Page 44 - 水利学报2021年第52卷第1期
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较高，在水侵入之后更易发生水解反应，从而导致 C-S-H 凝胶中硅链重组程度的降低。因此，随着
               含水率的增加 C-S-H 凝胶中会出现更多的缺陷结构、空隙区和非桥接氧原子。
                   图 10 为不同含水率 C-S-H 模型中硅原子和钙原子的均方位移（MSD）。在部分饱和（25%、50%）
               的 C-S-H 中 ， 硅 酸 钙 骨 架（Si、 Ca）的 MSD 值 增 加 。 当 含 水 率 超 过 50% 时 ， MSD 数 值 低 于 干 燥 的
               C-S-H 凝胶。然而，Ca 的 MSD 随水分子的增加不断增加。这是由于在干燥的 C-S-H 中，Ca 仅与硅
                                    w                                                              w
               酸盐链中的 O 配位，因而表现出类似固体的运动特性。随着含水率增加，层间区域的 Ca 被水分子带
                           s                                                                   w
               动，从而逐渐呈现出液体的运动特性。
                     0.20                         0.20                        0.5
                                        0%             0%                          0%
                                        25%            25%                         25%
                     0.16               50%       0.16  50%                   0.4  50%
                     （Å 2 ）  0.12       75%      （Å 2 ）  0.12  75%            （Å 2 ）  0.3  75%
                                                       100%
                                        100%
                                                                                   100%
                     MSD-S  0.08                 MSD-Ca s  0.08               MSD-Ca w  0.2
                     0.04                         0.04                        0.1
                     0.00                         0.00                        0.0
                        0  200  400  600  800  1000  0  200  400  600  800  1000  0  200  400  600  800  1000
                                时间/ps                       时间/ps                       时间/ps
                               （a）硅原子                   （b）钙层中的钙原子                   （c）层间钙原子
                                        图 10  不同含水量 C-S-H 模型中各类原子的 MSD 演变规律


               4  结论


                   本文基于分子动力学，对不同含水率 C-S-H 凝胶的分子结构、力学性能以及动力学特性进行了
               研究，阐明了 C-S-H 结构中水分子的水解反应过程和水解弱化机理。通过单轴拉伸数值试验，获得
               了不同含水率 C-S-H 凝胶的拉伸强度、弹性模量等力学性能。并通过力学响应和化学反应相结合的
               方式对不同含水率的 C-S-H 凝胶的破坏机理进行研究。主要结论如下：（1）干燥状态下 C-S-H 凝胶
               的原子分布较为有序，部分水分侵入会干扰 C-S-H 凝胶内部原子的分布状态，而随着含水率的继续
               增加，C-S-H 凝胶的硅酸盐骨架结构又重新呈现为有序的分层结构。（2）水分子在层间区域发生水解
                                                                                                        +
               反 应 的 反 应 路 径 为 水 分 子 扩 散 至 硅 链 中 的 非 桥 接 氧 原 子 周 围 ， 形 成 氢 键 连 接 ， 然 后 分 解 为 H 和
               OH ，OH 与周围的钙原子连接形成钙羟基（Ca-OH），H 则与硅氧四面体相连形成硅羟基（Si-OH）。
                                                                   +
                       -
                  -
              （3）C-S-H 凝胶硅链中的非桥接氧具有较高的反应活性，水分子极易与其发生水解反应，水解反应后
               层间区域形成的复杂氢键网络使得结构的薄弱区域逐渐由层内过渡到层间区域，且降低了硅链在拉
               伸过程中的重组程度，使得 C-S-H 中出现更多的结构缺陷，导致力学性能降低。


               参   考   文   献：


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