Igarashi_JCA_2011

普通ポルトランドセメントを用いた

セメント硬化体の比表面積と水和反応に関する基礎的検討

五十嵐豪*1 _丸山一平*1 *1 名古屋大学 大学院環境学研究科都市環境学専攻（〒464-8601 愛知県名古屋市千種区不老町） 要旨：普通ポルトランドセメントを用いた水セメント比 0.40、0.55 の初期高温履歴を受けたセメント硬化体 の比表面積の経時変化について検討を行った。吸着等温線、粉末 X 線回折/リートベルト解析の結果から、セ メント硬化体の比表面積、C-S-H 量および C-S-H の CaO/SiO2モル比の同定を行い、比表面積との関係を評価 し、併せて、合成 C-S-H との比較を行った。その結果、初期高温履歴の影響により、長期的な比表面積の増 進が停滞すること、C-S-H の平均 CaO/SiO2モル比が増大すること、セメント硬化体の比表面積と C-S-H 量は、 水セメント比、温度条件によらず一つの曲線で評価されることが明らかとなった。 キーワード：BET 比表面積、C-S-H、CaO/SiO2モル比、温度履歴、リートベルト解析、粉末 X 線回折、内部標準法 １．はじめに マスコンクリートのような大断面部材内部で水和反応 に起因する初期高温履歴が生じると、長期的なコンクリ ートの強度増進が停滞する現象が生じる1)_{。しかし、い} まだコンクリートの強度発現メカニズムはほとんど明ら かになっていない。一方でコンクリートの強度発現は、 セメント硬化体中の C-S-H の量や性質の影響が大きいと 考えられているため、本研究では、コンクリートの強度 発現メカニズムに関する基礎的データの取得を目的とし て、セメント硬化体中の C-S-H に着目して検討を行った。 具体的には、セメント硬化体の比表面積を測定するとと もに、セメントの水和反応分析を行い、相組成モデルか ら同定した C-S-H と比表面積の関係について考察した。 また、純薬合成した C-S-H とその性状を比較することで、 セメント硬化体中で生成される C-S-H について考察を行 った。 ２．実験概要 ２．１使用材料及び調合 本実験で使用したセメントは、研究用普通ポルトラン ドセメント（記号：N）である。JIS R 5202、JIS R 5204 による化学分析の試験成績を Table 1、リートベルト解 析により得られた鉱物組成を Table 2 に示す。このセメ ントを水セメント比 0.55、0.40（記号：55、40）のセメ ントペーストとしてブリーディングがなくなるまで練り 返しを行ってから、試験体 を作製した。練混ぜにはオム ニミキサを使用し、注水後に 3 分、掻き落しを行った後 に更に 3 分練混ぜた。試験体は作製直後から、アルミ粘 着テープにより封緘を施し、20±1o_{C の恒温室と温度履} 歴プログラムを有するチャンバーに分けてそれぞれ静置 した。 ２．２温度履歴 初期高温履歴を与える試験体は、水和発熱を模擬した最 大温度上昇量 40o_{C の温度履歴を与えた。この温度上昇量} は、1m 角の実大模擬柱部材を用いた実験において、部材 の中央部で測定された実際の温度履歴を参考に設定した ものである。 実部材における水和発熱性状は単位セメント量や練上り 温度、SP 混和量などにより異なると考えられるが、本実 験では温度依存性の相互比較を行うことを目的としてお り、すべての条件で温度上昇開始材齢を 10 時間とした。 温度上昇開始後は一定温度勾配で昇温を行い、材齢 22 時間で最高到達温度 60o_{C に達し材齢 32 時間まで一定温} 度、その後、材齢 144 時間に 20o_{C となるよう降温した。}

Table 1 Properties of cement

Cement Density Specific surface area ig.loss Composition (mass%)

