Page 43 - 水利学报2021年第52卷第1期

米压痕测试结果一致 ［14］ 。

16 x x y
y 120 z
14 z 100
抗拉强度/GPa 12 弹性模量/GPa 80

10
60
6 8 40
4 20
0 25 50 75 100 0 25 50 75 100
含水量/% 含水量/%
图 7 不同含水量的 C-S-H 凝胶的抗拉强度和弹性模量
图 8 展示了 z 方向拉伸过程中不同含水率的 C-S-H 凝胶在达到最大抗拉强度时的微观结构，其中
灰色的球体代表层间的钙原子（Ca ），绿色的球体代表钙层中的钙原子（Ca）。可以发现在 z 方向拉伸
w s
过 程 中 C-S-H 凝 胶 失 效 的 机 制 有 两 种 ： 一 是 由 Ca -O 键 的 断 裂 引 起 了 结 构 的 失 效（0%）， 二 是 由
s s
Ca -O 键、氢键的断裂引起结构的失效（25%、50%、75%和 100%）。在无水 C-S-H 凝胶中，由第一
w s
条破坏机制主导，而随着结构中含水率的增加，层间区域化学键和氢键的连接更容易拉伸至破坏，
因而结构的薄弱地区逐渐由层内区域转移到层间区域。

0% 25% 50% 75% 100%

图 8 不同含水率 C-S-H 凝胶沿 z 方向拉伸破坏时的分子结构
3.4 水解弱化机理 对 C-S-H 凝胶施加 y 轴方向的单轴应力时，硅链在抵抗拉伸荷载中起到关键作
用，并且在不同含水率时展现出不同的形态。连通系数 Q 是探索硅链连接性能的重要参数，其中 n
n
代表一个硅氧四面体中桥接氧原子的数目，其数值由 0 到 4 变化。Ca/Si 比 1.09 的 C-S-H 凝胶中硅酸
盐链的聚合度较高。由图 9 可知，对于含水率为 0%的 C-S-H 凝胶体系，当应变为 0.8 时，体系中
Q 、Q 、Q 和 Q 的数目分别为 4%、37%、47%和 12%，表明拉伸过程中硅链不断地重新排列，导致
0 1 2 3
较长的硅链是硅骨架的主要形态，且 Q 物种将二维层状结构转变为三维网络，进一步增强了晶体的
3
抗加载能力。随着凝胶中含水率的增加，Q 增加，Q 和 Q 减少。在饱和的 C-S-H 凝胶中，体系中
2 1 3
Q 、Q 、Q 和 Q 的数目分别为 0.7%、28%、69%和 2.3%。这是因为硅酸盐链中非桥接氧的反应活性
0 1 2 3
1.0
Q 0
Q 1
0.8 Q 2
Q 3
Q 4
0.6
百分比
0.4

0.2
0.0

0 25 50 75 100
含水率/%
图 9 不同含水率的 C-S-H 凝胶的 Q n分布
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