Interaction fibre de chanvre/ciment: influence sur les propriétés mécaniques du composite

Hemp fibres/cement interactions: influence on the mechanical properties of the composite

¹ Groupe d'Étude des Matériaux Hétérogènes (GEMH, EA 3178)
² Science des Procédés Céramiques et Traitements de Surface (SPCTS, CNRS UMR 6638), École Nationale Supérieure de Céramique Industrielle, 47-73 avenue Albert Thomas, 87065 Limoges Cedex, France

Reçu : 15 Juin 2007
Accepté : 27 Septembre 2007

Résumé

L'utilisation des fibres de chanvre dans une matrice cimentaire confère des propriétés intéressantes aux composites. La compréhension des mécanismes d'interactions entre les fibres et la matrice cimentaire est indispensable afin de mieux appréhender le comportement mécanique du composite. Les fibres de chanvre, par une forte teneur en pectine, fixent sur leur surface les ions calcium Ca²⁺ et les ions hydroxydes OH^-. On observe un déficit en ions hydroxydes et calcium dans la phase interstitielle, entraînant une inhibition des hydrates de silicate de calcium (CSH) et, par conséquent, induisant des retards de prise. Le milieu alcalin, imposé par le ciment, élimine les sucres circulant à la surface des fibres et dégrade les hémicelluloses, ce qui permet d'augmenter la rugosité des fibres. Cependant, la quantité de sucres ou acides lixiviés dans de telles pâtes semble trop faible pour avoir une influence sur le milieu. La fixation des ions calcium à la surface des fibres se traduit par une forte adhésion entre ces dernières et la matrice cimentaire. Il en résulte une amélioration des propriétés mécaniques du composite. Ces composites possèdent une grande souplesse ainsi qu'une plus grande résistance en flexion que le ciment seul, caractéristiques très intéressantes pour certaines applications du bâtiment.

Abstract

Hemp fibres introduced in a cement paste confer interesting properties to the composite. To understand the mechanical interactions between hemp fibres and the cement matrix it is necessary to have a better knowledge of the mechanical properties of the composite. By a high pectin content, these fibres can fix calcium and hydroxyle ions on their surface. Pectin and consequently fibres, by their calcium adsorption, will prevent the precipitation of calcium silicate hydrates (CSH), which implies a delay of setting time. By the alkaline medium of the cement paste some of sugars or acids contained in the compounds of hemp fibres are degraded, which increase the surface roughness of the fibres. However, the quantity of lixiviated sugars or acids is too low to have an influence on a such environment. The calcium coating on fibres surface involves a strong adhesion between fibres and the cementitous matrix. It results in a high increase of the mechanical properties for an optimal fibre content. Such composites have a highest stiffness and tensile strength than cement paste, and could be consequently interesting in building applications.