基于反應(yīng)力場(chǎng)分子動(dòng)力學(xué)的水化硅酸鈣水解弱化機(jī)理研究

侯東帥，于 嬌，張津瑞，張夢(mèng)溪，董必欽

（1.青島理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 青島 266000；2.天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；3.深圳大學(xué) 廣東省濱海土木工程耐久性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518060）

1 研究背景

水工混凝土結(jié)構(gòu)的服役性能與水密切相關(guān)，大壩水變區(qū)、面板等部位的混凝土在長(zhǎng)期與水接觸后易發(fā)生溶蝕、碳化和硫酸鹽侵蝕等現(xiàn)象[1]，使得混凝土材料的性能不斷劣化，進(jìn)而影響水工混凝土結(jié)構(gòu)的安全、耐久與可持續(xù)性。水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠作為水泥基材料的主要膠結(jié)相，占到混凝土中水泥水化產(chǎn)物的60%～70%，是影響水泥基材料力學(xué)性能和耐久性能的關(guān)鍵組分[2]。且水泥水化的復(fù)雜行為和澆筑后混凝土的長(zhǎng)期使用性能都與C-S-H凝膠的力學(xué)響應(yīng)和相對(duì)濕度的變化密切相關(guān)[3-4]。但如同水泥基材料的“基因結(jié)構(gòu)”的C-S-H卻是一種組成可變的無(wú)定型結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)中的水分子的摩爾比無(wú)法確定，C-S-H凝膠的結(jié)構(gòu)變化對(duì)其性能的影響機(jī)制尚不明確。因此，研究C-S-H凝膠中水分子的微觀特性對(duì)混凝土微結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能提升有著重要的意義。

基于現(xiàn)代測(cè)試與分析技術(shù)，大量學(xué)者開展了C-S-H凝膠與水的相互作用研究，如Allen等[5]利用小角度中子散射（SANS）和X 射線衍射研究準(zhǔn)確的測(cè)定了C-S-H 凝膠中各類水的位置和質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Wang等[6]通過(guò)核磁共振（NMR）明確了C-S-H中不同結(jié)合水的物理特性，物理結(jié)合水在加熱時(shí)很容易從鈣硅層中移除，而化學(xué)結(jié)合水仍然作為結(jié)構(gòu)組分存在，表明化學(xué)水與C-S-H 基體之間的強(qiáng)連接性；何真等[7]結(jié)合原子力顯微鏡觀測(cè)結(jié)果，提出了水在C-S-H納米顆粒簇中流動(dòng)的控制方程，研究了水對(duì)C-S-H納米顆粒的堆聚結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。然而，僅通過(guò)試驗(yàn)研究超受限水在C-S-H凝膠中的作用并不全面，其結(jié)果可能受到材料純度和儀器精度的限制，現(xiàn)有的試驗(yàn)結(jié)果也無(wú)法解釋納米級(jí)水與C-S-H凝膠之間的相互作用機(jī)理。

隨著計(jì)算方法的不斷發(fā)展，數(shù)值仿真方法被廣泛應(yīng)用于材料和結(jié)構(gòu)工程的分析之中[8-11]，其中分子模擬技術(shù)在21世紀(jì)初被引入到混凝土材料領(lǐng)域，在水泥水化產(chǎn)物微結(jié)構(gòu)和性能研究方面起著非常重要的作用，能夠有效輔助試驗(yàn)和理論研究，較大程度上完善混凝土材料的微觀特性表征，目前已經(jīng)有學(xué)者針對(duì)含有超受限水的C-S-H性能開展了一定的研究工作。Bonnaud等[12]通過(guò)巨正則蒙特卡洛模擬，研究了不同相對(duì)濕度下C-S-H凝膠中受限水的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)受限水對(duì)于C-S-H凝聚的影響取決于C-S-H顆粒間的粒間間距；周崇松[13]對(duì)C-S-H的結(jié)構(gòu)類似物Jennite進(jìn)行了脫水機(jī)理研究，發(fā)現(xiàn)與層間鈣相距較遠(yuǎn)的水分子最容易脫去，且Jennite的晶體結(jié)構(gòu)無(wú)明顯變化，而其他位置的水分子發(fā)生脫水時(shí)將發(fā)生解離，證明了Jennite的彈性模量會(huì)隨含水率的發(fā)生變化；文獻(xiàn)[14]發(fā)現(xiàn)隨著層間水分子數(shù)目的增加，鈣硅比的增加會(huì)引起C-S-H機(jī)械性能的降低，隨后利用CSHFF力場(chǎng)模擬了不同水/鈣比的C-S-H凝膠，研究了不同濕度狀態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，指出了CSHFF力場(chǎng)無(wú)法模擬結(jié)構(gòu)演變和單軸拉伸過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

