セメント化学表記

セメント化学表記法( CCN ) は、セメント化学者が日常的に使用する式 を簡略化するために開発されました。これは、カルシウム、シリコン、およびさまざまな金属の酸化物の化学式を簡潔に記述する方法です。

セメント（またはガラスやセラミック）に含まれる主な酸化物は、次のように略記されます。

質量バランス計算のためには、硬化したセメントペースト中の水和相（例えば、ポートランド石、Ca(OH) ₂など）に存在する水酸化物を、まず酸化物と水に変換する必要があります。

酸化物と水中の水酸化物アニオンの変換プロセスをよりよく理解するためには、ヒドロキシルアニオンの自己プロトン分解を考慮する必要があります。これは、古典的な酸塩基反応と同様に、2つのOH ^−間のプロトン交換を意味します。

ああ⁻酸1+ああ⁻基数2→酸素²⁻基数1+水_​​酸2

あるいは、

2 OH ⁻ → O ²⁻ + H ₂ O

ポートランド石の場合、質量バランスは次のようになります。

Ca(OH) ₂ → CaO + H ₂ O

_{したがって、ポートランド石は CaO · H 2} O または CHと表記されます。

これらの酸化物は、より複雑な化合物を構築するために使用されます。以下に説明する主な結晶相は、それぞれ以下の組成に関連しています。

• クリンカーおよび非水和ポルトランドセメント、および;
• 水和およびセメントの硬化後に得られる硬化セメントペースト。

クリンカーと非水和ポルトランドセメントには、主に次の 4 つの相があります。これらはセメント窯
内で高温 (1,450 °C) で形成されます。

_{C 3} S、C ₂ S、C ₃ A、C ₄ AFと呼ばれる 4 つの化合物は、ポルトランドセメントの主な結晶相として知られています。特定のセメントの相組成は、ボーグ式と呼ばれる複雑な計算セットを通じて定量化できます。

三カルシウムアルミネート（ C ₃ A）の水和が非常に速いため、コンクリートのフラッシュセットを回避するために、2～5重量％の 硫酸カルシウムをセメントクリンカーと混合してセメント粉末を調製します。セメント化学表記法では、CaSO ₄（無水石膏）はC Sと略され、CaSO ₄ ·2H ₂ O（石膏）はC S H ₂と略されます。

同様に、石灰石フィラー添加の場合は、CaCO ₃またはCaO·CO _{2 を}C C と表記します。

硬化したセメントペースト（HCP とも呼ばれる）で形成される水和生成物は、多くの生成物がほぼ同じ式を持ち、一部は式が重複する固溶体であるため、より複雑です。以下にいくつかの例を示します。

CSH のハイフンは、組成が変化するケイ酸カルシウム水和物相を示しますが、「CSH」はケイ酸カルシウム相 CaH ₂ SiO ₄を示します。

セメント化学表記法はセメント用途に限定されず、実際は、厳密な意味でのセメント化学以外の領域にも適用可能な酸化物化学のより一般的な表記法です。

例えば、セラミックの用途では、カオリナイトの式は酸化物で表すこともできるため、カオリナイトの対応する式は次のようになる。

Al ₂ Si ₂ O ₅ (OH) ₄、

は

Al2O3_・2SiO2・_2H2O​​_​​

またはCCN

AS2H2 ._​​_​

鉱物学ではあまり発達した実践ではありませんが、溶融物または水熱系におけるケイ酸塩と酸化物を含むいくつかの化学反応、およびケイ酸塩の風化プロセスも、セメント化学者の表記法をケイ酸塩鉱物学に適用することでうまく説明できます。

一例としては、構造的に類似した2つの土アルカリ珪酸塩、それぞれCa ₂ SiO ₄とMg ₂ SiO ₄の水和を扱う、ビーライトの水和とフォルステライトの 蛇紋岩化の正式な比較が挙げられます。

カルシウムシステム

ベライト水分補給：

マグネシウムシステム

フォルステライト 蛇紋岩化作用：

Ca/Si (C/S) および Mg/Si (M/S) 比は、二カルシウムおよび二マグネシウムケイ酸塩試薬の 2 から、水和反応の水和ケイ酸塩生成物の 1.5 に減少します。言い換えると、CSH または蛇紋石は、それぞれ Ca および Mg の含有量が少なくなります。このため、反応によって、ケイ酸塩システムからそれぞれ過剰なポートランド石(Ca(OH) ₂ ) およびブルーサイト(Mg(OH) ₂ ) が除去され、両方の水酸化物が別々の相として結晶化します。

セメントの硬化におけるビーライトの水和反応の急速な反応は、自然界で蛇紋石やブルーサイトの形成につながるフォルステライト（オリビンのマグネシウム末端成分）のゆっくりとした自然水和反応と形式的には「化学的に類似」しています。しかし、結晶化が不十分な人工ビーライトの水和反応の速度は、自然条件下での結晶化が良好な Mgオリビンのゆっくりとした変換/風化よりもはるかに速いです。

この比較は、鉱物学者も、その研究においてセメント化学者の表記法の簡潔な形式主義から恩恵を受けることができる可能性を示唆しています。

• セメント中のビーライトの水和（フォルステライトの水和に類似）
• 蛇紋岩化におけるフォルステライト（オリビン）の水和反応

• ロッチャー、フリードリヒ W. (2006)。セメント: 製造と使用の原則。デュッセルドルフ、ドイツ: Verlag Bau + Technik GmbH。ISBN 3-7640-0420-7。

• Mindess, S.; Young, JF (1981).コンクリート. イングルウッド、ニュージャージー州、米国: Prentice-Hall. ISBN 0-13-167106-5。

• セメントとコンクリートの用語集