不同温度下纤维素/水化硅酸钙界面相互作用的分子动力学模拟研究∗孔慧君,李沉思,刘潇(河南工学院理学部,河南新乡４５３００３)摘要:利用分子动力学方法系统地研究了温度对纤维素/水化硅酸钙界面的相互作用.通过SMD计算了三种温度下纤维素与水化硅酸钙基体分离的张力,并通过Bell模型计算了纤维素和水化硅酸钙之间的粘附能.结果表明,随着温度的升高,界面粘附能增强.关键词:纤维素/水化硅酸钙;界面;分子动力学模拟中图分类号:O６４文献标识码:A文章编号:２０９６Ｇ７７７２(２０２３)０３Ｇ００３７Ｇ０４０引言波特兰水泥是混凝土重要的粘接材料,在当今土木工程中被广泛应用.为了克服其低延性的弱点,常在水泥基材料中掺杂聚合物,以阻止裂缝的产生和生长,提高混凝土的塑性.前人研究了聚乙烯醇纤维[１]、聚乙烯纤维[２]和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维[３]等聚合物纤维作为重要掺杂材料对水泥基材料力学性能的影响.研究表明,加入聚合物可以提高混凝土的抗压强度、弯曲强度以及延性.同时,纤维素纤维作为重要的绿色材料,也常被加入混凝土中以提高其性能.高温下的纤维素混凝土可以通过在基质中形成一系列通道,促进其内部蒸汽压力的释放,从而缓减内部应力造成的损伤,提高混凝土的抗剥落性,并且还可以通过减小混凝土的密度,增加其弯曲强度[４]、抗冲击性能等[５].目前,分子动力学模拟已被广泛应用于无机和有机复合材料[６Ｇ７]领域.通过分子动力学模拟可以研究聚合物的水解反应,以及水泥/聚合物复合材料的界面键合作用等[８],从而从微观角度了解纤维和水泥基体之间的粘接作用机理.本文利用受控分子动力学(SteeredMolecularDynamics,SMD)模拟的方法,观察不同温度下,在恒速模式拉伸过程中纤维素纤维的运动轨迹,结合拉伸力/距离曲线的对比,以揭示温度对纤维素/水化硅酸钙复合材料界面的影响.１模拟方法１１模型建立水化硅酸钙凝胶是水泥的主要水化产物,其与聚合物之间的相互作用决定了水泥材料的力学性能.水化硅酸钙具有和天然托贝莫来石(toberＧmorite)相似的层状结构,目前普遍在托贝莫来石晶体结构的基础上构建水化硅酸钙模型[９Ｇ１０].本文的水化硅酸钙模型也是在此基础上建立的.第一步,建立一个１１Å的tobermorite晶体,其在x、y、z方向上的长度分别为１１１６Å、７３９Å、２２７８Å,三个面之间的夹角均为９０°.为了方便模拟,在x和y方向上分别扩展４倍和６倍,此时模型大小为４４Å×４４Å×２２７８Å.第二步,在z方向上切出一个平面.第三步,用...