值得注意的是，前期大部分研究是基于經(jīng)驗(yàn)力場(chǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)C-S-H凝膠與水化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的追蹤。為準(zhǔn)確描述C-S-H凝膠與水的化學(xué)反應(yīng)作用，本文基于化學(xué)反應(yīng)力場(chǎng)（ReaxFF）研究含水率對(duì)CS-H凝膠結(jié)構(gòu)特性和力學(xué)性能的影響，并通過(guò)密度分布、Qn分布等微結(jié)構(gòu)分析，從機(jī)理上揭示水分對(duì)C-S-H凝膠的水解弱化作用，以期為水工混凝土材料設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

2 計(jì)算原理與方法

2.1 反應(yīng)力場(chǎng)反應(yīng)力場(chǎng)（ReaxFF）是由van Duin 首先為碳和烴類系統(tǒng)開發(fā)的[15-16]，現(xiàn)在已經(jīng)推廣應(yīng)用于C-S-H、二氧化硅-水、黏土礦物和其他層狀礦物等無(wú)機(jī)體系研究，其能夠準(zhǔn)確描述含硅、鈣、氧、氫元素體系的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)性。ReaxFF 和傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)力場(chǎng)（CSHFF，ClayFF）的不同之處在于，模擬過(guò)程中經(jīng)驗(yàn)力場(chǎng)固定化學(xué)鍵，而ReaxFF中采用鍵長(zhǎng)和鍵序描述短程勢(shì)，因此隨著勢(shì)能的平穩(wěn)變化，化學(xué)鍵可以不斷地生成和斷裂。ReaxFF通過(guò)復(fù)雜的函數(shù)計(jì)算區(qū)分鍵、角、二面角、非鍵相互作用及調(diào)整項(xiàng)等，總能量為表1中各項(xiàng)能量之和，詳細(xì)的ReaxFF力場(chǎng)參數(shù)從參考文獻(xiàn)[17]中獲得。

表1 ReaxFF力場(chǎng)能量項(xiàng)

2.2 分子模型構(gòu)建本文中的C-S-H模型以Tobermorite晶體[18]為基礎(chǔ)，通過(guò)刪除晶體模型中的部分SiO2，建立了鈣硅比為1.09 的無(wú)水C-S-H 凝膠模型，最終模型的晶體參數(shù)為a=22.32 ?，b=22.02 ?，c=22.77 ?，α=90°，β=90°，γ=90°。為得到不同含水率的C-S-H模型，采用巨正則蒙特卡洛（GCMC）方法模擬C-S-H凝膠吸水過(guò)程，在GCMC模擬過(guò)程中，采用巨正則系綜μVT，模擬C-S-H凝膠中的水分子與虛擬的無(wú)限大體積蓄水池的水分子交換[19]，模擬溫度設(shè)置為300 K，化學(xué)勢(shì)設(shè)置為0 eV。模擬過(guò)程包括300 ps的平衡階段和100 ps的吸水階段。GCMC模擬后得到飽和水的C-S-H凝膠化學(xué)式為（CaO）1.09（SiO2）·（H2O）0.57。在GCMC 模擬過(guò)程中提取不同吸水階段模型，分別得到含水率為0%、25%、50%、75%和100%的C-S-H 凝膠模型，如圖1所示。為了在單軸拉伸過(guò)程中避免周期邊界的影響，對(duì)吸水后的C-S-H 凝膠模型進(jìn)行2×2×2 超晶胞放大。最后，進(jìn)行300 ps 的分子動(dòng)力學(xué)模擬（NPT，300 K，0 Pa），得到不同含水率的C-S-H 凝膠平衡構(gòu)型，再進(jìn)行1000 ps 的NVT（300 K）模擬，獲得用于結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)分析的平衡態(tài)原子軌跡。

