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强调
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界面原子相互作用是不同材料之间键合的基本起源 。
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在原子尺度上研究了盐环境中环氧-二氧化硅界面的键合耐久性 。
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采用分子动力学模拟来评估氯化钠溶液对环氧树脂和二氧化硅之间的粘合曲线的影响 。
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与干燥条件下相比 ， 氯化钠溶液减弱了约60%的粘附能 。
香港城市大学等
环氧-二氧化硅界面存在于各种类型的新建和老化混凝土结构中 ， 包括地板和锚固系统 。 海洋环境和除冰盐经常让混凝土结构暴露在氯化钠溶液中 。 从实验室评估中可以看出 ， 这种暴露往往会导致环氧-混凝土界面的粘结耐久性差 。 然而 ， 由于现有的研究仅局限于宏观尺度或中尺度 ， 仍然缺乏这种基本认识 。 事实上 ， 界面处的键受原子尺度上不同材料之间的相互作用控制 ， 其中原子建模和分子动力学模拟可以有效地反映双层界面的机械行为 。 在这里 ， 分子动力学模拟与贝尔模型一起被用来评估氯化钠溶液对环氧树脂和二氧化硅之间界面附着力的影响 。 结果表明 ， 氯化钠溶液显着削弱了附着力 。 这一发现表明 ， 在盐溶液存在的情况下 ， 环氧-混凝土界面处的粘结退化是至关重要的 ， 在海上和海洋结构的工程设计策略中必须考虑这一点 。
一、简介
环氧-二氧化硅界面在混凝土中扮演着重要的粘附系统 ， 在建筑和基础设施中主导着建筑材料 。 作为硬化混凝土成分的骨料和胶合水泥水合物都含有二氧化硅 。 同时 ， 环氧树脂是对混凝土具有优异附着力的聚合物 。 与混凝土相比 ， 环氧树脂具有更好的机械性能 ， 并且对多种化学品具有相对惰性 。 在干燥条件下 ， 混凝土-环氧粘结体系的破坏主要发生在混凝土上 。 这意味着界面处的粘附力高于水化水泥在混凝土中的内聚力 。 除了干燥条件外 ， 在观察到的条件下 ， 界面处的粘合力对于环氧-混凝土粘结系统的完整性更为关键 。 这些条件之一是存在氯化钠(NaCl)溶液 。 基于海洋（即沿海和近海）结构的大量存在和盐基除冰剂的应用 ， 这种情况是常见的混凝土结构暴露 。 界面处粘合力的损失会导致严重的问题 ， 导致灾难性的结构故障 ， 从而导致死亡 。 流行的代表性案例是粘结纤维增强聚合物（FRP）加固的混凝土的破坏 ， 它可以看作是由玻璃钢、环氧树脂和混凝土组成的多层材料结构体系 。
许多研究使用宏观力学测试来评估盐环境对FRP粘结混凝土系统耐久性特性的影响 。 据观察 ， 此类复合材料的机械性能因盐的存在而退化 ， 其失效模式主要是由于环氧树脂和混凝土之间的界面脱粘导致FRP增强系统从混凝土表面脱离所致 。 这些报告的研究证实了盐对环氧树脂-混凝土界面粘附耐久性的宏观到中观影响 。 然而 ， 盐在原子水平上的影响 ， 例如对环氧树脂-混凝土界面子系统的环氧-二氧化硅界面的影响尚不清楚 。 在原子水平上的研究可以提供更多的信息 ， 这些信息更接近于由原子间相互作用的粘附控制的界面处脱键的基本起源 。 原子模拟已被用作原子水平研究的有力工具 ， 以获得与现有中尺度实验数据密切相关的粘附能 。 模型已用于研究存在水分时环氧树脂-二氧化硅界面之间的粘附能 ， 实现分子动力学(MD)模拟 。 此示例表明 ， 通过了解环氧-二氧化硅如何在原子级别上与环境相互作用 ， MD模拟可用于研究环氧-混凝土界面的耐久性 。
本研究的目的是使用MD模拟探测在NaCl溶液存在下二氧化硅-环氧树脂界面的粘附能 。 NaCl是海水中主要的溶解盐 ， 也是常用的除冰剂之一 。 该模型由附着在浸入NaCl溶液中的二氧化硅基材上的环氧树脂组成 。 随后 ， 进行转向分子动力学(SMD)模拟以对环氧树脂施加外部分离力 ， 同时保持二氧化硅基板固定 。 然后 ， 使用修正的贝尔模型来计算粘附能 ， 该粘附能可以通过在不同速度下实施从一系列SMD模拟中获得的最大力来实现 。 将NaCl系统的SMD模拟计算的粘附能与干燥和潮湿系统的粘附能进行比较 ， 该趋势与现有文献中报道的三种系统在宏观水平上的粘合耐久性观察结果有关 。 我们的发现反映了NaCl溶液对环氧-二氧化硅界面粘附能恶化的影响 ， 这可以进一步暗示环氧-混凝土界面的粘合耐久性 。
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