17.5.2 Hydration and microstructure

SAPの添加はコンクリートの水和過程および微細構造の発達に大きな影響を与える。 これはいくつかの理由によって起こる。 第一に、最初のSAP吸収は有効なw/b比と初期の水和特性を変える可能性がある。 第二に、SAPからの水のその後の放出は、セメントのさらなる水和を促進し、追加の水和生成物を生成し、細孔を微細化する。 第三に、乾燥し崩壊したSAPは、硬化したセメントペースト全体に分散したマクロ空隙を残し、これはSAPの投与量に依存して、全空隙率とサイズ分布を変化させる。 また、重要な結果をもたらす可能性のある独特の微細構造特性を有するSAPとセメントペーストマトリックスとの間の界面を誘発する。

Mechtcherineら（2014）およびJustsら（2014）は、SAPが初期の水和にわずかな遅延を引き起こすことを観察したが、HasholtおよびJensen（2015）は穏やかな促進効果を報告した。 これらのケースでは、フレッシュミックスにおけるSAP吸収を補うために余分な水が加えられた。 それにもかかわらず、ほとんどの研究は、SAPがセメントと反応するために利用可能になった追加の水のために、より遅い年齢、特に14日以降の水和の程度を増加させることに同意している（例えば、Igarashi and Watanabe, 2006; Lura et al, 2006; Justs et al, 2014）。 さらに、より長期の水和は、初期の有効w/b比ではなく、総w/b比によって制御されるようである（Justsら、2014；ReinhardtおよびAssmann、2014；HasholtおよびJensen、2015）。 言い換えれば、水和の最終的な程度は、その一部が初期年齢でSAPに巻き込まれたという事実に関係なく、系内で利用可能な水の合計に依存する。

SAPを含む系における水和の改善は、毛細管多孔度の減少および細孔径分布の微細化を、特に後期年齢でもたらすはずである。 しかし、利用可能な研究からの知見は完全に一致しているわけではない。 これは，細孔構造に対する正味の効果が，SAP の投与量および吸収容量，w/b 比，ならびに SAP の吸収を補うためにバッチ処理中に追加された水の有無など，多くの要因に依存するためである。 水和（内部硬化）の改善または SAP 吸収による有効 w/b 比の減少の結果としての毛管空隙率の減少は、マクロボイド形成による空隙率の増加を打ち消すのに十分である場合もあれば、そうでない場合もある。 内部硬化は非常に低いw/b比のシステムでのみ有効であるため、正味の効果もw/b比に依存する。 このことは、微細構造に対するSAPの相殺効果を浮き彫りにしている。 セクション 17.4.3 で議論したように、セメント系材料における SAP 吸収の推定における不確実性がこの問題をさらに複雑にしています。

例えば、水銀圧入ポロシメトリーを使用したいくつかの研究では、SAP および拘束水を含むモルタルおよびコンクリートでより高い全空隙率を示しました。 これは、SAP が乾燥するときに形成されるマクロ空隙に起因するものでした (Mönnig, 2005; Mechtcherine et al., 2009)。 しかし、巻き込まれた水を含まない系では、より低い総空隙率が観察された（Mönnig, 2005; Igarashi and Watanabe, 2006）。これはおそらく、SAPの吸収によって有効なw/b比が減少したためと考えられる。 Luraら（2008）はX線トモグラフィーを用いて、内部硬化による追加の水和生成物による小さな毛細管孔の減少、および自生的収縮によるマイクロクラックの減少を観察している。 水蒸気収着を用いて、Snoeckら（2015）は、SAPを含み、巻き込み水を含まないセメントペーストは、マイクロ（<2nm）およびメソポア（2-50nm）範囲のわずかな減少を示したと観察した。 SAPと巻き込み水を使用したセメントペーストは、マイクロポア範囲に大きな変化は見られなかったが、より大きなメソポア範囲ではわずかな増加を示した。 Beushausenら（2014）も、空隙率に対するSAPの有意な効果を見出せず、これは、SAPによって生じる高い初期空隙が、内部硬化による微細構造の改善によって相殺されることを示唆している＜5387＞＜6885＞図17.4に、SAPを含むペースト、モルタルおよびコンクリートの後方散乱電子画像の例をいくつか示す。 SAP粒子とマクロボイドが硬化したセメントペーストの中で孤立し、よく分散していることがわかる。 マクロボイドは、乾燥SAPの初期サイズと膨潤に依存して、〜10〜500μm以上の範囲にある（Lam, 2005; Leeら, 2010a,b,c, 2016）。 マクロボイドの境界は、X線トモグラフィーでも観察されるように、ドライSAPの元の形状に従う傾向がある（Luraら、2008）。 崩壊したSAP粒子は、固体、多孔性/細胞性、または狭いリング状の粒子として現れることがある。 収縮によりペーストとSAPの間に隙間ができる試料もあるが（Lam, 2005）、図17.4Fに見られるように、粗いテクスチャと高い表面積を持つ懸濁重合SAPを含む試料では良好な接着が保持される（Leeら, 2010a,b,c）。 時には、マクロボイドは、水酸化カルシウムの沈殿物または小さなセメント粒を含み、これらは、その後、水槽内で水和生成物を形成するために反応して、膨潤したSAPによってもともと占められた空間を埋めている（図17.4D-F）。 2004; Wong and Buenfeld, 2006; Wong et al., 2011）。 界面は、粒子充填の乱れにより、遠方のバルクペーストと比較してセメントの含有量が少ない。 また、非常に多孔質である傾向があり、時には大きな水酸化カルシウムの沈殿を含む（図17.4C,D）。 これらの特徴は、膨潤したSAPの表面の高い含水率に起因するか、あるいは吸収された水分が周囲のペーストに早期に放出されて優先的な沈殿を引き起こした可能性があります。 SAPの乾燥による収縮は、周囲のセメントペーストのマイクロクラックを引き起こす可能性がありますが（Leeら、2010a、b、c）、SAPから放出された水分は、周囲のペーストの水和と微細構造の発達をさらに促進すると予想されます。 モルタルやコンクリートでは、SAPボイドは砂粒の大きさであり、骨材粒子間にまたがることもある（Leeら、2016）、例えば、図17.4B.

のような場合である。