Reactive Molecular Dynamics Simulations to Understand Mechanical Response of Thaumasite under Temperature and Strain Rate Effects

材料科学 应变率 极限抗拉强度 胶凝的 复合材料 分子动力学 水泥 化学 计算化学
作者
Shahin Hajilar,Behrouz Shafei,Tao Cheng,Andrés Jaramillo-Botero
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry A [American Chemical Society]
卷期号:121 (24): 4688-4697 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.jpca.7b02824
摘要

Understanding the structural, thermal, and mechanical properties of thaumasite is of great interest to the cement industry, mainly because it is the phase responsible for the aging and deterioration of civil infrastructures made of cementitious materials attacked by external sources of sulfate. Despite the importance, effects of temperature and strain rate on the mechanical response of thaumasite had remained unexplored prior to the current study, in which the mechanical properties of thaumasite are fully characterized using the reactive molecular dynamics (RMD) method. With employing a first-principles based reactive force field, the RMD simulations enable the description of bond dissociation and formation under realistic conditions. From the stress-strain curves of thaumasite generated in the x, y, and z directions, the tensile strength, Young's modulus, and fracture strain are determined for the three orthogonal directions. During the course of each simulation, the chemical bonds undergoing tensile deformations are monitored to reveal the bonds responsible for the mechanical strength of thaumasite. The temperature increase is found to accelerate the bond breaking rate and consequently the degradation of mechanical properties of thaumasite, while the strain rate only leads to a slight enhancement of them for the ranges considered in this study.

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