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当前，水泥是世界上使用量最大的工程材料，水泥基材料被广泛用于工程实际中。为了更充分的了解水泥材料的特性，使其更好地被应用于生产生活中，需要对水泥基材料的主要强度成分—水化硅酸钙（C-S-H）进行深入探究。然而，水泥材料的抗拉能力较弱，制约了水泥在很多方面的应用。石墨烯、碳纳米管(CNTs)等新型碳纳米材料可以作为水泥基复合材料的理想增强材料，因为其抗拉性能很强。石墨烯的厚度薄，杨氏模量高，拉伸强度高，断裂韧性和抗疲劳性能好，被认为是目前综合性能最好的一种纳米材料。
本论文在前人研究的基础上，通过分子动力学方法，主要对水化硅酸钙/石墨烯（C-S-H/G）复合材料的力学性能进行了数值模拟计算。重点研究缺陷石墨烯对C-S-H力学性能的影响，因为在石墨烯的生产过程中，缺陷是不可避免的。本论文首先总结了前人建模的方法，在此基础上重新构建了无定型C-S-H原子结构模型，并在里面分别加入完整的和缺陷（以某一特定大小的缺口为例）的单层石墨烯片，合成C-S-H/G复合材料。首先，对C-S-H/G在不同温度和应变率条件下的单向拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟，重点对比缺陷石墨烯和完整石墨烯对C-S-H的强化作用。结果表明：由于完整石墨烯和C-S-H之间的相互作用很弱，完整石墨烯对C-S-H的强化作用并不明显，而缺陷石墨烯由于同C-S-H之间的相互作用较强，其强化效果更显著。通过对比分析得出，缺陷C-S-H/G的拉伸强度高于完整C-S-H/G。
其次，改变石墨烯片的缺口大小，对不同缺陷尺寸的C-S-H/G进行单向拉伸，研究了不同温度和应变率下缺陷尺寸对C-S-H/G力学性能的影响。通过分子动力学模拟得出，当缺口不足以大到使石墨烯原子数太少而削弱石墨烯的强化作用时，缺口越大导致C-S-H和石墨烯在缺陷部位的相互作用越强，促使石墨烯同整个复合材料协同变形，石墨烯更能发挥出它的强抗拉性能，进而导致C-S-H/G的拉伸强度增大。
最后，对比研究了不同缺陷尺寸C-S-H/G的温度效应和应变率效应。研究得出，不同缺陷尺寸的C-S-H/G，在同一应变率下，它们的拉伸强度均随着温度的升高而降低。随着缺陷尺寸的增大，C-S-H/G的温度效应更显著。在同一温度下，不同缺陷尺寸的C-S-H/G的拉伸强度均随着应变率的增大而增大，它们的应变率效应是相似的。这些结果为从原子尺度深入了解C-S-H/G的力学性能提供了重要的基础。通过本文的研究得出，有些缺陷的材料比完整的材料有着更好的强化作用。利用缺陷材料来制备复合材料，可以减少工业生产中材料的浪费，节约生产成本。
本论文在前人研究的基础上，通过分子动力学方法，主要对水化硅酸钙/石墨烯（C-S-H/G）复合材料的力学性能进行了数值模拟计算。重点研究缺陷石墨烯对C-S-H力学性能的影响，因为在石墨烯的生产过程中，缺陷是不可避免的。本论文首先总结了前人建模的方法，在此基础上重新构建了无定型C-S-H原子结构模型，并在里面分别加入完整的和缺陷（以某一特定大小的缺口为例）的单层石墨烯片，合成C-S-H/G复合材料。首先，对C-S-H/G在不同温度和应变率条件下的单向拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟，重点对比缺陷石墨烯和完整石墨烯对C-S-H的强化作用。结果表明：由于完整石墨烯和C-S-H之间的相互作用很弱，完整石墨烯对C-S-H的强化作用并不明显，而缺陷石墨烯由于同C-S-H之间的相互作用较强，其强化效果更显著。通过对比分析得出，缺陷C-S-H/G的拉伸强度高于完整C-S-H/G。
其次，改变石墨烯片的缺口大小，对不同缺陷尺寸的C-S-H/G进行单向拉伸，研究了不同温度和应变率下缺陷尺寸对C-S-H/G力学性能的影响。通过分子动力学模拟得出，当缺口不足以大到使石墨烯原子数太少而削弱石墨烯的强化作用时，缺口越大导致C-S-H和石墨烯在缺陷部位的相互作用越强，促使石墨烯同整个复合材料协同变形，石墨烯更能发挥出它的强抗拉性能，进而导致C-S-H/G的拉伸强度增大。
最后，对比研究了不同缺陷尺寸C-S-H/G的温度效应和应变率效应。研究得出，不同缺陷尺寸的C-S-H/G，在同一应变率下，它们的拉伸强度均随着温度的升高而降低。随着缺陷尺寸的增大，C-S-H/G的温度效应更显著。在同一温度下，不同缺陷尺寸的C-S-H/G的拉伸强度均随着应变率的增大而增大，它们的应变率效应是相似的。这些结果为从原子尺度深入了解C-S-H/G的力学性能提供了重要的基础。通过本文的研究得出，有些缺陷的材料比完整的材料有着更好的强化作用。利用缺陷材料来制备复合材料，可以减少工业生产中材料的浪费，节约生产成本。