(g/cm3) (cm2/g) (%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O Cl－

その後、20o_{C 条件と同様に 20±1}o_{C の恒温室に静置した。} 試験体に与えた温度履歴を Fig. 1 に示す。 以後、試験体で 20o_{C 一定の場合を 20}o_{C 条件と称し、} 個別の試験体は N5520、N4020 と末尾二桁で養生温度を示 す。同様に高温履歴を与えた試験体を高温履歴条件とし、 N5560、N4060 として表記する。 ２．３水和停止 後述する吸着等温線、熱重量/示差熱分析および粉末 X 線回折には、水和停止を行った試料を用いた。材齢 0.5、 0.75、1、3、7、14、28、91、182、364 日において、ハ ンマーで 20mm 以下の小片に粉砕した後、高速振動試料粉 砕機を用いて微粉砕した。微粉砕した試料粉末を直ちに アセトンに 30 分程度浸漬させ、吸引濾過により、粉末試 料とアセトンを分離した。その後、再度アセトンに 6 時 間浸漬後、分離作業を行い、水和停止した後、11% RH 、 20o_{C 環境下で、2 週間乾燥を行った後、150μ m ふるいで} 分級を行い、各分析に供するまで密閉容器に詰め、デシ ケータ中に保存した。 ２．４C-S-H の合成 本実験では、CaO/SiO₂モル比を 0.9、1.1、1.3、1.5 となるように所定の量比の Ca(OH)2と非晶質シリカをイ オン交換水中で 40o_{C 一定の温度下で攪拌合成した。合成} 物について、粉末 X 線回折によって非晶質シリカ由来の 2θ=23o_{付近のブロードなハローが見られないことを確} 認し、添加した Ca(OH)2のピークの消失時点を反応終点 とした。XRD チャートを Fig. 2 に示す。 ２．５吸着等温線および比表面積測定 セメント硬化体については、２．３節で述べた試料を、 25μ m 以上 75μ m 以下に分級、105o_{C 下で 1 時間真空脱気} を行った後、吸着等温線の測定を行った。吸着等温線は 定容水蒸気吸着法(Quantachrome 社製、Hydrosorb1000) により測定した。測定点は、許容圧力較差 0.05mmHg、平 衡時間 120sec. で 5％RH から 95%RH まで 5％刻みとし、 最終値を 98%RH とした。比表面積については、BET 理論 を用いて算出した。 合成 C-S-H については、105o_{C 下で 24 時間真空脱気を} 行った後、許容圧力較差 0.05mmHg、平衡時間を 300sec. として測定した。 ２．６含水量の測定 材齢 0.5、0.75、1、3、7、14、28、91、182、364 日に て、封緘中のセメント硬化体をハンマーで約 1g 程度に 砕き、その時点の質量を測定した。その後、真空ポンプ により脱水させ、定温乾燥機により 105o_{C で 24 時間以} 上乾燥させ、絶対乾燥状態質量を測定した。秤量には 0.1mg まで測定可能な電子天秤を用いて、3 体の平均値 として有効数字 3 桁にて算出した。 ２．７熱重量/示差熱分析 水 酸 化 カルシ ウ ム および 強 熱 減量の 測 定 は 、 TG-DTA2010SA (BrukerAXS 社製)により、２．３節で述べ た試料 20±2mg を、N2フロー環境下で室温から 1000oC ま で昇温速度 10o_{C/min.で一定昇温で行った。CH 生成量は} TG-DTA 曲線における 415～515o_{C 付近の減量分を CH の脱} 水による減量と仮定し、DTG 曲線から各試料の脱水範囲 を特定して算出した。併せて、総強熱減量分(ig.loss) Table 2 Mineral composition from XRD/Rietveld Analysis Cement Mineral composition (mass%)

C3S C2S C3A C4AF M CSH2 CSH0.5 N 64.3 16.5 5.2 10.5 0.9 1.2 1.4 1 2 3 4 5 6 7 20 40 60 80 0 Age [days] Temperature [ o C] Const.20 oC

