Modélisation du séchage des bétons

ABSTRACT

A modelling of drying of concrete is presented. « Intrinsic » liquid water (Kl) and gas (Kg) permeabilities are distinguished, since the concept of intrinsic permeability, which is independent of the fluid nature, is not relevant for a cementitious material. New laws for gas transfers are introduced. Thus, a law gives the effective diffusion coefficient of water vapour as a function of porosity and degree of liquid water saturation. In the same way, a new function, expressing the relative permeability to gas according to this degree of saturation, is calibrated thanks to experimental results. In order to describe the global movement of gas, viscous and slip flows are taken into account according to the Klinkenberg's concept. A numerical study shows, on the one hand, that a gas depression (below the atmospheric gas pressure) can be observed and, on the other hand, that transfers of water in the gas phase can significantly contribute to the drying of cementitious materials in addition to liquid water transport by capillarity. Simplified approaches are presented. Finally, a calibration of Kl is carried out thanks to drying experiments.

RÉSUMÉ

Une modélisation du séchage des bétons est présentée. On propose de distinguer les perméabilités « intrinsèques » à l'eau liquide Kl et aux gaz Kg, puisque le concept de perméabilité intrinsèque, indépendante de la nature du fluide, ne semble pas pertinent pour les matériaux cimentaires. De nouvelles lois de transfert en phase gazeuse sont utilisées: une loi pour lier le coefficient de diffusion effectif de la vapeur d'eau à la porosité et au taux de saturation à l'eau liquide du matériau, une loi d'évolution de la perméabilité relative au gaz en fonction du taux de saturation. Dans le mouvement d'ensemble du gaz, les effets combinés d'écoulement visqueux et de glissement sont pris en compte à partir du concept de Klinkenberg. Une étude numérique montre que, d'une part, une dépression du gaz en dessous de la pression atmosphérique peut apparaître au cours du séchage et, d'autre part, que le transport en phase gazeuse de l'eau peut contribuer de manière non négligeable, en plus du transport de l'eau liquide par capillarité, à la perte de masse par séchage. Des approches simplifiées sont présentées (modèle à pression de gaz constante ou reposant sur le seul transport de l'eau liquide). Enfin, une méthode d'ajustage de Kl par analyse inverse des cinétiques expérimentales de séchage est proposée pour une large gamme de bétons.

KEYWORDS:

• concrete
• moisture transport
• drying
• modelling
• permeability
• diffusion

MOTS-CLÉS:

• bétons
• transferts hydriques
• séchage
• modélisation
• perméabilité
• diffusion