本文關鍵詞： C-S-H復合材料 分子動力學 力學性能 孔隙率 溫度　出處：《深圳大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：目前水泥水化研究者們提出了很多水泥水化單粒模型和水泥水化模型來揭示水泥水化機理,但均沒有基于分子動力學理論的支撐。水泥水化主要產物是水化硅酸鈣,其力學性能及發(fā)展機理仍沒有統(tǒng)一的結論。在眾多從分子動力學角度進行水化硅酸鈣力學性能的研究中,不同學者選用的模擬系綜和控壓方法不盡相同,系綜和控壓方法對水化硅酸鈣力學性能的影響也尚不明確。高溫下混凝土的力學性能嚴重下降,在眾多影響因素中,溫度對水化硅酸鈣力學性能的影響不容忽視。加之,由于水化硅酸鈣中Tobermorite9?、Tobermorite 11?、Tobermorite 14?和Jennite四種晶體所占的比例并不確定,導致C-S-H復合材料的力學性能不能直接通過這四種晶體的力學性能推出,這就需要對考慮孔隙率的情況下將這四種晶體按照不同的比例進行分組來分析C-S-H復合材料的力學性能。因此,有必要對常溫下C-S-H復合材料力學性能展開研究,同時,不同溫度下不同系綜對C-S-H復合材料力學性能影響的也迫切需要研究。為建立水泥水化模型提供一定的參考價值和理論依據(jù)。本文對不同溫度下C-S-H復合材料的力學性能進行分子動力學模擬研究,同時考慮C-S-H凝膠中不同晶體所占比例、孔隙率和溫度對C-S-H復合材料力學性能的影響,以Tobermorite 9?、Tobermorite 11?、Tobermorite 14?和Jennite晶體為基礎,采用Materials Studio軟件建立結構模型,進行結構優(yōu)化,在常溫下分子動力學弛豫,求解力學參數(shù)。按照23組4種晶體在水化硅酸鈣中不同比例來分析這4種晶體所占比例對水化硅酸鈣凝膠復合材料力學性能的影響,并利用SC方法、MT方法和Voigt上限值法等細觀力學方法研究了C-S-H復合材料在不同比例組分的情況下力學參數(shù)�？紤]到孔隙率的作用,分別對高濃度和低濃度的C-S-H微多孔介質的力學性能進行研究,使之與C-S-H的真實情況更加接近,并將計算結果與納米壓痕試驗結果進行對比后發(fā)現(xiàn),在一定范圍內,C-S-H復合材料的力學性能隨著其孔隙率和成分的變化而波動。同時,還發(fā)現(xiàn)各項力學性能的變化趨勢與是否考慮孔隙率的影響無關;C-S-H復合材料的不同力學參數(shù)隨著晶體成分比例和孔隙率的變化規(guī)律不同。以前面的初始結構模型為基礎,對晶體結構的3a×3b×3c超胞模型進行結構優(yōu)化,選用NVT和NPT系綜分別在25℃、80℃以及200℃~1500℃每隔100℃設置一個溫度點進行動力學弛豫,求解晶體力學參數(shù),分析分子間相互作用、晶體晶胞參數(shù)的變化和在不同溫度下四種晶體的力學性能。采用SC方法、MT方法和Voigt上限值法,分析五個代表性溫度下四種晶體成分比例和孔隙率對C-S-H復合材料力學性能的影響,得到了三種分析方法結果間的關系和C-S-H復合材料力學性能隨溫度的變化趨勢。通過分析兩個系綜結果間的差異后發(fā)現(xiàn),C-S-H復合材料的體積模量、剪切模量和楊氏模量等參數(shù)隨著溫度的升高而變小,而泊松比隨著溫度的升高卻略微增大。在NPT和NVT兩種系綜下,同種晶體的力學參數(shù)隨溫度變化趨勢基本一致,但是數(shù)值相差較大,系綜對C-S-H復合材料力學性能的影響較大�？紤]孔隙率的影響時,SC方法和MT方法所得到的結果與Voigt上限值法的結果間存在一定的比例關系。
[Abstract]:At present, the study of cement hydration have proposed many cement hydration model of single particle and cement hydration model to reveal the mechanism of cement hydration, but did not support the theory of molecular dynamics based on cement hydration are the main products of calcium silicate hydrate, its mechanical properties and development mechanism is still no unified conclusion. The Research of silicate the mechanical properties of hydrated calcium from the view of molecular dynamics in the ensemble simulation, different scholars use and pressure control methods vary, ensemble and control effect of calcium silicate pressure method mechanical properties of water are not clear. The mechanical properties of concrete under high temperature declined seriously, there are many factors, the effect of temperature on the mechanical properties of hydrated calcium silicate can not be ignored. In addition, due to the hydration of calcium silicate in Tobermorite9? Tobermorite, 11? Tobermorite, 14? Jennite and four kinds of crystal proportion is uncertain, resulting in C-S-H The mechanical properties of composite materials cannot be directly through the introduction of mechanical properties of the four kinds of crystals, it is necessary to consider the case of porosity of the four crystals were grouped according to the different proportion of mechanical properties of C-S-H composites. Therefore, it is necessary to conduct research on the mechanical properties of C-S-H Composites at room temperature at the same time, influence in different lines of different temperatures on mechanical properties of C-S-H composites is also an urgent need to study. To provide some reference value and theoretical