Elevated Temperature History

Fig. 1 Elevated temperature history

10 20 30 40 50 60 2θ [deg] Cu-Kα In tens ity [ -] amor-SiO2 C/S=1.1 C/S=0.9 C/S=1.3 C/S=1.5

Fig. 2 XRD charts of silica gel and synthesized C-S-H

Table 3 Searched peak for XRD/Internal standard method

Mineral C3S C2S C3A C4AF α -Al2O3

Searched area 51.4-52.2 40.8-42.0 33.1-33.5 11.0-12.3 52.2-52.9 Searched peak 51.6,51.9 41.0,41.3,41.6 33.2 10.1,12.2 52.5

Used peak 51.6,51.9 41.0,41.6 33.2 12.2 52.5 References 2), 4) 3), 4) 2), 4), 5) 5)

から、結合水量を算出した。 ２．８XRD/内部標準法 粉末 X 線回折の測定は、D8 ADVANCE(BrukerAXS 社製) により、 X 線源 Cu-Kα 、管電圧 40kV、管電流 40mA、走 査範囲 2θ =5～65o_{、ステップ幅：0.02}o_{、スキャンスピー} ド：0.5o_{/min.の条件で行った。２．３節で述べた試料に} 対して内部標準試料としてα -Al2O3を内割重量比で 10％ 混合したものを試験に供した。解析には、ソフトウェア TOPAS ver.4.2 (BrukerAXS 社製)により多重ピーク分離 (WPPF 法)を行い、各鉱物ピークの積分強度を算出した。 定量に際しては既往の文献を参考に2),3),4),5)_{、測定した} 全走査範囲から各鉱物により解析範囲を抽出して、隣接 または重なったピークを分離し、ピーク位置、積分強度、 および結晶子サイズを算出した。各鉱物の定量に用いた ピークの一覧を Table 3 に示す。得られた積分強度から 水和率を式［1］により算出した5)_。 ( ) 1 ( ) 1 ( ) ( ) 1 (0) 1 (0) 1 (0) i N i i N S t S t l t t S S l α × − = − × − [1] ここにα_i( )t ：材齢tにおける鉱物iの反応率(-) ( ) i S t ：材齢tにおける鉱物iの積分強度(-) ( ) N S t ：材齢tにおける標準物質の積分強度(-) (0) i S ：未水和における鉱物iの積分強度(-) (0) N S ：未水和における標準物質の積分強度(-) ( ) l t ：材齢tにおける試料の Ig.loss 値(-) (0) l ：未水和における試料の Ig.loss 値(-) ２．９XRD/リートベルト解析 ２．８節において測定したチャートについて、ソフト Table 4 Composition of hydrates under each drying condition

molecular weight hydrate drying condition H/C composition

[g/mol] ref. 1000o_{C 0 C} xSH0 155 ※1 105oC 0.88 CxSH1.5 182 C-S-H 11%RH,20oC 1.18 CxSH2 191 9),10) 1000oC 0 C AS H_{6 3 0} 679 105oC 2.00 C AS H_{6 3 12} 895 AFt 11%RH,20o_{C 5.33} 6 3 32 C AS H 1255 11) 1000oC 0 C ASH_{4 0} 406 105oC 2.00 C ASH_{4 8} 550 AFm 11%RH,20oC 3.00 C ASH_{4 12} 623 12) 1000oC 0 C4AH0 326 105oC 2.00 C4AH8 470 C-A-H 11%RH,20oC 3.25 C4AH13 561 13) 1000o_{C 0 C} 4FH0 384 105oC 2.00 C4FH8 528 C-F-H 11%RH,20oC 3.25 C4FH13 618 11)※2 ※1：C-S-H については、x=1.7 のときの値を記載した。※2：一般的にこの相対湿度以上の結合水は水の体 積と同様に扱われることが多いのでここでは11%RH と同様のものと扱うこととした。※2：一般的には F はCAH のAl と置換する形を取ると推察されるが、今回の解析では便宜上、全てが置換されるものとした。

