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エーライトは、三カルシウムケイ酸塩（ Ca 3 SiO 5 ）の不純な形態で、3CaO·SiO 2（セメント化学表記ではC 3 S ）と表記されることもあり、通常3～4％の置換酸化物を含む。[1]ポルトランドセメントの主要かつ特徴的な相である。この名前は、1897年にトルネボームがポルトランドセメントの顕微鏡検査で特定した結晶に付けた。[2]ハトルライトは、 C 3 Sで置換された鉱物の名前である。[1] [3]
構成と構造
ポルトランドセメントに含まれるエーライトは、単純な三ケイ酸カルシウムとは組成が異なります。エーライトは固溶体であり、CaOとSiO 2の他に微量の他の酸化物を含んでいます。典型的な組成は次のとおりです。[4]
これに基づいて、式はCa 2.90 Mg 0.06 Na 0.01 Fe 0.03 Al 0.04 Si 0.95 P 0.01 O 5と表すことができます。実際には、組成はクリンカーのバルク組成によって異なり、一定の制限があります。カルシウムイオンまたはオルトケイ酸イオンの置換には、電荷のバランスを保つ必要があります。たとえば、限られた数のオルトケイ酸（SiO4−4）イオンは硫酸イオン（SO2−4）イオン、ただし硫酸イオン１個につき２個のアルミン酸イオン（AlO5−4）イオンも置換される。
多形体
三ケイ酸カルシウムは 1250°C 未満では熱力学的に不安定ですが、急速冷却により室温で準安定状態を保つことができます。ゆっくり冷却すると、ビーライト( Ca 2 SiO 4 ) と CaO に戻る傾向があります。
温度が変化すると、いくつかの多形状態を経ます。
多形体は、基本的な六角形構造からわずかに変形した構造で異なります。
水分補給の手順
エーライトは、ポルトランドセメントの硬化と「早期」強度の発現に関与する主要な相である。他のケイ酸塩であるビーライトは、反応性が低いため、「後期」強度に寄与する。エーライトは、Ca含有量が高く、格子内に酸化物イオンが存在するため、反応性が高い。クリンカーの粉砕中、C 3 Sの部分溶解の最初のステップは、表面の酸化物イオンの水和を伴い、ヒドロキシル化されたC 3 S表面につながる。[5]
- 3Ca+2+ SiO4−4+ O 2− + H 2 O → 3Ca 2+ + SiO4−4+ 2OH −
それは（大まかに）次の反応に従って水と反応します：
- 2Ca 3 SiO 5 + 6H 2 O → 3CaO・2SiO 2・3H 2 O + 3Ca(OH) 2
これはセメント化学表記法では次のように書くこともできます。
- 2C 3 S + 6H → C 3 S 2 H 3 + 3CH
- + 6H 2 O → CSH +
水和物は、ケイ酸カルシウム水和物(CSH-) 相と呼ばれます。これは、水和セメント システムの強度を提供する、絡み合った針状の塊として成長します。ポートランド セメントの製造では、高いアライト反応性が望まれます。これは、小さく、歪んでいて、欠陥の多い結晶に、可能な限り高温多形を保持することで実現されます。欠陥は、水による最初の攻撃の場となります。
中世の石灰モルタルに見られるケイ酸塩相の前駆体としてのエーライト
エーライトの組成は CaO (71.6 wt. %) に富み、SiO 2 (25.2 wt. %) が比較的少ない (上記表を参照) ことから、特定の条件下では、石灰窯で十分な時間、十分に高い温度に達すると、珪質石灰岩(非晶質 SiO 2不純物を最大 25～30 wt. %)のみを熱分解することでエーライトが直接生成される理由が理解できるかもしれません。中世には、石灰岩が非晶質シリカで固められていたり、チャート団塊や粘土不純物を多く含んでいたりする場所で、水硬性モルタルやプレ ポルトランドセメントがこのようにして小規模に生産されることもあったかもしれません。
これが、ベルギーのトゥルネー大聖堂の建設に使用された中世の古い石灰モルタルが、石灰モルタルに珪灰石とランキナイト、およびケイ酸カルシウム水和物相が存在することを証明したMertensらによる鉱物学的研究（2006年）で明らかになった、予想外の水硬性を示す理由である可能性が高い。石灰モルタルで通常予想されないこれらのケイ酸塩相が発見された唯一の説明は、石灰窯で酸化カルシウムとともに高温で生成されたCa 3 SiO 5 (C 3 S)またはCa 2 SiO 4 (C 2 S)などのケイ酸カルシウムの水和によって形成されたということです。[6]ベルギーのトゥルネー地域のトゥルネー産石灰岩は、特に非晶質シリカが豊富で、非常に古い時代から建築石材や石灰モルタルの製造に利用されてきました。この地域の大聖堂建設者が石灰モルタルの水硬性を認識していたのか、それとも偶然の発見後に意図的にその用途を開発したの かは不明です。
検出
beliteに関する記事を参照してください。
参照
注記
- ^ ab Taylor, HF W. (1997). セメント化学（第2版）. ロンドン: T. Telford. ISBN 0-7277-2592-0. OCLC 38207086.
- ^ ジャン＝ピエール、ブルナゼル;マリエ、イヴ。リグール、ミシュリーヌ・モランヴィル (1998)。コンクリート、素材から構造まで。リレム出版。ISBN 2-912143-04-7。。
- ^ 「Hatrurite」. mindat.org . ハドソン鉱物学研究所. 2020年11月5日閲覧。
- ^テイラー、HFW (1990)。セメント化学。アカデミックプレス 。pp . 10–11。ISBN 0-12-683900-X. OCLC 925061061.
- ^ RK Mishra; RJ Flatt; H. Heinz (2013). 「三カルシウムケイ酸塩の力場とナノスケール特性の洞察：有機分子の開裂、初期水和、および吸着」。Journal of Physical Chemistry C . 117 (20): 10417–10432. doi :10.1021/jp312815g.
- ^ メルテンス、ジル;ジャン・エルセン。ラデュロン、ドミニク。ブリュレット、レイモンド (2006-12-31)。 「トルネーの古代のモルティエとカルシウムの鉱物学」。ArchéoSciences。ヴァリア (30): 61–65。土井：10.4000/archeosciences.150。ISSN 1960-1360 。2010 年 7 月 21 日に取得。