Etude expérimentale des instabilités thermiques dans un béton à hautes performances

Résumé : L'étude proposée porte sur la mise en évidence des instabilités thermiques lors de la chauffe d'une paroi de Béton à Hautes Performances (BHP) en vue de leur modélisation par des lois de comportement d'endommagement. Le béton étudié est caractérisé par un rapport E/C de 0,25 et une teneur en fumée de silice de 10%. Les essais ont été effectués sur une installation constituée d'un brûleur à plusieurs ouvreaux, afin d'uniformiser la température sur la paroi, coiffé par un four. Les éprouvettes constituées de dalles carrées de 25 cm de côté et de 10 cm d'épaisseur sont chauffées sur l'une de leurs grandes faces en suivant la courbe standard de température ISO 834 de l'Eurocode 2. Elles sont munies de thermocouples placés pendant la confection de l'éprouvette et disposés à différentes distances de la face chauffée destinés à mesurer la variation de température dans l'épaisseur. Pour certaines d'entre elles, des tiges creuses noyées dans le béton et reliées à un capteur de pression permettent de mesurer la variation de pression en certains points au cours des essais. Les premiers essais, réalisés avec une première version du four remplissant partiellement le cahier des charges, ont permis toutefois de valider la capacité du brûleur à produire la puissance nécessaire pour suivre les courbes de température ISO 834 et HCM de l'Eurocode 2. Ils ont aussi permis d'optimiser les procédures d'implantation des thermocouples dans le béton lors de la confection des éprouvettes. Ils ont enfin permis au niveau de la physique de mettre en évidence la sensibilité du béton étudié aux instabilités thermiques car le phénomène d'écaillage et même d'explosion a été observé à chacun des essais. Les résultats de ces essais sont disponibles et prêts à être présentés. Nous travaillons actuellement à la finalisation de la version complète du four garantissant qu'au cours de l'essai les conditions aux limites appliquées à l'éprouvette soient conformes à celles imposées dans la modélisation numérique. En plus de la mesure de température réalisée avec la première version du four, il sera possible avec la version finalisée de faire des mesures de pression dans le béton et de réaliser un film vidéo de la face chauffée de l'éprouvette en cours d'essai. Ainsi, les résultats de mesure de température et de pression de vapeur en certains points seront analysés et corrélés avec les observations expérimentales directes et indirectes : occurrence des éclats, dimensions des éclats, fissuration et microfissuration, analyse des images vidéo. Cette étude permettra d'améliorer la compréhension des phénomènes générant les instabilités thermiques dans le béton par la réalisation d'un nombre d'essais représentatif d'un point de vue statistique. Elle permettra aussi de fournir des données expérimentales sur le champ thermique afin de caler les calculs de champ thermique issus de la modélisation numérique, préalable indispensable pour modéliser correctement le comportement d'endommagement du béton au cours de l'essai. Mots-clés : Béton à haute performance, courbe de température ISO 834, écaillage, température, pression de vapeur. Bibliographie : [1] W.Z. Zheng, X.M. Hou, D.S. Shi, M.X. Xu. 2010. Experimental study on concrete spalling in prestressed slabs subjected to fire. Fire Safety Journal 45 (2010) 283-297. [2] K.D. Hertz, L.S. Sorensen. 2005. Test method for spalling of fire exposed concrete. Fire Safety Journal 40 (2005) 466-476. [3] Pierre Kalifa, Gregoire Chene, Christophe Galle. 2001. High-temperature behavior of HPC with polypropylene fibres: From spalling to microstructure. Cement and Concrete Research 31 (2001) 1487-1499