Nanostructural deformation analysis of calcium silicate hydrate in Portland cement paste by atomic pair distribution function

原子対相関関数によるポートランドセメント硬化体のカルシウムシリケート化合物のナノ構造変形解析

鈴木 裕士  ; Bae, S.*; 兼松 学*

Suzuki, Hiroshi; Bae, S.*; Kanematsu, Manabu*

圧縮負荷におけるポートランドセメント硬化体(PC硬化体)のカルシウムシリケート化合物(CSH)のナノ構造の変形挙動を、シンクロトロン放射光により測定した原子対相関関数(PDF)により評価することに成功した。PC硬化体のPDFは、CSH粒子のサイズに一致する2.0nm以下の短距離構造に特異な変形挙動を示した。一方で、それ以上の長距離構造では、ブラッグ回折のピークシフトから得られた水酸化カルシウム相(CH)の変形挙動にほぼ一致した。CSHの圧縮変形挙動は粒状材料の変形挙動に類似しており、CSH粒子間のすべりと密度の変化に起因した3つの変形段階に分けることができた。このように、PDFを応用することにより、PC硬化体のCSHナノ構造の変形機構を理解できる可能性のあることを示した。

The deformation behavior of nanostructure of calcium silicate hydrate (CSH) in Portland cement (PC) paste under compression was successfully characterized by the atomic pair distribution function (PDF) measured by using Synchrotron X-rays. The PDF of the PC paste showed a unique deformation behavior for a short range order below 2.0 nm in radius corresponding to the size of the CSH particle (globule), while the deformation for a long range order was similar to that of a calcium hydroxide phase measured by the diffraction peak shift. The compressive deformation of the CSH nanostructure can be divided into three stages with different interactions between globules. This behavior would originate from the granular nature of CSH which deforms with increasing packing density by slipping the interfaces between globules, rearranging the overall CSH nanostructure. This study will lead to increasing applications of the PDF technique to provide clues for understanding the deformation mechanism of CSH in PC paste.