水環境下摻鋁硅質基體樹脂粘結界面性能演變的分子動力學模擬與驗證

宋華苗，金祖權，王攀，朱德舉

(1.青島理工大學 土木工程學院，山東 青島 266033；2.湖南大學 土木工程學院，長沙 410082)

玄武巖纖維筋(Basalt fiber reinforced polymer，BFRP)作為一種新興的復合材料，由于其廉價、易得、耐腐蝕的優異性能，常被應用于惡劣環境下的混凝土中，如海工環境、潮濕環境等[1-4]。BFRP筋在濕熱環境中，水分子和有害離子等能夠侵入環氧樹脂與纖維的界面，使樹脂基體水解進而破壞纖維分子結構，引起筋材微/細觀損傷[5-7]。微細觀損傷將導致筋材力學性能下降、與混凝土界面粘結力降低，使FRP筋增強混凝土的耐久性能下降、服役壽命縮短[8-11]。李趁趁等[12]認為水中浸泡導致玄武巖纖維、樹脂基體二者之間界面區域性能退化。Tam等[13-14]模擬發現，在潮濕環境中，碳纖維與樹脂間的接觸面積較干燥環境中減少，削弱了纖維與樹脂之間的緊密粘結，且環氧樹脂的力學性能下降。

1 分子動力學計算方法

1.1 模擬軟件

所用分子動力學軟件為BOVIA公司的Materials Studio2017，模型的結構優化和動力學弛豫通過Forcite模塊實現。

1.2 基本模型建立與模擬實現

1.2.1 構建交聯環氧樹脂模型 選用雙酚A型環氧樹脂(DGEBA)和固化劑間苯二胺(MPD)相互反應交聯模擬環氧樹脂模型，通過以下步驟得到交聯度80%的環氧樹脂模型：1)DGEBA和MPD分子進行能量最小化，在盒子中以DGEBA∶MPD=2∶1的比例放入反應物，初始密度為1.1 g/cm3；2)在NVT和NPT系統中分別采用10 ps動力學模擬降低模型內部應力，采用perl語言腳本編寫程序，構建交聯分子模型。當環氧基的反應原子R1和氨基的反應原子R2之間的距離接近設置值，環氧基開環與氨基反應形成新的鍵，具體交聯過程如圖1所示；……