CSH2 Calcium silicate hydrate

8/12/2019 CSH2 Calcium silicate hydrate

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CEMENT and CONCRETE RESEARCH. Vol. 6, pp. 667-678, 1976. Pergamon Press, IncPrinted in the United States.

C AL CI S I L I C A T E H D RAT ( I f) ( C - S - . ( I I ) )

J . A . G a r d a n d H . F . W. T a y l o r

D e p a r t m e n t o f C h e m i s t r yU n i v e r s i t y o f A b e r d e e n

S c o t l a n d , U . K .

Communicated by G. M. Idorn)Received June 28, 1976)

A B S T R A C TT h i s s e m i c r y s t a l l i n e p h a s e , o r i g i n a l l y n a m e d c a l c i u ms i l i c a t e h y d r a t e ( I I ) b y T a y l o r ( 1 9 5 0 ) , h a s b e e ns t u d i e d w i t h X - r a y s , e l e c t r o n o p t i c s , c h e m i c a li n v e s t i g a t i o n o f s i l i c a t e a n i o n t y pe , i n f r a r e d s p e c t r a ,a n d t h e r m a l m e t h o d s . I t i s s t r u c t u r a l l y r e l a t e d t oj e n n i t e ( C 9 S 6 H 1 1 ) a n d p r o b a b l y a l s o t o t h e f i b r o u sC - S - H o f c e m e n t p a s t e s , t h e t h r e e p h a s e s f o r m i n g as e q u e n c e o f d e c r e a s i n g c r y s t a l l i n i t y . T h e s p e c i m e ns t u d i e d h a d a p p r o x i m a t e c o m p o s i t i o n C 2 S H 3 . 2 a f t e rs t a n d i n g o v e r s a t u r a t e d C a C 6 2 a t a b o u t 1 5 C.C - S - H ( I I ) c o n t a i n s m e t a s i l i c a t e c h a i n s a n d p y r o -s i l i c a t e g r o u p s a n d h a s a d i s o r d e r e d l a y e r s t r u c t u r e .M u c h o f t he w a t e r c a n be l o s t r e v e r s i b l y w i t h o u ts i g n i f i c a n t c h a n g e i n l a t t i c e p a r a m e t e r s .

D i e s e h a l b k r i s t a l l i n e P h a s e , z u e r s t y o n T a y l o r ( 1 9 5 0 )C a l c i u m S i l i k a t H y d r a t ( I I ) g e n a n n t , w u r d e m i t

I

R o n t g e n s t r a h l e n , E l e k t r o n o p t i k , c h e m i s c h e r U n t e r s u c h u n gd e s T y p e s d e r S i l i k a t a n i o n e n , I n f r a r o t s p e k t r e n , u n dt h e r m i s c h e n M e t h o d e n u n t e r s u c h t . S i c i s t m i t J e n n i t( C 9 S 6 H l l ) s o w i e w a h r s c h e i n l i c h a u c h m i t d e m f a s e r i g e nC - S - H i n Z e m e n t p a s t e n s t r u k t u r v e r w a n d t ; d i e d r e iP h a s e n b i l d e n e i n e S e q u e n z y o n a b n e h m e n d e rK r i s t a l l i n i t ~ t . D i e v e r w e n d e t e P r o b e h a t t e e i n e

Z I .u s a m m e n s e t z u n g v o n u n g e f ~ h r C 2 S H q 2 n a c h d e m s i cf

u b e r g e s ~ t t i g t e m C a C 6 2 b e i u n g e f ~ r 1 5 C g e s t a n d e n- - t t .h a t t e . C - S - H ( I I ) e n t h a l t M e t a s 1 1 1 k a t k e t t e n u n d

P y r o s i l i k a t g r u p p e n u n d h a t e i n e u n g e o r d n e t eS c h i c h t s t r u k t u r . D a s m e i s t e W a s s e r k a n n o h n en e n n e n s w e r t e V e r ~ n d e r u n g d e r K r i s t a l l g i t t e r p a r a m e t e rr e v e r s i b e l a b g e g e b e n w e r d e n .

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668 Vo l . 6 No. 5J. A. Gard H. F. W. Ta ylo r

I n t r o d u c t i o n

T h e t e r m ' C - S - H ( I I ) ' w i l l b e u s e d i n t h i s p a p e r e x c l u s i v e l yt o d e n o t e a s e m i c r y s t a l l i n e c a l c i u m h y d r o s i l i c a t e e s s e n t i a l l yi d e n t i c a l w i t h t h e ' c a l c i u m s i l i c a t e h y d r a t e ( I I ) ' o r i g i n a l l yd e s c r i b e d b y T a y l o r ( I ) i n 1 9 5 0 , a n d w i t h s p e c i m e n D 6 9 o fB r u n a u e r a n d G r e e n b e r g ( 2) . T h i s p h a s e c a n b e m a d e b yr e a c t i o n o f e i t h e r C 3 S o r ~ - C 2 S w i t h w a t e r i n s u s p e n s i o n a tr o o m t e m p e r a t u r e , a n d i s c h a r a c t e r i z e d b y a C / S r a t i o i n t h er e g i o n o f 1 . 5 - 2 . 2 , i t s a p p e a r a n c e i n t h e e l e c t r o n m i c r o s c o p ea s b u n d l e s o f f i b r e s ( G r u d e m o , 3 ), a n d i t s X - r a y p o w d e r p a t t e r n ,w h i c h i s d i s c u s s e d l a t e r . T h e c o n d i t i o n s n e e d e d t o m a k eC - S - H ( I I ) a r e n o t f u l l y u n d e r s t o o d , a n d t h e a u t h o r s d o n o t k n e wh o w t o p r e p a r e i t r e p r o d u c i b l y ; b o t t l e h y d r a t i o n o f C 3 S o r~ - C 2 S s e e m s n o r m a l l y t o g i v e p r o d u c t s o f s i m i l a r c o m p o s i t i o nb u t l o w e r c r y s t a l l i n i t y . T h e s t r o n g e r l i n e s i n t h e X - r a y

p a t t e r n a r e n e a r t o t h o s e o f o t h e r s e m i - c r y s t a l l i n e o r n e a r l ya m o r p h o u s c a l c i u m h y d r o s i l i c a t e s , c o l l e c t i v e l y c a l l e d C - S - H ,a n d i t i s i m p o s s i b l e f r o m X - r a y p o w d e r e v i d e n c e a l o n e t oc h a r a c t e r i z e a p r o d u c t a s C - S - H ( I I ) u n l e s s t h e w e a k e r p e a k s c a na l s o b e d e t e c t e d .

T h e i m p o r t a n c e o f C - S - H ( I I ) i s t h a t i t a p p e a r s t o b e r e l a t e di n s t r u c t u r e t o t h e f i b r o u s c o n s t i t u e n t o f t h e C - S - H o f c e m e n tp a s t e s o n t h e o n e h a n d , a n d t o a c r y s t a l l i n e c a l c i u m h y d r o -s i l i c a t e c a l l e d j e n n i t e o n t h e o t h e r , t h e t h r e e p h a s e s f o r m i n ga s e q u e n c e o f d e c r e a s i n g c r y s t a l l i n i t y f r o m j e n n i t e , t h r o u g hC - S - H ( I I ) , t o t h e p a s t e m a t e r i a l . I f t h i s h y p o t h e s i s i sc o r r e c t , t h e s t u d y o f C - S - H ( I I ) a n d o f j e n n i t e m a y b e e x p e c t e d

t o c o n t r i b u t e t o a n u n d e r s t a n d i n g o f t h e C - S - H o f c e m e n t p a s t e s .

