C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)特性的分子模擬研究.pdf

1、C-S-H凝膠作為水泥水化過程中最主要的產(chǎn)物之一，它對水泥基材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能有著重要影響。雖然C-S-H凝膠的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)已經(jīng)得到廣泛的研究，但由于其顆粒細(xì)小、組成不確定、無定形態(tài)等特性，使得人們至今無法準(zhǔn)確地獲得C-S-H凝膠的全面信息。采用先進(jìn)的測試手段和計算機(jī)模擬方法對C-S-H凝膠的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效表征，多尺度探究其性能與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，這不僅僅具有極為重要的理論價值，而且對于開發(fā)高性能混凝土材料具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

2、
　　 本文將依據(jù)先進(jìn)測試手段獲得的結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)建起相應(yīng)的初始模型，借鑒玻璃生產(chǎn)所采用的退火工藝，通過計算機(jī)模擬技術(shù)模擬這一工藝，以最終制得無定形態(tài)的C-S-H凝膠。徑向分布函數(shù)、均方根位移、配位數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)被用來探討不同體系的結(jié)構(gòu)特性，并系統(tǒng)分析了不同形態(tài)(晶態(tài)、液態(tài)、非晶態(tài))和鈣硅比變化對結(jié)構(gòu)的影響。此外，通過將本文計算所得各研究體系的楊氏模量、體積模量、剪切模量、泊松比等機(jī)械性能參數(shù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以從宏觀性能方面驗(yàn)證

3、所得體系的相關(guān)性。有關(guān)研究結(jié)果表明：
　　 (1)作為C-S-H凝膠的結(jié)構(gòu)類似物，9A Tobermorite、11A Tobermorite、14ATobermorite和Jennite可作為C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)特性模擬和表征的初始結(jié)構(gòu)，并能夠取得不錯的效果。
　　 (2)經(jīng)退火工藝處理后，初始結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。雖然硅氧四面體依然作為各體系的基本單位而存在，但彼此間的連接方式已發(fā)生變化，原本的長鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生變形、扭轉(zhuǎn)甚至斷

4、裂，有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)逐漸變得混亂無序。從徑向分布圖上看，遠(yuǎn)程范圍內(nèi)的峰值逐漸消失，只有近程范圍內(nèi)才有峰值出現(xiàn)，當(dāng)取值半徑不斷增大時，峰值的變化趨于穩(wěn)定且最后在1附近波動。上述結(jié)構(gòu)特性的變化表明，退火后的體系已經(jīng)由原本有序的層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆珶o序的無定形結(jié)構(gòu)。
　　 (3)由于化學(xué)組成的不同，Tobermorite和Jennite能夠分別代表鈣硅比為0.83和1.5的C-S-H凝膠體系，與9A Tobermorite和14A Tobe

5、rmorite相比，11ATobermorite所計算出的機(jī)械性能參數(shù)與C-S-H凝膠吻合更好。因此11ATobermorite和Jennite模型將作為不同鈣硅比下C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)特性對比的輸入模型，雖然初始模型的結(jié)構(gòu)差異較為明顯，但經(jīng)過退火處理后這兩種體系的結(jié)構(gòu)趨于一致化。
　　 (4)與退火處理前的結(jié)構(gòu)體系相比，分子動力學(xué)模擬后各體系的體積模量、剪切模量、楊氏模量等參數(shù)均大大降低了，并且與無定形C-S-H凝膠的測試數(shù)據(jù)吻