Published March 2021 | Version v1
Journal article

Analysis on microstructure of calcium silicate hydrate by XAFS

  • 1. Asahi-Kasei Homes Corporation, R&D Laboratories, Fuji, Shizuoka (Japan)
  • 2. Asahi-Kasei Corporation, Analysis & Simulation Center, Fuji, Shizuoka (Japan)
  • 3. Chiba University, Graduate School of Science, Chiba (Japan)

Description

Tobermorite is an important crystal phase of autoclaved aerated light-weight concrete (ALC) and amorphous calcium silicate hydrate (C-S-H) is a main hydration production in concrete. These microstructures were investigated by XAFS (X-ray Absorption Fine Structure), particularly XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) spectra. It was found that the absorption energy of main peak for the XANES spectra of α-quartz and phyllosilicate minerals changes with SiO4 binding mode and that it is nearly linearly related to the Si ls binding energy in XPSs. In the XANES spectra of α-quartz and natural tobermorite, the main absorbance energy decreased in the order of α-quartz, 1.1 nm tobermorite, and 1.4 nm tobermorite, corresponding to changes in the binding mode of SiO4 tetrahedron with Q4, mixed Q3-Q2, and Q2. Moreover, the width of the main peak was increased in the above order, which was considered to correspond to the structural regularity (crystallinity). In the XANES spectra of C-S-H as a low crystalline calcium silicate hydrate, it was found that the absorbed energy of the main peak decreased, and the peak width increased with increase of Ca/Si molar ratio. It is attributed to the decrease in the degree of polymerization of SiO4 tetrahedron with increase of Ca/Si molar ratios. (author)

Abstract (Japanese)

建築材料ひとつである軽量気泡コンクリート(ALC)の主要構成成分として重要なトバモライト, および建設土木材料の硬化成分として重要な低結晶性ケイ酸カルシウム水和物(C-S-H)の微構造の解明を, X線吸収微細構造(XAFS), 特にXANESスペクトルの測定から検討した. その結果, α-quartzおよびフィロケイ酸塩鉱物の測定から, SiO4結合様式に伴い主ピークの吸収エネルギーが変化すること, およびそれがXPSにおけるSi ls結合エネルギーとほぼ直線関係があることが示された. α-quartzおよび天然トバモライトの測定では, α-quartz, 1.1nmトバモライト, 1.4nmトバモライトの順で吸収エネルギーの低下が認められ, SiO4四面体の結合様式がQ4 ,Q3-Q2混在, Q2と変化することと対応していた. さらに, 主ピークの幅はこの順で広がることが観察され, 構造規則性(結晶性)と対応していると考えられた. 低結晶性ケイ酸カルシウム水和物としてのC-S-Hの測定では, Ca/Si比の増加に伴い, 主ピークの吸収エネルギーが低下すること, およびピーク幅が増大することが同時に示された. これは, Ca/Si比の増加に伴いSiO4四面体の重合度の低下により説明された. (著者)

Additional details

Additional titles

Original title (Japanese)
XAFSによるケイ酸カルシウム水和物構造の解析

Publishing Information

Journal Title
X-sen Bunseki No Shinpo
Journal Volume
52
Series
雑誌名:X線分析の進歩
Journal Page Range
p. 167-177
ISSN
0911-7806

Optional Information

Notes
37 refs., 10 figs., 1 Photo