E x p e r i m e n t a l M e t h o d s a n d R e s u l t s

M a t e r i a l

T h e p r e s e n t w o r k w a s d o n e u s i n g s a m p l e D 6 9 , k i n d l y p r o v i d e db y P r o f e s s o r B r u n a u e r . I t c o n t a i n e d a t r a c e o f C a ( 0 H ) 2 as t h eo n l y i m p u r i t y d e t e c t a b l e b y X - r a y s . B r u n a u e r a n d G r e e n b e r g (2 )g a v e t h e c o m p o s i t i o n o f D - d r i e d m a t e r i a l a s 1 . 7 3 C a 0 . S i 0 2 . 1 . 3 7 H 2 0 ;t h i s w a s b a s e d o n a c o r r e c t i o n f o r f r e e C a ( 0 H ) 2 , f o u n d b y ac h e m i c a l e x t r a c t i o n m e t h o d t o b e 8 . 9 . X - r a y d e t e r m i n a t i o n s o fC a ( 0 H ) 2 g a v e l o w e r r e s u l t s b u t w e r e r e j e c t e d o n t h e g r o u n d t h a tt h e y i n d i c a t e d o n l y c r y s t a l l i n e C a ( 0 H ) 2 a n d t h a t a m o r p h o u sC a ( 0 H ) 2 w a s a l s o p r e s e n t . W e o u r s e l v e s f i n d t h a t X - r a y a n dT G m e t h o d s i n d i c a t e a C a ( 0 H ) 2 c o n t e n t o f I -- 2 ~ . M r . G . C l i f fk i n d l y a n a l y z e d t h e m a t e r i a l u s i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e m i c r o -a n a l y s i s , e s s e n t i a l l y a s d e s c r i b e d b y C l i f f e t a l . ( 4 ) ; f o r6 i n d i v i d u a l p a r t i c l e s t h i s g a v e C / S r a t i o s o f 1 . 9 4 , 1 . 98 , 2 . 0 4 ,2 . 1 1 , 2 . 1 5 a n d 2 . 1 6 ( m e a n 2 . 0 6 ~ 0 . 0 9 ) . T h e s e r e s u l t s d on o t s u p p o r t t h e v i e w t h a t t h e s a m p l e c o n t a i n s a m o r p h o u sCa OH) 2 .

W e f i n d t h a t t h e w a t e r c o n t e n t d e p e n d s m a r k e d l y o n t h ec o n d i t i o n s o f d r y i n g ; f o r m a t e r i a l e q u i l i b r a t e d o v e r s a t u r a t e dC a t 6 2 a t a b o u t 1 5 C ( P ( H 2 0 ) = 6 m m ) t h e c o m p o s i t i o n i s a b o u t

C 2 S H 3 . 2


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Vo l. 6 No. 5 669CALCIUM SILICATE HYDRATE JENNITE

X - r a y P o w d e r P a t t e r n

A l l t h e r e f l e c t i o n s a r e d i f f u s e , a n d m o s t a r e a l s o w e a k .F o r s p a c i n g s l o n g e r t h a n a b o u t 1 .5 A u s i n g C u r a d i a t i o n , t h eb e s t r e s u l t s w e r e o b t a i n e d w i t h a 1 0 c m d i a m e t e r G u i n i e r c a m e r ao f H ~ g g d e s i g n w i t h m o n o c h r o m a t i z e d r a d i a t i o n , a n i c k e l f o i lf i l t e r i n c o n t a c t w i t h t h e f i l m , e v a c u a t i o n o f t h e c a m e r a ,s e v e r a l t i m e s t h e a m o u n t o f s p e c i m e n f o u n d b e s t f o r m o r ec r y s t a l l i n e s a m p l e s , a n d a l o n g e x p o s u r e u p t o I d a y ) . F o rs h o r t e r s p a c i n g s , t h e b e s t r e s u l t s w e r e o b t a i n e d b y u s i n g a nX - r a y c a m e r a d e s i g n e d f o r m a k i n g s i n g l e - c r y s t a l o s c i l l a t i o n o rr o t a t i o n p h o t o g r a p h s 6 c m d i a m e t e r c a s s e t t e ) a s a D e b y e -S c h e r r e r c a m e r a ; t h i s a l s o g a v e g o o d r e s u l t s f o r l o n g e rs p a c i n g s , b u t o f l o w r e s o l u t i o n . T h e d i f f r a c t o m e t e r w a sf o u n d t o b e v i r t u a l l y u s e l e s s ; w i t h i t w e c o u l d n o t d i s t i n g u i s hC - S - H I I ) f r o m o t h e r k i n d s o f C - S - H . T a b l e I , c o l u m n 3, g i v e s

r e s u l t s o b t a i n e d p a r t l y w i t h t h e G u i n i e r , a g d p a r t l y w i t h t h e6 c m c a m e r a . T h e p e a k s 9t 9 . 6 a n d 1 . 5 6 5 A , a n d t h e g r o u p i n go f p e a k s i n t he 2 . 8 - 3 .1 A r e g i o n , w h i c h t e n d t o r u n t o g e t h e ri n t o a d i f f u s e b a n d , a r e p a r t i c u l a r l y u s e f u l f o r d i s t i n g u i s h i n gC - S - H I I ) f r o m o t h e r f o r m s o f C - S - H .

E l e c t r o n M i c r o s c o p y a n d D i f f r a c t i o n

T h e s p e c i m e n w a s e x a m i n e d u s i n g a n A E I t y p e E M 8 0 2t r a n s m i s s i o n i n s t r u m e n t f i t t e d w i t h a 6 0 d o u b l e - t i l t s p e c i m e nc a r t r i d g e 5 ) . T h e s a m p l e w a s c r u s h e d i n i s o p r o p y l a l o c h o la n d a s p e c i m e n g r i d c a r r y i n g a c a r b o n f i l m m o m e n t a r i l y t o u c h e do n t o t h e l i q u i d s u r f a c e . M i c r o g r a p h s F i g . l a ) s h o w e d t h e

c h a r a c t e r i s t i c f i b r e b u n d l e s d e s c r i b e d b y G r u d e m o 3 ). B ys e l e c t i n g r e g i o n s o n t h e e d g e s o f t h e b u n d l e s , d i f f r a c t i o np a t t e r n s w e r e o b t a i n e d . T h e y w e r e w e a k a n d d i f f u s e , a n d t h er e f l e c t i o n s s h o w e d v a r y i n g d e g r e e s o f a n g u l a r s p r e a d ; i n a l lc a s e s s u b s t a n t i a l l y t h e s a m e p a t t e r n w a s o b s e r v e d F i g . I b a n d c)I t s h o w e d w e l l - d e ~ i n e d l a y e r l i n e s c o r r e s p o n d i n g t o a r e p e a td i s t a n c e o f 3 . 6 4 A i n t h e f i b r e d i r e c t i o n , w h i c h w i l l b e

k 2

4

B C

F I G . 1

C - S - H I I ) . a ) E l e c t r o n m i c r o g r a p h . b ) E l e c t r o n d i f f r a c t i o np a t t e r n o f f i b r e s h o w n i n i n s e t . c ) D r a w i n g s h o w i n g p o s i t i o n s

o f s t r o n g e s t r e f l e c t i o n s i n t h e e l e c t r o n d i f f r a c t i o n p a t t e r n .


