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 Propozycja modelu 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!