Propriétés mécaniques et durée de vie de bétons réfractaires

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Ce chapitre présente les matériaux étudiés ainsi que les techniques expérimentales mises en œuvre pour caractériser leur endommagement. Dans une première partie nous présentons les deux bétons réfractaires étudiés ainsi que leurs caractéristiques et leurs méthodes d’élaboration. Une deuxième et troisième parties présentent le matériel d’émission acoustique (EA) et de mesure de vitesse de propagation d’ondes ultrasonores (US). Enfin, une dernière partie présente les essais de flexion et de traction. I. Matériaux Les deux matériaux étudiés sont des bétons réfractaires à basse teneur en ciment. Le premier a été choisi car il est typique des bétons réfractaires employés dans les centrales à LFC. Un deuxième matériau a été choisi pour pouvoir comparer le comportement de ces deux matériaux et voir si une transposition des résultats était possible d’un matériau à l’autre. A. Composition, caractéristiques Le béton A est un béton dense MCC (Medium Cement Castable) à moyenne teneur en ciment. Le Béton B est un béton dense LCC (Low Cement Castable) à basse teneur en ciment. Dans les deux cas, la taille maximale des agrégats est de 7 mm. Ils se présentent sous forme prête à l’emploi par sacs de 25 kg auxquels il faut ajouter entre 6.4 et 7.6% massique d’eau de qualité potable pour le béton A et entre 8 et 9 % massique d’eau de qualité potable pour le béton B. Le malaxage des deux bétons durant la mise en œuvre ne doit pas durer plus de 4 minutes après l’ajout de l’eau. Le béton nécessite d’être vibré pour la mise en forme et il peut être séché puis cuit après 24 h de prise. Suite à différents problèmes d’élaboration rencontrés à l’INSA avec le béton A, les éprouvettes ont été élaborées par une société extérieure, le fumiste COREF. Les éprouvettes de béton B ont été élaborées à l’INSA. Les Tableau 1 et Tableau 2 ci-dessous reprennent les caractéristiques physico-chimiques de chaque béton données par les fabricants. Al 2 O 3 SiO 2 Fe 2 O 3 CaO Densité à 110°C Béton A 51 42 0.8 4.1 2.27 Béton B 41 49
Figure 37 : Photos de la surface de rupture des deux bétons après un essai de traction (Gauche : B, Droite : A) La Figure 37 représente les surfaces de rupture des deux bétons après un essai de traction. On peut observer la répartition granulométrique des granulats. B. Elaboration Le matériau B a été élaboré à l’INSA en plusieurs étapes. Le mélange sec est d’abord homogénéisé pendant 1 minute dans un malaxeur de grande capacité (20 L), puis le minimum d’eau conseillé par le fabricant est ajouté. Après une minute de malaxage, le reste de l’eau est ajouté pour obtenir la consistance adéquate nécessaire à la mise en œuvre du béton. Ceci est laissé à l’appréciation de l’utilisateur tout en ne dépassant pas la quantité maximale d’eau préconisée par le fabricant. Le béton ne doit pas être malaxé pendant plus de 4 minutes. Le béton est ensuite coulé dans les moules sur la table vibrante pour éviter la formation de bulles d’air ou de trous. Les moules sont maintenus pendant 24h à 100% d’humidité relative avant démoulage pour assurer une bonne prise du ciment. Les éprouvettes sont ensuite séchées pendant 48h à 110°C avant cuisson. Les vitesses de montée en température préconisées sont extrêmement lentes du fait de l'épaisseur de réfractaire prise en compte. En effet, une montée en température trop rapide ne permettrait pas une bonne évacuation de l’eau contenue dans le béton. On évite ainsi une éventuelle explosion du matériau due à une évaporation trop brutale de l’eau qui engendrerait une forte pression dans les pores. De façon surprenante, les fabricants ne préconisent pas de palier à 150°C et 350°C comme le font d'autres fournisseurs. Ces paliers servent à éliminer l'eau libre et l'eau de constitution pour éviter un éclatement pendant la cuisson. Dans notre cas, les éprouvettes ont été étuvées avant cuisson et des paliers ont été effectués à 150°C et 350°C pour permettre l'évacuation de l'eau. Le même cycle de montée en température est utilisé pour les deux bétons (Figure 38). - 53 -
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