Patchy nature of cement and concrete revealed by physical discrete element simulation approach

• Autorzy: Stroeven P. , He H. , Guo Z. , Stroeven M.

Warianty tytułu

PL

Niejednorodny charakter struktury rzeczywistej cementu i betonu wyrażony za pomocą symulacji metodą elementów dyskretnych

• Konferencja: STERMAT 2008 : VIII International Conference on Stereology and Image Analysis in Materials Sciences (VIII ; 02-06.09.2008 ; Zakopane, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Microscopy observations have revealed the physical existence of a so-called patch microstructure in concrete. This paper presents some evidence that patchy nature is also exist in meso-level, such as distribution of aggregate grain and fibers in concrete. Systematic experimental research into dispersion characteristics of "particles" would be time-consuming and thus expensive. Physical discrete element computer simulation (DECS) by concurrent algorithm-based SPACE system is an economic and potentially reliable alternative. Compared with experimental results, it demonstrates the reliability of the applied DECS approach for predicting dispersion characteristics exploration of cementitious materials on different levels of the microstructure. Patchy nature has been revealed by this DECS approach in meso-level and micro-level.

PL

Obserwacje mikroskopowe wykazały istnienie tak zwanej niejednorodności mikrostrukturalnej betonu. Niniejsza praca przedstawia dowody przemawiające za występowaniem tego rodzaju niejednorodności także na poziomie mesostruktury, jak to ma miejsce na przykład w przypadku rozkładu ziaren kruszywa i rozproszonych włókien w betonie. Systematyczne badania naukowe nad poznaniem charakterystyk rozproszenia "ziaren" byłoby bardzo czasochłonne, a co za tym idzie kosztowne. Symulacja komputerowa za pomocą metody elementów dyskretnych (DECS) rzeczywistej budowy struktury betonu z wykorzystaniem programu SPACE, jest ekonomiczną i potencjalnie wiarygodną alternatywą. Porównanie z wynikami badań eksperymentalnych wykazuje wiarygodność zastosowanej metody (DECS) do przewidywania charakterystyk rozmieszczenia składników w materiałach cementowych, badanych na różnych poziomach obserwacji mikrostruktury. Niejednorodność budowy została wykazana za pomocą metody DECS zarówno na poziomie meso, jak i mikrostruktury.

Słowa kluczowe

PL

niejednorodność mikrostrukturalna betonu; rozproszenie "ziaren"; metoda elementów dyskretnych (DECS); program SPACE

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 29, nr 4
• Strony: 408--412
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Stroeven P.

autor

He H.

autor

Guo Z.

autor

Stroeven M.

• CITG, Delft University of Technology

Bibliografia

• [1] Williams S. R., Philipse A. P.: Random Packings of Spheres and Spherocylinders Simulated by Mechanical Contraction, Phys. Rev. E 67 (2003) 1-9.
• [2] Stroeven M.: Discrete Numerical Modeling of Composite Materials; Application to Cementitious Materials. PhD Thesis, Meinema, Delft (1999).
• [3] Hu J., Chen H., Stroeven P.: Spatial Dispersion of Aggregate In Concrete; A Computer Simulation Study, Comp. & Concr. 3 (5) (2005) 301-312.
• [4] Diamond S., Thaulow N.: The Patch Microstructure in Concrete: Evidence That It Exists and Is Not A Backscattered SEM Artefact, Cem Concr Comp. 28 (7) (2006) 606-612.
• [5] Diamond S.: The Patch Microstructure in Concrete: The Effect of Superplasticizer, Cem. Concr. Res. 36 (4)(2006) 776-779.
• [6] Stroeven P., He H., Guo Z. Stroeven M.: Pore Modeling Strategy in the Perspective of Concrete Durability, Proceedings of ICDCS, Hangzhou, 2008 (to be published).
• [7] Stroeven P., Hu J.: Stochastic heterogeneity as fundamental basis for the design and evaluation of experiments, Cem. Concr. Comp. (2008) (In print).
• [8] Chen H., Stroeven P., Ye G. and Stroeven M.: Influence of boundary conditions on pore percolation in model cement paste, Key Eng. Mat. 302-303 (2006) 486-492.
• [9] Breugel K. van.: Simulation of Hydration and Formation of Structure in Hardening Cement-based Materials. PhD Thesis, Delft University Press, Delft (1991).
• [10] Navi P., Pignat C.: Tri-dimensional Simulation of Micro-structural Development of Cement Paste during Hydration, Proceedings of the International Conference JMX 13, Lausanne, March 9th-10th (1993) 147- 158.
• [11] Stroeven P.: Stroeven M. Assessment of packing characteristics by computer simulation, Cem. Concr. Res. 29 (8) (1999) 1201-1206.
• [12] Stroeven P.: Some Aspects of the Micromechanics of Concrete, PhD Thesis, Delft University Press, Delft (1973).
• [13] Stroeven P., He H., Guo Z., Stroeven M.: Comparison of Experimental and SPACE Simulation Approaches to Particle Packing in Concrete, Proceedings of Microdurability, Nanjing, October 13th-15th 2008 (to be published).
• [14] Stroeven P., Babut, R.: Wire Distribution in Steel Wire Reinforced Concrete, Acta Stereol. 5 (2) (1986) 383-388.
• [15] Stroeven P., Shah S. P.: Use of Radiography-image Analysis for Steel Fiber Reinforced Concrete. Proceedings of the 1978 RILEM Symposium, Sheffield, April (1978) 345-353.
• [16] Torquato S.: Random Heterogeneous Materials Microstructure and Macroscopic Properties. Springer, New York (2001).
• [17] Stroeven P., Stroeven M.: Application of Second Order Stereological Method to Steel Wire Reinforced Concrete, Acta Stereol., 11 (1) (1991) 605-610.
• [18] Hanisch K. H., König D., Stoyan, D.: The Pair Correlation Function for Point and Fibre Systems and Its Determination by Planar Section, J. Microsc., 140 (1985) 361-370.
• [19] Hu J., Stroeven P.: Local Porosity Analysis of Pore Structure in Cement Paste, Cem. Concr. Res., 35 (2) (2005) 233-242.
• [20] Hilfer R.: Local Porosity Theory for Flow in Porous Media, Phys. Rev. B, 45 (1992) 7115-7121.
• [21] Hu J., Stroeven P.: Structural Evolution during Hydration of the Interfacial Transition Zone in Model Concrete, Proceedings of 11th International Congress for Stereology, Beijing, November 4th -8th (2003).