混凝土是世界上使用最廣泛的建筑材料,其耐久性是確定混凝土結(jié)構(gòu)長期使用性能的基礎(chǔ)。而水分和離子在水泥基材料納米孔道內(nèi)的傳輸與吸附是導(dǎo)致混凝土耐久性降低的重要原因。水化硅鋁酸鈣(CASH)作為摻鋁相水泥基材料中主要的水化產(chǎn)物,可以有效的改善傳統(tǒng)硅酸鹽水泥粘結(jié)相水化硅酸鈣(CSH)的化學(xué)穩(wěn)定性,力學(xué)特性和傳輸特性。本文利用分子動力學(xué)方法對比了CSH與CASH納米孔內(nèi)水和離子的吸附與傳輸特性,從而探究了鋁相的影響機(jī)理。此外,還對另一種含鋁相水化產(chǎn)物鈣礬石中水和離子吸附特性進(jìn)行了研究。主要的內(nèi)容如下:(1)探究了限制在CSH/CASH納米孔中水和離子的結(jié)構(gòu)、動力學(xué)和界面相互作用。發(fā)現(xiàn)和CSH相比,鋁氧四面體替代橋接硅氧四面體后的CASH界面附近水分子表現(xiàn)出的特性:更大的堆積密度和偶極矩,排列有序,傾角取向偏一致。CASH表面能夠吸附更多的離子,但吸附機(jī)理有所不同。(2)探究了水和離子在CSH/CASH納米孔中的傳輸行為,結(jié)果表明:NaCl溶液在CSH/CASH納米孔內(nèi)的非飽和傳輸曲線滿足經(jīng)典毛細(xì)吸附理論Lucas-Washburn方程。與CSH納米孔中溶液的傳輸相比,CASH凝膠孔內(nèi)水分子和離子的遷移更慢。CSH中鋁原子的引入可抵制水和離子的侵入。(3)探究了水和離子在重要水化產(chǎn)物鈣礬石孔道內(nèi)的傳輸與吸附特性。發(fā)現(xiàn)鈣礬石表面的鋁羥基和硫酸根離子能夠提供大量的氧原子位點(diǎn)來與溶液水分子形成氫鍵網(wǎng)絡(luò),這使得界面附近水分子表現(xiàn)出明顯的特性:高偶極矩,排列有序,良好的角度取向性和緩慢的擴(kuò)散性。(4)鈣礬石界面對陰陽離子都具有較好的吸附能力。鈣礬石表層的硫酸根或鋁羥基提供了大量的氧原子位點(diǎn)來與鈉離子形成穩(wěn)定的離子鍵(Na-O_(so4)\Na-O_h),從而達(dá)到吸附效果。氯離子的吸附主要是靠表面的陽離子(Ca~(2+)、Na~+)電荷吸引作用來形成離子團(tuán)簇體。
【學(xué)位單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

青 島 理 工 大 學(xué) 工 程 碩 士 學(xué) 位 論 文13圖2.1 周期性邊界條件下的二維示意圖2.1.7 分子動力學(xué)計算流程在進(jìn)行分子動力學(xué)模擬時，有以下 5 個重要的步驟：1. 構(gòu)建合理的結(jié)構(gòu)模型；2. 給定模型的信息（包括初始位置、速度等）；3. 設(shè)定時間步長、溫度等，根據(jù)自己的研究對象選取適當(dāng)?shù)膭莺瘮?shù)和系綜；4. 建立模擬算法，并計算粒子間的作用力以及粒子的速度，位置；5. 體系平衡之后，通過提取過程信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，從而得到宏觀物理量。圖2.2 模擬流程

4. 建立模擬算法，并計算粒子間的作用力以及粒子的速度，位置；5. 體系平衡之后，通過提取過程信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，從而得到宏觀物理量。圖2.2 模擬流程

d，兩個向量之間的夾角定義為偶極角（dipole angle）。圖2.3 水分子取向示意圖氫鍵網(wǎng)絡(luò)是描述水分子與鈣礬石界面相互作用非常重要的參數(shù)。如圖 2.4 所示，形成氫鍵需滿足兩個條件：一是相鄰水分子氧原子與氫原子之間的距離小于2.45 ；二是相鄰水分子氧氧之間的連線與供體水分子氧氫鍵的夾角小于 30 。若這兩個條件都滿足，則提供氫原子來形成氫鍵的水分子被稱為供體（donator），而提供氧原子的水分子稱為受體（acceptor）。體系中一般存在兩大類氫鍵：一類是水分子間的氫鍵聯(lián)系，主要存在于納米孔中；另一類是水分子與結(jié)構(gòu)原子之間的氫鍵作用，主要存在于結(jié)構(gòu)層間或界面附近。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2825492