Моделирование жесткостных характеристик цементных композитных систем в рамках концепции «внутреннего увлажнения»

Аннотация

В материале статьи рассмотрены основные положения предлагаемой расчетной модели, позволяющей прогнозировать жесткостные характеристики цементных композитных систем в области низких водоцементных отношений, содержащих предварительно насыщенный пористый заполнитель в рамках концепции «внутреннего увлажнения». В основе предлагаемой модели лежит разделение структуры цементной композитной системы на элементарные гетерогенные уровни, на каждом из которых определяют ее эффективные жесткостные характеристики, используя методы гомогенизации теории эффективной среды и дифференциальной теории эффективной среды. Разделение цементной композитной системы на элементарные гетерогенные уровни представлено на ее многоуровневой схеме. Содержащийся в цементной композитной системе предварительно насыщенный пористый заполнитель выделен в отдельный гетерогенный уровень, что позволяет определять значения ее эффективных жесткостных характеристик при различных составах композита, например, цементной композитной системы, состоящей из цементной матрицы и только пористого заполнителя. На жесткостные характеристики цементных композитных систем значительное влияние оказывают гранулометрический состав заполнителя и характеристики транзитной зоны, однако существующие методы гомогенизации, как правило, не в полной мере учитывают эти характеристики в своих решениях. Для определения эффективных жесткостных характеристик цементных композитных систем предложен последовательный способ их определения, основанный на методе новой дифференциальной теории эффективной среды. Предложенный способ позволяет учитывать как гранулометрический состав заполнителя, так и характеристики транзитной зоны при определении эффективных жесткостных характеристик. Представлены результаты верификации предлагаемой расчетной модели.

Ключевые слова: цементная матрица, бетонный композит, многоуровневая схема, гидратация цемента, порог перколяции.

Для цитирования: Кравченко, В. В. Моделирование жесткостных характеристик цементных композитных систем в рамках концепции «внутреннего увлажнения / В. В. Кравченко // Проблемы современного бетона и железобетона : сб. науч. тр. / Ин-т БелНИИС; редкол.: О. Н. Лешкевич [и др.]. – Минск, 2017. – Вып. 9. – С. 250–278. https://doi.org/10.23746/2017-9-16

