Patchy nature of cement and concrete revealed by physical discrete element simulation approach

Microscopy observations have revealed the physical existence of a so-called patch microstructure in concrete. This paper presents some evidence that patchy nature is also exist in meso-level, such as distribution of aggregate grain and fibers in concrete. Systematic experimental research into dispersion characteristics of "particles" would be time-consuming and thus expensive. Physical discrete element computer simulation (DECS) by concurrent algorithm-based SPACE system is an economic and potentially reliable alternative. Compared with experimental results, it demonstrates the reliability of the applied DECS approach for predicting dispersion characteristics exploration of cementitious materials on different levels of the microstructure. Patchy nature has been revealed by this DECS approach in meso-level and micro-level.

---

Obserwacje mikroskopowe wykazały istnienie tak zwanej niejednorodności mikrostrukturalnej betonu. Niniejsza praca przedstawia dowody przemawiające za występowaniem tego rodzaju niejednorodności także na poziomie mesostruktury, jak to ma miejsce na przykład w przypadku rozkładu ziaren kruszywa i rozproszonych włókien w betonie. Systematyczne badania naukowe nad poznaniem charakterystyk rozproszenia "ziaren" byłoby bardzo czasochłonne, a co za tym idzie kosztowne. Symulacja komputerowa za pomocą metody elementów dyskretnych (DECS) rzeczywistej budowy struktury betonu z wykorzystaniem programu SPACE, jest ekonomiczną i potencjalnie wiarygodną alternatywą. Porównanie z wynikami badań eksperymentalnych wykazuje wiarygodność zastosowanej metody (DECS) do przewidywania charakterystyk rozmieszczenia składników w materiałach cementowych, badanych na różnych poziomach obserwacji mikrostruktury. Niejednorodność budowy została wykazana za pomocą metody DECS zarówno na poziomie meso, jak i mikrostruktury.