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670 V ol . 6 No . 5J A G a r d H. F , W T a y l o r

T A B L E I

X - r a y a n d E l e c t r o n D i f f r a c t i o n D a t a f o r C - S - H ( l l ) , J e n n l t e ~ d H e t a j e n n i t e

1

J e n n i t e

X - r a y p o w d e r

h k * d I

2 3 4 5 6

C - S - H ( I I ) C - S - H ( I I ) C - S . H ( I I ) M e t a J e n n l t e C r o s s - g r a t i n gE . D. X - r a y p o w d e r C a l c u l a t e d X - r a y p o w d e r C a l c u l a t e d

d I k d I h k 6 d h k 6 d I h k d

0 0 2 1 0 . 4 3 w e } $ 0 0 2 9 . 7 81 0 0 9 . 7 1 v w 9 . 3 5 m 0 9 . 6 v s b t i 0 0 9 . 5 4

8 . 0 0 m w 0 8 . 0 m i o 2 8 . 0 31 o 2 6 . 4 9 m w ~ 0 0 4 4 . 8 92 0 0 4 . 8 5 w 4 . 7 2 w O 4 . 8 m w [ 2 0 0 4 . 7 7

3 . 5 8 w I 3 . 5 8 w 0 1 1 3 . 5 83 . 4 1 m w I 3 . 4 0 v w ~ 1 1 3 . h O

3 0 2 3 . 2 9 7 m 3 . 3 0 m 0 3 . 3 5 v v w 3 0 2( ? ) 3 . 3 13 . 2 9 v w 1 } 3 . 2 9 m w ~ 111 3 . 3 0

0 0 6 3 . 4 8 2 m I 0 0 6 3 . 2 63 . 1 2 m 1 3 . 1 3 v s * T I 3 3 . 1 5

304 3 .05 0 m 3 .09 va 0 3 .07 vs 304 3 .092 11 ~3 0 2 J 2 . 9 3 6 v s 2 . 9 4 s I 2 . 9 4 m s ~ 1 1 2 . 9 4

211 2 . 8 4 7 e2 1 3 2 . 8 2 6 a 2 . 8 5 v s 1 2 . 8 3 s ~ 1 3 2 . 8 3i o 85 0 6 J 2 .6 6 , a 2 . 7 0 w 0 3 0 6 2 . 6 8

2 . 6 4 w 1 015 2 . 6 72 1 3 2 . 5 8 5 w

: } t , {4 0 4 2.442.43.43 % 'w 2 .4 3 msb " t ' 1 1

2 . 4 2 m [ 3 1 3 2 . 4 2

002 8 .69 ws10 9.93

t02 7 .95 ms

004 4.3 4 m20 4 .9601 3.641 1 3 .42

. 3 0 2 3 . 3 1 m 3 0 3 . 3 11 1 1 3 . 2 5 m w

006 2. 89 ms_ h 3 | [ 3 . 11 l3O4+l 13.o8l vv~ b~ I I 2 . 9 3 s1 1 3 2 . 7 7 m w 2 1 2 . 9 4

211 2 . 7 3 [][ 1 1 3 2 . 8 3 m

~ 0 6 2 6 5 m s

4o 2 .48311 2 . 4 2 3 w 3 1 2 . 4 5

[ 0 8 2 . 3 0 8 w

~o2

411

020 1.819 022 1 . 7 9 8 w~11 1 . 7 3 5 w511 (9 ) 1.683 mw

3 0 . 1 0 (7 ) 1 . 6 1 0 w

2 . 2 6 w 0 2 . 2 4 w

2 . 1 8 w 0 2 . 1 8 w b 402 2 .18

I ~ 1 3 2 . 0 52 0 4 8 2 0 2 2 0 3

1 . 9 8 8 m w 1 . 9 7 v v w

1 . 8 3 v a 1 . 8 3 v s 020 1 . 8 2

1.7 6 v vw 1 1 . 7 4 ~ 5 1 3 1 .74

1 . 7 1 v v w 2 1 . 7 1 v v w1 . 6 6 w 0

1 . 6 3 w 0 1 . 6 3 5 v w

1 . 5 7 m 2~ 1 5 6 5 m 81 .57 v~ u j

7 0 2 1 . 4 1 3 w 1 . 4 0 ~ ,~ 0

7 1 5 1 . 3 1 2 w

i r /~06 2 24 ~ 06~ 2 250 w

i 3 1 1 l

4 0 2 10 1 7 1 2 . 0 5 3 m w~ 1 3 J ~ I 2 . 0 5

4 1 1 2 . 0 1 m b5 0 4 + 1 . 9 8 4 w 5 0 1 . 9 9

~ 1 7 . 1 . 8 3 3 w0 2 0 1 . 8 1 8 vs 02 1 . 8 2

1 2 1 . 7 9

~ 1 3 1 . 7 4 5 w 51 1 . 7 4

222 1 . 7 0 222 ~ . 7 0 $ w 2 2 1 . 7 1~ 0 4 1 . 6 5 6 0 1 . 6 6g O 2 1 . 6 4 3

{24 1 .568 324 i .57 0 w 32 1.59( ? ) 6 1 1 . 5 0 74 2 1 .468l ~ o 4 1 . 4 1 9

1 . 4 1 5 , ~ b ~ 0 2 1 . 4 0 4[ 7 0 6 1 . 4 0 4

1 . 3 3 8 v w 5 2 2 1 . 3 4 01 3 1 6 V W ~ 1 3 1 " 3 1 9

| 7 1 5 1 . 3 1 91 . 2 4 9 v w 8 0 4 1 . 2 4 1

1 . 2 1 2 w 0 31 1 . 2 11

231~ ~2318 1 3 J 1 . 1 7 3 1 . 1 7 4 W [ ~ 1 5

1 1 3 3 w 1~31j724

1 . 1 w'wwb | 9 0 6t ~ 3 3

I~1~j 9 1 71.o58 w 1 . o 4 5 ~ | ~

1.025 vw ~ 2 4

1 7 9

1 7 41381191020890561

o 5 ;035025

70 1 . 4 1 9

1 . 3 8 6 w1 . 3 3 7 w 5 2 1 . 3 4 2

7 1 1 . 3 2 2

8 0 1 .2416 2 1 . 2 2 40 3 1 . 2 1 31 3 1 .201~

1 . 1 8 0 w 2 3 1 . 1 7 98 1 1 . 1 7 53 3 1 . 1 3 97 2 1 . 1 1 990 1 . 1 o 34 3 1 .o9o

91 1 . 0 5 6

53 1.o358 2 1 . O 2 6

~ L i n e s p a r t l y d u e t o C a ( OH ) 2 ; l i n e s w h o l l y d ue g o t h i s p h a s e a r e o m i t t e d .

* O t h e r r e f l e c t i o n s p r o b a b l y a l s o c o n t r i b u t e s i g n i f i c a n t l y t o t h e s e l i n e s .


