コンクリート工学コンクリートの特徴を左右するセメントの種類については、こちらの記事でまとめました。各種セメントの特徴や注意点等について基礎的な部分から少しマニアックな内容まで。適材適所でコンクリートを使い分けるためにセメントの種類や特徴を理解しておきましょう。bonperson-civil.comこの記事でも触れたように、いろんなサイトや参考書などで、セメントの種類や特徴について書いてあるものはたくさんあるんですが、その理由まで解説しているものは少ないのではないでしょうか?例えば、早強ポルトランドセメントについて。「初期強度が大きく、エーライトを多く含む」・・・では、なぜエーライトが多ければ早強セメントになるのか?いや、そもそもエーライトって!?という方もおられると思います。その疑問にお答えすべく、各セメントの種類について解説していきます。水和熱と水和反応速度についてなぜ、水和熱や速度は成分によって違うのか?まとめセメントの成分まず、セメントがどのような成分で構成されているのかについてまとめます。セメントは、以下の4つを主成分とするクリンカに、石膏(硫酸カルシウム、CaSO4・2H2O)を加えて粉砕することにより製造されます。セメントの種類を左右する、そのクリンカの成分と特徴を以下の表にまとめました。アルフレッド・テルネボームという人が、クリンカの電子顕微鏡での観察結果を発表し、クリンカのがエーライト、ビーライトおよびこれらを取り巻く間隙(当時はシーライトと呼んだ)から成ることを初めて報告したそうです。間隙については組織が微細で詳細がわからなかったため、”シーライト”とされましたが、その後アルミネート相とフェライト相といった成分から成ることがわかりました。各成分の特徴エーライトエーライト(アリット)=けい酸三カルシウム=3CaO・SiO2=C3S一般に、普通ポルトランドセメントには最も多く含まれる(50%程度)成分です。他の成分と比較すると、水和熱は中程度で、水和反応速度はやや速いです。エトリンガイトの生成が終わるころに反応が始まり、トバモライト(C-S-H)という成分を生成し、ゲル状の状態から徐々に結晶化していき、硬化する特徴があります。硬化が早いので初期強度の発現に寄与しています。エーライトは中庸熱ポルトランドセメントでは50%以下となるように規定されていますが、この水和熱や水和反応速度の大きさが理由なんですね。ビーライトビーライト(ベリット)=けい酸二カルシウム=2CaO・SiO2=C2S水和熱および水和反応速度が小さく、長期強度の発現に寄与します。セメントの長期強度にビーライトの水和反応は、練り混ぜから約3日程度たった時から始まります。エーライトと同じようにトバモライト(C-S-H)という水和物を生成しますが、物質量が違うため、反応速度や発生熱量は異なります。水和熱や水和反応速度が小さいため、低熱ポルトランドセメントでは40%以上含まれるように規定されています。アルミネート相アルミネート相=アルミン酸三カルシウム=3CaO・Al2O3=C3A水和熱は水和反応速度が他と比べ最も大きい成分です。練り混ぜ後、アルミネート相が最初に反応します。その反応に伴い、すぐに発熱し、急速に固まる特徴があります。セメント製造時にクリンカに石膏を混ぜるのは、この急速な反応を抑えてエトリンガイトを生成させるためと言われています。水和熱が大きいため、中庸熱ポルトランドセメントでは含有率8%以下、低熱ポルトランドセメントでは6%以下と規定されています。アルミネート相はエトリンガイトの生成に関与しますが、強度の発現は小さいとされています。フェライト相フェライト相=鉄アルミン酸四カルシウム=4CaO・Al2O3・Fe2O3=C4AFフェライト相はアルミネート相の次に反応を始めます。水和熱は比較的小さく、強度発現にもあまり寄与しないので、セメントの成分を勉強するという意味では、他の3成分と比べるとあまり存在感のない(?)成分です。収縮が小さく、化学抵抗性(耐塩性)には優れるので、やはりセメントには必要な成分と言えます。水和熱と水和反応速度について水和熱と水和反応の速度は、セメントとコンクリートの種類について語る上で重要なので、下のようなイメージにしてみました。セメントの水和反応は非常に複雑なので、全てを正確に表してはいないですが、イメージとして参考になればと思います。ここで示す水和反応の速度は、水和反応初期の速度で、時間が経つにつれて逆転することもあります。水和反応も、順序よく始まるわけではなく、始まるタイミングが重なったり重ならなかったりするので、一概には説明できていないのが現状です。水和熱や速度は成分によって違うのか?当然、じゃあ、なぜエーライトの方がビーライトよりも水和熱が大きいの?という疑問が出てくると思います。これは、各化学反応におけるエンタルピーという物理量の違いから来ます(エントロピーではなく、エンタルピー)。エンタルピーとは、化学反応式の左辺と右辺における熱力学的なエネルギーの不釣り合いのことだと思ってもらったらいいと思います。この差が大きいと大きな熱を発生しますし、小さいと発熱も小さくなります。同じエーライト、ビーライトでも、セメントの水和反応中に起こる化学反応式は一つではありません。そのそれぞれでエンタルピーも異なるので、理論的に水和熱を導き出すのは難しそうです。まとめ以上のように、セメントの水和反応はいろんな成分がいろんな反応を起こして成り立っています。全てを一気に覚えるのは大変ですが、上に紹介した4つの成分と石膏、そしてそれぞれの特徴については覚えておきましょう。頻出のセメントの成分についての問題の解説と回答。セメントの種類と、セメントに含まれている成分の特徴の組み合わせについて。bonperson-civil.comスポンサーリンクシェアするLINE!フォローするbomperson関連記事コンクリート表面の丸いくぼみの正体は?コンクリート表面に見られる丸いくぼみや真っすぐな線。あれはいったい何なのでしょうか?コンクリートの施工と深く関係していました。記事を読む乾燥するからじゃない!コンクリートが固まる理由-コンクリートの硬化過程についてコンクリートが固まるのは水和反応と呼ばれる化学反応によるものです。ついて(土木分野の中では)ミクロな視点で説明していきます。記事を読むコンシステンシーとワーカビリティーの違いコンクリートに関係する仕事でたまに混同されている「コンシステンシー」と「ワーカビリティー」という用語。実は違う意味で使われるべき言葉です。似た部分もあるこの用語ですが、しっかりと使い分けられるようになりましょう。記事を読む不動態皮膜の正体とは?-鉄筋を腐食から守る酸化膜コンクリート内部で鉄筋を腐食から守っている不動態皮膜。これの化学式や特徴、消失の原因などについて解説していきます。記事を読むコンクリート内部の鉄筋腐食の原因とメカニズムコンクリート内部の鉄筋に生じる鉄筋腐食。その発生原因は何なのでしょうか?また、どのように発生するのでしょうか?化学反応式等を用いて解説します。記事を読むコンシステンシー、ワーカビリティー、ダイレイタンシー・・・横文字で間違えやすい土木用語まとめ土質力学やコンクリート工学で出会う言葉のうち、横文字で混同しやすい言葉をまとめました。コンシステンシー、ワーカビリティー、ダイレイタンシー、プラスティシティー、フィニッシャビリティー、ポンパビリティーについて、定義や違いを知りたい方はご覧ください。どちらでも必要となる劣化機構に関する知識。主たるコンクリートの劣化現象についてまとめました。記事を読むフレッシュコンクリート、生コン、レミコンの違いとは?普段同じような意味で使われる、「フレッシュコンクリート」、「生コンクリート」、「レディーミクストコンクリート」。同じようなものを指すのですが、実はちょっと意味が違います。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。土木のこれからを考える.。