Пуццолана или пуццуолана ( / ˌ p ɒ t s ( w ) ə ˈ l ɑː n ə / POT -s(w)ə- LAH -nə , итальянский: [potts(w)oˈlaːna] ), также известный как пуццолановый ясень ( лат. : pulvis puteolanus ), природный кремнистый или кремнеземисто- глиноземистый материал, реагирующий с гидроксидом кальция в присутствии воды при комнатной температуре (ср. пуццолановая реакция ). В этой реакции образуются нерастворимые соединения гидрата силиката кальция и гидрата алюмината кальция, обладающие цементирующими свойствами. Название пуццолана происходит от одного из основных месторождений вулканического пепла, использовавшегося римлянами в Италии , в Поццуоли . Современное определение пуццолана включает в себя любой вулканический материал ( пемзу или вулканический пепел ), преимущественно состоящий из тонкого вулканического стекла , который используется в качестве пуццолана . Обратите внимание на разницу с термином «пуццолан», который не имеет никакого отношения к конкретному происхождению материала, в отличие от термина «пуццолан», который может использоваться только для пуццоланов вулканического происхождения, состоящих в основном из вулканического стекла .
Пуццоланы, такие как санторинская земля, использовались в Восточном Средиземноморье с 500–400 гг. до н.э. Хотя пионерами стали древние греки, именно римляне в конечном итоге полностью развили потенциал известково-пуццолановых паст в качестве связующей фазы в римском бетоне, используемом для строительства зданий и подводных сооружений. Витрувий говорит о четырех типах пуццоланы: черной, белой, серой и красной, все из которых можно найти в вулканических районах Италии, таких как Неаполь . Обычно его очень тщательно смешивали с известью в соотношении два к одному непосредственно перед смешиванием с водой. Римский порт в Косе был построен из пуццолано-известкового бетона, который заливали под воду, по-видимому, используя длинную трубу, 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 чем 2100 лет.
Основным пуццоланически активным компонентом вулканических пемз и пеплов является высокопористое стекло . [1] Легко изменяющаяся или высокореактивная природа этих пеплов и пемз ограничивает их появление в основном недавно активными вулканическими областями. К этой группе принадлежит большая часть традиционно используемых природных пуццоланов , то есть вулканическая пемза из Поццуоли , земли Санторина и бессвязные части немецкого трасса .
Химический состав пуццоланы изменчив и отражает региональный тип вулканизма . Поскольку SiO 2 является основным химическим компонентом, большинство неизмененных пемз и зол попадают в диапазон состава от промежуточного (52–66 мас. % SiO 2 ) до кислого (>66 мас. % SiO 2 ) для типов стеклообразных пород, определенных IUGS . Реже в качестве пуццоланов используются основная (45–52 мас. % SiO 2 ) и ультраосновная (<45 мас. % SiO 2 ) пирокластика . Al 2 O 3 присутствует в значительных количествах в большинстве пуццоланов, Fe 2 O 3 и MgO присутствуют лишь в незначительных пропорциях, как и в типичных или более кислых типах пород. Содержание CaO и щелочей обычно умеренное, но может существенно варьироваться от пуццолана к пуццолану.
Минералогический состав неизмененных пирокластических пород определяется главным образом наличием вкрапленников и химическим составом материнской магмы . Основным компонентом является вулканическое стекло, обычно присутствующее в количествах более 50% масс. Пуццоланы, содержащие значительно меньше вулканического стекла , такие как трахиандезит из Вольвика (Франция) всего с 25 мас.%, менее реакционноспособны . [2] Помимо содержания стекла и его морфологии, связанной с удельной поверхностью , на пуццолановую активность, по-видимому, влияют также дефекты и степень деформации стекла . [3] Типичные сопутствующие минералы, присутствующие в виде крупных вкрапленников, относятся к серии твердых растворов полевого шпата плагиоклаза . В пирокластических породах , в которых щелочи преобладают над Ca, встречаются калишпаты типа санидина или альбита, натрий-полевой шпат [4] . Лейцит присутствует в богатых калием и бедных кремнеземом Latium пуццоланах. Кварц обычно присутствует в небольших количествах в кислых пуццоланах, тогда как пироксены и/или вкрапленники оливина часто встречаются в более основных материалах. Также встречаются ксенокристаллы или фрагменты горных пород, образовавшиеся во время сильных извержений и отложений. Цеолит , опал CT и глинистые минералы часто присутствуют в незначительных количествах как продукты изменения вулканического стекла. Хотя цеолитизация или образование опала CT в целом благоприятны для пуццолановой активности , образование глины оказывает неблагоприятное воздействие на характеристики известково-пуццолановых смесей или смешанных цементов.
Пуццолана широко распространена в определенных местах и широко используется в качестве добавки к портландцементу в таких странах, как Италия, Германия, Кения, Уганда, Турция, Китай и Греция. По сравнению с пуццоланами, побочными промышленными продуктами, они характеризуются более широким диапазоном состава и большей изменчивостью физических свойств. Применение пуццолана в портландцементе в основном контролируется наличием подходящих месторождений на местном уровне и конкуренцией с доступными дополнительными вяжущими материалами в виде побочных продуктов промышленности. Отчасти из-за исчерпания последних источников и обширных имеющихся запасов пуццолана, отчасти из-за доказанных технических преимуществ разумного использования пуццолана, их использование, как ожидается, будет значительно расширено в будущем. [5]
Пуццолановая реакция — это химическая реакция , которая происходит в портландцементе, содержащем пуццоланы . Это основная реакция, участвующая в римском бетоне , изобретенном в Древнем Риме . В основе пуццолановой реакции лежит простая кислотно-щелочная реакция между гидроксидом кальция (в виде портландита ) и кремниевой кислотой .