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Vo l . 6 No. 5 671CALCIUM SILICATE HYDRATE JENNITE

c a l l e d b , a n d i s c l e a r l y t h a t o f a p r e f e r r e d o r i e n t a t i o na g g r e g a t e a n d n o t a s i n g l e c r y s t a l . T i l t i n g a r o u n d t h e f i b r ed i r e c t i o n c a u s e d t h e p a t t e r n t o w e a k e n a n d f i n a l l y t o d i s a p p e a rb u t d i d n o t a p p r e c i a b l y a l t e r t h e p o s i t i o n s o f t h e r e f l e c t i o n s .

T a b l e I , c o l . 2 , g i v e s t h e s p a c i n g s , i n t e n s i t i e s , a n dk - i n d i c e s o f t h e r e f l e c t i o n s . M o s t a g r e e w i t h r e f l e c t i o n so b s e r v e d u s i n g X - r a y s ( c o l . 3 ) . A s m i g h t b e e x p e c t e d , t h ee l e c t r o n d i f f r a c t i o n p a t t e r n i n c l u d e s s o m e w e a k r e f l e c t i o n s n o td e t e c t e d w i t h X - r a y s , b u t o n l y t w o X - r a y l i n e s ( 9 . 6 a n d 4 . 8 A )c a n n o t b e w h o l l y a t t r i b u t e d t o r e f l e c t i o n s o b s e r v e d w i t he l e c t r o n d i f f r a c t i o n .

T h e s e r e s u l t s s u g g e s t t h a t t h e c r y s t a l l i t e s w i t h i n e a c ha g g r e g a t e h a v e t h e i r b - a x e s n e a r l y p a r a l l e l , b u t t h a t t h e r e ism u c h g r e a t e r a n g u l a r s p r e a d , t h o u g h n o t c o m p l e t e l y r a n d o mo r i e n t a t i o n , i n t h e s e n s e o f r o t a t i o n a r o u n d t h i s d i r e c t i o n .

T h e c r y s t a l l i t e s t e n d t o l i e w i t h a p l a n e t h a t w i l l b e d e f i n e d oa s ( 0 0 1 ) p a r a l l e l t o t h e s u p p o r t i n g f i l m , a n d t h e 9 . 6 a n d 4 . 8 AX - r a y l i n e s a r e a t t r i b u t e d m a i n l y t o 0 0 ~ r e f l e c t i o n s , w h i c hw e r e u n o b s e r v a b l e w i t h e l e c t r o n d i f f r a c t i o n , e v e n a t t h em a x i m u m t i l t o f t h e s p e c i m e n .

I t i s p r o b a b l y i m p o s s i b l e t o d e t e r m i n e t h e u n i t c e l l f r o ma p a t t e r n o f t h i s t y p e e x c e p t b y t r i a l a n d e r r o r . C o m p a r i s o no f t h e p a t t e r n w i t h i n d e x e d X , r a y p o w d e r a n d f i b r e r o t a t i o n

~a t t e r n s o f j e n n i t e a n d i t s d e h y d r a t i o n p r o d u c t , m e t a j e n n i t e ,T a b l e I , c o l s . I a n d 5 ; n e w d a t a ) s h o w e d d i s t i n c t s i m i l a r i t -i e s i n t h e s p a c i n g s a n d r e l a t i v e i n t e n s i t i e s o f t h e s t r o n g e rr e f l e c t i o n s w i t h i n e a c h o f t h e s e t s w i t h a g i v e n v a l u e o f k ,

a n d i t w a s f o u n d p o s s i b l e t o i n d e x t h e e l e c t r o n a n d X - r a yp o w d e r d i f f r a c t i o n p a t t e r n s b y a s s u m i n g a n A - c e n t r e d m o n o c l i n i cc e l l s i m i l a r t o t h e p s e u d o - c e l l s ( 6 ) o f j e n n i t e a n d m e t a j e n n i t e .T a b l e I I g i v e s t h e p a r a m e t e r s o f e a c h o f t h e s e c e l l s . T h ev a l u e s o f a a n d b d o n o t d i f f e r s i g n i f i c a n t l y b e t w e e n t h e t h r e ep h a s e s , w h i l e f o r c a n d ~ t h e v a l u e s f o r C - S - H ( I I ) l i e b e t w e e nt h o s e o f j e n n i t e a n d m e t a j e n n i t e .

T B L E I I

A - C e n t r e d M o n o c l i n i c C e l l o r P s e u d o - C e l l P a r a m e t e r s( e , s . d . s o n l a s t s i g n i f i c a n t d i g i t ( s ) i n p a r e n t h e s e s )

J e n n i t e C - S - H ( I I ) M e t a j e n n i t eP s e u d o - c e l l C e l l P s e u d o - c e l l

a A ) 9 . 9 4 7 6 ) 9 . 9 3 2 ) 9 . 9 4 5 6 )

b ( 4) 3 . 6 4 2 ( 3 ) 3 . 6 4 0 ( 5 ) 3 . 6 3 9 ( 2 )

c ( A) 2 1 . 3 7 ( I ) 2 0 . 3 6 ( 1 4 ) 1 8 . 6 7 ( I )

( o) 1 0 1 . 9 0 ( 7 ) 1 0 6 . 1 ( 4) 1 1 1 . 4 4 ( 4 )

d O 0 2 ) A ) 1 0 . 4 6 9 . 7 8 8 . 6 9

v ~ 3 ) 7 5 7 , 5 7 0 7 .1 6 2 8 . 9

T h e c e l l s g i v e n f o r j e n n i t e a n d m e t a j e n n i t e a r e c a l l e dp s e u d o - c e l l s b e c a u s e t h e y a r e o b t a i n e d b y i g n o r i n g s y s t e m a t i c -


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672 Vo l. 6 No. 5J. A. Gard H. F. W. Ta ylo r

a l l y w e a k s e t s o f r e f l e c t i o n s , a n d a l m o s t c e r t a i n l y c o r r e s p o n dt o t h e r e p e t i t i o n o f t h e C a - 0 p a r t s o f t h e s t r u c t u r e s . T h et r u e c e l l s , w h i c h t a k e a c c o u n t a l s o o f t h e S i - 0 p a r t s o f t h es t r u c t u r e s , a r e t r i c l i n i c a n d h a v e d o u b l e d v a l u e s o f b . F o rC - S - H ( I I ) , t h e e l e c t r o n d i f f r a c t i o n p a t t e r n s g a v e n o i n d i c a t -i o n o f a d o u b l e d v a l u e o f b ; t h i s s u g g e s t s d i s o r d e r i n t h eS i - 0 p a r t s o f t h e s t r u c t u r e .

