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Prediction of mechanical properties of cement paste at microscale

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Author(s): Qian, Z. | Schlangen, E. | Ye, G. | van Breugel, K.

Journal: Materiales de Construccion
ISSN 0465-2746

Volume: 60;
Issue: 297;
Start page: 7;
Date: 2010;
Original page

Keywords: 3D Lattice Modeling | Fracture Process Simulation | Cement Paste | Microscale | Mechanical Properties Prediction | modelo reticular 3D | simulación de fractura | pasta de cemento | micro-escala | predicción de propiedades mecánicas

ABSTRACT
Prediction of the mechanical properties of cement paste at microscale has been done in this contribution by making use of 3D lattice fracture model. The microstructure of cement paste is simulated by HYMOSTRUC3D first, which is represented in terms of sphere particles. Then the microstructure is converted into a voxel-based image, and a lattice system is constructed based on the image of the microstructure through ImgLat (Image to Lattice). A virtual uni-axial tensile test is configured and the fracture process is simulated by GLAK (Generalized Lattice Analysis Kernel). The outputs of fracture process simulation are the load-displacement diagram and micro-cracks propagation. The load-displacement diagram reveals the tensile behavior of cement paste at microscale, from which the elastic modulus and tensile strength can be obtained. A numerical experiment is carried out to show how the model works, and the final results also demonstrate the feasibility of the above modeling procedure.En el presente trabajo se ha realizado una predicción de las propiedades mecánicas del cemento en la micro-escala, empleando un modelo de fractura reticular 3D. En primer lugar se simula la micro-estructura del cemento mediante el código HYMOSTRUC3D, representando dicha micro-estructura mediante partículas esféricas. A continuación, la micro-estructura generada se convierte en una imagen basada en “vóxeles”, y se construye un sistema reticular basado en esa imagen mediante el código ImgLat (Image to Lattice). Se define un ensayo de tensión uniaxial virtual, y se simula el proceso de fractura usando el código GLAK (Generalized Lattice Análisis Kernel). Los resultados obtenidos de esta simulación del proceso de fractura son diagramas de carga-desplazamiento y propagación de micro-roturas. El diagrama de carga-desplazamiento caracteriza el comportamiento a fractura de la pasta de cemento en la micro-escala, y a partir de éste se puede obtener la resistencia a fractura y el módulo de elasticidad del material. Con el objetivo de mostrar el funcionamiento de la simulación, se ha realizado un experimento teórico, cuyos resultados sirven para validar el modelo empleado.
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