2.3 單軸拉伸計(jì)算方法利用LAMMPS 軟件中的REAX/C 程序?qū)?.2 節(jié)中最終獲得的不同含水率的C-S-H 凝膠模型進(jìn)行z軸單軸拉伸模擬。拉伸過(guò)程中采用NPT 系綜，溫度設(shè)置為300 K，采用Nose-Hoover式恒溫器和恒壓器分別進(jìn)行控溫和x、y、z方向的單獨(dú)控壓，耦合時(shí)間分別為100 ps和10 000 ps。時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為0.25 fs。拉伸過(guò)程中采用0.008/ps的應(yīng)變速率，分別沿x、y和z方向逐漸施加單軸拉伸應(yīng)變，拉伸過(guò)程模擬總時(shí)間為1000 ps。將x和y方向的應(yīng)力耦合至0，通過(guò)單軸拉伸，即可得到反應(yīng)結(jié)構(gòu)剛度和層間粘結(jié)力的楊氏模量和破壞強(qiáng)度。

圖1 不同含水率的C-S-H凝膠（鈣硅比1.09）原子結(jié)構(gòu)基本模型

3 模擬結(jié)果與討論

3.1 結(jié)構(gòu)演變密度分布曲線可以直觀的了解C-S-H凝膠中不同元素的分布情況，不同含水率的CS-H 垂直于xy平面的原子密度分布曲線如圖2所示。對(duì)于無(wú)水C-S-H 中，Si、層間區(qū)域鈣原子（Caw）、鈣層中的鈣原子（Cas）存在尖銳的密度峰值，表明C-S-H凝膠骨架排列有序。Caw在4.5?處的小峰值意味著層間區(qū)域的鈣原子擴(kuò)散至硅鏈的缺陷處。當(dāng)C-S-H 凝膠含水率為25%時(shí)，Cas、Si 和Caw的密度峰變寬，且Si峰的數(shù)量增加，表明骨架結(jié)構(gòu)有序性變差。分析水分子中的氧（Ow）密度分布發(fā)現(xiàn)水分子只存在于層間區(qū)域的硅鏈附近。然而，當(dāng)含水率繼續(xù)增加，C-S-H的鈣硅層骨架又向有序排列轉(zhuǎn)變，水分子從層間區(qū)域擴(kuò)散至鈣硅層內(nèi)部，且層間區(qū)域的Caw的密度分布也逐漸由單峰向多峰轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)靠近硅鏈中的氧原子的密度峰值。對(duì)于飽和C-S-H凝膠，雙峰分布的Si表明了硅鏈的“三元重復(fù)”構(gòu)型，其中最小重復(fù)單元是由一個(gè)橋接硅氧四面體和兩個(gè)對(duì)接硅氧四面體組成。

圖2 不同含水量的C-S-H中鈣原子、硅原子和氧原子密度分布

圖3為不同含水率的C-S-H模型在平衡狀態(tài)下沿x、y和z方向表現(xiàn)出不同的晶格尺寸。從圖3可以看出，隨著含水率的增加，x方向的晶格尺寸由40.59? 增加到43.56?，z方向由39.03? 增加到47.82?，y方向卻從44.67? 降低至43.84?。因而在C-S-H凝膠中引入水分子會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)在x和z方向上膨脹。當(dāng)C-S-H 凝膠達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，z方向?qū)娱g距離為11.96?，接近于“現(xiàn)實(shí)模型”的11.9?。

