Multi-step nucleation of C-S-H: DFT simulation on silicate oligomerization and Si(Qn) evolution dynamics

成核 硅酸盐 密度泛函理论 水合硅酸钙 化学物理 分子动力学 冷凝 动能 水合物 材料科学 单体 物理化学 化学 热力学 计算化学 物理 水泥 聚合物 有机化学 冶金 量子力学
作者
Xuyan Shen,Pan Feng,Yiwei Zhang,Felipe Basquiroto de Souza,Wenhui Duan
出处
期刊:Construction and Building Materials [Elsevier BV]
卷期号:439: 137372-137372 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.conbuildmat.2024.137372
摘要

Understanding the nucleation processes of calcium-silicate-hydrate (C-S-H) is fundamental to advancing the performance of cement. This study employs Density Functional Theory (DFT) to reveal the initial stages of C-S-H formation by focusing on silicate oligomerization. It examines the progression from monomer silicate species to the precursor formation, containing a range of silicate tetrahedra. Through DFT simulations, free energy changes and barriers of oligomerization reactions up to pentamers are obtained, unveiling an anionic condensation mechanism that establishes the kinetic and thermodynamic profile of this transformation. Observations reveal a dynamic evolution of Si species, with Si(Q3) indicating a transient presence, suggesting an intricate pathway towards the well-established silicate chain structure of C-S-H. This study provides detailed computational insight into the energy barriers, reaction pathways, and the thermodynamics of C-S-H formation, contributing substantial knowledge to the field of cement chemistry and its multi-step nucleation theory.
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