CSH（カルシウムシリケート水和物）は、コンクリートの強さや耐久を決める主役でありながら、長らく「アモルファスっぽいゲル」として曖昧に扱われてきました。2010 年、Skinner らは **X 線トータルスキャタリング（総散乱）＋ペア分布関数（PDF）を用いて、CSH の局所構造は驚くほど秩序立ち、しかし遠くへ行くほど乱れが勝つという“二面性”を、数式とデータでくっきり可視化しました。結晶でも完全なガラスでもない――「ナノ結晶性」**という言葉が、その後の CSH 議論に定着する決定打になった論文です。
なぜ「総散乱」なのか：結晶学の目盛りでは見えない領域
粉末 XRD は、整然とした長距離秩序（LRO）に敏感です。しかし CSH のようにナノサイズの秩序と厚い“乱れ”が混在する物質では、回折線はにじみ、従来の解析では“見えない”部分が多すぎました。トータルスキャタリングは、回折（ブリッグスピーク）と散漫散乱の両方を測り込み、PDF＝原子—原子距離の分布へフーリエ変換して実空間の相関を見る手法です。
PDF では、たとえば1.6 Å 付近のピークが Si–O、2.4 Å 付近が Ca–O といった具体的な結合として現れ、数 nm までの秩序がどこまで続くかがそのまま“見えます”。この**“距離で語る視点”が、CSH を「曖昧なゲル」から定量的な構造像**へと引き上げました。
PRL 論文の核心：トバモライト様の近距離秩序＋乱れた長距離
Skinner らは高エネルギー X 線でセメント硬化体の総散乱をとり、PDF を解析しました。結果は明快で、近距離（数 Å〜数 nm）ではトバモライトに似た層状のシリケート鎖と Ca 配位が支配し、一方で中距離以降は特徴が急速に減衰していく。
言い換えれば、“結晶の手触り”を持ちながら、少し離れると“ガラスのぼやけ”が勝つ――これが CSH の素顔です。以後の研究では、PDF のSi–O と Ca–O の相対強度やピークの広がりを手掛かりに、Ca/Si の変化や時効による鎖の切れ方が読み解かれるようになりました。総散乱は、“何に似ているか”の比喩から**“どの結合がどれだけあるか”の数字**へと議論を一段引き上げたのです。
何が“それまで”と違ったのか：モデルとデータの橋渡し
PRL の発表時点で、CSH にはT/J 混成（トバモライト／ジェンナイト参照）やコロイドモデル（グロビュールの凝集）、ナノ顆粒（nanogranular）力学など複数の言語が並立していました。総散乱はその間に**共通の“翻訳機”を提供します。
近距離の PDF は層状モチーフ（T/J）を裏づけ、ピークの減衰はグロビュールのサイズやタービュストラティック（層のずれ）を示唆し、広がり具合は接触ネットワークの育ち（LD/HD の違い）**と符合する。さらに、非乾燥で決まった CSH 固体密度（2007）や実在的原子モデル（2009）と数字合わせが可能になり、化学—物理—力学の三者が同じ定規で会話できるようになりました。
研究・実務への効き目：指標が“測れる”ようになった
大づかみに見れば、PDF から得られる二つの実用的な示唆が重要です。
第一に、近距離秩序の保ち方は配合と養生に敏感です。若材齢の湿潤・内部養生は鎖の切断や通路の急激な開閉を抑え、ピークの幅（＝乱れ）を小さく保つ方向に働きます。急激な乾燥や加熱は逆に乱れを増やし、等温線のヒステリシスや不可逆収縮と響き合います。
第二に、Ca/Si の移動が PDF のSi–O と Ca–O の相対強度に映るため、混和材の置換や Na/Mg/Al などの取り込みが骨格のどこを揺らすのかを、同一バッチの比較で読み出せます。これは熱力学モデリングが描く相平衡や29Si MAS NMRが示す鎖長の変化と突き合わせるのに最適です。**“複式簿記”**の一角として PDF を置く発想が、ここから定着しました。
一般読者の直観：すりガラスの“触感”
すりガラスは表面近くでは確かな手触り（秩序）がありますが、遠くを見ると像がぼやけます。CSH も同じ。手元の数ナノメートルはトバモライトの手触りがあり、そこから先は乱れが支配する。だからこそ強さと柔らぎを同時に持ち、水やイオンにも応答できる。総散乱は、この“触感”を距離の関数として測りとり、設計や診断が使える言葉に置き換えました。
その後の展開：定性的から“定量 PDF”へ
2011 年以降、PDF はレビューと実験作法の整理を経て、定量解析（クォンティタティブ PDF）へ進化します。Ca/Si の上昇で Si の橋かけ四面体が系統的に抜ける、短時間では“層状の筋”が 2 nm 程度まで、長期ではやや延びる、高い Ca/Si では CH（ポルトランダイト）の寄与が現れる――といった“流儀の一致”が積み上がりました。炭酸化や塩害のその場観察（in situ PDF）も登場し、「劣化が何をどこから壊すのか」が距離ごとに語れるようになります。
この流れは、原子モデルの検証や機械学習の特徴量設計にも波及し、PDF のピーク強度や減衰長が構造指標として使われる時代へとつながります。
まとめ
2010 年の PRL は、CSH を“距離”で語るための基準点を与えました。近距離は秩序、長距離は乱れ――この一行が、T/J 混成・コロイド・ナノ顆粒・原子モデル・熱力学を同じ紙面にのせ、以後の定量 PDF・その場測定を加速させたのです。
次回は 2011｜Scrivener–Nonat：水和メカニズム総説に寄り道し、装置・化学・速度論の“共通語”を押さえたうえで、2013–2017 年の定量 PDF と C–S–H 鎖の議論へと踏み込みます。
参考文献
- Skinner, L. B., Chae, S. R., Benmore, C. J., Wenk, H.-R., & Monteiro, P. J. M. (2010). Nanostructure of calcium silicate hydrates in cements. Physical Review Letters, 104(19), 195502. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.195502 ／ Publisher: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.104.195502 ／ PubMed: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20866975/ Physical Review+1
- Meral, C., Benmore, C. J., & Monteiro, P. J. M. (2011). The study of disorder and nanocrystallinity in C–S–H, supplementary cementitious materials and geopolymers using pair distribution function analysis. Cement and Concrete Research, 41(7), 696–710. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.03.027 ／ ScienceDirect: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008884611001037 サイエンスダイレクト
- Grangeon, S., Fernandez-Martinez, A., Baronnet, A., et al. (2017). Quantitative X-ray pair distribution function analysis of nanocrystalline calcium silicate hydrates: a contribution to the understanding of cement chemistry. Journal of Applied Crystallography, 50(Pt 1), 14–21. DOI: https://doi.org/10.1107/S1600576716017404 ／ Open (PMC): https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5294392/ PMC
- Scrivener, K. L., & Nonat, A. (2011). Hydration of cementitious materials, present and future. Cement and Concrete Research, 41(7), 651–665. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.03.026 ／ Publisher: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008884611001025