Comportement après cuisson à des températures supérieures ou égales à 900°C

Dans ce domaine, les températures de cuisson dépassent les capacités des fibres de verre, seul le cas des fibres Nextel® _{est donc considéré. C’est un domaine de températures de cuisson}

pour lequel :

- le comportement du béton réfractaire fibré à température ambiante demeure élastique endommageable, mais avec des caractéristiques plus faibles que dans le domaine des bas- ses températures,

- la liaison fibres/matrice devient de plus en plus forte lorsque la température de cuisson augmente, du fait de l’augmentation de la quantité de phases liquides formées à haute température,

- un passage progressif opère d’une action unitaire (indépendante) de chaque fibre à des ac- tions par groupes (paquets) de fibres liées les unes aux autres par des ponts de matrice densifiée, à forte quantité de phase vitreuse.

La principale influence de l’élévation de la température de cuisson est donc liée à l’augmentation de la quantité de phases vitreuses formées et à l’amplification des phénomènes de densification. Après retour à température ambiante, il en résulte une augmentation de la force de liaison au niveau des interfaces fibres/matrice et le pontage de fibres par des zones de matrice densifiée. Les images de la Figure 3.29 permettent d’illustrer ces phénomènes pour des tempéra- tures de cuisson de 900°C à 1 200°C. Les mécanismes permettant la dissipation d’énergie aux in- terfaces fibres/matrice deviennent alors moins actifs. Lors du chargement mécanique, les fibres agissent davantage par groupes qu’individuellement, ces groupes de fibres jouant un rôle analogue à celui des granulats, comme cela est illustré sur les images de la Figure 3.30.

Figure 3.29 Illustration de la formation de phases vitreuses sur les fibres de renforcement.

Figure 3.30 Illustration du phénomène de liaison entre fibres de renforcement par des zones de matrice densifiée à fort taux de phases vitreuses.

En considérant l’exemple du comportement en traction de la nuance And-N6, une modé- lisation phénoménologique des évolutions des mécanismes de renforcement à température am-

biante est proposée en Figure 3.31. Pour un essai effectué à température ambiante sur un maté- riau cuit à 700°C, la rupture du matériau entraîne le déchaussement des fibres céramiques Nex- tel610®_{. Ce déchaussement joue un rôle important sur le renforcement et l’amélioration du com-}

portement mécanique du béton réfractaire. Après une cuisson à 900°C, le déchaussement des fi- bres est toujours observé, mais les longueurs de fibres extraites sont généralement plus faibles que pour le béton réfractaire cuit à 700°C. L’origine de cette évolution réside dans la formation de phases vitreuses localisées, pour ce niveau de température de cuisson. Pour des températures de cuisson plus élevées, par exemple 1 100°C, de plus fortes quantités de phase vitreuse sont créées. Ces phases renforcent la liaison fibres/béton à température ambiante et provoquent des liaisons entre fibres, par des ponts de phases vitreuses et par des zones de matrice densifiée à fort taux de phases vitreuses. De fait, les fibres n’agissent plus de manière indépendante mais davan- tage par groupes. Au niveau des faciès de rupture, ces ensembles de fibres semblent avoir joué un rôle qui se rapproche alors de celui des granulats.

(a) cuisson à 700°C (b) cuisson à 900°C

(c) cuisson à 1 100°C

Figure 3.31 Modélisation phénoménologique des évolutions des mécanismes de renforcement à température ambiante par des fibres minérales en fonction de la température de cuis- son. Comparaison de faciès de rupture schématisés et des évolutions de comportement associées avec l’exemple du comportement à 20°C du béton réfractaire renforcé de fi- bres Nextel610® (nuance And-N6).

3.4 Conclusion

Ce chapitre a été consacré à l’étude du comportement à température ambiante, en fonc- tion de la température de cuisson, du béton réfractaire à base d’andalousite renforcé de fibres Nextel® _{ou de fibres de verre. L’ajout des fibres a une influence bénéfique sur le comportement}

non linéaire de ce matériau. L’amplitude des effets du renforcement est plus marquée pour la fraction volumique de 2% que pour celle de 0,5%, de même qu’elle est plus marquée pour les fi- bres à haute teneur en alumine que pour les fibres de verre. Le rôle bénéfique du renforcement concerne le domaine pré-pic des courbes de comportement, conduisant le plus souvent à une ex- tension de l’étendue du domaine linéaire et du domaine non-linéaire. Les fibres modifient donc majoritairement le développement de l’endommagement diffus, thermique et mécanique. Elles le ralentissent et retardent les phénomènes de localisation, donc l’amorçage de macrofissures. Les capacités en contrainte et en déformation du matériau sont ainsi le plus souvent améliorées par l’introduction des fibres. La rupture conserve un caractère quasi-fragile. Les effets bénéfiques du renforcement dans le domaine pré-pic conduisent à une augmentation de l’énergie emmagasinée dans les éprouvettes au moment de l’amorçage d’une ou plusieurs macrofissures. A température ambiante, pour les fractions volumiques considérées, les fibres ne permettent alors pas des phé- nomènes de reprises de charge suffisants pour éviter une rupture quasi-fragile. Les mécanismes du renforcement ont été précisés par des observations microstructurales de faciès de rupture et de coupes polies. Ces observations ont ainsi permis d’améliorer la connaissance et la compréhen- sion de ces mécanismes, tant au plan micromécanique qu’au plan physico-chimique. Les deux ty- pes de phénomènes, micromécaniques et physico-chimiques, sont fortement couplés et l’apparition de phases liquides lors du cycle de cuisson a des conséquences importantes sur le comportement à température ambiante du béton réfractaire fibré, comme cela était déjà le cas du béton non-fibré. Le chapitre suivant va maintenant concerner l’étude du comportement des mê- mes matériaux mais à haute température.