0

0.2

0.4

0.6

0.8

N4020

0.5 1

5 10

50100

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Hydration ratio [-]

N4060

C

3

S

C

2

S

C-S-H

N5520

0.5 1

5 10

50100

Age [days]

Amount of C-S-H / hcp

under 105

o

C condition [g/g]

N5560

ウェア TOPAS ver.4.2 (BrukerAXS 社製)によりリートベ

ルト解析を行った。定量に際しては、 C3S、 C2S、 C3A、

C4AF、MgO（M）、 CaSO4･2H2O(CSH2)、CaSO4･1/2H2O(CSH0.5)、

Ca(OH)2(CH) 、 C3A ･ 3CaSO4･ 32H2O(AFt) 、 C3A ･ CaSO4･

12H2O(AFm)の各セメント鉱物・水和生成物および内部標 準試料として分析試料に混合したα -Al2O3(10wt%混合) を定量対象とした。定量に用いた各鉱物の結晶系 C3S、 C2S、C3A、C4AF の結晶構造に関するパラメータは NIST Technical Report と同様とし6)_、M、 2 CSH 、CSH_0.5、CH、 AFt、AFm、α -Al2O3に関しては ICSD Database と同様と

した7)_{。非晶質物質量は内部標準α -Al} 2O3の定量値から式 ［2］に従い算出した8)_。

(

)

{

100 _R

}

{

_R

(

100

)

100

}

A= × S −S S × −S [2] ここにA ：非晶質量 (%) R S ：α -Al2O3の混合率 (%) S ：α -Al2O3の定量値 (%) セメントの各鉱物の反応率や相組成を評価するにあた り、各乾燥状態における H2O/CaO モル比（H/C 比）を考 慮して、Table 4 に示される組成や結合水量値を用い、 すべて無水物に換算した上で水和率を評価した。 また本検討では、水和反応に伴う CaO/SiO2モル比の変 化を考慮して、リートベルト解析による分析値から既報 と同様にして、以下のような繰り返し計算によって相組 成を同定した。 1) セメントの各相を水和前の未水和物量に換算する。 このとき、C-S-H は暫定的な値を用いる。 2) 測定結果から各未水和物相の水和反応率を算出し、 結晶相から確認できる Al2O3(A)および Fe2O3(F)の量 とセメント鉱物の反応量から反応に利用されたはず の A および F の量を算出し、非晶質中に存在する各 量を算出する。このときの A および F はそれぞれ C4AH13、C4FH13の構造の水和物を形成していると仮定 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Hydration ratio of C3S

from internal standard method [-]

Hydration ratio of C

3

S

from Rietveld analysis [-] r2=0.983 N4020 N4060 N5520 N5560 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Hydration ratio of C2S

from internal standard method [-]

Hydration ratio of C

2

S

from Rietveld analysis [-] r2=0.812 N4020 N4060 N5520 N5560 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Hydration ratio of C3A

from internal standard method [-]

Hydration ratio of C

3

A

from Rietveld analysis [-] r2=0.967 N4020

N4060 N5520 N5560

(a) Hydration ratio of C3S (b) Hydration ratio of C2S (c) Hydration ratio of C3A

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Hydration ratio of C4AF

from internal standard method [-]

Hydration ratio of C

4

AF

from Rietveld analysis [-] r2=0.965 N4020 N4060 N5520 N5560 0 0.1 0.2 0.3 0 0.1 0.2 0.3 Amount of CH from TG-DTA [-] Amount of CH

from Rietveld analysis [-] r 2=0.969 N4020 N4060 N5520 N5560 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4

Chemically bound water (experiment) [g/g]

Chemically bound water

(estimated) [g/g] r 2=0.935 N4020 N4060 N5520 N5560

(d) Hydration ratio of C4AF (e) Calcium hydroxide (f) Chemically bound water

Fig. 4 Comparison in various perspective

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Water content (experiment) [g/g] Water content (estimated) [g/g] r

