Comportement mécanique des mortiers à base de fibres à haute température

Abstract

This study evaluates the residual mechanical behavior of mortars reinforced with polypropylene (PP) and sisal fibers, with or without partial cement substitution by ground granulated blast furnace slag (20%), after thermal exposure at 150, 200, 300 and 450 °C. Eight formulations were characterized through compressive strength, flexural strength and ultrasonic pulse velocity tests, complemented by optical observations of fracture surfaces. The results reveal a post-thermal densification phase at 150–200 °C, producing strength gains for all formulations. Sisal fibers generate the most significant compressive strength gain at 200 °C (+84%), due to the thermal expulsion of water absorbed in their lumens, while PP fibers improve flexural strength through crack-bridging before their complete melting. Beyond 300 °C, thermal degradation of organic fibers leads to severe strength losses, with hybrid PP + sisal formulations recording the highest losses at 450 °C (−72% in compression). Ground granulated blast furnace slag proves to be the most thermally effective constituent: the slag-only formulation retains 96% of its initial compressive strength and slightly exceeds its initial flexural strength at 450 °C (+6%). The combination of GGBS and PP fibers represents the best compromise among fiber-reinforced formulations for applications exposed to elevated temperatures. ----------------------------------------------------------------- تهدف هذه الدراسة إلى تقييم السلوك الميكانيكي المتبقي لمونات مسلحة بألياف البولي بروبيلين (PP) وألياف السيزال، مع أو بدون إحلال جزئي للإسمنت بخبث الأفران العالية المحبب المطحون بنسبة 20%، بعد التعرض الحراري عند درجات حرارة 150، 200، 300 و450 درجة مئوية. تم إعداد ثماني تركيبات وتوصيفها من خلال اختبارات مقاومة الضغط والانحناء وسرعة انتشار الموجات فوق الصوتية، مدعومة بمشاهدات بصرية لأسطح الكسر. كشفت النتائج عن مرحلة تكثف حراري بعد المعالجة عند 150–200 درجة مئوية، نتجت مكاسب في المقاومة لجميع التركيبات. وتسجل ألياف السيزال أعلى مكسب في مقاومة الضغط عند 200 درجة مئوية (+84%)، نتيجة طرد الماء الممتص في تجاويف الألياف تحت تأثير الحرارة، في حين تحسن ألياف البولي بروبيلين مقاومة الانحناء عن طريق آلية تجسير الشقوق قبل انصهارها الكامل. وبعد 300 درجة مئوية، يؤدي التحلل الحراري للألياف العضوية إلى انخفاض حاد في المقاومة المتبقية، إذ تسجل تركيبات البولي بروبيلين + السيزال أكبر الخسائر عند 450 درجة مئوية (−72% في الضغط). ويثبت الخبث المحبب المطحون فعاليته الحرارية الفائقة، إذ تحتفظ التركيبة التي تحتوي على الخبث وحده بـ 96% من مقاومتها الابتدائية للضغط، وتتجاوز قيمتها الابتدائية في الإنحناء عند 450 درجة مئوية. وتمثل تركيبة الخبث + ألياف البولي بروبيلين أفضل حل وسط للتطبيقات المعرضة لدرجات الحرارة العالية. ---------------------------------------------------------------- Cette étude évalue le comportement mécanique résiduel de mortiers renforcés par des fibres de polypropylène (PP) et de sisal, avec ou sans substitution partielle du ciment par du laitier granulé de haut fourneau broyé (20 %), après exposition thermique à 150, 200, 300 et 450 °C. Huit formulations ont été caractérisées par des essais de compression, de flexion et de vitesse ultrasonique, complétés par des observations optiques des faciès de rupture. Les résultats révèlent une phase de densification post-thermique à 150–200 °C, produisant des gains de résistance pour toutes les formulations. Les fibres de sisal génèrent le gain le plus important en compression à 200 °C (+84 %), tandis que les fibres de PP améliorent la flexion par pontage des fissures avant leur fusion complète. Au-delà de 300 °C, la dégradation thermique des fibres organiques entraîne des chutes sévères, les formulations hybrides PP + sisal enregistrant les pertes les plus importantes à 450 °C (−72 % en compression). Le laitier granulé broyé s'impose comme le constituant le plus efficace thermiquement : la formulation avec laitier seul conserve 96 % de sa résistance initiale en compression et dépasse légèrement sa valeur initiale en flexion à 450 °C. La combinaison laitier + fibres de PP représente le meilleur compromis parmi les formulations fibrées pour les applications exposées à des températures élevées.