Hydrated Calcium Silicate Erosion in Sulfate Environments a Molecular Dynamics Simulation Study

硅酸盐 硅酸钙 分子动力学 腐蚀 硫酸盐 水合硅酸钙 化学工程 材料科学 岩土工程 化学 地质学 冶金 复合材料 工程类 地貌学 水泥 计算化学
作者
Ming You,Xiaosan Yin,Yuzhou Sun,Hairong Wu,Jimin Li,Xiangming Zhou
出处
期刊:Materials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:17 (23): 6005-6005 被引量:4
标识
DOI:10.3390/ma17236005
摘要

To investigate the micro-mechanism of the erosion of hydrated calcium silicate (C-S-H gel) in a sulfate environment, a solid–liquid molecular dynamics model of C-S-H gel/sodium sulfate was developed. This model employs molecular dynamics methods to simulate the transport processes between C-S-H gel and corrosive ions at concentrations of 5%, 8%, and 10% sodium sulfate (Na2SO4), aiming to elucidate the interaction mechanism between sulfate and C-S-H gel. The micro-morphology of the eroded samples was also investigated using scanning electron microscopy (SEM). The findings indicate that the adsorption capacity of C-S-H for ions significantly increases with higher concentrations of Na2SO4 solution. Notably, the presence of sulfate ions facilitates the decalcification reaction of C-S-H, leading to the formation of swollen gypsum and AFt (ettringite). This process results not only in the hydrolysis of the C-S-H gel but also in an increase in the diffusion coefficients of Na+ and Ca2+, thereby exacerbating the erosion. Additionally, the pore surfaces of the C-S-H structure exhibited strong adsorption of Na+, and as the concentration of Na2SO4 solution increased, Na+ was more stably adsorbed onto the C-S-H pore surfaces via Na-Os bonds. The root-mean-square displacement curves of water molecules were significantly higher than those of SO42−, Na+ and Ca2+, which indicated that SO42− could co-penetrate and migrate with water molecules faster compared with other ions in the solution containing SO42−, resulting in stronger corrosion and hydrolysis effects on the C-S-H structure.
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