LES PARAMÈTRES TECHNIQUES

Nous parlerons maintenant de quels sont les paramètres techniques les plus couramment trouvés sur les fiches techniques des fibres de béton, afin de pouvoir comprendre leur signification et savoir comment comparer les fibres entre elles.

Longueur

Le plus immédiat, simple et représentatif des paramètres techniques d’une fibre est certainement représenté par sa longueur ! Normalement, le code produit d’une fibre est très souvent lié également à sa longueur. Étant donné que la fibre, en particulier les polymères, est le produit d’un fil coupé à intervalles réguliers, toutes les caractéristiques intrinsèques de la fibre elle-même dérivent directement du fil de départ, tandis que la longueur a des effets directs sur le comportement de la fibre dans le béton et sur son application. De plus, étant donné que chaque producteur à partir du même fil peut obtenir différents modèles de fibres simplement en coupant à différentes tailles, la longueur joue un rôle fondamental dans la distinction des différentes fibres du même portefeuille de produits.

Les fibres pour conglomérats de ciment qui sont apparues sur le marché sont pratiquement toutes comprises entre 3 mm et 60 mm de longueur. Aucune fibre n’est connue à ce jour qui dépasse cette plage. Normalement, les fibres courtes (<25 mm) sont destinées presque exclusivement au segment du renforcement anti-fissuration ; les fibres longues (> 30 mm) sont presque toujours des fibres destinées à des applications structurelles.

Après avoir fait cette première grande distinction, dans le segment des fibres structurelles, presque tous les modèles sont concentrés entre 38 mm et 54 mm. Cependant, dans les fibres structurelles, le choix est très souvent dicté par les modèles disponibles et par leurs performances déclarées (selon les réglementations CE), donc ce n’est pas un choix découlant de l’utilisation, de l’épaisseur ou de l’agrégat du béton, mais précisément la longueur que le fournisseur a trouvée plus efficace dans leurs tests en laboratoire. Par conséquent, le choix pour l’utilisateur est normalement orienté vers la fibre la plus performante et la longueur (sauf pour des cas et besoins spécifiques et spécifiques).

Cependant, cet argument ne s’applique pas aux fibres auxiliaires/anti-fissuration, pour lesquelles le choix de la longueur n’est pas tant une conséquence des performances techniques, autant que les besoins réels du client par rapport à l’utilisation finale et à l’épaisseur du produit. Pour les fibres auxiliaires, les longueurs les plus courantes sont comprises entre 6 mm et 18 mm. Les plus courtes sont pour les mortiers et les enduits, tandis que les plus longues sont pratiquement pour tous les autres cas.

Diamètre

Même le diamètre d’une fibre classe immédiatement sa fonction : les fibres les plus fines, avec des diamètres inférieurs à un dixième de millimètre, sont exclusivement des fibres auxiliaires, tandis que les structurelles ont toujours des diamètres supérieurs à au moins 0,3-0,4 mm.

La classification standard pour les fibres synthétiques, donnée par l’EN 14889-2, distingue deux catégories :

• “Macro-fibres” – diamètre> 0,3 mm
• “Micro-fibres” – diamètre <0,3 mm

Le “diamètre équivalent” peut également être trouvé dans la fiche technique d’une fibre. Dans ce cas, nous entendons le diamètre du cercle ayant la même surface que la section de la fibre considérée. Par exemple, dans le cas d’une fibre à section rectangulaire, le diamètre équivalent est calculé comme le diamètre d’un cercle de surface égale.

Rapport dimensionnel

Le rapport dimensionnel est calculé comme la proportion entre la longueur d’une fibre et son diamètre (ou diamètre équivalent). C’est un paramètre qui est souvent négligé mais qui en réalité est utile, dans certains types de fibres que nous verrons sous peu, comme mesure du degré de “résistance à l’extraction”. La résistance à l’extraction est, comme son nom l’indique, la capacité de la fibre à s’opposer à l’extraction, en d’autres termes à ne pas être retirée de son siège après que le béton a durci et l’a incorporée.

Dans le cas des microfibres (qui par définition ont des diamètres inférieurs à 0,3 mais en fait dans la grande majorité des cas ont des diamètres de quelques centièmes de millimètre) le rapport dimensionnel a des valeurs très élevées, qui dépassent souvent 200-250. Pour ces fibres, la résistance à l’extraction est une caractéristique complètement marginale, étant donné que leur fonction n’est pas structurelle.

Les fibres ayant un diamètre équivalent supérieur à 0,5 mm, donc des fils plutôt grossiers, sont presque toujours soumises à des processus industriels qui améliorent l’adhérence grâce à des dispositifs tels que des ondulations, un rugosité et un moletage, des formes particulières, etc. Dans ces cas, le rapport dimensionnel est inférieur à 70-80 et son évaluation est secondaire puisque la résistance à l’extraction est principalement due à ces processus.

Le rapport dimensionnel est un paramètre particulièrement intéressant dans le cas de macrofibres structurelles minces, ayant des diamètres inférieurs à 0,5 mm. Pour ces types de produits, la capacité de travail de surface est réduite et moins efficace. Le résultat est que le filage des fils est fréquemment utilisé et on travaille à optimiser précisément le rapport dimensionnel : en augmentant le rapport dimensionnel, une meilleure résistance à l’extraction est obtenue. Pour ces types de fibres, le rapport dimensionnel est normalement autour de 100-110.
Il convient de noter que d’une simple évaluation du rapport dimensionnel, il est parfaitement capable de déduire le type de fibre et de la classer selon sa fonction.

