水化硅酸鈣力學(xué)性能的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、水泥廣泛應(yīng)用于土木工程中，與此同時(shí)，水泥基材料的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的破壞也極為嚴(yán)重。對(duì)水泥漿的主要強(qiáng)度成分——水化硅酸鈣（C-S-H）進(jìn)行研究，有利于從本質(zhì)上了解水泥基材料的強(qiáng)度機(jī)理和斷裂破壞特性。隨著模擬技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，研究材料的尺度已經(jīng)從宏觀擴(kuò)展到微觀，從微觀到納米尺度，分子模擬技術(shù)的應(yīng)用在揭示和預(yù)測(cè)材料的力學(xué)性能具有重要的實(shí)際意義。
　　本論文在總結(jié)前人建模過(guò)程的基礎(chǔ)上，重新構(gòu)建了無(wú)定型 C-S-H原子模型，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)

2、展了C-S-H力學(xué)性能的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究。首先,研究了溫度對(duì) C-S-H層狀方向拉壓力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：隨著溫度的增加，C-S-H的抗拉強(qiáng)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(qiáng)度的一個(gè)重要因素，使得C-S-H抗拉強(qiáng)度明顯小于抗壓強(qiáng)度。
　　其次，研究了在軸向載荷作用下鈣硅比（C/S）對(duì)C-S-H力學(xué)性能的影響。當(dāng) C-S-H的硅鏈以完整形態(tài)存在時(shí)，C-S-H的應(yīng)力峰值最大，具有較好的抗拉力學(xué)

3、性能；當(dāng)C/S>1.0時(shí)，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(bǔ)SiO2缺失對(duì)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(qiáng)度不再隨著C/S的增大而明顯下降；當(dāng)C-S-H體系中存在水分子時(shí)，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(qiáng)度降低，尤其是z方向上的抗拉強(qiáng)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(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)

4、模擬，得到了沖擊雨貢鈕曲線及質(zhì)點(diǎn)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(jī)制，其雨貢鈕彈性極限約為7.5GPa。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)速度小于0.5km/s時(shí)，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(dāng)質(zhì)點(diǎn)速度約為0.5km/s時(shí)，C-S-H開(kāi)始屈服，一個(gè)新的波開(kāi)始形成；當(dāng)質(zhì)點(diǎn)速度在0.5km/s和2.0km/s之間時(shí)，一個(gè)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(kuò)大；當(dāng)質(zhì)點(diǎn)