水化硅酸钙力学参数跨纳-微观尺度计算方法

摘要

为了准确高效地基于分子动力学模拟计算微观尺度高、低密度水化硅酸钙(C—S—H)的力学参数,选用7种常用的C—S—H晶体类似物结构和三种多孔介质力学模型进行对比分析研究.首先在纳观尺度通过分子动力学模拟得到C—S—H晶体类似物结构的体积模量、剪切模量、弹性模量和泊松比四个力学参数;并与第一性原理计算得到的结果进行对比,以此为基础,再应用多孔介质力学模型计算获得微观尺度高、低密度水化硅酸钙的相应力学参数;并与已有文献实测的高、低密度水化硅酸钙弹性模量进行验证.结果 表明,与第一性原理计算相比,6种Tobermorite晶体结构模型的力学参数计算平均误差约20％;Jennite晶体结构模型计算平均误差达59％.采用C—S—H晶体类似物结构Tobermorite 14 (A),结合Mehta或张俊彦的多孔介质力学模型进行模拟计算,效果最佳.C—S—H晶体结构类型对C—S—H跨纳-微观尺度力学参数准确性影响最大.提出的基于分子动力学模拟和多孔介质力学模型进行水化硅酸钙力学参数跨纳-微观尺度计算方法,避免了采用大规模分子动力学模拟获得高、低密度水化硅酸钙的微观力学参数,计算效率高且结果可靠.