T a b l e I , c o l . 4, g i v e s s p a c i n g s c a l c u l a t e d f o r C - S - H ( I I )a s s u m i n g t h e p s e u d o - c e l l i n T a b l e I I . 0 n l y t h o s e r e f l e c t i o n sc o r r e s p o n d i n g t o o b s e r v e d X - r a y o r e l e c t r o n d i f f r a c t i o nr e f l e c t i o n s a r e i n c l u d e d . C o l s . I a n d 5 g i v e a l l b u t t h ew e a k e s t r e f l e c t i o n s f o r j e n n i t e a n d m e t a j e n n i t e , w h i l e c o l . 6g i v e s t h e c r o s s - g r a t i n g p a t t e r n c a l c u l a t e d f o r a n y o f t h e s ep h a s e s o n t h e a s s u m p t i o n o f a n i n f i n i t e r e p e a t d i s t a n c e i n t h ec - d i r e c t i o n . C o m p a r i s o n o f t h e s e d a t a s u g g e s t s t h a t , f o rC - S - H ( I I ) , t h e p a t t e r n a t l o w B r a g g a n g l e s a p p r o x i m a t e s t ot h a t o f a c r y s t a l l i n e s u b s t a n c e , b u t t h a t a s t h e a n g l e i n c r e a s e si t t e n d s m o r e t o t h e c r o s s - g r a t i n g t y p e , i n w h i c h t h e o n l y p e a k so b s e r v e d a r e o n e s t h a t l i e i n o r n e a r t h e p l a n e o f r e c i p r o c a ls p a c e p a s s i n g t h r o u g h t he o r i g i n a n d n o r m a l t o c * . T o g e t h e rw i t h t h e g e n e r a l w e a k n e s s a n d d i f f u s e n e s s o f b o t h t h e X - r a ya n d e l e c t r o n d i f f r a c t i o n p a t t e r n s , t h i s i n d i c a t e s i m p e r f e c tc r y s t a l l i n i t y . T h e i m p e r f e c t i o n c o u l d h a v e v a r i o u s c a u s e s ,o f w h i c h t h e m o s t l i k e l y a r e p r o b a b l y t h i n n e s s o f t h e c r y s t a l si n t h e c - d i r e c t i o n a n d i r r e g u l a r i t y o f t h e r e p e a t d i s t a n c e i nt h i s s a m e d i r e c t i o n .

S i l i c a t e A n i o n T y p e

P r o f e s s o r W o W i e k e r k i n d l y e x a m i n e d t h e p r e p a r a t i o n t od e t e r m i n e t h e t y p e o f s i l i c a t e a n i o n , u s i n g t w o d i f f e r e n tm e t h o d s . I n t h e f i r s t , t h e s a m p l e w a s t r e a t e d w i t h a c i da n d t h e r e s u l t i n g s i l i c i c a c i d s s e p a r a t e d a n d i d e n t i f i e d u s i n gp a p e r c h r o m a t o g r a p h y ( 7) . T ~ i s m e t h o d i n d i c a t e d t h e p r e s e n c eo f p y r o s i l i c a t e g r o u p s ( S i 2 0 7 0 - ) a n d p o l y s i l i c a t e c h a i n s[ ( S i 0 ~ 2 - ) ] a n d t he a b s e n c e o f s m a l l , f i n i t e g r o u p s o t h e r t h a nj np y r o s l l i c a t e . I n t h e s e c o n d , t h e s a m p l e w a s a g a i n t r e a t e dw i t h a c i d a n d t h e r a t e o f r e a c t i o n w i t h a m o l y b d a t e r e a g e n ts t u d i e d ( 8) . T h e r a t e o b s e r v e d l a y b e t w e e n t h o s e e x p e c t e df o r p y r o s i l i c a t e a n d f o r p o l y s i l i c a t e , a n d w a s c o n s i s t e n t w i t ht h e h y p o t h e s i s t h a t a b o u t 6 8 o f t h e S i w a s p r e s e n t a s p y r o -s i l i c a t e a n d t h e r e s t a s p o l y s i l i c a t e . I n a d d i t i o n ,D r . S . A . S o E 6 - H e m a l y k i n d l y e x a m i n e d t h e p r e p a r a t i o n u s i n g at r i m e t h y l s i l y l a t i o n m e t h o d s i m i l a r t o t h a t d e s c r i b e d b y G S t za n d M a s s o n ( 9) ; t h i s , t o o , s h o w e d t h e m a i n a n i o n c o n s t i t u e n t st o b e p y r o s i l i c a t e a n d h i g h l y c o n d e n s e d m a t e r i a l .

I n f r a r e d A b s o r p t i o n S p e c t r a

T h e s e w e r e r e c o r d e d u s i n g t h K B r d i s c m e t h o d f o r a nu n h e a t e d s a m p l e a n d f o r s a m p l e s h e a t e d a t 1 5 d e g m i n - I t o 2 0 0 ,3 8 0 a n d 6 5 0 C ( F i g . 2 ) . T h e b a n d s a t 3 4 2 5 a n d 1 6 3 0 c m - Ig i v e n b y t h e u n h e a t e d s a m p l e s h o w t h e p r e s e n c e o f m o l e c u l a rw a t e r t o g e t h e r p o s s i b l y w i t h h y d r o x y l g r o u p s . T h e s a m p l e

h e a t e d t o 2 0 0 C h a s l o s t m o s t o f i t s m o l e c u l a r w a t e r b u td e f i n i t e l y c o n t a i n s h y d r o x y l g r o u p s . T h e s e a r e l o s tg r a d u a l l y a t h i g h e r t e m p e r a t u r e s , s o m e b e i n g r e t a i n e d u p t o a t


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Vo l . 6 No . 5 673CALCIUM SILICATE HYDRATE, JENNITE

I I I

3350

3 8 0

3 4 6 0

2 0 0

/

3 4 2 5

I

1 6 3 0 ~ . / J ' 1 4 2 01 4 6 5

J

4 0 0 0 3 2 0 0 2 4 0 0 I B OO 1 4 0 0 I 0 0 0

Wovenumbcr C c m - I

5 0

7 0

5 0 0

4 5 0

9 0 5 5 44 9 0 v

;55 45J

6 0 0 400

F I G 2

I n f r a r e d a b s o r p t i o n s p e c t r a o f C - S - H I I ) , u n h e a t e d- 1

a n d a f t e r h e a t i n g a t 1 5 d e g m i n t o v a r i o u s t e m p e r a t u r e s .

F I G 3

T h e r m a l

b e h a v i o u r o f

C - S - H I I )

E x oA T

Endo~

0.Z-._c.

-6,,, i~ Do oJ

co

o2(3I I

P h a s sd e t e c t e d ~

w i t hX - r a y s I I I I I

o 2 o 0 4 o o T e m p e r a t u r e

I I I 1 I 1 T I ] |

5 ~ / / ~ 6 0 1 5 d l T A1 4 c j r a i n - I

1.4

1 5 d e9 m i n - I -

t

_ ~ o o r l y _.U-

c r y s t o l h n o / ~ c 2 s o

o c 6 o o B O O

O

u

o

I


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674 Vo l . 6 No. 5J. A. Gard H. F. W. Ta yl or

l e a s t 6 5 0 C . T h e r e m a i n i n g b a n d s a r e a t t r i b u t a b l e t oc a r b o n a t e ( ca . 1 4 5 0 c m - I ) a n d s i l i c a t e i o n s . T h e S i - 0s t r e t c h i n g p e a k s a t 9 0 5 , 9 5 5 a n d 9 8 5 c m - I a r e c l o s e t o o n e sg i v e n b y j e n n i t e ( 9 05 , 9 6 5 a n d 9 8 5 c m - 1 ; 1 0) , b u t th e l a t t e ra l s o g i ~ e s a p e a k a t 1 0 7 0 c m - I a n d d o e s n o t g i v e o n e a t8 2 0 c m -

