Пуццолан или пуццолан ( / ˌ p ɒ t s ( w ) ə ˈ l ɑː n ə / POT -s(w)ə- LAH -nə , итал. [potts(w)oˈlaːna] ), также известный как пуццолановый пепел ( лат . pulvis puteolanus ), представляет собой природный кремнистый или кремнисто- глиноземистый материал, который реагирует 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 пуццолан происходит от одного из основных месторождений вулканического пепла , использовавшегося римлянами в Италии , в Поццуоли . Современное определение пуццолана охватывает любой вулканический материал ( пемзу или вулканический пепел ), в основном состоящий из тонкого вулканического стекла , который используется в качестве пуццолана . Обратите внимание на разницу с термином пуццолан, который не оказывает никакого влияния на конкретное происхождение материала, в отличие от пуццолана, который может использоваться только для пуццоланов вулканического происхождения, в основном состоящих из вулканического стекла .
Пуццоланы, такие как санторинская земля , использовались в Восточном Средиземноморье с 500–400 гг. до н. э. Хотя пионерами были древние греки, именно римляне в конечном итоге полностью развили 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, все из которых можно найти в вулканических районах Италии, таких как Неаполь . Обычно его очень тщательно смешивали два к одному с известью непосредственно перед смешиванием с водой. Римский порт в Козе был построен из пуццоланово-известкового бетона, который заливался под воду, по-видимому, с использованием длинной трубы, чтобы аккуратно уложить его, не допуская смешивания с морской водой. Три пирса все еще видны сегодня, причем подводные части в целом находятся в отличном состоянии даже спустя более 2100 лет.
Основным пуццоланически активным компонентом вулканических пемз и золы является высокопористое стекло . [1] Легко изменяемая или высокореакционная природа этих пеплов и пемз ограничивает их распространение в основном недавно активными вулканическими областями. Большинство традиционно используемых природных пуццоланов относятся к этой группе, то есть вулканическая пемза из Поццуоли , санторинская земля и несвязные части немецкого трасса .
Химический состав пуццоланы изменчив и отражает региональный тип вулканизма . SiO 2 является основным химическим компонентом, большинство неизмененных пемз и золы попадают в диапазон промежуточного (52–66 мас.% SiO 2 ) до кислого (>66 мас.% SiO 2 ) состава для типов стекловидных пород, описанных IUGS . Основная (45–52 мас.% SiO 2 ) и ультраосновная (<45 мас.% SiO 2 ) пирокластика реже используется в качестве пуццоланов . Al 2 O 3 присутствует в значительных количествах в большинстве пуццоланов, Fe 2 O 3 и MgO присутствуют только в незначительных пропорциях, как это типично для более кислых типов пород . Содержание CaO и щелочей обычно скромное, но может существенно варьироваться от пуццолана к пуццолану.
Минералогический состав 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 из Вольвика (Франция), содержащий всего 25 мас.%, менее реакционноспособны . [2] Помимо содержания стекла и его морфологии, связанной с удельной площадью поверхности , на пуццолановую активность , по-видимому, влияют также дефекты и степень деформации стекла . [3] Типичные сопутствующие минералы, присутствующие в виде крупных вкрапленников, являются членами ряда твердых растворов плагиоклаз- полевой шпат . В пирокластических породах , в которых щелочи преобладают над Ca, обнаружены калиевый полевой шпат, такой как санидин или альбитовый натриевый полевой шпат [4] . Лейцит присутствует в пуццоланах Лациума , богатых калием и бедных кремнеземом . Кварц обычно присутствует в небольших количествах в кислых пуццоланах, в то время как пироксены и/или вкрапленники оливина часто встречаются в более основных материалах. Также встречаются ксенокристаллы или фрагменты пород, включенные во время сильных извержений и осадочных событий. Цеолит , опал CT и глинистые минералы часто присутствуют в небольших количествах как продукты изменения вулканического стекла. В то время как цеолитизация или образование опала CT в целом полезно для пуццолановой активности , образование глины оказывает неблагоприятное воздействие на эксплуатационные 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 промышленными побочными пуццоланами они характеризуются более широким диапазоном состава и большей изменчивостью физических свойств. Применение пуццолана в портландцементе в основном контролируется местной доступностью подходящих месторождений и конкуренцией с доступными промышленными побочными дополнительными цементными материалами. Отчасти из-за истощения последних источников и обширных доступных 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 .