C-S-H与碳酸盐骨料界面键合机制的温度依赖性研究及其对混凝土耐久性的影响

【编辑推荐】本研究通过分子动力学(MD)模拟揭示了水化硅酸钙(C-S-H)与方解石(104)、白云石(104)、菱镁矿(104)在Ca(OH)2和CaSO4溶液中的离子特异性结合行为，阐明了温度对界面Ca2+吸附、阴离子捕获及水层结构的调控作用，为优化碳酸盐骨料混凝土的耐久性设计提供了分子尺度依据。

　　

Highlight

本研究通过分子动力学(MD)模拟，系统揭示了温度如何精细调控水化硅酸钙(C-S-H)与三种碳酸盐矿物界面的"离子舞蹈"：方解石(104)像"钙离子磁铁"在高温下吸附力暴增，白云石(104)展现阴离子捕获的"温度敏感开关"，而菱镁矿(104)则通过"结构化水盾"缓冲排斥作用。这些发现为解密混凝土界面的"分子密码"提供了新钥匙。

Ionic Bonding at the C-S-H/Calcium Carbonate Interface in Ca(OH)₂ Solution

在Ca(OH)₂溶液中，C-S-H-方解石体系上演着精彩的"离子争夺战"：钙离子(Ca²⁺)以"百米冲刺"速度奔向方解石界面，在15?距离内突然"刹车"转为缓慢迁移，最终形成致密吸附层；而氢氧根离子(OH^-)则像"守门员"牢牢占据C-S-H表面。温度升高时，钙离子的"热舞"幅度加大，导致界面结合能提升达18%，揭示出热力学驱动的界面强化机制。

Conclusions

这项分子尺度的"界面探险"表明：方解石(104)是高温环境的"粘结冠军"，白云石(104)扮演着"温度响应型"中间派，而菱镁矿(104)的"水分子护甲"虽减少化学键合却提升了界面稳定性。这些发现为设计"智能适应"环境温度的混凝土提供了分子蓝图，特别是为海洋工程和地热环境下碳酸盐骨料的优选提供了理论依据。