T h e r m a l b e h a v i o u r

F i g . 3 g i v e s r e s u l t s o f D T A a n d T G r u n s , m a d e a t 1 5 d e gm i n - 1 i n a i r , a n d s h o w s t h e p h a s e s d e t e c t e d w i t h X - r a y s i ns a m p l e s h e a t e d to v a r i o u s p o i n t s o n t h e T G c u r v e . T h es a m p l e h a d b e e n p r e v i o u s l y d r i e d t o g i v e a n i g n i t i o n l o s s o f2 0 . 1 % . T h e D T A p e a k a t 4 7 7 C i s a t t r i b u t a b l e t o C a ( O H ) 2 .T h e l o s s e s r e c o r d e d o n t h e T G c 6 r v e w e r e 7 . 8 % a t 2 0 0 C , 1 3 . 8 %a t 4 0 0 C , a n d 2 0 . 3 % a t 9 5 0 C . M u c h o f t h e w a t e r l o s t a t

2 0 0 C i s r e g a i n e d o n s t a n d i n g i n m o i s t a i r a t 2 0 C . T h eH 2 0 : C a r a t i o s g i v e n i n F i g . 3 a r e b a s e d o n t h e a s s u m p t i o nt h a t t h e C 0 2 ( 0 . 6% ) i s l o s t a b o v e 7 5 0 C . T h e X - r a y p a t t e r ns h o w e d n o s i g n i f i c a n t c h a n g e s f o r h e a t i n g t e m p e r a t u r e s u p t o2 3 0 C . T h e s a m p l e c o o l e d f r o m 3 6 5 C g a v e a w e a k p a t t e r n w i t hd i f f u s e l i n e s a t 3 . ~ ( v s ) , 2 . 9 ( r o w ) , 2 . 3 ( w ), 2 . 0 ( w ), 1 . 8 2 ( s ),1 . 7 4 ( vw ) a n d 1 . 5 7 A (v w) , a p p r o x i m a t i n g t o t h e c r o s s - g r a t i n gt y p e , w h i l e t h a t $ o o l e d f r o m 4 7 5 C g a v e o n l y w e a k b a n d s a t a b o u t3 . 0 , 2 . 8 a n d 1 . 8 A . T h e c r y s t a l l i n i t y o ~ t h e ~ - C 2 S i m p r o v e dp r o g r e s s i v e l y w i t h i n c r e a s e i n t e m p e r a t u r e a b o v e 6 5 0 C .

D i s c u s s i o n

R e l a t i o n s h i p s t o J e n n i t e a n d M e t a ~ e n n i t eA s s h o w n i n T a b l e I I , t h e c e l l o r p s e u d o - c e l l p a r a m e t e r s o f

C - S = H ( I I ) l i e b e t w e e n t h o s e o f j e n n i t e a n d m e t a j e n n i t e . T h eo r i g i n a l a n a l y s i s o f j e n n i t e ( 10 ) i n d i c a t e d t h a t t h i s m i n e r a lw a s a s o d i u m c a l c i u m h y d r o s i l i c a t e , b u t n e w a n a l y s e s ( 6 ) s h o wt h e c o m p o s i t i o n s t o b e a b o u t 9 C a 0 . 6 S i 0 2 . 1 1 H 2 0 f o r j e n n i t e a n d9 C a 0 o 6 S i O 2 . 7 H 2 0 f o r m e t a j e n n i t e . T h e i o n i c c o n s t i t u t i o n s

a r e p o s s i b l y C a g S i 6 0 1 8 H ) 2 ( 0 H ) 8 . 6 H 2 0 f o r j e n n i t e a n dC a g ( S i 6 0 1 8 H ) 2 ( 0 H ) 8 . 2 H 2 0 f o r m e t a j e n n i t e , a n d t h e s e f o r m u l a e

a )

b )

F I G 4

A d r e i e r k e t t e a t t a c h e dt o a c h a i n o f l i n k e dC aO 6 o c t a . h e d r a .

A s i n ( a ) , b u t w i t ho m i s s i o n o f e v e r yt h i r d t e t r a h e d r o n , t og i v e a s u c c e s s i o n o fS i 2 0 7 g r o u p s .


9/11

Vo l . 6 No. 5 675CALCIUM SILICATE HYDRATE JEN NITE

c o r r e s p o n d t o t h e p s e u d o - c e l l c o n t e n t s i n e a c h c a s e . W h i l et h e c r y s t a l s t r u c t u r e s h a v e n o t b e e n d e t e r m i n e d , i t i s c l e a rt h a t b o t h j e n n i t e a n d m e t a j e n n i t e h a v e l a y e r s t r u c t u r e s w i t hl a y e r s p a r a l l e l t o ( 0 0 1 ) , a n d p r o b a b l e t h a t i n b o t h t h e r e a r ec o r r u g a t e d l a y e r s o f c o m p o s i t i o n [ C a s ( S i 6 0 1 8 H ) 2 ( 0 H ) 8 . 2 H 2 0 1 2 - ,b e t w e e n w h i c h o c c u r a d d i t i o n a l C a 2 + i o n s a n d , i n j e n n i t e ,w a t e r m o l e c u l e s . T h e s i l i c a t e a n i o n s a r e a l m o s t c e r t a i n l ym e t a s i l i c a t e c h a i n s o f t h e d r e i e r k e t t e t y p e , t h a t i s , o n e s t h a ta r e k i n k e d s o a s t o r e p e a t a t i n t e r v a l s o f t h r e e t e t r a h e d r a( F i g . 4 a ) . T h e c r y s t a l s a r e l a t h s w i t h l e n g t h p a r a l l e l t o ba n d c l e a v a g e p a r a l l e l t o ( 0 01 ) .

T h e p r e s e n t r e s u l t s f o r C - S - H ( I I ) c a n b e t e n t a t i v e l ye x p l a i n e d b y a s s u m i n g t h a t t h i s p h a s e h a s a s t r u c t u r e s i m i l a rt o t h a t o f j e n n i t e b u t i n w h i c h a s u b s t a n t i a l p r o p o r t i o n o f t h es i l i c a t e c h a i n s a r e r e p l a c e d b y p y r o s i l i c a t e g r o u p s t h r o u g ho m i s s i o n o f t e t r a h e d r a ( F ig . 4b ) , p r o b a b l y i n a l a r g e l y r a n d o mw a y . T h i s w o u l d e x p l a i n q u a l i t a t i v e l y t h e n a t u r e o f t hes i l i c a t e a n i o n s f o u n d c h e m i c a l l y , t h e p o o r c r y s t a l l i n i t y , a n dt h e r e d u c e d a n d s o m e w h a t i r r e g u l a r l a y e r t h i c k n e s s . T h e c e l lg i v e n i n T a b l e I I i s p r o b a b l y a t r u e r a t h e r t h a n a p s e u d o - c e l l ,s i n c e d i s o r d e r i n t h e s i l i c a t e p a r t s o f t h e s t r u c t u r e w o u l d b ee x p e c t e d t o d e s t r o y t h e 7 . 3 A p e r i o d i c i t y i n t h e b - d i r e c t i o n .I f t h i s h y p o t h e s i s i s a c c e p t e d , t h e g e n e r a l f o r m u l a o f C - S - H ( I I )c a n p e r h a p s b e w r i t t e n a s C a ~ ( S i 3 0 9 H ) 2 x ( S i 2 0 7 H ) 2 ~ _ x ) ( 0 H ) 8 . m H 2 0w h e r e 0 < x < 1, o r 9 C a 0 . 4 - 6 S i 0 2 . n H 2 0 ; f o r t h e ~ ' p r e s e n ts p e c i m e n , x i s a b o u t 0 . 2 . T h e w a t e r c o n t e n t i s i n d e f i n i t e ;i t d e p e n d s o n d r y i n g c o n d i t i o n s , a n d p o s s i b l y a l s o o n x .F o r t h e p r e s e n t s p e c i m e n , a f t e r e q u i l i b r a t i o n w i t h s a t u r a t e d

