1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

硅酸盐水泥是一种传统的胶凝材料，发明于1824年，普通硅酸盐水泥熟料的主要矿物有阿利特（掺杂离子的硅酸三钙，c3s）和贝利特（掺杂离子的硅酸二钙，c2s），占水泥熟料质量分数的70%以上，因其力学性能稳定、原料来源广泛、制造成本低廉等诸多优点，多年来在建筑工程材料中一直占据着主导地位。然而随之而来的是大量co2的排放。1研究人员通过对硅和氧相图检查，发现可能实现减排目标，即，贝利特的使用（硅酸二钙）代替阿利特（硅酸三钙）作为熟料的主要阶段。生产贝利特必需温度是#8764;1200。c，而阿利特要求温度1500。c.2，很显然，贝利特所需的能量减少将带来经济和环境效益。研究贝利特非常有必要，然而目前对于其强度的研究发展十分缓慢，对于高活性贝利特的研究实验已经进行了几十年，几种策略已在试验，例如，通过热处理包括化学杂质修改贝利特2，3的化学结构。对于后者，尽管部分实验已经成功，4但是几乎不能控制或理解其中发生的原子替换，其对结构的影响，及其对化学反应的作用。针对这一点，原子模拟技术后来居上，成为克服上述难点的关键工具，由于它们可以确定一个化学杂质的位置和检查水泥熟料上产生的性能。为此，5在目前的工作中使用结合力场和密度泛函理论研究了阿利特和贝利特最常见的化学替代的影响，并提出相应修改他们的反应活性的途径。

贝利特是普通波特兰水泥的重要性第二阶段。类似于阿利特，贝利特-是一种硅酸二钙（ca2si4或 c2s）的化学改性形式，展示了一种序列的多晶6,7,8,9可逆晶型与温度。贝利特晶体结构由sio44-四面体和ca2thorn;离子组成，不同于在o2-离子缺位的阿利特。由于对sio4-组和的ca原子的位置略有变化，派生于r形式的 rh，rl ，和β晶型通过减少对称影响活性9,10,11在贝利特中，客体离子al和fe，mg原子的掺入，对反应活性有很大影响，而mg替换ca在阿利特中没有那么重要的影响。

沈德勋，黄文熙 ，钱光人用正电子湮没技术12x射线宽效应和扫描电镜等手段研究了不同燃料条件下，c2s的中间体cao的活性及其变化规律， 结果表明掺杂会增加了c2s的微结构缺陷，使其结构不稳定，而这种不稳定性是有利的，水化活性增大。然而其早期水化活性低制约了以c2s为主要成分的水泥熟料的应用。本课题从原子尺度出发，利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了mg掺杂对c2s矿物水化活性的影响，为今后的应用提供理论依据。而罗志成研究了13水通过氧与金属表面原子成键后,表面金属原子与次表面原子作用增强,水中氧和氢原子相互作用改变的不同导致形成不同的钝化膜。

1. 探讨mg掺杂c2s矿物的水化活性

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题从原子尺度出发，利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了mg掺杂对c2s矿物水化活性的影响，为今后的应用提供理论依据。通过课题的研究内容，可以增进对水泥水化过程及产物结构特性微观层面上的理解。在目前水泥基材料的分子模拟研究仍较为缺乏的情况下，这一领域在未来必将有更大的发展空问。水泥的水化及微结构演变过程对于水泥基材料的性能有着重要影响。

近年来，材料学家对这一课题进行了深入研究并取得了许多有意义的成果。然而由于水泥水化过程太过复杂，至今人们对水化机理的了解仍不十分透彻，对水化产物微观尺度结构特性也缺乏深入的认识。本文以分子模拟为主要研究手段，对水泥水化过程中的一些问题进行了理论探讨，如与硅酸二钙的作用机制的掺杂改性、硅酸二钙的微观结构、水化反应的影响因素等。此外，所有计算得到的结果均通过与试验数据的比对以验证所选算法和模型的有效性，这一新型的研究手段对今后按工程需求设计水泥基材料具有很大的潜在价值。