7th IMRMPT

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English title:	Influence of the size distribution and shape of the aggregate on the rheology of cement-based mixtures
Spanish title:	Influencia de la distribuci�n de tama�o y forma del agregado en la reolog�a de mezclas a base de cemento
English abstract:	Rheology, as a branch of physics that studies how fluids deform, has become a fundamental tool to monitor and evaluate the flow capacity of a cement-based mixture; through its shear stress and viscosity variables, it allows for determining how they influence the components of cement-based mixtures in their response in workability, of this, of the 14^9 m^3 of concrete that is produced per year on the planet between 80 and 90% of this is pumped (Miller, Sabbie A. 2016), which is why high amounts of energy are invested in carrying these materials to very complex areas without causing effects such as segregation or tingling, which generates great scientific and environmental interest. In this sense, throughout history, theories and mathematical models have been developed that try to predict the influence of the components of mixtures on their rheological response through the constitutive equations of rheology, such as the Bingham (1920) and Herschel models. -Bulkley (1980) or Modified Bingham (2011) and on the other hand, mathematical models for suspension analysis such as Krieger and Dougherty (1960) and Simha-Chidiac (2009), among others, have been derived from the Wu model ( 2014) that through an approximation of the physical phenomenon proposed by the Navier Stokes equations covered in the elastic limit threshold factor and the gradation factor through the packing factor, make up the Wu model (Modified from, Barnes, H.A, 1993 ) (Chidiac & Mahmoodzadeh, 2009) (Wu, Q., & An, X 2014); given that for mortars and concretes, the aggregates cover contents greater than 65% of the total volume of a specific mixture, the characterization of the influence of the aggregates is decisive in the rheological response. In this model, after the morphological characterization of the aggregates in particle size distribution, shape, and density and, on the other hand, measurements of viscosity and density in t, it proposes to predict the stress response of creep of a mortar or concrete. Given this, models that cover a physical component through the elastic limit threshold and the gradation factor through the packing factor to predict rheological variables are uncommon in concrete matters. However, when evaluating all the parameters that are developed in the Wu model to calculate the shear stress and comparing it with a rheological analysis using a rheometer, we found specific differences of up to 42%, which does not give very reliable evidence of the representativeness of the model to explain the shear stress response phenomenon derived from the characterizations already mentioned, in this sense, when deconstructing the model, in the elastic limit threshold we see that the model when making a theoretical abstraction to evaluate how the shape of the aggregate interacts with the paste that covers it is not sensitive to the three dimensions of the aggregate, which reduces the representativeness of the shape within the model, and as is known, the shape of the aggregate is a determining factor in the rheological response. Additionally, when reviewing the gradation factor of the model, we found that it is intended to describe the entire particle size distribution through a discrete relationship based on the average size of the distribution, the maximum diameter of the distribution, and the slope of the particle size distribution trend line, according to the theory of Krieger and Dougherty packing factor. In this sense, to reduce this range of uncertainty of the Wu model, it is proposed to initially modify the elastic limit threshold by redefining the assumption of the approach of the interaction between aggregate and cementitious paste, and on the gradation factor side, it was proposed to replace the existing packing factor with the Rosin-Rammler (1980) who proposes a continuous function to describe the particle size distribution and in general increases the representativeness of this distribution by 25% compared to the packing factor. By making these modifications to the general Wu model and evaluating the modified parameters and the new parameters, it was possible to reduce the range of uncertainty between the response of the shear stress model in the Wu model, which was initially at 42% to a difference of 9.3% compared to the rheological measurement by rheometer and in the same sense it was found that at the maximum shear rate of the experiment, the presence of the aggregates increases the shear stress response by 2.8 times, derived from the modification of the specific density of the paste vs. the density of the mixture including the aggregates, which shows that the aggregates are determinants within the rheological performance of a mixture.
