Influence de la teneur en eau et de la température sur la conductivité thermique du béton cellulaire autoclavé

Résumé

Pour mesurer simultanément sur quatre échantillons l'évolution de la conductivité thermique en fonction de la température, un dispositif expérimental spécifique, entièrement piloté par ordinateur, a été développé en intégrant quatre sondes à chocs thermiques ‘monotiges’ dans une étuve chaud/froid. Nous avons choisi d'explorer la gamme des températures comprises entre 0 et 60°C. Une série de teneurs en eau entre l'état saturé et l'état sec ont été réalisées par séchage progressif au four à micro-ondes. Sept échantillons de béton cellulaire autoclavé avec des masses volumiques allant de 270 à 630 kg m⁻³ ont été sélectionnés et leurs relations conductivité thermique-teneur en eau-température complètement déterminées. Sur la base de ces résultats, deux modèles d'estimation de la conductivité thermique du béton cellulaire autoclavé en fonction de ses caractéristiques et de son état hygrothermique ont pu être construits et validés; l'un nécessite la connaissance des propriétés thermiques de la ‘matrice solide’ microporeuse entourant la macroporosité cellulaire, l'autre se place à une autre échelle en considérant, cette fois, les propriétés du ‘grain’ solide non-poreux. Ces deux modèles présentent des caractères prédictifs équivalents et l'on choisira l'un ou l'autre suivant les données dont on dispose.

Summary

An experimental facility entirely controlled by a computer and using the ‘line source method” for measuring the thermal conductivity has been developed to characterize the evolution of this parameter with water content and temperature on four samples of autoclaved aerated concrete (AAC) blocks simultaneously. The temperature range studied was 0–60°C in steps of 10°C. A series of water contents from completely saturated to completely dry was established by progressive drying in a microwave oven. This technique ensures homogeneous distribution of the water inside the material. Seven samples of AAC blocks with densities between 270 kgm⁻³ and 630 kg m⁻³ were used and their overall temperature/water content/thermal conductivity relationships determined. A thermal conductivity estimation method has been developed and tested, on this database.

We put forward the following procedure. 1. ‘Pure’ thermal conductivity, i.e., without taking into account the vaporization/condensation effects occurring in the porous space, has first to be estimated. For this purpose, one can simply do a linear interpolation between the thermal conductivities for the dry and saturated states, or two parallel models that we have constructed by electrical analogy can also be used. The first model achieves a separation between the microporous solid matrix and the macroporous cellular material. The second considers that the solid phase controls the heat flux inside the material through the contacts between this phase and the others: liquid and air. For these two models, formulas are given for determining the parameters and both give similar results. So, one or the other can be chosen depending on what kind of data are available. 2. Then, according to De Vries, the contribution of the ‘apparent’ thermal conductivity of the humid air has to be added. This parameter, depends only on temperature, and can be obtained from humid air physical properties tables. The factor f that characterizes the interaction of the porous structure with vapour diffusion must be known, and we give a relation between f and the saturation rate for AAC.

With this method, for any temperature or water content, the results are within 10% of actual values, which is quite satisfactory, especially if one considers the errors that can occur if the influence of temperature is not taken into account.