考虑矿物各向异性的地聚物/集料界面静动态交互特征模拟

地聚物作为一种低碳环保、应用潜力广阔的无机结合料,其与不同表面构造集料的界面交互作用直接影响地聚物混凝土的力学性能和耐久性。充分考虑集料矿物晶向的各向异性,采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics, MD)从原子分子层次的作用模式和强度分析,模拟了地聚物主要水化成分N-A-S-H、C-A-S-H和集料矿物化学成分SiO₂、CaCO₃不同晶面的静态界面相互作用,并采用单轴拉伸方法从纳米尺度下讨论了不同界面交互的动态力学行为。模拟结果表明：CaCO₃各晶面表现出比SiO₂更强的表面能和表面浸润性,并与C-A-S-H、N-A-S-H的界面相互作用势和拉伸应力更强,但CaCO₃晶面各向异性明显,性能稳定性不及SiO₂。地聚物与集料矿物的相互作用势主要由静电势提供,由于矿物界面静电作用及浸润特征,交互区水分子聚集,氢键作用明显,同时水分子与Ca²⁺、Na⁺进行配位形成水合离子,有助于离子在矿物表面迁移、沉淀与成核生长,增强界面空间位阻效应。在单轴拉伸模拟中,地聚物与集料矿物界面拉伸失效机制包括2个阶段：第1阶段(0 nm＜界面位移d＜0.15 nm)主要克服界面交互的静电作用,第2阶段(0.15 nm≤d≤0.3 nm)主要克服氢键作用。MD模拟有助于从分子尺度揭示地聚物与集料界面作用机制,为进一步研究地聚物混凝土材料优化、交互界面强化及损伤等提供了新方法和理论依据。