Résultats sur les éprouvettes de la matrice réfractaire

Cette section présente tous les résultats expérimentaux obtenus à partir des essais thermomécaniques au régime TMTC et de transfert thermique sur des éprouvettes de la matrice du béton réfractaire

i. Comportement thermomécanique de la matrice à températures élevées

Les propriétés thermomécaniques de la matrice du béton réfractaire ont été caractérisées grâce aux essais effectués sur des éprouvettes F.M au régime TMTC. Comme résultats, les éprouvettes F.M ont fourni uniquement le comportement fragile à différentes températures, ce qui a été remarquée par une rupture de manière brusque quand la matrice du béton réfractaire avait atteint d’un état limite. Les propriétés thermomécaniques de la matrice du béton F.M tels que la contrainte maximale (VT,M) et le module d’Young ((T,M) à différentes températures ont été présentées dans le Tableau 2.13 ci-dessous.

Tableau 2. 13: Résultats du test effectué sur des éprouvettes F.M en condition TMTC (la valeur de l'écart-type en parallèle)

ii. Evolution des propriétés thermomécaniques vis–à–vis la température

Les propriétés mécaniques normalisées (résistance ultime normalisée et module d’Young normalisé) d’un matériau sont définies comme le rapport entre sa propriété mécanique à une température (T) et sa propriété mécanique à température ambiante (VT,M/V25,M ou ET,M/E25,M).

La Figure 2. 30 montre l'évolution de la propriété thermomécanique des éprouvettes de la matrice F.M en fonction de la température. D'après la Figure 2. 30, on peut observer que les propriétés thermomécaniques diminuent progressivement avec l'augmentation de la température comme dans la littérature [23], [55], [63]. Les éprouvettes de F.M sont maintenues à environ 50% de leur résistance ultime à 700 °C, tandis que leur module de Young a diminué d'environ 80% de cette valeur à température ambiante.

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-Figure 2. 30: Evolution de la résistance ultime normalisée obtenue pour les éprouvettes F.M en comparant avec les résultats de la littérature[23] [63]

iii. Mode de rupture

Les éprouvettes de la matrice du béton après les essais thermomécaniques à différentes températures présentent un simple mode de rupture. Selon les résultats obtenus, la matrice a présenté un mode de rupture fragile, caractérisé par une chute de la contrainte (jusqu’à une valeur de zéro). Les éprouvettes du béton réfractaire sont cassées par deux parties. Les images d’éprouvette après les essais thermomécaniques à différentes températures sont présentées dans la Figure 2. 31 ci-dessous.

Figure 2. 31 : Modes de rupture des éprouvettes de la matrice du béton à différentes températures

iv. Transfer thermique dans la matrice du béton réfractaire

Cette section présente les résultats expérimentaux de l’essai de transfert thermique dans l’éprouvette cylindrique de la matrice réfractaire.

a) Augmentation de la température

L’augmentation des températures à l’extérieur et à l’intérieur de l’éprouvette cylindrique de la matrice réfractaire, mesurées par thermocouples, est présentée par la Figure 2. 32. On peut trouver que la température moyenne à l’extérieur de l’éprouvette cylindrique, obtenue par les mesures de trois thermocouples attachés sur l’éprouvette, a augmenté avec deux intervalles :

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-le premier avec la vitesse moyenne de 29.5 °C/min et -le deuxième de 3.3 °C/min. Au point de mesure de la température à l’intérieur (au milieu d’éprouvette cylindrique), la température a été croissante plus lentement qu’à l’extérieur grâce à une couche de 3.9cm d’épaisseur de matrice. La courbe d’augmentation de la température est incurvée au début et presque linéaire après avec la vitesse moyenne mesurée de 22.8 °C/min. L’homogénéité de la température dans l’éprouvette cylindrique s’est produite après 47.5 minutes de test et à la température de 751.4 °C. L’écart maximal entre deux températures (à l’extérieur et à l’intérieur) est de 250.6

°C au moment où l’essai de transfert thermique a commencé 19 minutes.

b) Vitesse d’augmentation de la température

La Figure 2. 32 présente l’évolution de la vitesse d’augmentation de la température en fonction du temps aux deux points étudiés. Au point à l’intérieur, on peut trouver l’effet de l’eau dans la matrice cimentaire sur cette évolution (le teneur en eau est de 2.26%). Dans la gamme de température allant de 70 °C à 160 °C, il y a un grand saut local sur les courbes

« vitesse – temps » qui vient de la vaporisation d’eau libre et d’eau liée dans la matrice cimentaire. Ce phénomène provoque la conduction thermique plus vite et augmente localement la conductivité thermique dans la matrice. Ce résultat est raisonnable avec la revue bibliographique de littérature [63].

Figure 2. 32 : Augmentation de la température à l’extérieur et à l’intérieur de l’éprouvette

cylindrique

Figure 2. 33 : Evolution de la vitesse d’augmentation de la température en fonction du

temps

c) Mode de rupture

La Figure 2. 34 présente une observation d’éprouvette cylindrique après l’essai de transfert thermique. On peut trouver d’abord l’effet de la température sur la surface d’éprouvette.

Ensuite, au long de l'axe de l'éprouvette, une longue fissure à partir de la surface inférieure à l’autre côté est observée. Cette fissure accélère le processus de transfert de chaleur dans l’éprouvette et augmente la vitesse d’augmentation de la température au centre de la section.

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-(a) Surface d’éprouvette (b) Fissuration sur le corps d’éprouvette Figure 2. 34 : Images d’éprouvette après l’essai de transfert thermique

v. Conclusion

A partir des résultats obtenus sur des éprouvettes du béton réfractaire à différentes températures allant de 25 °C à 700 °C, certaines conclusions de cette étude sont mentionnées ci-dessous:

1. Les éprouvettes du béton réfractaire ont donné un comportement fragile sous sollicitation thermomécanique à différentes températures. Ces éprouvettes sont complètement cassées en deux parties par une rupture de façon brusque.

2. Les propriétés thermomécaniques du béton réfractaire diminuent de temps en temps avec l’augmentation du niveau de température. Le module d’Young possède une diminution progressive en fonction de la température (reste encore 20% de sa valeur initiale à 700 °C), alors que la résistance ultime diminue selon deux manières: environ 30% dans la gamme de température allant de 25 °C à 75 °C et environ 30% pour la température de 75 °C à 700 °C.

3. Le transfert thermique dans le béton réfractaire est testé sur les éprouvettes cylindriques. La température à l’intérieur est inférieure un écart maximal de 250 °C par rapport à celle à l’extérieur. L’homogénéité de la température se produit après 47.5 minutes d’essai.