分子动力学模拟水化硅酸钙力学性能研究

第３７卷第５期 硅 酸 盐 通 报

Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．５ ２０１８年５月 ＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹ Ｍａｙ，２０１８

分子动力学模拟水化硅酸钙力学性能研究

黄赛佳

（同济大学，上海 ２０１８００）

摘要：Ｃ-Ｓ-Ｈ凝胶是一种无定形多成分的物质，是水泥水化重要产物之一。利用分子动力学模拟Ｃ-Ｓ-Ｈ凝胶物理化学性能是近年来的热点。利用ＣＡＭＰＡＳＳ力场能够充分模拟水泥水化产物的物理化学性能。研究了以Ｈａｍｉｄ模型和Ｊｅｎｎｉｔｅ模型为基础的不同Ｃ／Ｓ比（Ｃ／Ｓ＝１，Ｃ／Ｓ＝０．８３，Ｃ／Ｓ＝０．６７，Ｃ／Ｓ＝１．５）水化硅酸钙的力学性能，发现体系弹性模量随着Ｃ／Ｓ比的增加而增加，体积模量和剪切模量变化表现类似。

关键词：Ｃ-Ｓ-Ｈ凝胶；分子动力学模拟；力学性能

中图分类号：ＴＵ５２８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１-１６２５（２０１８）０５-１６８７-０６

Mechanical Properties of Hydrated Calcium Silicate Simulated by Molecular Dynamics

HUANG Sai -jia

（ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８００，Ｃｈｉｎａ）

Abstract ：Ｃ-Ｓ-Ｈｇｅｌｉｓａｎａｍｏｒｐｈｏｕｓｍｕｌｔｉ-ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ，ｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｄｕｃｔｓｏｆｃｅｍｅｎｔｈｙｄｒａｔｉｏｎ．ＭｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣ-Ｓ-Ｈｇｅｌｐｈｙｓｉｃｏ-ｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｂｅｃｏｍｅａｈｏｔｔｏｐｉｃｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．ＴｈｅｕｓｅｏｆＣＡＭＰＡＳＳｆｏｒｃｅｆｉｅｌｄｃａｎｆｕｌｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｅｍｅｎｔｈｙｄｒａｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｓ．ＴｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔＣ／Ｓｒａｔｉｏ（Ｃ／Ｓ＝１，Ｃ／Ｓ＝０．８３，Ｃ／Ｓ＝０．６７ａｎｄＣ／Ｓ＝１．５）ｓｐｅｃｉｆｉｃｈｙｄｒａｔｅｄｃａｌｃｉｕｍｓｉｌｉｃａｔｅｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＨａｍｉｄｍｏｄｅｌａｎｄＪｅｎｎｉｔｅｍｏｄｅｌｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＩｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＣ／Ｓｒａｔｉｏａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｂｕｌｋｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｓｈｅａｒｍｏｄｕｌｕｓｗｅｒｅｓｉｍｉｌａｒ．Key words ：Ｃ-Ｓ-Ｈｇｅｌ；ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ

基金项目：国家“十三五”重点科技专项（２０１６ＹＦＣ０７０１００３-０３）

作者简介：黄赛佳（１９９３-），女，硕士研究生．主要从事分子动力学模拟水泥水化产物的研究．１ 引 言

多尺度长裂缝分布是混凝土重要的微观结构特征，它影响混凝土的强度、弹性、渗透性、扩散性、收缩性和抗冻融耐久性。水泥是混凝土的重要组成部分。水泥和水接触后发生一系列物理化学反应，通常伴随着热量产生、强度增加和收缩，最终生成具有多相的非均质水泥浆体。水泥浆体的微观结构对混凝土的强度、变形尤其是耐久性有很大影响。水化硅酸钙（Ｃ-Ｓ-Ｈ凝胶）作为水泥水化产物重要的组成部分，对水泥和混凝土的性能有着重大的影响。因此，对Ｃ-Ｓ-Ｈ凝胶的研究成为近年来国内外必不可少的课题。ＳＡＮＳ测量

估计Ｃ-Ｓ-Ｈ的平均Ｃａ／Ｓｉ比率为１．７［１］，局部值由ＴＥＭ测得在０．６至２．３之间［２-３］。高分辨率２９Ｓｉ和１７０核磁共振（ＮＭＲ），Ｘ射线吸收光谱，红外光谱和拉曼光谱，纳米压痕和气体吸附都揭示了Ｃ-Ｓ-Ｈ结构的重要信

息。尽管其结构复杂多变，但不同的模型都不约而同地定义Ｃ-Ｓ-Ｈ凝胶是作为连接到硅酸盐链的氧化钙片

形成分层结构，层间空间由水分子和离子（如Ｃａ２＋和Ｎａ＋）组成。在已知的晶体结构中，存在几种物质与水

万方数据