Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02868256 2014-09-22
WO 2013/138921
PCT/CA2013/050046
1
TIGE COURBÉE DE RENFORCEMENT AYANT UNE RÉSISTANCE
MÉCANIQUE AMÉLIORÉE A L'ENDROIT DE SA COURBURE ET MÉTHODE
POUR PRODUIRE CELLE-CI
-- DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet une tige courbée de notamment utilisable
comme armature pour renforcer une pièce ou un ouvrage de béton, laquelle tige
a
une résistance mécanique améliorée à l'endroit de sa courbure.
DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR
II est connu dans le domaine de la construction d'utiliser des tiges courbées
faites
d'un matériau composite dans le but de renforcer des pièces ou ouvrages de
béton.
Des exemples de tels pièces et ouvrages seront détaillés ci-après.
La production de telles tiges de renforcement faites d'un matériau composite
est
donc connue et exploitée commercialement depuis plusieurs années. Cette
production comprend la mise en forme d'un faisceau de fibres de natures
polymérique, minérale, naturelle ou métallique qui sont enduites d'une résine
thermodurcissable, l'enroulement dudit faisceau sur des gabarits supportés par
un
cadre rotatif, la soumission du faisceau ainsi enroulé à une température
suffisante
pour assurer le durcissement de la résine puis le découpage optionnel du
produit
-- rigide obtenu en sections.
Quant à ce type de production connu, on peut se référer aussi aux brevets
américains cités ci-après.
-- US 2,684,318 [Meek] montre comment il est possible de produire des tiges
rigides
en saturant un faisceau de fibres de verres préalablement saturé de résine
CA 02868256 2014-09-22
WO 2013/138921
PCT/CA2013/050046
2
thermodurcissable et en le tirant de manière continue au travers d'un four de
manière à faire durcir la résine.
US 4,154,634 [Shobert] montre une méthode qui permet de produire des profils
en
tirant un faisceau de fibres de verre préalablement saturé de résine
thermodurcissable et en le tirant de manière discontinue, au travers d'au
moins une
matrice chauffante de manière à faire durcir la résine.
US 4,445,957 [Harvey] montre une méthode qui permet de produire des sections
de profils cintrés en introduisant des sections du faisceau de fibres de verre
saturé
de résine thermodurcissable dans des moules chauffants qui imposent la forme
cintrée à des sections dudit faisceau tout en assurant le durcissement de la
résine.
US 2011/0192132 [Kimura et al] montre comment il est possible de produire un
câble flexible et pouvant être facilement embobiné en torsadant des torons de
fibres de carbone liées par une résine thermodurcissable.
US 2008/0141614 [Knouff et al] montre comment une tige d'armature de section
ellipsoïdale peut être torsadée de manière à se plier facilement avant que la
résine
qui lie les fibres entre elles soit soumise à un traitement thermique qui la
fait se
durcir.
US 4,296,060 [Killmeyer et al] montre une méthode pour produire une tige dont
au
moins une partie des fibres formant au moins une protubérance à la surface de
la
tige est soumise à un mouvement en spirale par la rotation de deux surfaces de
traction en rotation relative une par rapport à l'autre.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
CA 02868256 2016-03-11
3
Selon un aspect de la présente invention, celle-ci vise une méthode pour
produire
une tige courbée ayant une résistance mécanique à l'endroit de sa courbure,
ladite
méthode comprenant les étapes suivantes :
(i) tirer un ensemble de fibres selon un mouvement de torsion au travers
d'un
bac contenant une matrice liquide de manière à former un faisceau de
fibres torsadées saturé de ladite matrice;
(ii) enrouler ou pas en hélice autour de ce faisceau un fil ou autre médium
dans le sens horaire et un autre fil ou autre médium en sens antihoraire de
manière à former une enveloppe flexible;
(iii) plier cette tige autour d'au moins un gabarit de pliage, ce pliage
donnant à
la tige une portion courbée au niveau de chacun dudit ou desdits gabarits;
(iv) mettre en place la tige placée sur le ou les gabarits de pliage, dans
des
conditions où la matrice liant les fibres peut durcir; et
(y) quand la matrice liante est suffisamment durcie, retirer la tige du ou
des
gabarits.
D'autres aspects, modes de réalisation, variantes et/ou avantages de la
présente
invention, tous étant préférentiels et/ou optionnels, sont brièvement décrits
ci-
dessous.
Par exemple, par autre médium dans l'étape (ii) ci-dessus, on entend à
titre
d'exemples, une bande de textile tissé ou non tissé, un ruban de polymère ou
de
cellulose, ou un fil d'acier.
En pratique, la tige obtenue peut être découpée pour avoir au moins une
section en
formes de J , de U , de C ou de L ou une séquence continue et
arbitraire de telles formes.
Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci vise également un dispositif
pour la
mise en oeuvre de la méthode décrite dans la présente description. Ce
dispositif est
caractérisé en ce qu'il comprend :
CA 02868256 2016-03-11
4
un carrousel sur lequel sont montées des bobines de fibres desquelles
émanent un ou des faisceau(x);
un bac empli d'une matrice liquidée dans lequel le faisceau de fibres
torsadées se trouve saturé de ladite matrice;
un jeu d'au moins deux bobines pour effectuer un enroulement en hélice de
deux fils autour du faisceau de fibres saturé de ladite matrice, lesdites
bobines se
déplaçant en dévidant leurs fils sous tension selon un parcours circulaire
autour du
faisceau de fibres saturé dont l'axe est celui du faisceau de fibres; et
au moins un gabarit de pliage optionnellement pourvu d'une pluralité de
chemins parallèles dans lesquels le faisceau de fibres est enroulé sous la
forme
d'une hélice.
