مدل‌سازي هندسي بتن بر اساس اجزاي ساختاري آن

Geometrical Inclusion - Matrix Modeling of Concrete

مطالعات تحليلي و تجربي نشان مي‌دهد كه رفتار بتن به‌شدت از ريز ساختار آن تاثير مي‌پذيرد، لذا در پيش‌بيني خواص و رفتار بتن بايد آن را به‌صورت يك ماده‌اي سه فازه مشتمل بر سنگدانه‌ها ، ماتريس و ناحيه انتقالي در نظر گرفت . انتخاب نوع سنگدانه‌ها، اندازه و توزيع آن‌ها خواص بتن را تحت تاثير قرار مي‌دهد. با توجه به توزيع تصادفي سنگدانه‌ها و تنوع اندازه آن‌ها در بتن، مدل‌سازي رفتار بتن بر اساس اجزاي ساختاري آن در مقياس ريزبيني مشكل است. براي اين منظور بايد فرضيات ساده‌كننده‌اي را به‌كار بريم. در اين مقاله، با داشتن طرح اختلاطي مشخص توام با منحني دانه‌بندي با توزيع و تنوع اندازه سنگدانه‌اي معين، روش ساده‌اي براي جايگزيني سنگدانه‌هاي واقعي با سنگدانه كروي معادل با قطر موثر، به‌همراه ضرايب مربوطه بيان مي‌شود. يعني مي‌توان در نمونه بتني، به‌جاي روش‌هاي پيچيده هندسي و مبتني بر احتمالات يا روش‌هاي تصويربرداري با استفاده از روشي ساده، قطر موثر را تعيين وسپس با آن قطر، دو نوع چينش مرزي با حداكثر و حداقل حجم سنگدانه‌ها را به‌عنوان المان پايه قابل تكرار استخراج كرد. در نتيجه الماني ساده شده خواهيم داشت كه مي‌توان از آن در مدل‌سازي رفتاري نمونه‌هاي بتني در حالت ريزمقياس و سه‌فازي استفاده‌نمود.

Recent experiments and analytical investigations have shown that the mechanical behavior of concrete is strongly dependent on its microstructure. However, the concrete behavior is composed of three phases as grains, cement paste and interfacial transition zone. The grains type, size and distribution of aggregate affect the concreteʹs characteristics. Because of the random distribution and size variation of aggregate in concrete, the modeling of concreteʹs behavior based on component in meso structure is difficult and so we must use simple assumption. In this paper, through mixing design and grading curve, a simple method was developed to replace real aggregate with equivalent sphere aggregate with effective diameter. So we can use simple methods instead of complex numeral and randomness or X ray methods to find effective diameter and to determine two arrangements with maximum and minimum aggregate volume as a repeatable basical element. As a result, we can use this element for modeling the behavior of sample concrete in meso scale and three phases.