水化硅酸鈣力學性能的分子動力學模擬研究.pdf

1、水泥廣泛應用于土木工程中，與此同時，水泥基材料的浪費和對環(huán)境的破壞也極為嚴重。對水泥漿的主要強度成分——水化硅酸鈣（C-S-H）進行研究，有利于從本質(zhì)上了解水泥基材料的強度機理和斷裂破壞特性。隨著模擬技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，研究材料的尺度已經(jīng)從宏觀擴展到微觀，從微觀到納米尺度，分子模擬技術(shù)的應用在揭示和預測材料的力學性能具有重要的實際意義。
　　本論文在總結(jié)前人建模過程的基礎上，重新構(gòu)建了無定型 C-S-H原子模型，并在此基礎上開

2、展了C-S-H力學性能的分子動力學模擬研究。首先,研究了溫度對 C-S-H層狀方向拉壓力學性能的影響。結(jié)果表明：隨著溫度的增加，C-S-H的抗拉強度顯著減小,楊氏模量也隨著溫度的增加而下降；水層是影響C-S-H抗拉強度的一個重要因素，使得C-S-H抗拉強度明顯小于抗壓強度。
　　其次，研究了在軸向載荷作用下鈣硅比（C/S）對C-S-H力學性能的影響。當 C-S-H的硅鏈以完整形態(tài)存在時，C-S-H的應力峰值最大，具有較好的抗拉力學

3、性能；當C/S>1.0時，游離的鈣原子在缺陷處形成鈣-氧相互作用，一定程度上能夠彌補SiO2缺失對體系造成的不利影響，起到橋接硅鏈的作用，從而使得C-S-H的抗拉強度不再隨著C/S的增大而明顯下降；當C-S-H體系中存在水分子時，水分子的大量存在削弱了鈣-氧間的相互作用，使得C-S-H的強度降低，尤其是z方向上的抗拉強度,并且甚至可能改變C-S-H的失效模式。
　　最后，研究了 C-S-H在沖擊載荷下的動態(tài)力學響應。通過分子動力學

4、模擬，得到了沖擊雨貢鈕曲線及質(zhì)點速度分布圖。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沖擊壓縮載荷可引起 C-S-H的彈性、彈塑性及沖擊機制，其雨貢鈕彈性極限約為7.5GPa。當質(zhì)點速度小于0.5km/s時，C-S-H處于彈性狀態(tài)，只有彈性波形成，且該彈性波屬于連續(xù)波；當質(zhì)點速度約為0.5km/s時，C-S-H開始屈服，一個新的波開始形成；當質(zhì)點速度在0.5km/s和2.0km/s之間時，一個由彈性前驅(qū)波和后繼塑性波組成的雙波結(jié)構(gòu)形成，且彈性區(qū)的范圍在擴大；當質(zhì)點