Page 40 - 水利学报2021年第52卷第1期

10 000 ps。时间步长设置为 0.25 fs。拉伸过程中采用 0.008/ps 的应变速率，分别沿 x、y 和 z 方向逐渐
施加单轴拉伸应变，拉伸过程模拟总时间为 1000 ps。将 x 和 y 方向的应力耦合至 0，通过单轴拉伸，
即可得到反应结构刚度和层间粘结力的杨氏模量和破坏强度。

（a）0% （b）25% （c）50%

硅氧四面体
水
层间钙
z 钙层中的钙
y
（d）75% （e）100%
图 1 不同含水率的 C-S-H 凝胶（钙硅比 1.09）原子结构基本模型

3 模拟结果与讨论

3.1 结构演变 密度分布曲线可以直观的了解 C-S-H 凝胶中不同元素的分布情况，不同含水率的
C-S-H 垂直于 xy 平面的原子密度分布曲线如图 2 所示。对于无水 C-S-H 中，Si、层间区域钙原子
（Ca ）、钙层中的钙原子（Ca）存在尖锐的密度峰值，表明 C-S-H 凝胶骨架排列有序。Ca 在 4.5Å处的
w s w
小峰值意味着层间区域的钙原子扩散至硅链的缺陷处。当 C-S-H 凝胶含水率为 25%时，Ca 、Si 和
s
Ca 的密度峰变宽，且 Si 峰的数量增加，表明骨架结构有序性变差。分析水分子中的氧（O ）密度分布
w w
发现水分子只存在于层间区域的硅链附近。然而，当含水率继续增加，C-S-H 的钙硅层骨架又向有
序排列转变，水分子从层间区域扩散至钙硅层内部，且层间区域的 Ca 的密度分布也逐渐由单峰向多
w
峰转变，出现靠近硅链中的氧原子的密度峰值。对于饱和 C-S-H 凝胶，双峰分布的 Si 表明了硅链的

Ca s 钙硅 Ca s
5 Si 层 层间 5 Si 5 Ca s
Si
2 （a.b.unit） 4 3 层间 区域 2 （a.b.unit） 4 3 O w 2 （a.b.unit） 4 3 Ca w
Ca w
Ca w
区域
O w
O s
O s
强度/ 1 强度/ 1 强度/ 1
0 0 0
0 3 6 9 12 15 18 21 0 3 6 9 12 15 18 21 0 3 6 9 12 15 18 21
距离/Å 距离/Å 距离/Å
（a）0% （b）25% （c）50%
5 Ca s 5 Ca s 钙硅 层间
Si
Si
2 （a.b.unit） 4 3 Ca w 2 （a.b.unit） 4 3 Ca w 区域
层
O w
O w
O s
O s
层间
强度/ 1 强度/ 1 区域
0 0
0 3 6 9 12 15 18 21 0 3 6 9 12 15 18 21
距离/Å 距离/Å
（d）75% （e）100%
图 2 不同含水量的 C-S-H 中钙原子、硅原子和氧原子密度分布
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