水分在托貝莫來石中運動特性的分子動力學模擬研究

楊鐵軍，魏金龍，馬冰洋，侯東帥

(1.上海寶冶工程技術有限公司新型建筑材料廠，上海 201900;2.青島理工大學土木工程學院，青島 266033)

0 引 言

水泥基材料由于其低廉的價格和優異的力學性能被廣泛應用于建筑和基礎設施建設。但許多海洋工程或水中用的水泥基材料在使用一二十年或者更短的一段時間就會出現開裂和剝落等問題，導致結構的失效，從而造成巨大的經濟損失。因此近些年來水泥基材料的耐久性越來越被人們所關注[1-2]。水化硅酸鈣凝膠(Calcium Silicate Hydrate，C-S-H)是最主要的水泥水化產物, 占所有水泥水化產物總量的70%以上，水泥水化產物的性能很大程度上取決于C-S-H凝膠的性能。C-S-H凝膠是一種層狀的多孔復雜結構，沒有特定組成和固定的晶型，其內部的水分還會隨溫濕度的變化而改變[3-5]。更為關鍵的是水分還會攜帶氯離子和其他有害離子進入水泥基材料內部，導致基體開裂和內部的鋼筋銹蝕等問題的發生[6-7]。

實驗上通過各種技術研究了凝膠孔內部以及C-S-H表面水的性質，例如張鵬等[8-9]通過中子成像技術實現了混凝土中水分侵入過程的可視化追蹤以及水分空間分布的定量計算。混凝土內部水分的擴散系數以及滯留時間等動力學參數則可以通過寬頻介電譜試驗(BDS)、中子散射試驗(NS)等手段測得[10-11]。宏觀實驗對于混凝土內部水分傳輸的研究是不可或缺的，但僅采用宏觀實驗很難了解水分的微觀傳輸機理。分子動力學模擬(MD)能對固-液界面的結構、動力學和能量進行更定量和詳細的研究[12-13]，了解物質在分子水平上的結構和動力學性質，幫助解釋宏觀實驗現象。……