圖3 不同含水量下x、y和z方向晶格尺寸

3.2 水解反應(yīng)過(guò)程由于硅鏈中的非橋接氧提供了大量的氫鍵接收位點(diǎn)，且具有較高的反應(yīng)活性，可以幫助克服水分子分解的能量壁壘，促使水解反應(yīng)的發(fā)生。如圖4（a）所示，當(dāng)水分子的含量為25%、50%、75%和100%時(shí)，水分子的分解程度分別為71.43%、52.38%、39.34%和42.68%。隨著含水率增加，水分子分解程度降低。如圖4（b）所示，黃色和紅色球棍體代表硅酸鹽鏈（Si-Os）；紫色球代表層間鈣原子（Caw）。紅色和白色球棍體代表水分子。水分子在層間區(qū)域發(fā)生水解反應(yīng)的反應(yīng)路徑為：水分子擴(kuò)散至硅鏈中的非橋接氧原子周圍，形成氫鍵連接；然后水分子分解為H+和OH-，分解的OH-與周圍的鈣原子連接形成鈣羥基（Ca-OH），H+則與硅氧四面體相連形成硅羥基（Si-OH）。這種水解反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生相同數(shù)量的硅羥基與鈣羥基。水解反應(yīng)產(chǎn)生的羥基與未水解的水分子在層間區(qū)域形成了復(fù)雜的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。

圖4 水解反應(yīng)過(guò)程

如圖5（a）所示，在無(wú)水C-S-H凝膠中，相鄰的鈣硅層通過(guò)Os-Caw-Os直接連接。當(dāng)水分子少量填充C-S-H的層間區(qū)域時(shí)，結(jié)構(gòu)水和羥基可以通過(guò)形成Caw-Ow和Caw-Oh鍵來(lái)橋接相鄰的層間區(qū)域。當(dāng)C-S-H凝膠接近飽和狀態(tài)時(shí)，相鄰鈣硅層之間出現(xiàn)多層水分子和羥基形成的復(fù)雜氫鍵網(wǎng)絡(luò)。詳細(xì)的氫鍵網(wǎng)絡(luò)可以從圖5（b）中觀察到，當(dāng)C-S-H凝膠的含水率較低時(shí)，相鄰的鈣硅層可以通過(guò)Os-Ho鍵直接連接。隨著水含量的增加，在C-S-H 的層間區(qū)域會(huì)出現(xiàn)單層堆積的水分子和羥基，這種情況下，Oh-Ho、Oh-Ow、Os-Ho和Os-Hw鍵都有助于橋接相鄰的鈣硅層。當(dāng)含水率進(jìn)一步增加時(shí)，C-S-H凝膠層間區(qū)域中的氫鍵網(wǎng)絡(luò)由單層轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬印＿M(jìn)一步利用時(shí)間相關(guān)函數(shù)（TCF）[20]表征化學(xué)鍵的穩(wěn)定性。飽和C-S-H凝膠中Ca-O鍵和O-H鍵的TCF曲線如圖5（c）（d）所示。即使經(jīng)過(guò)100 ps的時(shí)間，所有種類的Caw-O鍵TCF值均保持在0.93以上，這表明了Caw-O鍵的穩(wěn)定性較好。進(jìn)一步比較Ca-O鍵的強(qiáng)度規(guī)律為：Cas-Os>Caw-Oh>Caw-Os>Caw-Ow>Cas-Ow>Cas-Oh。隨著含水率的增加，Caw-Ow會(huì)取代一部分Caw-Os鍵，從而導(dǎo)致層間區(qū)域Caw-O鍵的整體穩(wěn)定性略有下降，但這種轉(zhuǎn)變并不是導(dǎo)致CS-H 凝膠穩(wěn)定性下降的主要原因。100 ps 時(shí)，Oh-Ho和Os-Ho的TCF 值保持在0.7 以上，而Ow-Hw的TCF 值迅速衰減至0.4，這意味著層間區(qū)域中的Ow-Hw鍵極易破壞。隨著含水率的增加，Ow-Hw的比例逐漸增加，從而導(dǎo)致了C-S-H層間區(qū)域穩(wěn)定性的快速下降。

