Zaczyn cementowy i beton: pory i perkolacja

Zaczyn cementowy i beton:pory i perkolacja

Reprezentacja mikrostuktury 3D • Obliczanie doświadczalnie mierzalnych własności • Element losowaości w mikrostrukturze zaczynu i betonu • .

Pewne podobieństwaamorficzne półprzewodniki Periodic to Amorphous

Beton: materiał kompozytowy • Beton jest przetwarzany poprzez mieszanie, następnie twardnie na skutek chemicznej hydratacji. • Podstawowe własności zaczynów z cementów portlandzkich są związane z żelem C-S-H. • Pomimo tego struktura oraz skład chemiczny fazy C-S-H budzą szereg dyskusji. • Główne składniki cementu: C3S, C2S, C3A, C4A. • Skład fazowy cementu jest przedewszystkim zdeterminowany przez równowagi układów trójskładnikowych: C-S-A i C-A-F.

C-S-H, nm bet, mmon 1 3 2 4 zaczyn, m budowla, m

Układ C-S-H • Układ C-S-H jest głównym produktem hydratacji cementu portlandzkiego i jest w pierwszym rządzie odpowiedzialny za wytrzymałość betonu. • Na poziomie atomowym struktura C-S-H jest całkiem dobrze poznana. • Na poziomie 1  100 nm struktura nie jest jeszcze wyjaśniona w sposób zadowalający.

Model Jenningsa • Hamlin Jennings oraz Steve Johnson, 1986, American Ceramic Society Journal • Propozycjamodelu 3-D dla zaczynu cementowego, plus hydratacja

Pory w betonie i EIS • Złożona struktura porowata betonu • Zmienne własności roztworu wypełniającego pory • Ukształtowanie i wielkość porów • Dla EIS zasadniczą rolę odgrywają jednak właściwości cieczy porowej • Przepływ prądu przez otulenie do zbrojenia odbywa się trzema rodzajami ścieżek.

CCP – ciągłe ścieżki przewodzenia DCP – nieciągłe ścieżki przewodzenia ICP – ścieżki izolatora

Najmniejszą impedancję mają CCP • DCP mają większą impedancję ze względu na punkty nieciągłości • Ścieżki ICP mają znikomy udział w przepływie prądu Obwód zastępczy dla betonu

Widmo Nyqista dla modelu betonu dla danych: RCP= 120 kV, RCCP= 600 kV, Cmat = 6 pF, and CDP= 0.9 nF Pojemność matrycy betonowej jako całości

Single size circle, allowed to freely overlap

Teoria perkolacji p = 0,3 p = 0,6

Jakie jest prawdopodobieństwo, że istnieje ścieżka od początku układu do nieskończoności?

Najprostrzy przykład Istnieje krytyczna watość prawdopodbieństwa: p = pc= 1/2 !!!

What is Percolation Theory? • Quantify the connectivity of random “structures” that were randomly being built up or taken apart. • Random process parameterized in some way. Call parameter “p,” could be time, volume fraction, number of events, etc. • Value of p where a change of connectivity occurs is called the percolation threshold, pc

Example of percolation • Throw down circular discs randomly on a planar region, allow to overlap. Call region phase 1, discs phase 2. • At what area fraction of phase 2 will phase 2 percolate? • Answer: pc (2) = 0.68  0.01 (via computer simulation)

White 0.78 Gray 0.22

White 0.61 Gray 0.39

White 0.40 Gray 0.60

White 0.30 Gray 0.70

Overlapping spheres: 2-D slice of 3-D model Red = 0.40 Unconnected in 2-D, but connected in 3-D

10:1 prolate ellipsoids 7 % volume fraction Percolated!

Zaczyn cementowy i beton: pory i perkolacja