Discrete element approach to packing of arbitrary-shaped particles in concrete

The shapes of real particles using in concrete, from coarse aggregate to mineral admixture, are irregular. The influence of particle shape on behavior of packing is enormous, so on the properties of fresh concrete and matured concrete. Definition of actual grain shape as well as simulation in a discrete element simulation (DES) approach is complicated, however. Spherical grain shape is therefore generally adopted in conventional simulation systems, despite imposing serious limitations. In this paper, a simulation strategy is presented for representation of arbitrary-shaped aggregate grains applied in concrete technology. This simulation approach is also incorporated in a concurrent algorithm-based DES system with the acronym HADES. After assessment of properties pertaining to arbitrary shaped particles, such as mass, centre of mass, and moment of inertia, an example of random mono-sized packing with deferent shapes by DES approach is also revealed. The influence of shape on mono-sized packing behavior is also briefly discussed in this paper.

---

Rzeczywiste kształty ziaren, wykorzystywanych w produkcji betonu, poczynając od żwiru do mineralnych domieszek, są nieregularne. Ponieważ wpływ kształtu ziaren na sposób ich upakowania jest bardzo istotny, ma on również ogromny wpływ zarówno na właściwości świeżej mieszanki betonowej, jak i betonu stwardniałego. Zdefiniowanie rzeczywistego kształtu ziarna, jak i jego zasymulowanie, w opisie dyskretnym (DES) jest skomplikowane. Z tego względu w tradycyjnych metodach symulacyjnych wykorzystywany jest kulisty kształt ziaren, pomimo iż wiąże się to z istotnymi ograniczeniami. W niniejszej pracy przedstawiono propozycję strategii symulacji dla ziaren kruszywa o dowolnym kształcie. Ten sposób symulacji jest także wykorzystywany w zbliżonym algorytmie, bazującym na metodzie DES, znanym pod nazwą HADES. Po określeniu właściwości charakteryzujących ziarna o przyjętym kształcie, takich jak na przykład masa, środek masy oraz moment bezwładności, przedstawiono przykład losowego upakowania za pomocą metody DES ziaren kruszywa, jednorodnych wymiarowo, ale o zróżnicowanym kształcie. W pracy omówiono pokrótce także wpływ kształtu na jednorodny wymiarowo sposób upakowania ziaren kruszywa w strukturze betonu.