圖5 不同含水量C-S-H凝膠的化學(xué)鍵連接方式及穩(wěn)定性

3.3 力學(xué)性能應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可以用來(lái)評(píng)價(jià)不同含水率的C-S-H 凝膠在拉伸荷載作用下的力學(xué)性能。不同含水率C-S-H凝膠在x、y、z方向的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖6所示。當(dāng)在x方向上施加單軸作用力時(shí)，應(yīng)力首先隨應(yīng)變呈線性增加到最大值；對(duì)于含水率小于50%的情況，應(yīng)力達(dá)到最大值后會(huì)急劇降低到約7 GPa，隨后緩慢降低，應(yīng)變達(dá)到0.8時(shí)應(yīng)力依舊保持在5 GPa水平，這一現(xiàn)象對(duì)應(yīng)于CS-H 中微小裂縫的出現(xiàn)、擴(kuò)展與合并；而當(dāng)含水率大于50%時(shí)，應(yīng)力達(dá)到最大值后則會(huì)較快的衰減至0。然而，隨著含水率持續(xù)增加，結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度降低且脆性顯著增加。在y方向，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)為鋸齒狀，以飽和C-S-H為例，應(yīng)變?cè)?.12～0.15 范圍內(nèi)，應(yīng)力迅速下降，隨后應(yīng)力緩慢降低，直至應(yīng)變達(dá)到0.22，這種增強(qiáng)的塑性來(lái)源于C-S-H中鈣硅層的重新排列。含水率的增加降低了結(jié)構(gòu)在y方向上的抗拉強(qiáng)度及延性。此外，當(dāng)處于拉伸荷載下，C-S-H 凝膠更容易在z方向發(fā)生破壞，而水分子的侵入進(jìn)一步降低了C-S-H凝膠在z方向的抗拉強(qiáng)度。

圖6 不同含水量C-S-H沿x、y和z方向的單軸拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線

破壞強(qiáng)度和彈性模量是評(píng)估C-S-H 凝膠力學(xué)性能的重要指標(biāo)，其值可以通過(guò)應(yīng)力應(yīng)變曲線獲得。含水率對(duì)C-S-H凝膠的抗拉強(qiáng)度和彈性模量的影響如圖7所示，5種C-S-H凝膠展現(xiàn)出各向異性的力學(xué)性能，z方向的凝聚力和剛度小于xy平面。隨著含水率由0%增加到100%，y方向的抗拉強(qiáng)度由15 GPa變?yōu)?2 GPa，抗拉性能最差的z方向抗拉強(qiáng)度由8.1 GPa變?yōu)?.3 GPa，這種差異來(lái)源于層間區(qū)域化學(xué)鍵的演變。z方向的楊氏模量隨含水率變化由33 GPa增加到56 GPa，與第一性原理計(jì)算和納米壓痕測(cè)試結(jié)果一致[14]。

圖7 不同含水量的C-S-H凝膠的抗拉強(qiáng)度和彈性模量

圖8展示了z方向拉伸過(guò)程中不同含水率的C-S-H凝膠在達(dá)到最大抗拉強(qiáng)度時(shí)的微觀結(jié)構(gòu)，其中灰色的球體代表層間的鈣原子（Caw），綠色的球體代表鈣層中的鈣原子（Cas）?？梢园l(fā)現(xiàn)在z方向拉伸過(guò)程中C-S-H凝膠失效的機(jī)制有兩種：一是由Cas-Os鍵的斷裂引起了結(jié)構(gòu)的失效（0%），二是由Caw-Os鍵、氫鍵的斷裂引起結(jié)構(gòu)的失效（25%、50%、75%和100%）。在無(wú)水C-S-H凝膠中，由第一條破壞機(jī)制主導(dǎo)，而隨著結(jié)構(gòu)中含水率的增加，層間區(qū)域化學(xué)鍵和氫鍵的連接更容易拉伸至破壞，因而結(jié)構(gòu)的薄弱地區(qū)逐漸由層內(nèi)區(qū)域轉(zhuǎn)移到層間區(qū)域。

圖8 不同含水率C-S-H凝膠沿z方向拉伸破壞時(shí)的分子結(jié)構(gòu)

