Conductivité thermique du béton cellulaire autoclavé: modélisation par méthode autocohérente

Résumé

Dans cet article, nous utilisons la méthode autocohérente pour déterminer la conductivité thermique du béton cellulaire autoclavé selon sa densité et sa teneur en eau. On montre que cette méthode est bien adaptée au béton cellulaire du fait de la présence de pores de tailles très différentes. Nous faisons l'hypothèse que la conductivité thermique et al densité des particules solides sont identiques quelque soit la densité du béton cellulaire. À partir de données expérimentales ces propriétés sont estimées.

Pour traiter le béton cellulaire sec, on utilise directement les résultats classiques de la méthode autocohérente à inclusions composites, obtenus en considérant que le matériau est constitué de bulles d'air entourées d'une membrane solide. Compte tenu des valeurs de conductivité de l'air et des particules solides, et des densités habituelles, les expressions théoriques peuvent être simpli-fiées. La conductivité à l'état sec ainsi obtenue, est en excellent accord avec les données expérimentales.

Pour le béton cellulaire humide, deux modélisations sont examinées La première est une modélisation autocohérente avec des inclusions triphasées, où une couche d'eau est intercalée entre l'air et la membrane solide. Dans cette description, la concentration de l'eau est la même quelle que soit la taille des pores. Pour les valeurs usuelles de densité et de teneur en eau, le résultat n'est qu'en accord qualitatif avec les expériences. Ceci peut être attribué à une mauvaisc description de la répartition de l'eau dans les pores.

Dans la seconde approche nous procédons par “double homogénéisation”. Le matériau est modélisé en considérant des bulles d'air entourées d'une membrane de milieu poreux saturé. La conductivité ainsi obtenue est en bon accord avec les données expérimentales.

Abstract

The self-consistent method was used to determine the thermal conductivity of autoclaved aerated concrete according to its dry density and moisture. We show that this method is efficient for autoclaved aerated concrete as its microstructure contains very different0sized pores. The basic hypothesis is that the density and the thermal conductivity of the solid particles are identical regardless of the dry density of the autoclaved aerated concrete. These properties were assessed from experimental data.

When dealing with dry autoclaved aerated concrete, we use the results of the self-consistent method applied to composite inclusions. We assume that dry autoclaved aerated concrete is constituted of air bubbles of various sizes, embedded in a solid membrane. Taking into account the values of conductivity of air and solid particles, and the typical range of density, the theoretical expressions can be simplified. The dry conductivity thus obtained is in excellent agreement with the experimental data.

When dealing with wet autoclaved aerated concrete, two models were proposed. The first is an extension of the self-consistent approach applied to the case of three-phase composite inclusions: a water layer is located between the air and the solid membrane. In this description, the water concentration is the same whatever the pore size. Within the normal range of variation of moisture and density, this result agrees qualitativelym, but not quantitatively, with the experiments. This is probably due to the rough description of water distribution.

In the second approach, a “double homogenization” procedure is applied. In this way, the description of the wet autoclaved aerated concrete microstructure is improved since dry air bubbles are embedded in a saturated porous media. Then, wet thermal conductivity is in good agreement with the experiments.