【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到建筑材料中的水泥领域，尤其涉及一种通过不同吸附机制调控铁相水泥c4af的水化活性的预测方法。
技术介绍
1、c4af是水泥中的主要成分之一，在自然条件下，由于fe更倾向于六配位而铝倾向于四配位成键，研究者认为空间群为i2mb的c4af相是最适合描述真实c4af的晶体结构。由于其优异的水硬活性及抗海水侵蚀等优异性能，在海工建筑及桥梁工程中广泛应用。c4af水泥熟料在水化过程中，会与水反应产生一些水化产物，例如水化钙铁酸盐(c-s-h)、水合硅酸盐(c-s-h、csh)和氢氧化铁(fe(oh)3)等。这些产物能够填充水泥孔隙结构，增加水泥的密实性和强度。此外，c4af的水化程度也会影响水泥的抗盐渍性、耐久性以及，研究其水化性能有利于海工混凝土制件及道路桥梁建筑工程的优化与改良。
2、随着实验测试的不断突破，研究者对传统硅酸盐钙硅相的认识逐渐从宏观表相转变成更深层的机理讨论，而对于新型高铁相水泥的水化本质研究较少。因此，我们对于高铁相水泥水化活性的过程以及影响因素仍然主要依赖于较为有限的实验测试。近些年来，日益成熟的原子模拟技术已大量地应用于复杂的水泥化学领域，通过在纳观尺度上发掘水化活性与表面微观结构之间的本质关系，以弥补实验测试在微观结构认识的不足。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中难以表征铁相水泥水化中水分子吸附这一关键步骤机理难以预测的现状，提供一种通过不同吸附机制调控铁相水泥c4af的水化活性的预测方法。
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3、s1、通过不同表面吸附构型构建两种固溶相c4af的表面水分子吸附模型，具体方法是：采用材料模型构建软件构建c4af的基础晶胞模型，然后依次改变表面构型，得到不同吸附位点的c4af超晶胞表面模型；
4、s2、通过第一性原理计算软件对不同模型进行结构优化，依据解离吸附能进行水化活性的比较，得到吸附构型对形成能的影响；
5、s3、通过两种c4af表面吸附构型模型的原子结构分析，进行不同c4af水化机理的研究；具体方法是：计算不同模型的晶格参数、键长等结构参数；通过水分子的键长分析不同吸附构型对表面离子几何位置的影响，结合表面氢键分布，分析不同吸附构型对水化活性的影响机制；
6、s4、通过两种c4af表面吸附构型模型的电子结构分析，得出不同吸附机理对表面水化活性的影响；具体方法是：计算c4af两种表面四种吸附构型的局域态密度。通过原子键合特性来揭示分子吸附和解离吸附两种机制的差异；同时研究差分电荷密度来揭示电荷转移，从而定性地了解电子转移和成键情况。
7、进一步地，步骤s1所建立的不同结构包括：
8、以[feo6]层为终端的c4af的<100>表面模型，真空层为1.5nm，建立3×3×1的超胞；
9、以[alo4]四面体为终端的c4af的<100>表面模型，真空层为1.5nm，建立3×3×1的超胞。
10、进一步地，步骤s2中通过模拟优化软件vasp对模型进行结构优化的方法为：
11、将上述两种不同表面终端的c4af结构模型转化为vasp可读取的.vasp格式，设置模拟优化软件vasp的四个输入文件：计算控制参数文件incar、布里渊区k点取样设置文件、描述体系结构文件和描述电荷分布的赝势文件，进而通过模拟优化软件vasp进行结构优化自洽计算，对于不同的表面结构进行不同的表面水分子吸附位点的模型的优化，最终得到结构优化后的稳定结构数据文件；并通过比较热力学能量水分子吸附能的大小，来判断结构稳定性；
12、其中水分子吸附能计算公式为：
13、e＝(eslab+h2o-eslab-eh2o)
14、其中代表优化后水分子表面吸附的能量，eslab代表优化后不同终端面的c4af的<100>表面能量，代表单个水分子的晶格能。
15、进一步地，以[feo6]层为终端的c4af的<100>表面模型中，位于氧原子顶部和钙原子顶部的位点具有最高的水分子吸附能；以[alo4]四面体为终端的c4af的<100>表面模型中，位于非桥氧原子顶部和钙原子顶部的位点具有最高的水分子吸附能。
16、本专利技术首先通过不同表面吸附构型构建两种固溶相c4af的表面水分子吸附模型，模拟了不同表面环境下水化环境，得到两种不同表面终端的原子结构模型。
17、其次是：通过第一性原理计算软件对不同模型进行结构优化，通过求解不同结构的最稳定能量状态，得到不同表面化学环境模型的热力学数据。
18、第三是：通过两种c4af表面吸附构型模型的原子结构分析，进行不同c4af水化机理的研究，通过热力学能量差异判断化学反应活性，得到不同反应位点的反应活性差异。
19、最后，通过两种c4af表面吸附构型模型的电子结构分析，得出不同吸附机理对表面水化活性的影响；从电子层面解释化学反应活性差异，从而推断水化反应活性调控机制。
20、本专利技术创新性地通过研究差分电荷密度来揭示电荷转移，从而定性地了解电子转移和成键情况，为水泥基材料设计开拓性地提供了一种数字化研究的思路。通过研究水分子在c4af-i相水泥熟料表面的吸附行为和分子与表面之间的相互作用，揭示水泥的水化机制和水化性质等，这对于在高水化性能高稳定性海工材料的制备和应用中理解其水化行为具有重要的意义。
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1.通过不同吸附机制调控铁相水泥C4AF的水化活性的预测方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1中的通过不同吸附机制调控铁相水泥C4AF的水化活性的预测方法，其特征在于，步骤S1所建立的不同结构包括：
3.根据权利要求1中的通过不同吸附机制调控铁相水泥C4AF的水化活性的预测方法，其特征在于，步骤S2中通过模拟优化软件VASP对模型进行结构优化的方法为：
4.根据权利要求3所述的通过不同吸附机制调控铁相水泥C4AF的水化活性的预测方法，其特征在于，以[FeO6]层为终端的C4AF的<100>表面模型中，位于氧原子顶部和钙原子顶部的位点具有最高的水分子吸附能；以[AlO4]四面体为终端的C4AF的<100>表面模型中，位于非桥氧原子顶部和钙原子顶部的位点具有最高的水分子吸附能。
【技术特征摘要】
1.通过不同吸附机制调控铁相水泥c4af的水化活性的预测方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1中的通过不同吸附机制调控铁相水泥c4af的水化活性的预测方法，其特征在于，步骤s1所建立的不同结构包括：
3.根据权利要求1中的通过不同吸附机制调控铁相水泥c4af的水化活性的预测方法，其特征在于，步骤s2中通过模拟优化软件vasp对模型进行结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：李能，王发洲，郅晓，陈伟，史祖皓，帅俊豪，叶家元，李长成，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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