués en béton- Méthode d’essai des composites ciment verre-Partie 1 : Mesure de la consistance de la matrice.

• EN 1170-2, Produits préfabriqués en béton- Méthode d’essai des composites ciment verre-Partie 2 : Mesure de la teneur en fibres du CCV frais, méthode dite « séparation par lavage ».

• EN 1170-3, Produits préfabriqués en béton- Méthode d’essai des composites ciment verre-Partie 3 :Mesure de la teneur en fibres du CCV réalisés par projection.

• EN 1170-4, Produits préfabriqués en béton- Méthode d’essai des composites ciment verre-Partie 4 :Mesure de la résistance en flexion, méthode dite « Essai simplifié de flexion ».

• EN 1170-5, Produits préfabriqués en béton- Méthode d’essai des composites ciment verre-Partie 5 :Mesure de la résistance en flexion, méthode dite « Essai complet de flexion ».

• EN 1170-6, Produits préfabriqués en béton- Méthode d’essai des composites ciment verre-Partie 6 :Détermination de l’absorption d’eau par immersion et de la masse volumique sèche.

• EN 1170-7, Produits préfabriqués en béton- Méthode d’essai des composites ciment verre-Partie 7 :Mesures des variations dimensionnelles extrêmes en fonction de la teneur en eau.

• ENV 1170-8, Méthode d’essai des composites ciment-verre-Partie 8 :Essai type de durabilité par cycles.

• EN 14649, Produits préfabriqués en béton-Méthode d’essai de la conservation de la résistance des fibres

• EN 15422, Produits préfabriqués en béton-Spécification de fibres de verre.

Caractéristiques mécaniques du produit CCV Partner 1

Grace à des tests de résistance en flexion, obtenus par un dispositif d’essai comprenant une chaine d’acquisition qui permet d’enregistrer la flèche en fonction de la contrainte, les résultats se montrent satisfaisants.

La flèche ΔLOP et la contrainte à la LOP limite de proportionnalité (ou limite d’élasticité) sont estimés par l’examen du graphique contrainte/déformation, de même pour la flèche ΔMOR et le module à la rupture qui correspondent à la valeur maximale de la charge enregistrée.

Ces paramètres sont dépendants de la géométrie de l’éprouvette. Afin de comparer le comportement mécanique des différentes éprouvettes, les résultats sont exprimés selon un diagramme contrainte/déformation.

Depuis la découverte en 1969 par le professeur Majumbar (U.K. - BRE) d'une fibre de verre résistant aux alcalis du ciment, la connaissance des CCV a bien évolué et autorise que ses performances soient normalisées sur le plan européen.

Le CCV est aujourd'hui un matériau parfaitement identifié qui, de par ses trois qualités principales : légèreté, moulabilité, performances physiques, élargi le domaine d'emploi des produits non structurels en béton à des applications jusque là interdites du fait du poids des produits.

Courbe de contrainte par déformation pour le CCV Premix projeté

Caractéristiques mécaniques	Premix Projeté*
Résistance à la flexion à 28 jours (MPa)
LDP	12.5
MOR	14
Module d'élasticité (MPa)
A 28 jours	18 500
A long terme	21 000
Retrait (mm/m)	0.54
Variation dimensionnelle (mm/m)	0.45
Dilatation thermique (m/m)/°C	10 à 15x10-6
Absorption d'eau après 24h (%)	8,04
Absorption d'eau après 7 jours (%)	8,78
Porosité accessible à l'eau (%)	13

• Caractéristiques obtenus par l'industriel PARTNER ENGINEERING SA, le leader en France en matière de fabrication de Composite Ciment Verre-Premix Projeté :

http://www.partner-engineering.com

Bibliographie

• NR Swamy

RILEM Symposium 1978

Testing and Test Methods of Fibre Cement Composites

The Construction Press ISBN 0 904406 94 6, 1978

• Guide to Specification for Glassfibre Reinforced Cement Cladding, Glassfibre Reinforced Cement Association, Newport, GB, 1986

• Recommended Practice for Glass Fiber Reinforced Concrete panels

Precast/Prestressed Concrete Institute, Chicago, Il ISBN 9780937040522, 1987

• Thin Walled Units, Design Rules-FIP Working Group, Concept Report, April 1993

• GRCA Handbook No 1 Permanent Formwork-Glassfibre Reiforced Cement Association

• Manual for Quality Control For Plants and Production of Glass Fiber Reinforced Concrete products

Precast/Prestressed Concrete Intitute, Chicago, Il ISBN 0-937040-46-0, 1991

• Cem-FIL Technical Data, Pilkington Reinforcements Limited, St. Helens, GB

• Fachvereinigung Faserbeton e.V, Glassfibre Reinforced Concrete.Practical Design and Structural Analysis, Beton-Verlag, 1995

• http://www.partner-engineering.com/