Thermomechanical behavior of a refractory concrete : mineral fibers reinforcement effects

Comportement thermomécanique d'un béton réfractaire : effets du renforcement par des fibres minérales

Aurélien Mazzoni (1)

1 CROMeP - Centre de Recherche Outillages, Matériaux et Procédés

Adding fibres in concretes can modify their mechanical behaviour. Changes essentially depend on the geometry and on the composition of introduced fibres (metal, glasses, ceramics. . . ), on their volume fraction, on the requested temperature and on the thermomechanical behaviour of the reinforced material. The concrete is a damageable material with a brittle or quasi-brittle behaviour whose properties in direct tension are the weakest. Main objective of the fibre reinforcement is to improve the tension behaviour. Fibres can delay the damage localization phenomenon, can increase the material deformation capacity, can allow a resumption of load after cracking and can increase the peak stress level. These characteristics are also representative of the case of refractory concretes. However, the temperature plays a major role on their mechanical behaviour and microstructural evolutions. The aim of this study is to obtain a better understanding of the thermomechanical behaviour and of the microstructural evolutions of refractory concretes reinforced with mineral fibres. Thus mechanical tests and microstructure observations have been performed in a wide temperature range. Mechanical tests deal with tension tests and four point bending tests. Main microstructure observations have been done by scanning electron microscopy. Complementary results of mechanical tests and microstructural observations have made possible to interpret the behaviour of the reinforced refractory concretes, particularly in terms of reinforcement mechanisms up to 1200°C.

Dans ce travail, un béton réfractaire silico-alumineux à base de granulats d'andalousite et à basse teneur en ciment a été renforcé par des fibres minérales. Elles appartiennent à deux grandes familles : les fibres de verre et les fibres à haute teneur en alumine. Le comportement thermomécanique du béton fibré a été caractérisé et analysé. Les mécanismes micromécaniques et microstructuraux qui pilotent ces comportements ont été identifiés. Ce travail a été fait d'une part à 20°C, en tenant compte de l'influence de la température de cuisson et d'autre part à haute température, après cuisson. Cette étude se base sur des résultats d'essais mécaniques jusqu'à 1 200°C, sur des observations microstructurales et sur la connaissance établie dans le domaine des bétons réfractaires non fibrés et fibrés mais également dans celui des bétons de génie civil fibrés. La démarche est basée sur l'établissement de relations entre la microstructure et le comportement thermomécanique, en considérant tout particulièrement l'endommagement aux basses températures ainsi que l'endommagement et la visco-plasticité aux hautes températures.

Mots clés: thermomechanical behaviour; minerals fibres; refractory concrete; ceramic; glass

Mots clés: bétons réfractaires; céramiques et verre; fibres minérales; comportement thermomécanique; microstructure

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]; Matériaux composites et construction

Aurélien Mazzoni. Comportement thermomécanique d'un béton réfractaire : effets du renforcement par des fibres minérales. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université Paul Sabatier (Toulouse 3), 2009. Français. ⟨NNT : 2009TOU30299⟩. ⟨tel-01784331⟩