Degradation of thermal stability and micromechanical properties of the C–S–H phase induced by ultra-confined water at elevated temperatures

降级(电信) 热稳定性 相(物质) 材料科学 热的 化学工程 热力学 化学 化学物理 物理 有机化学 工程类 电信
作者
Dongbo Li,Jing Zhu,Qinlong Liu,Qinde Qi,Zhentao Bai
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (48): 33064-33080 被引量:6
标识
DOI:10.1039/d3cp03804a
摘要

Water in the nanometer to micrometer-sized pores of calcium silicate hydrate (C-S-H) is essential for the binding process of cementitious materials. The quantity, location, and physical state of water in C-S-H pores under extreme conditions significantly influence the strength and durability of cementitious materials. The present study employed ReaxFF and molecular dynamics (MD) simulation to evaluate the effects of water ultra-confined in the nanopores on the structure, bonds, dynamics, and tensile mechanism of the C-S-H grains at elevated temperatures. The results indicate that the temperature elevation may interfere with the water molecule's hydrogen-bond network between the C-S-H grains, causing a notable nanometer-scale pore expansion. Simultaneously, the diffusion coefficient of water molecules confined in nanopores gradually increased, and their dynamic characteristics shifted from a glassy nature to free water. Additionally, high temperatures promoted hydrolysis reactions and the breakage of chemical bonds in the C-S-H framework, causing disintegration of the silicate skeleton and a decrease in the mechanical attributes of C-S-H. Moreover, the uniaxial tensile test at high temperatures revealed that the silicate chain groups in the C-S-H substrates underwent thermal curling. In contrast to interlayer-bound water, under the action of tension, water molecules in nanopores are viscous, forming water layers.
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