Structuur blijkt minder kristallijn dan gedacht

De moleculaire structuur van calciumsilicaathydraat, de belangrijkste component van cement, is gedeeltelijk kristallijn en gedeeltelijk amorf. Alleen op basis van die aanname kun je de specifieke eigenschappen van cement afdoende verklaren, zo opperen onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technnology deze week in PNAS.

De voorgestelde structuur volgt uit computersimulaties van een gasthoogleraar, de Fransman Roland Pellenq. Volgens co-auteur Franz-Josef Ulm is het zoiets als ‘het DNA van cement’.

Vrij algemeen werd aangenomen dat cementhydraat puur kristallijn was, en qua structuur sterk leek op het zeldzame mineraal tobermoriet. Dat bestaat uit afwisselende laagjes van calciumoxide en silica, waarbij dat laatste materiaal is geordend als ketens van zogeheten siliciumtetraëders.

Het nieuwe model suggereert nu dat elk derde tetraëdertje in de keten verdraaid zit. Hierdoor ontstaat ruimte in de structuur, en kunnen extra watermoleculen worden geabsorbeerd die vervolgens vast deel van de structuur gaan uitmaken. Omdat die structuur niet geheel kristallijn is, is hij ook een beetje te vervormen en kan dardoor veel meer spanning opnemen dan je zou verwachten.

Het verklaart dat cement sterker wordt wanneer je water toevoegt, terwijl tobermoriet er juist door wordt verzwakt.

Overigens is niemand is er ooit in geslaagd om op moleculair niveau metingen aan cementhydraat te doen. Zelfs de exacte dichtheid (2,6 g/cm3) en de juiste verhouding tussen de componenten ((CaO)1.65(SiO2)(H2O)1.75) zijn pas kortgeleden opgehelderd. Die waarden blijken intussen essentieel voor de structuur; zodra je ze ook maar een beetje verandert, klopt het hele model niet meer.

bron: MIT