同じCSHでも、“ふんわり”したものと“みっちり”したものがある。この直感をはじめて体系化し、吸着データや比表面積、空隙量と矛盾なく結びつけたのが、Tennis & Jennings のLD/HD（二相）モデルです。2000年の論文は、硬化セメントペーストに生成するCSHを**低密度（LD）と高密度（HD）という二つの“状態”として整理し、密度・窒素アクセス可能なゲル空隙・比表面積を一貫して予測できる枠組みを提示しました。Powers–Brownyardが描いた「水と空隙の収支」を、“CSHの詰まり具合”**というミクロの目盛りで語り直した、と言い換えてもよいでしょう。
1. 何を提案したのか——“同じCSHでも状態が違う”という発想
LD/HDモデルは、CSHを異なる化学式の別相としてではなく、同じ化学的骨格をもつが“詰まり具合”と内部空隙のアクセス性が異なる二つの状態として扱います。
- LD-CSH：生成初期に広い空間（粒子間）で析出・凝集し、窒素が入り得るゲル空隙を多く抱えた疎なネットワーク。比表面積は大きく、乾燥や荷重に敏感。
- HD-CSH：粒子内部や狭い空間で成長して緻密化した状態。外部から窒素が入れない空隙が増え、比表面積は相対的に小さく、力学的には硬い。
この二相の比率は、**w/c、反応度、生成が“どこで”進むか（内・外生成物）**に影響されます。結果として、同じ固形成分量でも“詰まり具合”次第で吸着量・空隙率・弾性の見え方が変わる、という整理が可能になります。
2. どのデータとつながるのか——吸着・表面積・空隙を一本に
当時の実験現場では、窒素吸着等温線、BET比表面積、**MIP（水銀圧入）**など、手法ごとに見えるものがバラバラでした。LD/HDモデルは、
- “窒素が入れる空隙”＝LD寄りの領域、
- “窒素が入れないが水は存在し得る空隙”＝HD寄りの領域、
という見方を導入して、吸着量・表面積・空隙率の数字を二相の配分として一枚の地図に載せ替えました。これにより、配合や養生で吸着曲線がどう変わるかが因果の言葉で説明でき、後年の等温線解釈（CM-II）やナノインデンテーションの弾性分布とも自然につながっていきます。
3. “内生成物”と“外生成物”——どこで育つかが性格を決める
水和生成物がセメント粒子内部の空隙を埋めながら育つと、空間制約によってHD化が進みます。逆に、粒子の外側の広い空間で析出・凝集すると、LD寄りになりやすい。つまり、**反応の舞台（内か外か）がCSHの“詰まり具合”**を方向づけます。若材齢の養生で“水を逃さない”ことがLD偏重を抑え、**長期的な緻密化（densification）**に橋をかけるのは、この視点に立つと腑に落ちます。
4. 収縮・クリープ・浸透抵抗への示唆
LDは可逆的な水の出入りと表面力の影響を受けやすく、乾燥収縮やクリープに強く反応する傾向があります。HDは弾性が高く、長期の寸法安定や弾性率の底上げに寄与しやすい。塩化物やCO₂の移動も、連結した“アクセス可能空隙”の多寡に敏感です。したがって、配合と養生でLD→HDの進行を後押しできれば、収縮感度を抑えつつ耐久を底上げできる可能性が見えてきます。
5. その後の検証と拡張——“二山の弾性”と“固体密度”
2004年にはナノインデンテーションが、CSHの弾性分布に二峰性（バイモーダル）が現れることを示し、“柔らかめ（LD寄り）／硬め（HD寄り）”の二群を力学的に裏づけました。2007年には非乾燥状態でCSHの固体密度が直接決まり、“化学量—密度—表面”の整合が進みます。さらにコロイドモデル（2004/2008）は、CSHをグロビュールの凝集体として描き、LD/HDという“詰まり具合”を粒子集合の物理に落とし込みました。こうして、二相という設計図は、弾性・密度・吸着の三面図へ広がっていきます。
6. 一般読者の直観——“綿あめ”と“キャラメル”
同じ砂糖でも、空気を含ませれば綿あめのようにふわふわ（＝LD）、加熱して押し固めればキャラメルのようにぎゅっと（＝HD）。材料の“味”（化学）は同じでも、詰まり方と空隙の通り道が違えば**噛みごたえ（弾性）も溶け方（浸透）**も変わる——LD/HDは、そんなイメージです。
7. 研究の入口に立つ人へ——どう測り、どう同定するか
LD/HDを自分の試料で見分けたいなら、
- 等温線（N₂吸着）でアクセス可能空隙と比表面積を押さえ、
- ナノインデンテーションで弾性分布の二峰性を探り、
- 非乾燥での密度決定やSAXS/SANSで**固形成分と“見えない空隙”**を補い、
- 29Si NMRと合わせて、C/S比—鎖長（Q¹/Q²）—密度の整合をとる、
という“複式簿記”が有効です。重要なのは、乾燥前処理の影響を最小化し、同一バッチで複数手法を突き合わせること。そうすれば、二相モデルが連続的な密度分布に重なる様子まで見えてきます。
8. 実務への翻訳——LD/HDを“設計変数”にする
- 配合：過度な高 w/c はLD偏重を招きやすい。減水剤で水を絞り、粒度設計で外側の空間（外生成物域）の“余白”を整える。
- 養生：若材齢に水を逃さない（湿潤・内部養生）と、HD化が進みやすい。早期乾燥はLDを固定化し、収縮・浸透の感度を上げやすい。
- 混和材：シリカフュームや高炉スラグは長期の緻密化を促す一方、若材齢の自己乾燥に注意。内部養生とセットで“LD→HD”の道筋を作る。