2_=0.939 N4020 N4060 N5520 N5560 (g) Water content

する14)_。 3) 次に非晶質中の CAH および CFH で利用された CaO（C） 量が計算されるので、セメント鉱物の反応量から算 出された反応に利用されたはずの C を算出し、C-S-H の中で利用されている C を物質収支から計算し、 CaO/SiO2モル比を算定する。 4) 1)～3)を繰り返し計算を行い、収束したら計算を終 える。なお、本検討の範囲では CaO/SiO2モル比の変 化による分子量の変化は考慮したが、それによる密 度および H2O/SiO2モル比の変化はないものとした。 上記の繰り返し計算から同定した C₃S と C₂S の水和率 および 105o_{C におけるセメント硬化体中の C-S-H 量の経} 時変化を Fig. 3 に示す。 ３．リートベルト解析および相組成モデルの精度評価 リートベルト解析の定量精度、および相組成モデルの 妥当性について評価する目的で、XRD/内部標準法による 各鉱物の水和率、密度試験による含水量、真密度、TG-DTA による水酸化カルシウム量および結合水量に対してリー トベルト解析による定量値あるいは相組成モデルによる 推定値との相互比較を行った。 Fig. 4 に示すように、リートベルト解析および相組成 モデルは誤差 10%前後で評価できていると考えられた。 以下の考察については、上記に示される精度により推定 された物性値を用いて行う。 ４．実験結果と考察 ４．１ 比表面積および C-S-H 量の経時変化 Fig. 5 にセメント硬化体の吸着等温線、Fig. 6 に吸着 等温線から算出した BET 比表面積の経時変化を示す。Fig. 5 に示されるように吸着等温線は、水和の進行とともに 吸着量が増加する傾向が確認できる。Fig. 6 に示される ように、水セメント比でみると、0.40 よりも 0.55 のほ うが大きいことがわかり、これはセメントの水和生成物 量を反映していると推察される。また温度条件でみると、 高温履歴条件は、履歴中に 20o_{C 条件よりも大きいが、そ} の後、増進が停滞し、材齢 1 年時点では、20o_{C 条件に対} して、ほぼ同等か下回る結果が得られた。 この傾向について考察するために、リートベルト解析 および相組成モデルから得られた 105o_{C におけるセメン} ト硬化体中のC-S-H 量の経時変化をFig. 7 に示し、C-S-H 量と比表面積の関係について Fig. 8 に示す。Fig. 8 に 示されるように、本検討の範囲において、水セメント比、 温度条件によらずセメント硬化体の比表面積は、セメン ト硬化体中の C-S-H 量で一意に評価できることが実験的 に確認された。 ４．２ CaO/SiO2モル比の経時変化 相組成モデルの同定の際に併せて得られた C-S-H の平

0

0.1

0.2

N4020

0

20

40

60

80

100

0

0.1

0.2

N4060

Water content [g/g]

0.5day

1day

3day

7day

28day

91day

364day

N5520

0

20

40

60

80

100

N5560

Relative humidity [%]

