水分在托贝莫来石中运动特性的分子动力学模拟研究

水和离子会通过水泥基材料的孔隙进入基体内部,导致一系列有害反应的发生.分子动力学方法(Molecular Dynamics,MD)可以模拟水分和托贝莫来石界面的相互作用,研究水泥基材料内部水分的运动特性.通过计算均方位移函数(Mean Squared Displacement,MSD)发现,托贝莫来石层间水分子的运动速率远小于溶液水分子的.此外,通过径向分布函数(Radial Distribution Function,RDF)和氢键数量计算发现水分子会和托贝莫来石表面形成大量氢键,使水化硅酸钙凝胶层间的水分子排列十分有序.     

不同水含量下氧化石墨烯改性水泥材料界面性能的模拟研究

水含量会影响硅酸盐材料的机械性能.本文采用分子动力学方法(Molecular Dynamics,MD),研究了0％ 、50％ 、100％ 三种水含量下氧化石墨烯/托贝莫来石(GO/C-S-H)界面的机械性能.研究发现界面连接主要由Caw-Os(C-S-H硅链中的氧原子)、Caw-Ocoo(氧化石墨烯表面去质子化的羧基)、Caw-Ooh(氧化石墨烯表面的羧基)、Caw-Ooo(氧化石墨烯表面的环氧基)以及界面氢键组成,其中Caw-Os和Caw-Ocoo在受到水分子影响时比较稳定,而Caw-Ooh、Caw-Ooo在受到水分子影响时化学稳定性会下降.不同水含量模型的单轴拉伸结果表明,界面机械性能会随着水含量的增加而降低,界面应力最大值从1.1 MPa下降到0.7 MPa.     

混凝土单轴受拉断裂行为的近场动力学模拟

混凝土的宏观力学行为取决于材料组成及其性质。本文基于键基近场动力学理论建立了多相非均质性的混凝土细观尺度数值模型,研究了单轴拉伸作用下混凝土的宏观力学性能和断裂过程。通过改变粗骨料含量、砂浆强度、粗骨料强度以及界面过渡区强度对模型合理性进行了验证。结果表明:软化段之前的应力-应变曲线能够被很好重现,能准确描述混凝土在单轴拉伸作用下的力学性能和断裂过程;调整数值模型中各相材料的力学参数能够合理模拟出不同类型的混凝土在单轴拉伸作用下的断裂过程。     

PVA掺杂对离子在C-S-H界面吸附行为影响的分子模拟研究

聚合物作为有机添加剂可显著提高水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的综合性能,在混凝土材料领域具有巨大应用潜力.基于分子动力学模拟探究了聚乙烯醇(PVA)掺杂对离子在C-S--H界面吸附行为的影响.模拟结果表明:PVA掺杂能够降低钠离子和氯离子在C-S-H表面的吸附量.静态结构分析结果显示钠离子和氯离子在C-S-H界面吸附主要依靠形成Ob-Na-Cl或Ob-Ca-Cl-Na连接,PVA的存在将降低上述化学键连接的数目并将导致形成新的Ob-Ca-Opoly-Na-Cl连接.动态性质分析结果显示Ob-Ca-Opoly-Na-Cl的连接稳定要远远低于Ob-Ca-Cl-Na连接.     

基于反应力场分子动力学的水化硅酸钙水解弱化机理研究

作为混凝土材料的主要胶结相,水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的水解弱化是导致混凝土材料破坏和胶凝力下降的重要原因。本文通过反应力场分子动力学模拟研究了C-S-H凝胶中含水率对其分子结构、力学性能及动力学特性的影响。模拟研究结果表明:水分子的渗透加速了硅酸钙骨架的平移运动,这与整个结构稳定性的下降直接相关。C-S-H硅链上具有较高反应活性的非桥接氧有助于水解反应的发生,水解反应产生的羟基与未水解的水分子在C-S-H层间区域形成了复杂的氢键网络,使结构的薄弱区域逐渐由层内过渡到层间区域,降低了硅链在单轴拉伸过程中的重新排列程度;随含水率增加,C-S-H中出现更多的缺陷结构,导致C-S-H凝胶力学性能降低。     

利用膨胀珍珠岩制备超高性能轻及次轻骨料混凝土

基于颗粒紧密堆积理论,使用超高性能混凝土(UHPC)和广泛易得的低强度轻骨料(筒压强度0.3 MPa)膨胀珍珠岩(EP),制备了干表观密度为1800 kg/m3、强度为121.9 MPa的超高性能轻骨料混凝土(UH-PLWAC)和干表观密度为1989 kg/m3、强度为140.9 MPa的超高性能次轻骨料混凝土(UHP...     

