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ケイ酸カルシウム水和物（CSHまたはCSH ）は、ポルトランドセメントの水和反応の主生成物であり、セメント系材料の強度に主に関与しています。 [1]これらは、ほとんどのコンクリートの主な結合相（「接着剤」）です。明確に定義された希少な天然結晶鉱物のみがCSHと略記できますが、硬化セメントペースト（HCP）で一般的に見られるように、明確に定義された化学量論がなく、非常に変化に富み秩序の悪い相はCSHと表記されます。
準備
セメントに水を加えると、それぞれの化合物が水和し、コンクリートの最終状態に貢献します。[2]強度に寄与するのはケイ酸カルシウムのみです。初期強度（最初の 7 日間）の大部分はケイ酸三カルシウムによって決まります。[3]反応が遅いケイ酸二カルシウムは、後期強度にのみ寄与します。ケイ酸カルシウム水和物（CSH とも表記）は、ポートランドセメントのケイ酸塩相と水との反応の結果です。この反応は通常、次のように表されます。
- 2 Ca 3 SiO 5 + 7 H 2 O → 3 CaO · 2 SiO 2 · 4 H 2 O + 3 Ca(OH) 2 + 173.6 kJ
セメント化学表記法(CCN) では次のように表記されます。
- 2世紀
3S + 7 H → C
3S
2H
4+ 3 CH + 熱
または、三ケイ酸カルシウム + 水 → ケイ酸カルシウム水和物 + 水酸化カルシウム + 熱
セメントペースト中のCSHの化学量論は可変であり、その構造中の化学的および物理的に結合した水の状態は透明ではないため、C、S、Hの間に「-」が使用されています。[4]
合成 CSH は、水中での CaO と SiO 2の反応、またはさまざまな塩を使用した二重沈殿法によって製造できます。これらの方法により、特定の C/S (Ca/Si、または CaO/SiO 2 ) 比で CSH を柔軟に生成できます。セメント相からの CSH は、カルシウムの浸出を誘発し、所定の C/S 比を達成するために 硝酸アンモニウム溶液で処理することもできます。
プロパティ
CSH はナノサイズの物質[5] [6]であり、 X 線回折法で観察されるようにある程度の結晶性があります。 [7] CSH の基礎となる原子構造は、天然鉱物トバモライトに似ています。[8]層状の幾何学的形状を持ち、層間空間で分離されたケイ酸カルシウムシート構造をしています。 CSH のケイ酸塩は、二量体、五量体、および 3n-1 鎖単位[9] [10] (n は 0 より大きい整数) として存在し、カルシウムイオンがこれらの鎖を結合して 3 次元ナノ構造を形成していることが、動的核分極表面増強核磁気共鳴で観察されています。[11] 層間の正確な性質は不明です。 CSH の特性評価における最大の難しさの 1 つは、その可変的な化学量論によるものです。[要出典]
CSH の走査型電子顕微鏡写真には、特定の結晶形態は示されていません。通常は箔または針状/配向箔として現れます。
合成CSHは、Ca/Si比が約1.1の2つのカテゴリーに分けられます。CSHの化学的、物理的、機械的特性は、これら2つのカテゴリー間で著しく異なるという兆候がいくつかあります。[12] [13]
参照
その他のCSH鉱物:
- アフィライト – ネソケイ酸塩変質鉱物。水和セメントペースト中にも含まれることがある。
- ジャイロライト – 球状結晶化した希少なフィロケイ酸塩鉱物（水熱変質による希少鉱物、またはアルカリシリカ反応の老化生成物）
- ジェナイト – 変成石灰岩とスカルンに含まれるイノケイ酸塩変質鉱物
- タウマサイト – 複合ケイ酸カルシウム水和物鉱物
- トバモライト – 変成石灰岩およびスカルン中のイノケイ酸塩変質鉱物
- ゾノトライト – イノケイ酸塩鉱物
その他のカルシウムアルミニウムケイ酸塩水和物（CASH）鉱物：
- ハイドロガーネット – カルシウムアルミニウムガーネット
- ハイドロタルサイト – 炭酸イオンを含む水和Mg-Al層状複水酸化物（LDH）
- タカラナイト – ケイ酸アルミニウムカルシウム水和物鉱物 ( Ca 12 Al 2 Si 18 O 33 (OH) 36、およびCa 12 Al 2 Si 18 O 51 (OH) 2 · 18 H 2 O )
CSH相の形成メカニズム：
- アルカリシリカ反応 – コンクリートを損傷する化学反応
- アルカリ骨材反応 – コンクリートを損傷する膨張性の化学反応
- エネルギー的に改質されたセメント – 反応性を変換するために機械的に処理されたセメントのクラス
- ポゾラン反応 – シリカを多く含む材料が水酸化カルシウムと反応してケイ酸カルシウム水和物を形成する能力
参考文献
- ^ Richardson, IG (2008年2月). 「ケイ酸カルシウム水和物」.セメント・コンクリート研究. 38 (2): 137–158. doi :10.1016/j.cemconres.2007.11.005. ISSN 0008-8846.