均 CaO/SiO₂モル比の経時変化について Fig. 9 に示す。 Fig. 9 に示されるように、水セメント比でみると、0.40 よりも 0.55 のほうが長期的に下回ることが示された。ま た温度条件でみると、高温履歴条件は、履歴中に 20o_{C 条} 件よりも低下するが、その後、漸増傾向を示し、長期的 には、20o_{C 条件に対して、上回る結果が確認された。こ} のことは、高温履歴条件は、初期高温履歴の後には、20o_C 条件に比べて、相対的に CaO/SiO₂モル比の大きな C-S-H を生成される可能性や初期高温履歴中に生成された C-S-H の CaO/SiO₂モル比が高温後に増加する可能性を示 す。 ４．３ 合成 C-S-H との比較と考察 ４．１節の考察では、C-S-H 量により比表面積を評価 することができたが、今後、たとえば混和材を用いた系 も含め、より一般的な形で比表面積を評価するためには、 セメント硬化体の比表面積を水和生成物の相組成、C-S-H 量とそのCaO/SiO₂モル比によって評価することが求めら れる。そこで、４．２節で考察した平均 CaO/SiO2モル比 の経時変化が、C-S-H 比表面積に与える影響を考察する。 Fig. 10 に C-S-H 比表面積と CaO/SiO2モル比の関係につ いて示す。ここで、C-S-H の比表面積は、他の鉱物、水 和物に比べて極めて大きいことから、セメント硬化体の 比表面積が C-S-H の総面積と等しいと仮定して算出した。 併せて、合成 C-S-H の吸着等温線から求めた比表面積と CaO/SiO2モル比の関係について示す。Fig. 10 に示され るように、セメント硬化体中の C-S-H の比表面積と合成 C-S-H の比表面積は、佐々木らの研究同様に15)_、CaO/SiO 2 モル比が低下するとともに増加することが確認された。 0.5 1 5 10 50 100 0 100 200 Age [days]

Specific surface area

of hcp [m 2 /g] N4020 N4060 N5520 N5560 0.5 1 5 10 50 100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Age [days] Amount of C-S-H / hcp under 105 o C condition [g/g] N4020 N4060 N5520 N5560

Fig. 6 Development of specific surface area of hcp Fig. 7 Development of amount of C-S-H in hcp under 105o_{C condition} 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 100 200 Amount of C-S-H / hcp under 105oC [g/g]

Specific surface area of hcp [m

2 /g] y =526 x1.67 r2=0.955 N4020 N4060 N5520 N5560 0.5 1 5 10 50 100 1.6 1.8 2 2.2 Age [days] CaO/SiO 2 molar ratio [-] N4020 N4060 N5520 N5560

Fig. 8 Relationship between specific surface area of hcp and amount of C-S-H

Fig. 9 Development of CaO/SiO2 molar ratio

0.5 1 1.5 2 2.5 0 100 200 300 400

CaO/SiO2 molar ratio [-]

Specific surface area of C-S-H [m

2 /g]

N4020 N4060

N5520 N5560 C-S-H

Fig. 10 Relationship between specific surface area of C-S-H and CaO/SiO₂ molar ratio