“強度を上げる＝セメントを増やす”ではなく、**“CSHの詰まり具合を育てる”**という視点が加わると、同じ材料でも到達点が変わります。
9. 限界と誤解を避けるポイント
LD/HDは二つの箱に世界を分ける近似モデルです。実態は連続的な密度スペクトルであり、配合・温度・時間で滑らかに移ろいます。二相の境界は手法依存で、窒素が入れるかどうか、インデンテーションの解析窓の大きさなどで見え方が変わります。**“LD＝悪、HD＝善”**でもありません。重要なのは、目標性能に対して、どの指標（収縮・弾性・浸透）をどちら側に寄せるかをはっきり決め、養生と配合でそこへ誘導することです。
10. まとめ——“詰まり具合”という設計言語
Tennis & Jennings のLD/HDモデルは、CSHを詰まり具合の違いで語る設計言語を私たちに与えました。吸着・表面積・空隙・弾性という別々の計測結果を、二相の配分という一つの座標に載せられる。その地図が、後のナノ顆粒力学やコロイドモデル、非乾燥密度測定と自然に接続し、配合—養生—性能の会話をスムーズにしています。
次回は、この二相の“力学的な顔つき”を明らかにした研究へ。**2004｜Constantinides & Ulm：二相CSHの弾性（ナノインデンテーション）**に進みます。
参考文献
- Tennis, P. D., & Jennings, H. M. (2000). A model for two types of C–S–H in the microstructure of Portland cement pastes. Cement and Concrete Research, 30(6), 855–863. DOI: https://doi.org/10.1016/S0008-8846(00)00257-X ／ Publisher: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S000888460000257X サイエンスダイレクト
- Constantinides, G., & Ulm, F.-J. (2004). The effect of two types of C–S–H on the elasticity of cement-based materials: Results from nanoindentation and micromechanical modeling. Cement and Concrete Research, 34(1), 67–80. DOI: https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00230-8 ／ Publisher: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008884603002308 サイエンスダイレクトBohrium
- Jennings, H. M. (2004). Colloid model of C–S–H and implications to the problem of creep and shrinkage. Materials and Structures, 37(1), 59–70. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02481627 ／ SpringerLink: https://link.springer.com/article/10.1007/BF02481627 スプリンガーリンク
- Allen, A. J., Thomas, J. J., & Jennings, H. M. (2007). Composition and density of nanoscale calcium–silicate–hydrate in cement. Nature Materials, 6(4), 311–316. DOI: https://doi.org/10.1038/nmat1871 ／ PubMed: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17384634/ ／ Author PDF: https://www.civil.northwestern.edu/people/thomas/pdf/Allen_CSHContrast_NM_2007.pdf PubMedNorthwestern Civil Engineering
- Richardson, I. G. (2004). Tobermorite/jennite- and tobermorite/calcium hydroxide-based models for the structure of C–S–H. Cement and Concrete Research, 34(9), 1733–1777. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.05.034 ／ ScienceDirect: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008884604002364 サイエンスダイレクト