- ^ 「ポートランドセメントの水和」engr.psu.edu . 2022年11月29日閲覧。
- ^ 「建築資材」indiabix.com . 2022年11月29日閲覧。
- ^ 「ポートランドセメントの水和」（PDF） 。 2017年2月15日時点のオリジナル（PDF）よりアーカイブ。 2013年2月21日閲覧。
- ^ Allen, Andrew J.; Thomas, Jeffrey J.; Jennings, Hamlin M. (2007 年 3 月 25 日). 「セメント中のナノスケールのカルシウムケイ酸塩水和物の組成と密度」. Materials . 6 (4): 311–316. Bibcode :2007NatMa...6..311A. doi :10.1038/nmat1871. PMID 17384634.
- ^ Andalibi, M. Reza; Kumar, Abhishek; Srinivasan, Bhuvanesh; Bowen, Paul; Scrivener, Karen; Ludwig, Christian; Testino, Andrea (2018). 「合成カルシウム・ケイ酸塩・水和物沈殿のメソスケールメカニズムについて：ポピュレーションバランスモデリングアプローチ」Journal of Materials Chemistry A . 6 (2): 363–373. doi :10.1039/C7TA08784E. ISSN 2050-7488. S2CID 103781671.
- ^ Renaudin, Guillaume; Russias, Julie; Leroux, Fabrice; Frizon, Fabien; Cau-dit-Coumes, Céline (2009 年 12 月). 「C–S–H および C–A–S–H サンプルの構造特性評価 - パート I: リートベルト解析による長距離秩序の調査」. Journal of Solid State Chemistry . 182 (12): 3312–3319. Bibcode :2009JSSCh.182.3312R. doi :10.1016/j.jssc.2009.09.026.
- ^ Taylor, Harry FW (1986 年 6 月). 「カルシウムケイ酸塩水和物ゲルの提案構造」. Journal of the American Ceramic Society . 69 (6): 464–467. doi :10.1111/j.1151-2916.1986.tb07446.x.
- ^ Cong, Xiandong; Kirkpatrick, R.James (1996 年 4 月). 「29Si および 17O NMR によるいくつかの結晶性ケイ酸カルシウム水和物の構造の調査」. Advanced Cement Based Materials . 3 (3–4): 133–143. doi :10.1016/S1065-7355(96)90045-0.
- ^ Brunet, F.; Bertani, Ph.; Charpentier, Th.; Nonat, A.; Virlet, J. (2004 年 10 月). 「Si 同核および H- Si 異核 NMR 相関のカルシウムケイ酸塩水和物の構造研究への応用」. The Journal of Physical Chemistry B. 108 ( 40): 15494–15502. doi :10.1021/jp031174g.
- ^ Kumar, Abhishek; Walder, Brennan J.; Kunhi Mohamed, Aslam; Hofstetter, Albert; Srinivasan, Bhuvanesh; Rossini, Aaron J.; Scrivener, Karen; Emsley, Lyndon; Bowen, Paul (2017 年 7 月 7 日)。「セメント質ケイ酸カルシウム水和物の原子レベル構造」。The Journal of Physical Chemistry C。121 (32): 17188–17196。doi :10.1021 / acs.jpcc.7b02439。
- ^ “アーカイブコピー”. 2015年3月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年6月1日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク) - ^ 「セメント系材料へのナノテクノロジーの潜在的応用」(PDF) 。 2012年2月17日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2013年2月21日閲覧。