Modification et caractérisation de la surface de fibres de verre pour son insertion postérieure dans des matériaux cimentaires

Surface modification and characterisation of optical fibres prepared for embedding in cement materials

¹ Technische Universität Berlin, Institut für Technische Chemie, Fachgebiet Makromolekulare Chemie, Sekr. TC06, Strasse des 17. Juni 135, 10623 Berlin, Germany
² Federal Institut for Materials Research and Testing, BAM, Lab. S.12 Sensors & Measurement Systems, Experimental Stress Analysis, Unter den Eichen 87, 12205 Berlin, Germany

Résumé

Les fibres optiques sont de plus en plus utilisées comme capteurs des propriétés physiques et mécaniques de nombreuses matrices. Ces fibres commerciales sont généralement enrobées avec différents polymères (par exemple polyimide). Les problèmes dus à l'enrobage des fibres optiques sont une adhésion et une transmission de charge de la matrice du béton à la fibre non définies. Un autre problème majeur est l'alcalinité du béton et son influence sur la surface de la fibre. Nous avons utilisé le procédé de silanisation. Pour obtenir un film de silane le plus homogène possible sur la surface, les fibres sont pré-traitées par le plasma d?oxygène. Le mouillage de fibres traitées par le plasma d?oxygène, ainsi que celles des fibres silanisées est étudié par la méthode modifiée de Wilhelmy. L?influence de la concentration du silane et du temps du pré-traitement sur les propriétés de mouillage est également étudié. La morphologie de la surface est obtenue à l'aide du microscope électronique à balayage. De plus, les propriétés mécaniques des fibres traitées par le plasma d'oxygène et par silanisation ont été mesurées après avoir été exposées à une solution interstitielle. Nous avons également étudié l'adhésion des fibres non traitées ou modifiées à la matrice en utilisant le test de défoncement.

Abstract

Optical fibres are widely used as physical and mechanical sensors in various matrices. Those commercial available fibres are mostly coated with different polymers (e.g. polyimide). The problem of using such coatings is the undefined adhesion and the stress transmission from the matrix material into the fibre as well as the alkaline attack from the cementitious environments onto the glass surface. Therefore the known silanisation process with alkylsilanes for surface modification was studied. To achieve a silane film onto the fibre surface as close as possible a fibre pre-treatment in oxygen plasma was applied. The wetting behaviour of the oxygen plasma treated fibres as well as the silanized fibres were studied using the Wilhelmy-method. The influence of the silane concentration and the time of the pre-treatment on the wetting properties was investigated. By scanning electron microscopy, changes of the surface morphology were detected. Additionally, the mechanical properties of the oxygen plasma treated fibres, and silanized fibres exposed to a highly alkaline pore solution were measured. For selected fibre samples (decoated and untreated as well as silanized fibres) the adhesion to a concrete matrix was studied using the indention test.