1.2. Essais mécaniques normalisés sur les réfractaires
1.2.1. Caractéristiques mécaniques à froid
1.2.1.1. Contraintes à rupture
Les mesures des contraintes à rupture, permettent essentiellement de contrôler la qualité des matériaux et d‟effectuer un classement entre diverses nuances. Les essais sont simples à réaliser. On enregistre seulement la valeur maximale de la charge durant l‟essai. Deux tests sont le plus souvent réalisés (flexion 3 points et compression), grâce à leur facilité d‟exécution. Les deux derniers (le test brésilien et l‟essai de fendage) sont moins courants.
a) Le test d‟écrasement
Pour la détermination de la résistance à l‟écrasement des produits réfractaires on opère généralement sur des éprouvettes cylindriques de 50mm de hauteur (14ème recommandation des PRE) ou sur des cubes de 40mm de coté taillés dans les pièces à essayer, de telle manière que, sauf impossibilité due au format, les faces planes obtenues soient distantes d‟au moins 4mm des faces naturelles initiales de la pièce. Les éprouvettes préparées seront soigneusement séchées par passage à l‟étuve à 110°C jusqu‟à poids constant. Elles seront ensuite refroidies à l‟abri de l‟humidité jusqu‟au moment de l‟essai.
La presse hydraulique ou mécanique utilisée doit être munie d‟un système de mesure tel que l‟on puisse mesurer l‟effort exercé sur l‟éprouvette à plus ou moins 2% près.
Les plateaux de la presse doivent être polis et leur centre facilement repérable. L‟un des plateaux doit être monté sur rotule de manière à compenser les faibles inégalités de parallélisme qui pourraient subsister entre l‟éprouvette et le plateau. L‟application de la charge doit s‟effectuer de façon continue et progressive.
Chaque résultat d‟essai est calculé en divisant la valeur de l‟effort maximal indiqué sur la presse par la section initiale de l‟éprouvette calculée à 0.1 mm près.
b) La résistance à la flexion
Il est recommandé, dans le cas des produits façonnés denses d‟opérer sur des éprouvettes de format 150mm. 25mm. 25mm ou 200mm. 40mm. 40mm.
Dans le cas des matériaux non façonnés, on peut aussi utiliser le format 230mm. 54mm. 64mm.
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L‟éprouvette est soutenue par deux appuis à ses extrémités tandis que la charge est appliquée en correspondance de la section médiane.
Le module de rupture à la flexion R est :
R = 32 bdWL2 (1.6)
R est le module de rupture. W est la charge de rupture L est la distance entre appuis b est la largeur de l‟éprouvette d est la hauteur de l‟éprouvette
c) L‟essai brésilien consiste à charger en compression une éprouvette cylindrique selon son diamètre. Il permet d‟accéder à la contrainte maximale de traction σt.
ςt =πDh2F (1.7) F étant la charge appliquée, D le diamètre de l‟éprouvette et h sa hauteur.
d) L‟essai de fendage permet également d‟avoir accès à la contrainte maximale de traction par enfoncement d‟un coin dans un échantillon fendu.
1.2.1.2. Le module d’élasticité
Trois méthodes de mesure sont couramment employées. On distingue les méthodes dites statiques par chargement mécanique, et les techniques impliquant soit la vitesse de
propagation d‟ondes ultrasonores, soit les fréquences propres de résonance, dites dynamiques.
Les méthodes dites statiques
Le module d‟Young est mesuré à partir de la pente de la courbe contrainte-déformation d‟un essai de flexion, de compression ou de traction. Cependant l‟essai le plus employé est celui de flexion trois points qui présente l‟avantage d‟être simple à mettre en œuvre. On applique des déformations assez importantes et le domaine d‟élasticité est parfois dépassé. Notons
également que pour les essais dits statiques, des contributions autres qu‟élastiques peuvent affecter la déflexion enregistrée au cours de l‟essai, comme la propagation sous-critique ou la déformation plastique à haute température. La déformation élastique d‟une éprouvette
mesurée dans ces conditions est donc surestimée, ce qui conduit à des valeurs de module d‟élasticité apparents faibles.
33 Les méthodes dites dynamiques
La première méthode consiste à mesurer la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans le matériau. Quand les ondes rencontrent des défauts (porosités ou fissures) leur vitesse est fortement réduite. On mesure le temps de propagation de l‟onde et on peut alors déterminer les constantes élastiques (module d‟Young et coefficient de Poisson).
La seconde méthode est la mesure de la fréquence propre de résonance du matériau. Les valeurs obtenues sont similaires aux valeurs obtenues dans le cas de la propagation d‟ondes ultrasonores.
Le taux de déplacement est très faible par rapport à celui engendré dans les méthodes dites statiques : on obtient généralement des valeurs supérieures avec les méthodes dites
dynamiques [13].
Cependant, il y a une bonne corrélation entre ces mesures et celles effectuées dans un essai statique de compression [14]. En revanche les valeurs de module obtenues par mesure statique en flexion donne des valeurs 3 fois plus faibles à cause d‟un certains nombre d‟effets parasites se produisant au niveau du montage de flexion, notamment de l‟écrasement des rouleaux sur lesquels repose l‟éprouvette.
Certains auteurs ont montré que le module élastique d‟un béton mesuré dans un essai de traction est de 20% inférieur à celui mesuré en compression [15]. Cet effet est du à l‟ouverture en traction des fissures préexistantes.
Selon J.M. Robin [18], la mesure de la pente de la caractéristique en traction est proche de la réalité physique. En compression, les valeurs mesurées sont dix fois plus grandes. Le module ainsi mesuré est un module tangent intégrant des phénomènes non linéaires.
Gopalaratnam et al. ont mesuré au contraire, des valeurs identiques en tension et en compression pour un béton ordinaire [16].
D‟autres études ont montré un classement entre les valeurs obtenues par différentes méthodes de mesures du module d‟elasticité d‟un réfractaire Magnésie – carbone. J.M. Robin [18] a trouvé des valeurs très différentes selon les méthodes employées : Compression : 11 GPa ; Flexion : 17 à 23 GPa ; Traction : 25 GPa et Ultrasons : 28 GPa.
Les valeurs de module élastique trouvées dans les différentes études montrent qu‟il y a une certaine confusion autour de la détermination de cette caractéristique. C‟est un paramètre intrinsèque mais la valeur dépend de la méthode employée.
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