Séchage des bétons réfractaires : expérimentation, modélisation et influence d'un ajout de fibres polymère

par Brice Collignon

Thèse de doctorat en Mécanique et énergétique

Sous la direction de Christian Moyne.

Soutenue le 01-10-2009

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL , dans le cadre de EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux , en partenariat avec Laboratoire d'énergétique et de mécanique théorique et appliquée (Nancy) (laboratoire) .

Le président du jury était Jacques Poirier.

Le jury était composé de Christian Moyne, Jacques Poirier, Roman Peczalski, Nicolas Schmitt, Gérard Bisson, Yves Jannot.

Les rapporteurs étaient Roman Peczalski, Nicolas Schmitt.


  • Résumé

    Les matériaux réfractaires non façonnés dense (MRNF) prennent une part de plus en plus importante aussi bien en cimenterie, fonderie, sidérurgie, ... Principalement constitués d’agrégats à base d’alumine, de magnésie, de spinelle, … ils constituent des matériaux de faible perméabilité contenant une teneur résiduelle en eau de 4 à 6 %. Leur séchage avant leur première utilisation est une opération critique qui conditionne leur durée de vie. D’une part, mal conduit, il peut du fait des endommagements occasionnés, réduire considérablement la durée de vie des installations. D’autre part, certaines conditions de séchage conduisent à une véritable destruction de nature explosive du matériau correspondant à une élévation brutale de la pression interne (accompagnant l’élévation de la pression de vapeur saturante de l’eau avec la température). Le travail a permis de se familiariser avec les matériaux réfractaires non-façonnés à l’aide d’une caractérisation thermomécanique complète menée entre la température ambiante et 500 °C, de comprendre les mécanismes mis en jeu lors de leur séchage, d’une part, par une expérimentation et, d’autre part, en les reproduisant en s’appuyant sur un transfert simultané de chaleur et de masse en milieu poreux. Et enfin, il a permis d’étudier l’impact d’un ajout de fibres polymère sur une caractéristique qui gère l’évacuation de l’eau, la perméabilité, et plus généralement sur le séchage

  • Titre traduit

    Drying refractory concrete : experiments, modeling and influence of fiber addition polymer


  • Résumé

    Castable refractories take a more and more important place in various industries: cement factory, casting, iron and steel making. They consist mainly of aggregates of high-alumina and ultra-low cement. Their permeability is very low and they contain before the first heat-up a residual water content of 4 to 6 % (dry basis). Drying during the first heat-up is a crucial step which sharply influence the refractory in-service performances. On one hand, damaging can occur, and as a consequence will reduce drastically the life time of the plants. On the other hand, particular drying conditions can lead to an explosive spalling of the refractory corresponding to an internal gas pressure steep raise linked to the water saturated vapour pressure raise with temperature. First, a complete thermomechanical characterization between ambient temperature and 500 °C of the unshaped refractory materials has been conducted. Then the mechanisms involved during their drying, on one hand, by an experiment and, on the other hand, by using a simultaneous heat and mass transfer model in porous media have been studied. And last, the impact of adding polymer fibers has been analysed both on the concrete permeability as well as their influence on drying


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