Ninguno

Materiales de Construcción Vol. 60, 300, 7-20 octubre-diciembre 2010 ISSN: 0465-2746 eISSN: 1988-3226 doi: 10.3989/mc.2010.60810

Un método numérico-estadístico para determinar el volumen elemental representativo (VER) de la pasta de cemento en la medición de la difusividad

A numerical-statistical approach to determining the representative elementary volume (REV) of cement paste formeasuring diffusivity
M. Z. Zhang(*), G. Ye(*), K. van Breugel(*)
Recepción/Received: 26-VI-10 Aceptación/Accepted: 28-VII-10 Publicado online/Online publishing: 17-XII-10

RESUMEN La difusividad del hormigón depende de su microestructura a numerosas escalas, desde nanómetros hasta milímetros, por lo que se precisa de técnicas multiescala para representar este parámetro. Junto con el principio dehomogeneización, uno de los métodos multiescala más habituales es el volumen elemental representativo (VER). El objeto de este estudio era establecer un procedimiento que permitiera determinar el VER necesario para calcular la difusividad de la pasta de cemento, basándose en un método numéricoestadístico que consta de tres etapas. Primero, se crearon varias series de microestructuras de pasta decemento en 3D con HYMOSTRUC3D, un programa que permite crear un modelo de la hidratación y microestructura del cemento. Luego se empleó el método de elementos finitos para simular la difusión de agua tritiada a través de estas microestructuras y se obtuvieron los valores de difusividad efectiva de la pasta de cemento para distintos VER aplicando la ley de Fick. Por último se realizó un análisisestadístico para hallar la fluctuación de la difusividad efectiva en función del volumen de pasta de cemento, a partir de la cual se determinó posteriormente el VER. Se llegó a la conclusión de que el VER para la medición de la difusividad en la pasta de cemento es de 100x100x100 µm3. Palabras clave: volumen elemental representativo (VER), pasta de cemento, difusividad, microestructura, HYMOSTRUC3D.SUMMARY Concrete diffusivity is a function of its microstructure on many scales, ranging from nanometres to millimetres. Multi-scale techniques are therefore needed to model this parameter. Representative elementary volume (REV), in conjunction with the homogenization principle, is one of the most common multi-scale approaches. This study aimed to establish a procedure for establishing the REVrequired to determine cement paste diffusivity based on a three-step, numerical-statistical approach. First, several series of 3D cement paste microstructures were generated with HYMOSTRUC3D, a cement hydration and microstructure model, for different volumes of cement paste and w/c ratios ranging from 0.30 to 0.60. Second, the finite element method was used to simulate the diffusion of tritiated waterthrough these microstructures. Effective cement paste diffusivity values for different REVs were obtained by applying Fick’s law. Finally, statistical analysis was used to find the fluctuation in effective diffusivity with cement paste volume, from which the REV was then determined. The conclusion drawn was that the REV for measuring diffusivity in cement paste is 100x100x100 µm3.

Keywords:representative elementary volume (REV), cement paste, diffusivity, microstructure, HYMOSTRUC3D

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*) Delft University, Delft (Holanda). Persona de contacto/Corresponding author: M.Zhang@tudelft.nl
Trabajo presentado en el 1st CODICE workshop on Multi-scale Modelling and Experiments for Cementitious Materials. Paper presented at 1st CODICE workshop on Multi-scale Modelling and Experiments forCementitious Materials.

M. Z. Zhang et al.

1. INTRODUCCIÓN
La difusión del agua es uno de los principales factores determinantes del deterioro en los materiales derivados del cemento, debido a procesos como el transporte de iones cloruro o la lixiviación (1). En consecuencia, toda evaluación precisa de la vida útil de una estructura de hormigón armado en un entorno determinado, debería...