Моделирование структурных свойств гидратированного тоберморита

22 Apr 2021, 17:00
1h
Saint-Petersburg

Saint-Petersburg

Lomonosov Hall (The ITMO University)
Poster Energy Saving and Energy Efficiency Poster on line

Speaker

Mr Юрий Абзаев (Томский государственный архитектурно-строительный университет)

Description

В работе объектом исследования был модельный тоберморит с водоцементным отношением 0.85, который относится к промежуточным состояниям гидратированного портландцемента. К числу эффективных средств изучения гидратированного тоберморита относится молекулярная динамика (МД), и первопринципное изучение свойств кристаллической решетки. Представляют интерес результаты расчетов термодинамических и механических характеристик. Исследуемой решеткой тоберморита является суперячейка с химической формулой Ca10Si12H12O40, пространственной группой P2/m, моноклинным семейством и параметрами решетки a = 7.39, b = 22.779, c = 6.69 A и углами 90.0, 123.49 90.0 градусов, которая относится к семейству Ричардсона, и в которой внедрение молекул воды оказывается символьным. Восстановление молекул воды в решетке тоберморита производилось под разными углами, и в каждом случае оценивалась энергия в рамках МД. Для внедрения молекул H2O в суперячейку Ричардсона, на заданный угол применялись операции матричной алгебры. Рассматривались матрицы перехода координат молекулы H2O от начального положения до конечного значения в результате вращения вокруг осей x, y, z и последующего внедрения в решетку тоберморита. Суперячейка состояла из 57 атомов с известными координатами. Расчеты проводились в программах Gulp, Lammps. Атомные потенциалы межатомных взаимодействий для Si, Ca, O, H были взяты из работы [1]. Использовались 2-х (Букингем) и 3-х (гармонический) частичные потенциалы. Использовались также следующие атомные заряды: Ca – 2.0; Si – 4.0; O – (-2); H – 0.4. Была проведена геометрическая оптимизация методом Ньютона-Равсона, оценка упругих модулей. После достижения финальной конфигурации с энергией (–1925.89) эВ дыли рассчитаны объемный модуль упругости –(В); модуль сдвига (S); модуль Юнга (E), рассчитаны также отношения Пуассона в различных плоскостях. Параметры финальной суперячейки оказались равными: a = 6.991, b = 7.796, c = 51.818A с углами 90.77, 102.10, 90.26 градусов. Результаты расчетов механических характеристик тоберморита оказались равными: B = 11.404; 22.934; 17.169 ГПа, S = 17.169; 30.390; 18.755 ГПа, E=13.217 ГПа в рамках моделей Reuss, Voigt, Hill, которые соответствовали конфигурации H2O с углом в 4 градуса. Суперячейка тоберморита с конфигурацией H2O под углом в 80 градусов также является наиболее стабильной. Первопринципные расчеты [3] позволили оценить упругие модули: B = 18.65 ГПа, S = 12.77 ГПа, с которыми удовлетворительно согласуются данные МД.

  1. Subramani, V. S. Potential Applications of Nanotechnology for improved performance of Cement based materials. M.S Thesis, University of Arkansas). 2008.
  2. I.G. Richardson. The nature of the hydration products in hardened cement pastes / Cement & Concrete Composites. V22. 2000. PP. 97-113.
  3. O. Isayev, C. Oses, C. Toher, E. Gossett, S. Curtarolo, A. Tropsha. Universal fragment descriptors for predicting properties of inorganic crystals. / Nature communications. 8:15679. DOI: 10.1038/ncomms15679.
Affiliation of speaker Абзаев Юрий Афанасьевич
Publication IOP Conference Series: Earth and Environmental Science

Primary authors

Mr Юрий Абзаев (Томский государственный архитектурно-строительный университет) Mr Алексей Гныря (Томский государственный архитектурно-строительный университет) Sergei Korobkov

Presentation Materials