a q u e o u s C a C g 2 a t a b o u t 1 5 C , m w a s a b o u t 9 ( n ~ 3 . 2 ) . I f ,a s w i t h j e n n i t e , 2 m o l e c u l e s o f w a t e r , i n a d d i t i o n t o t h e O Hg r o u p s , a r e e s s e n t i a l t o t h e s t r u c t u r e , t h e d e h y d r a t i o n p r o d u c to b t a i n e d a t 2 0 0 C w o u l d h a v e m = 2 , m a k i n g H 2 0 / C a a b o u t 0 . 8 ,w h i c h a g r e e s w i t h t h e o b s e r v e d r e s u l t . O f t h e S i i n t h ep r e s e n t s p e c i m e n , a b o u t 73 w o u l d be p r e s e n t a s p y r o s i l i c a t ea n d t h e r e s t a s m e t a s i l i c a t e c h a i n s , w h i c h a l s o a g r e e s w i t hw h a t w a s f o u n d .

T h e t h e r m a l b e h a v i o u r r e s e m b l e s t h a t o f j e n n i t e i n s o m er e s p e c t s , b u t t h e r e a r e a l s o m a r k e d d i f f e r e n c e s . T h e g e n e r a lf o r m o f t h e T G c u r v e , i f e x p r e s s e d a s a p l o t o f H 2 0 : C a a g a i n s tt e m p e r a t u r e , i s s i m i l a r t o t h a t o f j e n n i t e ( I 0 ) , a s i s t h ef o r m a t i o n o f p o o r l y c r y s t a l l i n e m a t e r i a l a t a r o u n d 4 0 0 C a ndt h e e v e n t u a l f o r m a t i o n o f ~ - C 2S . T h e b e h a v i o u r b e l o w 2 0 0 Ci s m a r k e d l y d i f f e r e n t , l o s s o f m o l e c u l a r w a t e r i n j e n n i t e b e i n ga c c o m p a n i e d b y u n i d i m e n s i o n a l l a t t i c e s h r i n k a g e t o g i v e m e t a -j e n n i t e , w h e r e a s i n C - S - H ( I I ) i t i s n o t . H o w e v e r , i n t h es o m e w h a t s i m i l a r c a s e o f t o b e r m o r i t e r e l a t i v e l y m i n o r s t r u c t u r -a l d i f f e r e n c e s c a n d e t e r m i n e w h e t h e r o r n o t l o s s o f i n t e r l a y e rw a t e r i s a c c o m p a n i e d b y l a t t i c e s h r i n k a g e ( 11 ) a n d t h i s a p p e a r st o a p p l y a l s o t o s t r u c t u r e s o f t h e j e n n i t e f a m i l y . C - S - H ( I I )a n d j e n n i t e a l s o d i f f e r i n t h e i r h i g h - t e m p e r a t u r e b e h a v i o u r i nt h a t j e n n i t e g i v e s w o l l a s t o n i t e a s w e l l a s ~ - C 2 S ; t h i s i s d u et o th e l o w e r C / S r a t i o .

J e n n i t e 2 T o b e r m o r i t e , C - S - H ( I I ) ~ a n d C - S - H ( I )

A l t h o u g h t h e s t r u c t u r e s o f j e n n i t e a n d t o b e r m o r i t e a r eq u i t e d i s t i n c t , t h e r e a r e i m p o r t a n t r e s e m b l a n c e s . B o t h h a v e


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676 V ol. 6 No. 5J. A . Gard H. F. W. T ay lo r

l a y e r s t r u c t u r e s i n w h i c h n e g a t i v e l y c h a r g e d c a l c i u m h y d r o -s i l i c a t e l a y e r s a l t e r n a t e w i t h a d d i t i o n a l C a 2 + i o n s a n d w a t e rm o l e c u l e s , a n d i n b o t h s t r u c t u r e s t h e s i l i c a t e i o n s a r ed r e i e r k e t t e n . H o w e v e r , i n t o b e r m o r i t e t h e c a l c i u m h y d r o -s i l i c a t e l a y e r s c o n t a i n o n l y C a 2 + i o n s a n d d r e i e r k e t t e nw h e r e a s i n j e n n i t e t h e y a p p e a r t o c o n t a i n a l s o O H - i o n s a n dH 2 0 m o l e c u l e s , a n d t o g e t h e r w i t h t h e d i f f e r i n g a - a x i a l l e n g t h s ,t h i s i n d i c a t e s t h a t t h e d e t a i l e d s t r u c t u r e s o f t h e l a y e r s m u s tb e e n t i r e l y d i f f e r e n t i n t h e t w o c a s e s .

C - S - H I ) i s a l m o s t c e r t a i n l y r e l a t e d t o t o b e r m o r i t e i nm u c h t h e s a m e w a y a s C - S - H I I ) i s r e l a t e d t o j e n n i t e ; t h a t i s ,t h e c r y s t a l l i n i t y i s i m p e r f e c t , e s p e c i a l l y a s r e g a r d s t h e t h i c k -n e s s o f t h e c r y s t a l s a n d p e r i o d i c i t y i n t h e c - d i r e c t i o n , a n dt h e d r e i e r k e t t e n t e n d t o b e b r o k e n u p i n t o s m a l l e r u n i t s b yo m i s s i o n o f t e t r a h e d r a , w i t h a c o n s e q u e n t i n c r e a s e i n C / S r a t i o .

C - S - H I I ) c a n e a s i l y b e d i s t i n g u i s h e d f r o m C - S - H I ) o rt o b e r m o r i t e i n e l e c t r o n d i f f r a c t i o n p a t t e r n s b y t h e p o s i t i o n so f t h e s t r o n g e r r e f l e c t i o n s . C r y s t a l s o f t o b e r m o r i t e o rC - S - H I ) l y i n ~ o n 0 0 1 ) g i v e s t r o n g r e f l e c t i o n s o f a p p r o x i m a t es p a c i n g s 2 . 8 A w i t h k = 0 a n d 3 . 0 5 - 3 0 8 A w i t h k = 1 , w h e r e a st h o s e o f C - S - H I I ) g i v e ~ t r o n g r e f l e c t i o n s a t a b o u t 3 . 0 9 A w i t hk = 0 a n d 2 . 8 5 a n d 2 . 9 4 A w i t h k o = I F i g . I c ) . A l l g i v e as t r o n g r e f l e c t i o n a t a b o u t 1 . 8 3 A w i t h k = 2 .

