セメントゲル粒子に捕捉される細孔水分の長期運動に関する分子動力学モデル

水泥凝胶颗粒中孔隙水长期运动的分子动力学模型

基本信息

批准号：
17656141
负责人：
前川宏一
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,ナノメートルスケールのセメント硬化体の微細空隙内に存在する水分の輸送特性を検討するため,分子動力学を利用した分子シミュレーションを行った.セメント硬化体の結晶はアモルファス状であり材齢とともに刻々と変化するため,C-S-H結晶を忠実に再現することは困難であると考えられる.したがって,単純なポテンシャルを持つ原子の組み合わせで固体壁面ポテンシャルを表わすことを試みた.水分子に関しては,多くの熱物性値の再現性が高い剛体水分子モデルのSPC/E(Extended Simple Point Charge)ポテンシャルを採用した.これらのポテンシャルを用いて,層状の微細空隙内水分の粘性,拡散係数の算出を行った.Lennard-Jones(以下,LJ)ポテンシャルのみを固体壁に与え解析を行った結果,空隙幅1nmの空隙内水分の平均輸送係数はバルク状態の数十倍程度で,空隙が3nmを超えるとバルク状態と大差ない結果となった.LJポテンシャルパラメータを変化させ,壁面ポテンシャルを変動させても同様の傾向が得られた.当該研究グループで開発中の熱力学連成解析システムDuCOMから推察されるコンクリート空隙中の平均粘性はバルク状態の数百倍であることから,単純LJポテンシャルのみではセメントゲル粒子固体壁の再現は困難であることがわかった.次に,LJ,クーロン力の両者のポテンシャルを考慮した単純固体壁で1nm空隙内水分の粘性・拡散係数を求めた.固体壁面ポテンシャルの同定にはまだ不明な点が多いが,ナノメートルスケールの空隙内水分の各輸送係数はバルクの数千倍のオーダーで変化することがわかった.また,壁面に吸着する水分子は2,3分子程度で,DuCOMから推察される吸着水分状態に近いものとなった.今後は,壁面ポテンシャルの詳細な検討,より大きな空間領域までシミュレーションを拡張する必要があると考えている.

在这项研究中，我们使用分子动力学进行了分子模拟，以研究纳米尺度水泥硬化体细胞中存在的水分的转运特性。由于水泥固定的身体的晶体是无定形的，并且随着年龄的增长而变化，因此人们认为很难忠实地繁殖C-S-H晶体。因此，我们试图通过将原子与简单电位相结合来表达固体潜力。关于水分子，我们具有许多热物理特性的高可重复性。使用电荷（电势）。使用这些电势，计算了分层细水的粘度和扩散系数。通过仅将Lennard-Jones（以下简称LJ）应用于实心墙来进行分析，并且空隙宽度为1 nm的空隙水的平均传输系数大约是散装状态的数十倍，并且当Void超过3 nm时，即使是LJ电位参数的电势也更改了，即使是相同的趋势，也获得了相同的趋势。研究小组目前正在开发的热力学耦合分析系统所推论的混凝土空隙的平均粘度是批量状态的几百倍吗？发现仅使用简单的LJ电势来重现水泥凝胶颗粒的固体壁。接下来，我们计算了1NM空隙中水在1NM空隙中的粘度和扩散系数，以考虑到LJ和库仑力的电势。尽管在固体壁电位的识别中有许多未知点，但发现在纳米尺度上，空隙中的每个运输水系数都在数千倍的散装范围内变化。此外，吸附在壁表面上的水分子数量约为2或3个分子，该分子接近从DUCOM推断出的吸附水分状态。我们认为，将来，我们需要研究墙的潜力并将模拟扩展到更大的空间区域。