Parler de la géométrie des fibres n’a souvent pas beaucoup de sens sauf dans le cas des fibres polymères. Les fibres d’acier sont exclusivement composées de filaments uniques, éventuellement “attachés” en faisceaux de quelques dizaines de brins pour faciliter le transport et la manipulation. Mais au-delà de quelques petites variations quant à la forme (crochues, ondulées, droites, etc.) dans l’ensemble elles sont toutes conceptuellement identiques ! Il en va de même par exemple pour les fibres de verre, pour lesquelles il est encore plus facile de simplifier car elles sont toujours plus ou moins droites et plus ou moins longues.

Voyons donc les principales différences concernant les fibres polymères :

Fibres monofilament

Sont des fibres constituées d’un seul fil, plus ou moins droit, généralement nettement plus gros que le multifilament, travaillé pour augmenter son adhérence à la matrice de ciment (moletage, crochets latéraux, ondulations, formes en zigzag, etc.). Elles apparaissent dans le sac comme une multitude d'”aiguilles” individuelles, dispersées aléatoirement entre elles.

Les fibres monofilament reçoivent souvent des traitements mécaniques après l’extrusion (pour améliorer leurs caractéristiques) tels que, par exemple, le repassage pour orienter les chaînes polymères et augmenter la résistance, ou des traitements pour augmenter la rugosité de surface et donc l’ancrage au béton.

Les monofilaments sont presque exclusivement (sinon toujours !) des fibres de “grandes” dimensions, appartenant à la catégorie des macro-fibres, et avec des longueurs entre 30 et 60 mm.

Fibres multifilament

Fibres produites par l’extrusion d’une multitude de petits filaments droits, puis coupées à la taille et ensachées. Sont des fibres qui ne sont normalement pas traitées après l’extrusion. Dans le sac, elles apparaissent comme des “touffes” de minuscules fibres douces et flexibles.

Sont généralement des fibres de petite taille, des micro-fibres, avec des diamètres très petits (souvent inférieurs à un dixième de millimètre !) et entre 3 et 30 mm de long.

Fibres toronnées

Fibres produites par des filaments uniques (donc à la base sont de simples monofilaments) torsadés ensemble en faisceaux, appelés justement “torons”. Avant d’être coupés à la longueur finale, ils ressemblent beaucoup à une corde. Cette catégorie comprend par exemple le READYMESH PF-540.

Fibres fibrillées

Les fibres fibrillées sont techniquement produites non par l’extrusion d’un ou plusieurs filaments (comme les mono et les multi-filaments) mais plutôt par un film fin et continu de polypropylène, qui est ensuite séparé en bandes plus petites et par la suite “fibrillé” pour réaliser la forme classique de “filet” lorsque la fibre est “dilatée”. La fibrillation est donc une procédure pour produire des fils de polypropylène à faible coût, souvent utilisés dans l’emballage. Les fibres fibrillées ont tendance à se détacher en filaments uniques pendant le mélange grâce à l’action mécanique du mouvement des agrégats présents dans le mélange.

La résistance mesure la capacité de la fibre à résister aux contraintes de traction longitudinales, normalement mesurée avec le test décrit par la norme EN 10002-1 (voir ci-dessous).

La valeur de “résistance à la traction” (ou même “résistance à la rupture”) trouvée dans les fiches techniques est représentative d’informations concernant la qualité de la fibre avant qu’elle soit insérée dans le béton. Elle ne représente donc pas une mesure de la capacité de la fibre à modifier le comportement de la structure en béton renforcé par des fibres soumise à des contraintes mécaniques (pour cette raison, il existe des tests spécifiques dont les résultats n’apparaissent souvent pas dans la fiche technique, comme celui de la norme EN 14651). D’où il peut être déduit qu’une comparaison des fibres structurelles sur la base de la simple évaluation de la résistance n’est en aucun cas vraie quant à ses capacités structurelles réelles.

Théoriquement, la résistance de la fibre elle-même a une relation directe avec la résistance du béton renforcé par des fibres soumis à la flexion, mais la haute résistance seule n’est en aucun cas suffisante pour garantir également d’excellentes performances du système fibre-béton ! La fibre structurelle, par définition, doit s’opposer à l’augmentation de l’ouverture de l’écart. Pour atteindre cet objectif, elle doit évidemment être capable de résister elle-même, mais il est également très important le nombre de fibres qui collaborent sur le même objectif, comment elles sont homogènement distribuées, et à quel point leur forme ou finition de surface s’oppose à l’extraction de la fibre de son siège.

La résistance à la traction de la fibre unique est un paramètre presque inutile dans le cas des fibres auxiliaires, en fait elles n’exercent pas leur fonction par traction et donc une haute résistance ne serait d’aucun avantage.

La densité de la fibre, parfois également appelée poids spécifique, est une mesure qui dérive directement du matériau dont elle est faite, généralement exprimée en kg/dm³ ou kg/m³. Les fibres d’acier ont généralement une densité de 7-8 kg/dm³, typique de l’acier, tandis que les fibres synthétiques ont une densité d’environ 0,9 kg/dm³.

La densité est indicatrice de la tendance à la ségrégation de la fibre dans le béton : les fibres plus lourdes que le béton (qui a une densité d’environ 2,4 kg/dm³) auront tendance à se déposer au fond tandis que les fibres légères auront la tendance naturelle à se déplacer vers le haut. En fait, ce phénomène n’est pas très pertinent puisque le béton est un composé visqueux, avec de nombreuses parties solides à l’intérieur et la “migration” des fibres à l’intérieur est très difficile même en présence de bétons fluides.