しかし、セメント硬化体中の C-S-H の比表面積は、水セ メント比、温度条件によって、異なる曲線関係となる。

これは、C-S-H の比表面積を平均 CaO/SiO2モル比だけで

は評価できないことを示している。

一般に、C-S-H については、Inner product、 Outer

product の存在や16)_{、密な構造、粗な構造の存在が}17)_、 電子顕微鏡等の観察によって指摘されており、セメント 硬化体内部の C-S-H に複数の相が共存していると考えら れている。今回の実験結果からは、Fig. 8 に示したよう に、C-S-H の総量とセメント硬化体の比表面積は、水セ メント比や温度履歴に依存せず高い相関性が得られた。 しかし、この相関性は C-S-H 量と線形関係ではなかった ことから、CaO/SiO2モル比による二次的な影響によるも のと推察して、CaO/SiO2モル比による整理を試みたが、 今回の結果では、うまく説明がつかなかった。この要因 は、上述の複数の相が共存していること系をうまく説明 できていない、あるいは、Na+_{や K}+_{などの遊離イオンが吸} 着挙動に及ぼす影響、さらにはアルミネート系水和物の 比表面積の影響、なども考えられるので、これらの影響 評価については今後の課題である。 ５．結論 本研究ではセメント硬化体、合成 C-S-H の比表面積を 測定するとともに、セメント硬化体中のセメントの水和 反応解析を行い、相組成モデルからセメント硬化体中の C-S-H の同定を行い、セメント硬化体中の C-S-H と比表 面積の関係について、以下の知見が得られた。 (1) セメント硬化体の比表面積は、初期高温履歴を受 けると、履歴中は増進するが、その後停滞し、材 齢 1 年においては、ほぼ同等か下回る。 (2) セメント硬化体の比表面積は、相組成モデルから 算出した C-S-H 量によって、水セメント比、温度 条件によらず一意の関係があることがわかった。 ただし、本検討の比表面積とは、105o_{C で 1 時間乾} 燥した前養生条件を与えたセメント硬化体の水蒸 気吸着等温線から求めた BET 比表面積である。 (3) 相組成モデルから算出した C-S-H の平均 CaO/SiO₂ モル比は、水セメント比が大きいほうが長期的に 下回り、高温履歴を受けると 20o_{C 条件に対して長} 期的には上回る。 (4) セメント硬化体の比表面積および合成 C-S-H の比 表面積と平均 CaO/SiO2モル比は負の相関となる。 (5) C-S-H 比表面積と CaO/SiO₂モル比の関係について は、合成 C-S-H と比較して、セメント硬化体中の C-S-H 比表面積のほうが同一の CaO/SiO₂モル比に 対して大きい比表面積を有する。 謝辞： 本研究は文部科学省科学研究費 (若手 A、代表：丸山 一平) 課題番号 21686052 のもとに行いました。記して謝 意を表します。 参考文献： 1) 地濃茂雄、仕入豊和：コンクリートの強度発現性状に およぼす温度履歴条件（20～90o_{C）の影響、日本建築} 学会論文報告集、第 337 号、pp.8-14 (1984) 2) 社団法人セメント協会：セメント化学専門委員会報告 C-12 測定方法の違いによるクリンカー鉱物量の差 異の検討、社団法人セメント協会研究所、p.83 (2008) 3) 五十嵐秀明、大崎雅史、吉田孝三郎：エーライト-ビ ーライト-高炉スラグ系混合物の水和反応特性、セメ ント･コンクリート論文集、No.47、pp.46-51 (1993) 4) 中田英喜、高橋俊之：選択溶解法と粉末 X 線回折法 との併用によるセメント水和率の測定、セメント・ コンクリート論文集、No.53、pp.116-121 (1999) 5) 井元晴丈、坂井悦郎、大門正機：石灰石フィラーセ メントの水和反応解析、セメント･コンクリート論文 集、No.56、pp.42-49 (2002)

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RELATIONSHIP BETWEEN SPECIFIC SURFACE AREA AND HYDRATION REACTION

OF HARDENED CEMENT PASTE

Go IGARASHI*1 _{and Ippei MARUYAMA}*1

*1 NAGOYA UNIVERSITY, Graduate School of Environmental Studies (Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya-shi, Aichi 464-8603, Japan)

ABSTRACT: For the evaluation of strength development with or without elevated temperature due to heat of hydration, specific surface area of hardened cement paste, which affects the strength of hardened cement paste, is focused. The hardened cement paste (hcp) of water to cement ratio of 55% and 40% with 20o_{C constant}

temperature and maximum 60o_{C temperature as mass concrete temperature history is prepared. The amount of C-S-H}

and CaO/SiO2 molar ratio of C-S-H are identified by XRD/Rietveld analysis and phase composition model, and

at the same time, specific surface area is measured by moisture sorption isotherm and BET theory. Additionally, specific surface area of hardened cement paste is compared to that of synthesized C-S-H. As a result，1) when the hcp is subjected to elevated temperature history in early ages，the development of specific surface area of hardened cement paste increase rapidly in early age but het a peak, 2) CaO/SiO2 molar ratio decreases rapidly

in early age but increases gradually in a long term, 3) specific surface area of C-S-H in hardened cement paste for CaO/SiO2 molar ratio is higher than synthesized C-S-H, and 4) specific surface area of hardened

cement paste with/without elevated temperature history can be evaluated by the amount of C-S-H in hardened cement paste with a single curve.

KEY WORDS: Specific surface area， C-S-H， CaO/SiO2 molar ratio， Elevated temperature history， Rietveld