basis for the establishment of cement hydration model. The C-S-H composite materials under different temperature and mechanical properties of molecular dynamics simulation study, considering the C-S-H gel in different crystal proportion, the effect of porosity and temperature on the mechanical properties of C-S-H composites, Tobermorite 9? Tobermorite, 11? Tobermorite, 14? Jennite and crystal based, by Materials Stu Dio software to establish the structural model, structure optimization, relaxation in molecular dynamics under normal temperature Henan, solving mechanics parameters. According to the 23 group of 4 kinds of crystals in the hydration of calcium silicate in different proportion to the analysis of the 4 kinds of crystals for influence on the hydration ratio of calcium silicate gel mechanical properties of composite materials, and using the SC method, MT method and Voigt method etc. upper limit of mechanical parameters of micromechanical methods of C-S-H composites with different proportion of components. Considering the porosity effect, were studied on the mechanical properties of micro porous medium with high concentration and low concentration of C-S-H, the real situation and C-S-H closer, and the calculation the nano indentation test results, in a certain range, the mechanical properties of C-S-H composite materials fluctuate with the porosity and composition. At the same time, also found that the changing trend of the mechanical properties of the Regardless of whether consider the effect of the porosity; different mechanical parameters of C-S-H composites with the variation of crystal composition and porosity. In different initial structure in front of the model based on the crystal structure of 3A * 3B * 3C super cell model was used to optimize the structure, using NVT and NPT ensemble respectively at 25 degrees, set a a temperature of 80 DEG C and 200 DEG ~1500 DEG C every 100 dynamic relaxation, solving crystal mechanical parameters, analysis of interaction between molecules, the change of mechanical properties of crystal lattice parameters and at different temperatures of four kinds of crystal. By using SC method, MT method and Voigt value method of limit analysis of four five a representative temperature crystal composition and porosity on the mechanical properties of C-S-H composites, the mechanical properties of C-S-H composites and the relationship between the three methods of analysis between the variation with temperature. Through the analysis of two The difference between the results of ensemble and found that the bulk modulus of C-S-H composites, shear modulus and Young's modulus with temperature increases, while the Poisson's ratio with the increase of temperature is slightly increased. In NPT and NVT two kinds of ensemble, the same trend with the mechanical parameters of the crystal temperature changes consistent, but the numerical difference, the ensemble effect on mechanical properties of C-S-H composites greatly. Considering the effect of the porosity, there is a certain proportion of the value of SC and MT methods the results obtained with the Voigt limit between the results.

【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU528

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本文編號：1475342