Пуццолана - Pozzolana

Пуццолан или пуццолан ( / ˌ р ɒ т ы ( ш ) ə л ɑː п ə / ПОТ -s (ш) ə- АГЛ -nə , итальянский:  [Потс (ш) Olana] ), также известный как пуццолановая зола ( латинский : pulvis puteolanus ), представляет собой природный кремнистый или кремнеземно- глиноземный материал, который реагирует с гидроксидом кальция в присутствии воды при комнатной температуре (см. пуццолановую реакцию ). В этой реакции образуются нерастворимые соединения гидрата силиката кальция и гидрата алюмината кальция, обладающие вяжущими свойствами. Название пуццолана происходит от одного из основных месторождений вулканического пепла, использовавшегося римлянами в Италии , в Поццуоли . Современное определение пуццоланы включает любой вулканический материал ( пемзу или вулканический пепел ), состоящий преимущественно из прекрасного вулканического стекла , который используется в качестве пуццолана . Обратите внимание на разницу с термином пуццолан, который не имеет отношения к конкретному происхождению материала, в отличие от пуццолана, который может использоваться только для пуццоланов вулканического происхождения, в основном состоящих из вулканического стекла .

Историческое использование

Пуццолана из вулкана Везувий , Италия

Пуццоланы, такие как земля Санторина, использовались в Восточном Средиземноморье с 500–400 до н.э. Хотя первопроходцами этого процесса были древние греки, именно римляне в конечном итоге полностью раскрыли потенциал известково-пуццолановых паст в качестве связующей фазы в римском бетоне, используемом для зданий и подводного строительства. Витрувий говорит о четырех типах пуццоланы: черном, белом, сером и красном, которые можно найти в вулканических районах Италии, таких как Неаполь . Обычно перед смешиванием с водой его очень тщательно перемешивали с известью в соотношении два к одному . Римский порт в Коза был построен из пуццоланового известкового бетона, который заливался под водой, по-видимому, с использованием длинной трубы, чтобы аккуратно укладывать его, не позволяя морской воде смешиваться с ним. Три пирса все еще видны сегодня, а подводные части в целом находятся в отличном состоянии даже спустя более 2100 лет.

Геохимия и минералогия

Основным пуццоланическим активным компонентом вулканической пемзы и золы является высокопористое стекло . Легко изменяемая или высокореактивная природа этого пепла и пемзы ограничивает их распространение в основном недавно активными вулканическими областями. К этой группе относится большинство традиционно используемых природных пуццоланов , то есть вулканическая пемза из Поццуоли , земли Санторина и несвязных частей немецкого трасса .

Химический состав пуццолана изменчив и отражает региональный тип вулканизма . SiO 2 является основным химическим компонентом, большинство неизмененных пемз и золы попадают в диапазон составов от промежуточного (52–66 мас.% SiO 2 ) до кислого (> 66 мас.% SiO 2 ) для стекловидных пород, указанных в IUGS . В качестве пуццоланов реже используются основные (45–52 мас.% SiO 2 ) и ультраосновные (<45 мас.% SiO 2 ) пирокластики . Al 2 O 3 присутствует в значительных количествах в большинстве пуццоланов, Fe 2 O 3 и MgO присутствуют только в незначительных количествах, что является типичным или более кислым типом пород. Содержание CaO и щелочей обычно невелико, но может существенно варьироваться от пуццолана до пуццолана.

Минералогический состав из неизмененных пирокластических пород в основном определяется наличием вкрапленников и химическим составом исходной магмы . Основным компонентом является вулканическое стекло, обычно присутствующее в количестве более 50 мас.%. Пуццоланы, содержащие значительно меньше вулканического стекла , такие как трахиандезит от Volvic (Франция) только с 25 мас.%, Обладают меньшей реакционной способностью . Помимо содержания стекла и его морфологии, связанных с удельной площадью поверхности , на пуццолановую активность, по- видимому, влияют также дефекты и степень деформации в стекле . Типичные ассоциированные минералы, представленные в виде крупных вкрапленников, являются членами серии твердых растворов полевого шпата плагиоклаза . В пирокластических породах, в которых щелочи преобладают над Ca, встречаются калиевые полевые шпаты, такие как санидин или альбит Na-полевые шпаты. Лейцит присутствует в богатых калием и бедных кремнеземом пуццоланах Latium . Кварц обычно присутствует в небольших количествах в кислых пуццоланах, тогда как вкрапленники пироксенов и / или оливина часто встречаются в более основных материалах. Также встречаются ксенокристы или фрагменты горных пород, включенные во время сильных извержений и отложений. Цеолит , опал CT и глинистые минералы часто присутствуют в незначительных количествах как продукты изменения вулканического стекла. В то время как цеолитизация или образование опалового CT в целом благоприятно сказывается на пуццолановой активности , образование глины отрицательно сказывается на характеристиках известково-пуццолановых смесей или смешанных цементов.

Современное использование

Пуццолана широко распространена в определенных местах и ​​широко используется в качестве добавки к портландцементу в таких странах, как Италия, Германия, Кения, Турция, Китай и Греция. По сравнению с пуццоланами, являющимися промышленными побочными продуктами, они характеризуются более широким диапазоном состава и большим разнообразием физических свойств. Применение пуццолана в портландцементе в основном контролируется наличием на месте подходящих месторождений и конкуренцией с доступными дополнительными вяжущими материалами в качестве побочных промышленных продуктов. Отчасти из-за исчерпания последних источников и обширных доступных запасов пуццолана, отчасти из-за доказанных технических преимуществ разумного использования пуццолана, их использование, как ожидается, значительно расширится в будущем.

Пуццолановая реакция

Пуццолановая реакция - это химическая реакция, которая происходит в портландцементе, содержащем пуццоланы . Это основная реакция на римский бетон, изобретенный в Древнем Риме . В основе пуццолановой реакции лежит простая кислотно-основная реакция между гидроксидом кальция (в виде портландита ) и кремниевой кислотой .

Смотрите также

Рекомендации

  • Cook DJ (1986) Натуральные пуццоланы. В: Swamy RN, Editor (1986) Cement Replacement Materials , Surrey University Press, p. 200.
  • Макканн AM (1994) «Римский порт Коза» (273 г. до н.э.), журнал « Scientific American», «Древние города» , стр. 92–99, автор - Анна Маргерит Макканн. Покрытия из гидробетона из «Пуццоланового раствора» и 5 опор гавани Коза , маяк на причале 5, схемы и фотографии. Высота портового города: 100 г. до н.э.
  • Снеллингс Р., Мертенс Г., Элсен Дж. (2012) Дополнительные вяжущие материалы. Обзоры по минералогии и геохимии 74: 211–278.