氯离子与硫酸根离子在水化硅酸钙表面竞争吸附的分子动力学研究

• 作者: 郭丽萍 费香鹏 曹园章 薛晓丽 丁聪
• 来源期刊: 材料导报
• 关键词: C-S-H吸附 动力学模型 氯离子 硫酸根离子 物理吸附
• 年，卷（期）: 2021,（8）
• 所属期刊栏目: 无机非金属及其复合材料|INORGANIC MATERIALS AND CERAMIC MATRIX COMPOSITES
• 页码范围: 34-41
• 页数: 8页
• 分类号: TU528
• 语种: 中文
• DOI: 10.11896/cldb.20030217

摘要

水化硅酸钙凝胶(C-S-H)是水泥基材料中主要起粘结作用的胶体,也是发生氯离子和硫酸根离子物理吸附的主要原因.由于实验方法无法直观表现C-S-H物理吸附的过程以及吸附量随时间的变化规律,本研究采用分子动力学模型模拟C-S-H物理吸附氯离子及硫酸根离子的过程,探究吸附过程中氯离子和硫酸根离子之间的交互作用关系.模拟利用配位数并结合等温吸附法计算了3.5％NaCl溶液及3.5％NaCl+3.5％Na2SO4复合溶液中Cl-和SO42-的吸附量.研究发现:物理吸附作用包括离子间的近程库伦(Coulomb)作用以及长程范德华(VDW)作用,SO42-抑制了C-S-H对Cl-的吸附,减弱了C-S-H对Cl-的长程VDW作用,但并没有减少位点对Cl-的吸附量,只是延缓了吸附发生的时间;SiO-Ca+是Cl-及SO42-的主要吸附位点,SiOH可以吸附少量Cl-,但对SO42-无明显吸附作用,且SiOCa+与SiOH位点存在竞争关系.两种溶液中C-S-H凝胶对Cl-的吸附量相差不大,约为0.06 mmol/g,对SO42-的吸附量约为0.02 mmol/g.由分子动力学计算得出的C-S-H的离子吸附量,与通过测试实验合成的C-S-H及水泥浆体中的C-S-H的离子吸附量相符,由此可以证明分子动力学模拟可准确、可靠地表征侵蚀离子在水泥基材料内的复杂交互作用.