Sélection des matériaux et tests des panneaux composites en verre et fibre

Date : 22 décembre 2022

Auteurs : Alina Joachim, Jan Wünsch et Bernhard Weller

Source:Structures et ingénierie en verretome 6, https://doi.org/10.1007/s40940-020-00142-6

La tendance de l’architecture moderne vers des enveloppes de bâtiments de haute qualité se poursuit. En raison de sa qualité de surface élevée et de son large spectre de couleurs, le verre émaillé est utilisé comme protection contre les intempéries et comme élément de design. Les nouveaux éléments abordés dans cet article ne nécessitent aucun mastic ou adhésif puisque la couche de plastique renforcé de fibres (FRP) est directement appliquée sur la surface de la vitre arrière. D'une part, le polymère appliqué constitue une matrice pour l'encastrement des fibres et d'autre part, il assure une liaison adhésive avec le verre. Par conséquent, aucun processus de collage supplémentaire n’est requis. La combinaison des deux matériaux permet une action composite complète. La nouvelle combinaison de matériaux utilise les caractéristiques positives de chaque matériau. La haute durabilité du verre offre une protection contre les impacts environnementaux et le FRP offre un comportement porteur amélioré. Cet article présente le choix des matériaux appropriés pour le FRP et donne un aperçu des tests expérimentaux de la nouvelle combinaison de matériaux. Cela montre que le verre contribue au transfert de charge dans le système en raison des effets de couplage importants.

La tendance de l'architecture moderne vers une optimisation constante de l'enveloppe des bâtiments se poursuit. Outre sa fonction d'élément de conception, une façade contribue également au bilan énergétique du bâtiment. La façade pare-pluie ventilée combine les deux : grâce à la séparation de l'isolation et de la protection contre les intempéries, des options de conception polyvalentes sont possibles tout en maintenant une efficacité énergétique élevée. Le revêtement de façade peut être en bois, en pierre naturelle ou artificielle, en céramique ou en tôle ou en verre opaque (Reichel et Schultz 2015). En cas d'utilisation de verre, le panneau de verre émaillé coloré agit comme une plaque de recouvrement non porteuse qui est fixée à la plaque porteuse porteuse et collée avec un mastic élastique de plusieurs millimètres d'épaisseur.

Bien que la construction présente l'avantage que le verre agit comme une protection optimale contre la pluie et l'humidité, le processus de collage entre le panneau de verre et la plaque porteuse prend du temps car le mastic élastique a besoin de plusieurs heures pour durcir (Knaack et Koenders 2018). . La figure 1 montre une construction typique d'une façade ventilée avec des panneaux de verre collés sur des plaques porteuses. La plaque support est reliée à la sous-structure métallique à l'aide de fixations locales. L'isolation thermique est positionnée dans la sous-structure métallique. Il existe un espace entre la plaque de support et l'isolation thermique, ce qui permet un flux d'air vertical et donne son nom au système.

La production fastidieuse et le fait que le verre agit uniquement comme une plaque de recouvrement non porteuse sont à l'origine de l'idée des éléments de façade hybrides en FRP et en verre. Grâce à la combinaison bénéfique des deux matériaux, les propriétés fonctionnelles et optiques sont améliorées. Le FRP est constitué de fibres de renforcement et d'une matrice polymère. La matrice polymère entoure les fibres, qui sont liées à la matrice par des interactions adhésives. De plus, la matrice polymère agit également comme adhésif sur la surface du verre. La résistance du verre aux intempéries améliore considérablement la durabilité du FRP. Les éléments de façade sont réalisés par laminage direct sur la vitre. Cela élimine l’étape fastidieuse du collage du verre et de la plaque de support. En tant que tel, le verre constitue le coffrage permanent du FRP. Un large spectre de couleurs peut être obtenu en pigmentant le matériau de la matrice. L'utilisation de verre coloré n'est ainsi plus nécessaire et le long processus d'émaillage peut être supprimé. Une maquette visuelle présentée au GLASSTEC 2018 à Düsseldorf a montré des designs de couleurs polyvalents (Fig. 2a).

Le nouveau panneau composite permet l'utilisation de verre flotté. En plus des économies de coûts, le verre flotté offre la possibilité de découpe au jet d'eau après la production du composite verre-PRF. Cela simplifie la production. La figure 2b montre un échantillon d'un tel élément composite. Le FRP est de couleur grise et les bords sont ici, comme décrit, ensuite traités par découpe au jet d'eau. L'utilisation du FRP dans la construction de façades a déjà été étudiée dans d'autres projets, par exemple (Tomasi et al. 2014).