Investigation of structural diversity derived from water molecule network in porous cement mineral

点击翻译按钮获取中文摘要

エトリンガイト（Ca6Al2(SO4)3(OH)12・26H2O）はセメントの水和反応でできる多孔性の鉱物である。近年、合成の容易さとイオン交換能から有害成分の除去剤として注目され、ゲストの分子・分子アニオン（以降、まとめて分子と呼ぶ）の取り込みに関して更なる研究が期待される。本研究では、この鉱物の40 wt%がホスト構造に水和した水分子で、通常、多孔体がゲストとして含む“水”と比べ特異的な存在様式を持つ点に着目し、それらが脱水する際に引き起こす“結晶性の崩壊”のメカニズムの詳細の解明に着手した。この“結晶性の崩壊”はセメント膨張剤として用いられるエトリンガイトの遅延生成によるセメントのひび割れに影響を及ぼすと考えられている。これまで、ブラッグピークを示さなくなった試料に対してはX線回折測定が行えず、構造研究が進んでいなかったが、本研究ではX線異常散乱を利用したrdf解析により、“結晶性の崩壊”に伴う短距離・中距離の秩序構造の変化を調べた。ここで、エトリンガイトは比較的軽い元素からなるので、X線異常散乱においてrdf解析に必要な程度のQを確保した実験ができない。そこで、本研究ではAlをGaに置換したGa-エトリンガイトをアナログ物質としてGaのK吸収端近傍におけるX線異常散乱を行った。その結果、300 ℃まで熱した試料についても6 Åまでの範囲で、Ga-X（X = Ca, Ga, S, O）相関はエトリンガイトの結晶構造と一致することが判明した。このことはGa-エトリンガイトの骨格構造であるCa-Ga-O1Dロッドのモジュールは300 ℃まで熱しても秩序的に配列していることを意味している。また、含水鉄リン酸塩（藍鉄鉱）においても、水和された2Dモジュール構造が保たれたまま同様の“結晶性の崩壊”を示すことも突き止めている。