مصالح و سازه های بتنی

مصالح و سازه های بتنی

بررسی مدل‌ میکروساختار ارتوتروپیک بتن با شکل سنگدانه‌های واقعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه عمران دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه خوارزمی
2 دانشکده عمران دانشگاه خواجه نصیر
3 دانشگاه خوارزمی
چکیده
بتن به‌عنوان یک ماده مرکب ناهمگن، از فازهای مختلفی شامل خمیر سیمان، سنگدانه‌ها و نواحی بین‌سطحی تشکیل شده و خواص مکانیکی آن به شکل، اندازه، درصد حجمی و نحوه توزیع سنگدانه‌ها وابسته است. در این پژوهش، مدل سه‌بعدی حجم نماینده بتن با استفاده از شکل واقعی سنگدانه‌ها تولید و تحت شرایط مرزی پریودیک در نرم‌افزار آباکوس تحلیل شد. هدف اصلی، استخراج خواص مکانیکی مؤثر بتن به‌صورت ارتوتروپیک شامل مدول‌های الاستیسیته، مدول‌های برشی و ضرایب پواسون بود. برای تعیین اندازه مناسب RVE، نمونه‌هایی با ابعاد ۴۰، ۵۰، ۶۰ و ۷۰ میلی‌متر بررسی شد و با توجه به همگرایی نتایج، اندازه ۶۰ میلی‌متر به‌عنوان حجم نماینده انتخاب گردید. سپس مدل‌ها برای درصدهای حجمی سنگدانه ۱۰، ۲۰، ۳۰ و ۴۰ درصد تحلیل شدند. نتایج نشان داد با افزایش درصد حجمی سنگدانه‌ها، مدول‌های الاستیسیته مؤثر از حدود ۲۱٫۵ گیگاپاسکال در ۱۰ درصد به حدود ۳۱٫۸ گیگاپاسکال در ۴۰ درصد افزایش یافت. همچنین مدول‌های برشی از حدود ۸٫۹۶ گیگاپاسکال به حدود ۱۳٫۲۷ گیگاپاسکال رسیدند. ضرایب پواسون نیز در بازه تقریبی ۰٫۱۹۶ تا ۰٫۲۰۰ تغییر کردند. نتایج بیانگر آن است که استفاده از هندسه واقعی سنگدانه‌ها و شرایط مرزی پریودیک می‌تواند پیش‌بینی دقیق‌تری از خواص مکانیکی مؤثر بتن فراهم کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of the Orthotropic Microstructure Model of Concrete with Real Aggregate Shapes

نویسندگان English

seyed hossein hosseini lavassani 1
Seyed Mahdi Ardestani 2
Milad Norolahi 3
1 kharazmi university
2 Faculty of Civil Engineering, K. N. Toosi University of Technology
3 KHU
چکیده English

Concrete, as a heterogeneous composite material, consists of several phases, including cement paste, aggregates, and interfacial zones, and its mechanical properties depend on the shape, size, volume fraction, and spatial distribution of aggregates. In this study, a three-dimensional representative volume element (RVE) model of concrete was generated using real aggregate shapes and analyzed under periodic boundary conditions in Abaqus. The main objective was to extract the effective mechanical properties of concrete in an orthotropic form, including elastic moduli, shear moduli, and Poisson’s ratios.

To determine the appropriate RVE size, specimens with dimensions of 40, 50, 60, and 70 mm were investigated. Based on the convergence of the results, the 60 mm specimen was selected as the representative volume element. Subsequently, models with aggregate volume fractions of 10%, 20%, 30%, and 40% were analyzed. The results indicated that, with increasing aggregate volume fraction, the effective elastic moduli increased from approximately 21.5 GPa at 10% aggregate volume fraction to approximately 31.8 GPa at 40%. Furthermore, the shear moduli increased from about 8.96 GPa to about 13.27 GPa. The Poisson’s ratios varied within the approximate range of 0.196 to 0.200. The results demonstrate that the use of real aggregate geometry combined with periodic boundary conditions can provide a more accurate prediction of the effective mechanical properties of concrete.

کلیدواژه‌ها English

Micromechanics
composite materials
aggregate shape
periodic boundary conditions
RVE concrete model

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 03 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 14 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 11 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 03 مرداد 1405