基于分子动力学水分和离子在水化硅酸钙纳米孔道中的传输特性研究

发布时间：2018-03-04 13:32

  本文选题：水化硅酸钙　切入点：分子动力学　出处：《硅酸盐通报》2017年08期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：水化硅酸钙凝胶是水泥水化产物中最基本的粘结相,水分子和离子在凝胶孔中的传输从根本上决定着水泥混凝土材料的服役寿命。采用分子动力学方法系统地研究了水分子、氯离子和钠离子在1 nm、2 nm、3 nm和4 nm的水化硅酸钙凝胶孔中的传输过程。基于径向分布函数和均方位移的离子轨迹分析发现在纳米孔道中离子和水分子展现出异于毛细水的分子结构和动力学特性:水分子有序性排布、离子大量在界面吸附和扩散速度急剧下降。这种分子结构与动力学的特性是因为水化硅酸钙界面处硅链中的非桥接氧会与水分子形成稳定的氢键连接,而钠离子可以形成Na-O化学键,同时表面的钙离子也可以与氯离子形成CaCl_2团簇体。此外,随着孔径的增大,离子和水分子的扩散系数逐渐由0.15×10~(-9)m~2/s、0.7×10~(-9)m~2/s增大到1.3×10~(-9)m~2/s、3×10~(-9)m~2/s,这很接近于实验测得的毛细水的扩散系数,说明在纳米尺度上,孔径的约束和界面化学键作用是决定离子和水分子传输的关键因素。
[Abstract]:Calcium silicate hydrated gel is the most basic bonding phase in cement hydration products. The transport of water molecules and ions in gel pores fundamentally determines the service life of cement concrete materials. The transport process of chloride and sodium ions in the gel pores of calcium silicate hydrated at 3 nm and 4 nm at 1 nm ~ 2 nm ~ 2 nm. The ion trajectory analysis based on radial distribution function and mean square displacement shows that ions and water molecules are different from each other in nanorods. Molecular structure and kinetic properties of capillary water: ordered arrangement of water molecules, The characteristics of molecular structure and kinetics are that the unbridged oxygen in the silicon chain at the interface of calcium silicate hydrates will form a stable hydrogen bond with the water molecule. Sodium ions can form Na-O chemical bonds, and calcium ions on the surface can also form CaCl_2 clusters with chloride ions. In addition, with the increase of pore size, The diffusion coefficients of ions and water molecules gradually increased from 0.15 脳 10 ~ (-1) ~ (-9) ~ (-1) ~ 0.70 脳 10 ~ (-1) ~ (-9) ~ 2 / s to 1.3 脳 10 ~ (-10) ~ (-9) ~ 2 / s, which is very close to the experimental diffusion coefficient of capillary water, indicating that the confinement of pore size and the interaction of interfacial chemical bonds are the key factors to determine the transport of ions and water molecules at nanometer scale.
【作者单位】： 青岛理工大学土木工程学院;
【基金】：国家自然科学基金重点国际合作项目(51420105015) 国家重点基础研究发展计划(973计划)(2015CB65510)
【分类号】：TU528

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本文编号：1565844