3.4 水解弱化機(jī)理對(duì)C-S-H凝膠施加y軸方向的單軸應(yīng)力時(shí)，硅鏈在抵抗拉伸荷載中起到關(guān)鍵作用，并且在不同含水率時(shí)展現(xiàn)出不同的形態(tài)。連通系數(shù)Qn是探索硅鏈連接性能的重要參數(shù)，其中n代表一個(gè)硅氧四面體中橋接氧原子的數(shù)目，其數(shù)值由0到4變化。Ca/Si 比1.09的C-S-H 凝膠中硅酸鹽鏈的聚合度較高。由圖9可知，對(duì)于含水率為0%的C-S-H 凝膠體系，當(dāng)應(yīng)變?yōu)?.8 時(shí)，體系中Q0、Q1、Q2和Q3的數(shù)目分別為4%、37%、47%和12%，表明拉伸過(guò)程中硅鏈不斷地重新排列，導(dǎo)致較長(zhǎng)的硅鏈?zhǔn)枪韫羌艿闹饕螒B(tài)，且Q3物種將二維層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步增強(qiáng)了晶體的抗加載能力。隨著凝膠中含水率的增加，Q2增加，Q1和Q3減少。在飽和的C-S-H 凝膠中，體系中Q0、Q1、Q2和Q3的數(shù)目分別為0.7%、28%、69%和2.3%。這是因?yàn)楣杷猁}鏈中非橋接氧的反應(yīng)活性較高，在水侵入之后更易發(fā)生水解反應(yīng)，從而導(dǎo)致C-S-H凝膠中硅鏈重組程度的降低。因此，隨著含水率的增加C-S-H凝膠中會(huì)出現(xiàn)更多的缺陷結(jié)構(gòu)、空隙區(qū)和非橋接氧原子。

圖9 不同含水率的C-S-H凝膠的Qn分布

圖10為不同含水率C-S-H模型中硅原子和鈣原子的均方位移（MSD）。在部分飽和（25%、50%）的C-S-H中，硅酸鈣骨架（Si、Ca）的MSD值增加。當(dāng)含水率超過(guò)50%時(shí)，MSD數(shù)值低于干燥的C-SH凝膠。然而，Caw的MSD隨水分子的增加不斷增加。這是由于在干燥的C-S-H中，Caw僅與硅酸鹽鏈中的Os配位，因而表現(xiàn)出類似固體的運(yùn)動(dòng)特性。隨著含水率增加，層間區(qū)域的Caw被水分子帶動(dòng)，從而逐漸呈現(xiàn)出液體的運(yùn)動(dòng)特性。

圖10 不同含水量C-S-H模型中各類原子的MSD演變規(guī)律

4 結(jié)論

本文基于分子動(dòng)力學(xué)，對(duì)不同含水率C-S-H凝膠的分子結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能以及動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究，闡明了C-S-H結(jié)構(gòu)中水分子的水解反應(yīng)過(guò)程和水解弱化機(jī)理。通過(guò)單軸拉伸數(shù)值試驗(yàn)，獲得了不同含水率C-S-H凝膠的拉伸強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能。并通過(guò)力學(xué)響應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的方式對(duì)不同含水率的C-S-H 凝膠的破壞機(jī)理進(jìn)行研究。主要結(jié)論如下：（1）干燥狀態(tài)下C-S-H 凝膠的原子分布較為有序，部分水分侵入會(huì)干擾C-S-H凝膠內(nèi)部原子的分布狀態(tài)，而隨著含水率的繼續(xù)增加，C-S-H凝膠的硅酸鹽骨架結(jié)構(gòu)又重新呈現(xiàn)為有序的分層結(jié)構(gòu)。（2）水分子在層間區(qū)域發(fā)生水解反應(yīng)的反應(yīng)路徑為水分子擴(kuò)散至硅鏈中的非橋接氧原子周圍，形成氫鍵連接，然后分解為H+和OH-，OH-與周圍的鈣原子連接形成鈣羥基（Ca-OH），H+則與硅氧四面體相連形成硅羥基（Si-OH）。（3）C-S-H凝膠硅鏈中的非橋接氧具有較高的反應(yīng)活性，水分子極易與其發(fā)生水解反應(yīng)，水解反應(yīng)后層間區(qū)域形成的復(fù)雜氫鍵網(wǎng)絡(luò)使得結(jié)構(gòu)的薄弱區(qū)域逐漸由層內(nèi)過(guò)渡到層間區(qū)域，且降低了硅鏈在拉伸過(guò)程中的重組程度，使得C-S-H中出現(xiàn)更多的結(jié)構(gòu)缺陷，導(dǎo)致力學(xué)性能降低。