De préférence, le bac de résine liquide a une entrée pourvue d'un dispositif
rotatif
formant un joint d'étanchéité, ledit dispositif ayant des trous au travers
desquels
passent les fibres. Avantageusement, le diamètre des trous au travers lesquels
passent les fibres provenant des bobines du carrousel sont d'une dimension
suffisamment grande pour laisser glisser les fibres provenant du carrousel,
mais
suffisamment petite pour restreindre l'écoulement de la matrice liquide du bac
de
saturation.
En pratique, le carrousel a de préférence une fréquence de révolution variable
et
asservie au déplacement longitudinal des fibres. Avantageusement aussi, le
dispositif rotatif a un taux de rotation identique au taux de rotation du
carrousel.
Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci vise également une tige qui se
distingue des tiges existantes ci-dessus décrites essentiellement en ce que
les
fibres formant son faisceau sont torsadées et solidarisées entre elles à
l'aide d'une
matrice liante.
CA 02868256 2016-03-11
L'invention vise également une tige courbée ayant une résistance mécanique
améliorée à l'endroit de sa courbure, caractérisée en ce qu'elle est faite à
partir d'un
faisceau de fibres torsadées et solidarisées entre elles à l'aide d'une
matrice liante.
5 En pratique, les fibres peuvent être de natures polymérique, synthétique,
minérale,
naturelle ou métallique.
En pratique aussi, la matrice liante peut être de natures thermodurcissable,
thermoplastique ou minérale. Ainsi, ce peut être un polymère
thermodurcissable,
tels qu'une résine de polyester, vinylester, époxy, polyuréthane ou
phénolique, ou
un polymère thermoplastique, un métal en fusion ou toute autre matière pouvant
servir à solidariser des fibres entre elles.
La présente invention ainsi que ses avantages seront mieux compris à la
lecture de
la description non restrictive qui suit, faite en se référant aux dessins
annexés.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les figures la et lb montrent respectivement un faisceau de fibres rectilignes
tel
qu'utilisé dans une tige de construction classique et un faisceau de fibres
torsadées
tel qu'utilisé dans la présente invention.
Les figures 2a et 2b montrent respectivement une portion de tige rectiligne et
une
portion de tige courbée telles qu'elles se présentent en fin de réalisation.
La figure 3 est un graphique qui montre la relation qui existe entre le degré
de
torsion du faisceau de fibre et la résistance mécanique d'une tige fabriquée à
l'aide
d'un tel faisceau.
La figure 4 montre l'ensemble du dispositif qui permet de produire une tige
telle que
CA 02868256 2014-09-22
WO 2013/138921
PCT/CA2013/050046
6
revendiquée dans la présente invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Tel que précédemment indiqué, la présente invention a pour objet une tige de
renforcement pour béton, constituée de fibres noyées dans une matrice liante
et
possédant une âme centrale de fibres torsadées.
Pour aider à mieux saisir la description de l'invention revendiquée, la figure
la
montre une tige usuelle et déjà connue, qui comprend un faisceau de fibres
rectilignes (1) qui sont retenues entre elles de manière provisoire par une
enveloppe flexible constituée de deux fils enroulés (2).
La figure lb montre une tige selon l'invention qui se distingue de la tige
usuelle en
ce que les fibres (3) du faisceau sont torsadées et sont retenues entre elles
de
manière provisoire par une enveloppe flexible constituée de deux fils enroulés
(2).
La figure 2a montre comment le faisceau de fibres torsadées et l'enveloppe
flexible
constitué de deux fils enroulés tel que cela est illustré dans la figure lb,
se
présentent lorsque le tout est imbibé d'une matrice liante tel qu'un polymère
thermodurcissable (4) dans sa forme liquide.
Lorsque le faisceau imbibé du polymère (4) tel que montré dans la figure 2a
est plié
et soumis à un traitement thermique adéquat, il forme une tige rigide courbée
telle
que montrée dans la figure 2b avec des sections rectilignes (5) ou des
courbures
arbitraires (6).
CA 02868256 2014-09-22
WO 2013/138921
PCT/CA2013/050046
7
La figure 3 démontre que le degré de torsion du faisceau de fibres (3) tel
qu'illustré
dans les figures lb, 2a et 2b, permet d'augmenter la résistance mécanique dans
la
partie courbée d'une tige comparativement à une tige de construction usuelle
de
même dimension et fabriquée des mêmes matériaux. Dans le cas spécifique
illustré
par la figure 3, la tige testée avait une section de 71.3 mm2 et avait été
construite à
l'aide d'un faisceau de 30 fils de roving de fibres de verre saturé de résine
de
polyester.
La figure 4 montre le dispositif mécanique par lequel une telle tige peut être
réalisée. Un carrousel (7) qui supporte une multitude de bobines (8) de fibres
de
verre (9) tourne à la même vitesse que le disque perforé (10) aux travers
duquel les
fibres (8) passent lorsqu'ils sont tirés par le disque rotatif (14). Ce
mouvement de
traction qui déroule les fibres (9) des bobines (8) fait passer les fibres
dans un bac
(11) qui est ainsi saturé de matrice liquide lesdites fibres. Le faisceau (12)
ainsi
saturé de la matrice liquide se voit consolidé par deux fils enroulés par les
bobines
montées sur des bras motorisés (13) qui tournent autour du faisceau une dans
un
sens horaire, et l'autre en sens antihoraire. Le faisceau ainsi saturé et
consolidé est
enroulé sur les gabarits (15) montés sur le disque rotatif (14). Par la suite,
le disque
(14) est soumis dans un four à un traitement thermique qui fait se solidifier
la
résine. La tige est retirée du gabarit et optionnellement découpée pour
produire des
tiges rigides et courbées telles qu'illustrées par la figure 2b.