Spanish abstract:	La reolog�a como rama de la f�sica que estudia c�mo se deforman los fluidos se ha convertido en una herramienta fundamental para monitorear y evaluar la capacidad de fluir de una mezcla a base de cemento, mediante sus variables de esfuerzo de cizalladura y viscosidad permite determinar c�mo influyen los componentes de las mezclas a base de cemento en su respuesta en trabajabilidad, de esto, de los 14^9 m^3 de concreto que se producen al a�o en el planeta entre el 80 y 90% de este se bombea (Miller, Sabbie A. 2016), por lo que se invierten altas cantidades de energ�a el llevar estos materiales a zonas muy complejas sin que se presenten afectaciones como segregaci�n u hormigueos lo que genera un gran inter�s cient�fico y ambiental. En este sentido a lo largo de la historia se han desarrollado teor�as y modelos matem�ticos que tratan de predecir la influencia de los componentes de las mezclas en su respuesta reol�gica, pasando por las ecuaciones constitutivas de reolog�a como el modelos de Bingham (1920), Herschel-Bulkley (1980) o Bingham Modificado (2011) y por otro lado, modelos matem�ticos para an�lisis de suspensiones como Krieger y Dougherty (1960), Simha�Chidiac (2009) entre otros, han derivado en el modelo de Wu (2014) que mediante una aproximaci�n del fen�meno f�sico propuesto por las ecuaciones de Navier Stokes cubierto en el factor de Umbral de l�mite el�stico y el factor de gradaci�n mediante el factor de empaquetamiento, conforman el modelo de Wu (Modificado de, Barnes, H.A, 1993) (Chidiac & Mahmoodzadeh, 2009) (Wu, Q., & An, X 2014); dado que para morteros y concretos los agregados cubren contenidos superiores al 65% del volumen total de una mezcla espec�fica, la caracterizaci�n de la influencia de los agregados es determinante en la respuesta reol�gica. En este modelo, posterior a la caracterizaci�n morfol�gica de los agregados en distribuci�n de tama�o de part�cula, forma y densidad y, por otro lado, mediciones de viscosidad y densidad en la pasta, plantea predecir la respuesta de esfuerzo de fluencia de un mortero o un concreto. Dado esto, modelos que cubran un componente f�sico mediante el umbral de limite el�stico y el factor de gradaci�n mediante el factor de empaquetamiento para predecir variables reol�gicas, no son muy comunes en materia de concretos. Sin embargo, al evaluar todos los par�metros que se desarrollan en el modelo de Wu para calcular el esfuerzo de cizalladura y compararlo con un an�lisis reol�gico mediante re�metro, encontramos diferencias espec�ficas de hasta el 42%, lo que no da evidencia muy confiable de la representatividad del modelo para explicar el fen�meno de respuesta de esfuerzo de cizalladura derivado de las caracterizaciones ya mencionadas, en este sentido, al deconstruir el modelo, en el umbral de limite el�stico vemos que el modelo al hacer una abstracci�n te�rica para evaluar como la forma del agregado interact�a con la pasta que lo cubre, no es sensible a las tres dimensiones del agregado, lo que reduce la representatividad de la forma dentro del modelo, y como es conocido, la forma del agregado es determinante dentro de la respuesta reol�gica. Adicionalmente al revisar el factor de gradaci�n del modelo encontramos que se pretende describir toda la distribuci�n de tama�o de part�cula mediante una relaci�n discreta en funci�n del tama�o promedio de la distribuci�n, el di�metro m�ximo de la distribuci�n y la pendiente de la l�nea de tendencia de la distribuci�n de tama�o de part�cula, seg�n la teor�a del factor de empaquetamiento de Krieger and Dougherty. En este sentido, para reducir este rango de incertidumbre del modelo de Wu, se plantea modificar inicialmente el umbral de limite el�stico redefiniendo el supuesto del planteamiento de la interacci�n entre agregado y pasta cementante y por el lado del factor de gradaci�n se propuso reemplazar el factor de empaquetamiento existente por el modelo de Rosin-Rammler (1980) que plantea una funci�n continua para describir la distribuci�n de tama�o de part�cula y en general incrementa la representatividad de esta distribuci�n en un 25% en comparaci�n del factor de empaquetamiento. Al hacer estas modificaciones al modelo de Wu general y evaluar los par�metros modificados y los par�metros nuevos, se logr� reducir el rango de incertidumbre entre la respuesta del modelo de esfuerzo de cizalladura en el modelo de Wu que inicialmente estaba en el 42% a una diferencia del 9.3% en comparaci�n con la medici�n reol�gica por re�metro y en el mismo sentido se encontr� que ante la taza de cizalladura m�xima del experimento, la presencia de los agregados incrementan la respuesta de esfuerzo de cizalladura en 2,8 veces, derivado de la modificaci�n de la densidad espec�fica de la pasta vs la densidad de la mezcla incluyendo los agregados, lo que muestra que los agregados son determinantes dentro del despe�o reol�gico de una mezcla.
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Speaker:

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Name	Institution	Email
Jaime Correa Yepes	Universidad Nacional De Colombia	jacorreay@unal.edu.co

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Room:	Principal Room
Date:	August 8, 2024
Hour:	14:40 - 15:00

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