Полный текст статьи на русском языке

Список использованных источников

1. Kovler K., Jensen O. M. Internal Curing of Concrete. State-of-ъthe- Art Report. RILEM Publications. 2007. 161 p.
2. Tennis P. D., Jennings H. M. A model for two types of calcium silicate hydrate in the microstructure of Portland cement pastes. Cement and Concrete Research. 2000. No. 30(6). pp. 855–863.
3. Bernard, O., Ulm, F. J., Lemarchand E. A multiscale micromechanics-hydration model for the early-age elastic properties of cement-based materials. Cement and Concrete Research. 2003. No. 33(9). pp. 1293–1309.
4. Ulm F-J., Constantinides F., Heukamp H. Is concrete a poromechanics materials? – A multiscale investigation of poroelastic properties. Materials and Structures. 2004. No. 37(1). pp. 43–58.
5. Acker P. Micromechanical Analysis of Creep and Shrinkage Mechanisms. International Conference on Creep, Shrinkage and Durability Mechanics of Concrete and other Quasi-Brittle Materials Procedings. 2001. pp. 15–25.
6. Velez K., Maximiliena S., Damidot D., Fantozzi G., Sorrentino F. Determination by nanoindentation of elastic modulus and hardness of pure constituents of Portland cement clinker. Cement and Concrete Research. 2001. No. 31(4). pp. 555–561.
7. Bentz D. A Three-Dimensional Cement Hydration and Microstructure Development Modelling Package. Internal Report. National Institute of Standards and Technology. 2005. 226 p.
8. Hussain A., Mehmood S., Rasool M. N., Aryal S., Rulis P., Ching W. Y. Electronic structure, mechanical, and optical properties of CaO·Al2O3 system: a first principles approach. Indian Journal of Physics. 2016. No. 90(8). pp. 917–929.
9. Hajilar S. Nano-Scale Investigation of Mechanical Characteristics of Main Phases of Hydrated Cement Paste. Dissertation thesis. University of Massachusetts. 2015. 127 p.
10. Manzano H. Atomistic Simulation studies of the Cement Paste Components. Dissertation thesis. Universidad del País Vasco. 2009. 230 p.
11. Vandamme M. Ulm F. J., Fonollosab P. Nanogranular packing of C–S–H at substochiometric conditions. Cement and Concrete Research. 2010. No. 40(1). pp. 14–26.
12. Němeček J., Šmilauer V., Kopecký L. Nanoindentation characteristics of alkali-activated aluminosilicate materials. Cement and Concrete Composites. 2011. No. 33(2). pp. 163–170.
13. Hu C., Zongjin L. Property investigation of individual phases in cementitious composites containing silica fume and fly ash. Cement and Concrete Composites. 2015. No. 57. pp. 17–26.
14. Kim J., Fan T., Taha M. Homogenization Model Examining the Effect of Nanosilica on Concrete Strength and Stiffness. Journal of the Transportation Research Board. 2010. No. 2141. pp. 28–35.
15. Филимонова, Н. В. Моделирование структуры и собственных деформаций расширяющихся сульфоалюминатных цементных систем: дис. … канд. технич. наук: 05.23.05 / Н. В. Филимонова. – Брест, 2006.–223 с.
16. Papadakis V. G. Experimental investigation and theoretical modeling of silica fume activity in concrete. Cement and Concrete Research. 1999. No. 29(1). pp. 79–86.
17. Parrot L. J., Killoh D. C. Prediction of cement hydration. British ceramic proceedings. 1984. No. 35. pp. 41–53.
18. Lothenbach B., Saout G., Gallucci E., Scrivener K. Influence of limestone on the hydration of Portland cements. Cement and Concrete Research. 2008. No. 38(6). pp. 848–860.
19. Ukrainczyk N. Kinetic modeling of calcium aluminate cement hydration. Chemical Engineering Science. 2010. No. 65(20). pp. 5605–5614.
20. Tazawa E., Miyazawa S. Prediction Model for Autogenous shrinkage of concrete with different type of cement. Procedings 4th International Seminar on Self-Desiccation and Its Importance in Concrete Technology. 2005. pp. 125–139.
21. Rostasy F.S., Gutsch A., Laube M. Creep and relaxation of concrete at early ages – experiments and mathematical modeling. Procedings 5th International RILEM Symposium. 1993. pp. 453–458.
22. Lee H. K., Lee K. M., Kimy B. G. Autogenous shrinkage of high-performance concrete containing fly ash. Magazine of Concrete Research. 2003. No. 55(6). pp. 507–515.
23. Coussy O. Poromechanics. Chichester: John Wiley & Sons. 2004. 312 p.
24. Maekawa K., Ishida T., Kishi T. Multi-Scale Modeling of Structural Concrete. New York, London: CRC Press. 2008. 658 p.
25. Garboczi E. J., Berryman J. G. Elastic moduli of a material containing composite inclusions: Effective medium theory and finite element computations. Mechanics of Materials. 2001. No. 33(8). pp. 455–470.
26. Jones W. A., House M. W., Weiss W. J. Internal curing of high performance concrete using lightweight aggregates and other techniques. Technical Report. Purdue University. 2014. 129 p.
27. Yoshitake I., Rajabipour F., Mimura Y., Scanlon A. A Prediction Method of Tensile Young’s Modulus of Concrete at Early Age. Advances in Civil Engineering. 2012. No. 2012. pp. 1–10.
28. Youssef D. The use of lightweight sand for internal curing and its effect on performance of HPC used for concrete infrastructures. Dissertation thesis. Université de Sherbrooke. 2013. p. 110.
29. Bogue R. H. Calculation of the Compounds in Portland Cement. Industrial & Engineering Chemistry Analytical Edition. 1929. No. 1(4). pp. 192–197.

ISSN 2076-6033