碳酸钙在受限空间内成核生长过程的分子动力学模拟

碳酸钙的形成会一定程度上改变混凝土的内部结构,进而影响混凝土的宏观性能,然而碳酸钙在混凝土内部成核生长机理尚未明确。为了探究碳酸钙在混凝土内部的形成过程和成核机制,本工作采用分子动力学模拟方法,研究了碳酸钙在不同受限空间中的形成过程和成核机理。结果表明：碳酸钙的成核生长主要依靠离子之间结合形成离子键;不同基体对碳酸钙团簇的吸附效果不同,这是因为碳酸钙与基体界面主要是钙氧离子键相连接,而水化硅酸钙基体界面处具有更多游离钙离子和羟基,能够为碳酸钙的形成提供更多的成核位点;同时,不同的受限空间孔径的大小对碳酸钙的形成速度也有较大影响。通过分析碳酸钙成核过程发现,碳酸钙团簇的形成不遵循经典成核理论,而是与预成核机制相符。本研究有助于进一步理解碳酸钙在混凝土中的形成过程,为混凝土中碳酸钙成核过程提供理论指导。     

氧化石墨烯/硅烷复合乳液对混凝土防渗透性能的影响

用溶胶合成法将氧化石墨烯(GO)与异丁基硅烷单体合成出一种新型的渗透型复合乳液。通过混凝土毛细吸水实验和混凝土的毛细吸盐实验,对比研究了GO/异丁基硅烷复合乳液、异丁基硅烷乳液和GO分散液对混凝土渗透性能的影响。结果表明:在防水方面,GO/异丁基硅烷复合乳液效果最好,毛细吸水系数比空白试样降低92.5%(W/C=0.4)和93%(W/C=0.6)。接触角测试结果表明:未经防护处理的混凝土表面水接触角为65.65°,属于亲水性表面;而经GO/异丁基硅烷复合乳液处理后,混凝土表面的水接触角为121.53°,属于憎水性表面,憎水性极大增强。在抗氯离子侵蚀方面,效果最好的也是GO/异丁基硅烷复合乳液,毛细吸盐28 d后,混凝土表层2 cm处的氯离子含量比空白试样降低了80.9%(W/C=0.4)和54.3%(W/C=0.6)。     

水分子和离子在地聚合物胶凝材料中的分子动力学研究

地聚合物是一种具有三维网状结构的水泥基胶凝材料,其主要水化产物是水合硅酸铝钠凝胶(NASH).在工程应用中,氯盐侵蚀与硫酸盐侵蚀是影响耐久性的主要原因.运用分子动力学方法,研究NaCl溶液与Na2SO4溶液在NASH凝胶纳米孔道中的传输特性.结果表明,NaCl溶液与Na2SO4溶液在凝胶孔道的非饱和传输过程中,呈现出明显的毛细吸附现象,NASH凝胶界面呈现亲水性与电负性.Na2SO4溶液的侵入速率明显低于NaCl溶液,硫酸根离子对水分子侵入的抑制作用强于氯离子.     

温度影响epoxy/C-S-H界面黏结性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术模拟不同温度条件下环氧树脂（epoxy）/水化硅酸钙（C-S-H）界面的脱黏行为,研究了热环境对epoxy/C-S-H界面黏结性能的影响,从纳观尺度评价了其界面热敏感性.结果表明：随着温度的升高,epoxy/C-S-H界面的力学性能下降;在热环境下,epoxy在C-S-H表面附近密度降低、稳定性减弱,阻碍了epoxy与C-S-H之间的应力传递;随着温度的升高,epoxy与C-S-H之间的离子键合作用、氢键作用减弱,界面相互作用能下降.研究结果从纳观角度揭示了热环境下epoxy/C-S-H界面黏结弱化的内在机理,为FRP加固混凝土技术的优化设计和可持续发展提供了理论依据.