R e l a t i o n s h i p t o t h e C - S - H o f C e m e n t P a s t e s

I t s e e m s l i k e l y , t h o u g h n o t c e r t a i n , t h a t t h e f i b r o u sC - S - H p a r t i c l e s o f c e m e n t o r c a l c i u m s i l i c a t e p a s t e s b e l o n g t o

t h e s a m e f a m i l y a s j e n n i t e a n d C - S - H I I ) , b u t t h a t t h e y a r e e v e nl e s s c r y s t a l l i n e t h a n C - S - H I I ) . T h i s v i e w i s b a s e d m a i n l y o nt h e i r c o n d i t i o n s o f f o r m a t i o n , m o r p h o l o g y , a n d p r o b a b l ec o m p o s i t i o n t o g e t h e r w i t h o b s e r v a t i o n s t h a t s u b s t a n t i a l a m o u n t so f p y r o s i l i c a t e a r e f o r m e d i n t h e e a r l i e r s t a g e s o f c e m e n th y d r a t i o n 1 2 ) . T h e C - S - H o f c e m e n t a n d c a l c i u m s i l i c a t ep a s t e s g i v e s w e a k a n d d i f f u s e o X - r a y p o w d e r p a t t e r n s w i t h b a n d sa t 2 . 8 - 3 . 1 A a n d a b o u t 1 . 8 A , w h i c h i s c o m p a t i b l e w i t h t h i sv i e w . F e w e l e c t r o n d i f f r a c t i o n p a t t e r n s o f f i b r e s f r o mp a s t e s h a v e b e e n r e p o r t e d , b u t C o p e l a n d e t a l . 1 3 ) r e c o r d e da p a t t e r n f r o m a f i b r e f r o m a n a l i t e p a s t e t h a t a s p o i n t e d o u tb y T a y l o r , 1 4) i n d i c a t e d a s t r u c t u r a l r e l a t i o n t o j e n n i t e .T h i s p a t t e r n i s e s s e n t i a l l y s i m i l a r t o t h o s e f o u n d b y u s f o rC - S - H I I ) , t h o u g h w e a k e r a n d l e s s c l e a r l y d e f i n e d . P a t t e r n sr e p o r t e d b y G r u d e m o 3 ) f o r f i b r e s f r o m p a s t e s s h o w e d s t r g n gp e a k s a t 1 . 8 3 A w i t h k = 2 a n d w e a k e r o n e s a t a b o u t 2 . 9 5 Aw i t h k = 0 a n d w i t h k = 1 ; w h i l e n o t c l e a r l y i n d i c a t i v e o fC - S - H I I ) , t h e s e a r e a t l e a s t a s c l o s e t o t h o s e t o t h i s p h a s ea s t h e y a r e t o o n e s o f C - S - H I ) o r t o b e r m o r i t e .

M u c h o f t h e m a t e r i a l i n c e m e n t p a s t e s , p a r t i c u l a r l y f o rw a t e r : c e m e n t r a t i o s b e l o w a b o u t 0 . 5 , i s p r o b a b l y o f e v e n l o w e rc r y s t a l l i n i t y t h a n f i b r e s s u c h a s t h o s e d e s c r i b e d b y t h e a b o v ew o r k e r s , a n d i t i s d o u b t f u l w h e t h e r t h e f i b r e s a r e t h e s o l e o re v e n t h e m a j o r c o n s t i t u e n t o f t h e C - S - H i n m o s t c a s e s . F o rt h i s a n d o t h e r r e a s o n s , c a u t i o n i s n e e d e d i n u s i n g t h e p r e s e n tr e s u l t s f o r C - S - H I I ) a s a b a s i s f o r a n y a t t e m p t t o e x p l a i n t h ep r o p e r t i e s o f c e m e n t p a s t e . T h i s a p p l i e s i n p a r t i c u l a r ~ o t h ec o n d i t i o n s u n d e r w h i c h w a t e r i s g a i n e d o r l o s t , a n d w h e t h e r o rn o t c h a n g e s i n w a t e r c o n t e n t a f f e c t t h e l a y e r t h i c k n e s s .


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Vol. 6 No. 5 677CALCIUM SILICATE HYDRATE JENNITE

A c k n o w l e d g e m e n t s

W e t h a n k P r o f e s s o r S. B r u n a u e r C l a r k s o n C o l l e g e ofT e c h n o l o g y , U . S . A . ) f o r t h e s p e c i m e n , G . C l i f f U n i v e r s i t y o fM a n c h e s t e r , E n g l a n d ) f o r t h e e l e c t r o n m i c r o s c o p e m i c r o a n a l y s i s ,a n d P r o f e s s o r W. W i e k e r I n s t i t u t f ur A n o r g a n i s c h e C h e m i e ,B e r l i n , G . D . R . ) a n d D r. S . A .S . E 6 - H e m a l y N a t i o n a l R e s e a r c hC e n t r e , C a i r o , E g y p t ) f o r t h e s t u d i e s o n s i l i c a t e a n i o n t y pe .

R e f e r e n c e s

I. H o F . W. Ta y l o r , J . C h e m . S o c . L o n d . ) 3 6 8 2 1 9 5 0 )

2 . S. B r u n a u e r a n d S . A. G r e e n b e r g , P r o c . 4 t h I n t . S y m p . C h e m .C e m e n t , Wa s h i n g t o n , 1 9 60 , ~ , 1 3 5 1 9 6 2 ) .

3 . A . G r u d e m o , P r o c . 4 t h . I n t . S y m p . C h e m . C e m e n t , Wa s h i n g t o n ,

1 9 6 0 , ~ , 6 1 5 1 9 6 2 ) .4 . G . C l i f f , J .A . G a r d , G . W. L o r i m e r a n d H . F . W. Ta y l o r ,

M i n e r . M a g . 4 0 , 1 1 3 1 9 7 5 ) .

5 . J . H . L u c a s , P r o c . 7 th . I n t . C o n f . E l e c t r o n M i c r o s c . ~, 1 59(1970).

6. J . A . G a r d , H . F . W. Ta y l o r , G. C l i f f a n d G . W. L o r i m e r ,i n p r e p a r a t i o n .

7. W. W i e k e r a n d D . H o e b b e l , Z . a n o r g , a l l g . C h e m . ~ 6 6 , 1 3 91969).

8 . E . T h i l o , W. Wi e k e r a n d H . S t a d e , Z . a n o r g , a l l g . C h e m .

3 4 0 , 2 6 1 1 9 6 5 ) .9 . J . G S t z a n d C . R . M a s s o n , J . C h e m . S o c. A L o n d . ) , 6 8 6

(1971).10. A . B . C a r p e n t e r , R . A . C h a l m e r s , J . A . G a r d a n d H . F . W. Ta y l o r ,

A m e r . M i n e r a l . 5 1, 5 6 1 9 6 6 ) .

1 1. J . A o G a r d a n d H . F. W. Ta y l o r , M i n e r . M a g . 3 1, 3 6 1 1 9 5 7 ) .

12. C . W. L e n t z , P r o c . S ym p . S t ru c . P o r t l a n d C e m e n t P a s t e a n dC o n c r e t e , U . S . H i g h w a y R e s . B o a r d , 2 6 9 1 9 6 6 ).

13 . L . E . C o p e l a n d , E . B o d o r , T. N . C h a n g a n d C . H . We i s e ,J . P . C . A . R e s . a n d D e v . L a b s . ~ , 6 1 1 9 6 7 ) .

14 . H . F. W. Ta y l o r , P r o c . 5 th . I n t . S y m p . C h e m . C e m e n t , To k y o ,1 9 6 8 , K , I 1 9 6 9 ) .

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