Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Природные месторождения пуццолана (вулканического пепла), расположенные в Южной Калифорнии в США.

Пуццоланы представляют собой широкий класс кремнеземистых или кремнистых и глиноземистых материалов, которые сами по себе обладают небольшой цементирующей ценностью или не обладают ее, но которые в мелкодисперсной форме и в присутствии воды будут химически реагировать с гидроксидом кальция при обычной температуре с образованием соединений, обладающих цементирующие свойства. [1] Количественная оценка способности пуццолана реагировать с гидроксидом кальция и водой дается путем измерения его пуццолановой активности . [2] Пуццоланы - это природные пуццоланы вулканического происхождения.

История [ править ]

Смеси кальцинированной извести и тонкоизмельченных активных алюмосиликатных материалов были впервые изобретены и разработаны как неорганические связующие в Древнем мире. Архитектурные остатки минойской цивилизации на Крите показали доказательство совместного использования гашеной извести и добавок тонкоизмельченных черепков для водонепроницаемых визуализаций в ваннах, цистернах и акведуках. [3] Доказательство преднамеренного использования вулканических материалов , такие как вулканический пепел или туф древних греков восходят , по крайней мере , 500-400 г. до н.э., как и обнаружили в древнем городе Камирос , Родос . [4]В последующие века эта практика распространилась на материк и в конечном итоге была принята и развита римлянами . Римляне использовали вулканические пемзы и туфы, найденные на соседних территориях, самые известные из которых были найдены в Поццуоли (Неаполь), отсюда и название пуццолан, и в Сеньи (Лацио). Предпочтение отдавалось природным источникам пуццолана, таким как немецкий трасс , но измельченные керамические отходы часто использовались, когда естественные месторождения отсутствовали на местном уровне. Исключительные условия жизни и сохранности некоторых из самых известных римских зданий, таких как Пантеон или Пон-дю-Гар.построенные с использованием пуццоланово-известкового раствора и бетона, свидетельствуют как о превосходном мастерстве, достигнутом римскими инженерами, так и о долговечных свойствах используемых вяжущих.

Большая часть практических навыков и знаний, касающихся использования пуццоланов, была потеряна во время упадка Римской империи. Повторное открытие римских архитектурных практик, как описано Витрувием в De Architectura , также привело к повторному внедрению известково-пуццолановых связующих. В частности, прочность, долговечность и гидравлические возможности затвердевания под водой сделали их популярными строительными материалами в течение 16–18 веков. Изобретение других гидравлических известковых цементов и, в конечном итоге, портландцемента в 18 и 19 веках привело к постепенному сокращению использования пуццолановых вяжущих, которые не так быстро развивают прочность. [ необходима цитата ]

В течение 20 века использование пуццоланов в качестве добавок (технический термин - «дополнительный вяжущий материал», обычно сокращенно «SCM») к бетонным смесям на портландцементе стало обычной практикой. Комбинация экономических и технических аспектов и, во все большей степени, заботы об окружающей среде привели к появлению так называемых цементных смесей, то есть цементов, которые содержат значительные количества дополнительных вяжущих материалов (в основном около 20 мас.%, [ Требуется пояснение ], но более 80 мас.% В Портленде доменный шлаковый цемент), наиболее широко производимый и используемый к началу 21 века вид цемента. [5]

Пуццолановые материалы [ править ]

Общее определение пуццолана охватывает большое количество материалов, которые широко различаются по происхождению, составу и свойствам. Как природные, так и искусственные (искусственные) материалы проявляют пуццолановую активность и используются в качестве дополнительных вяжущих материалов. Искусственные пуццоланы могут производиться намеренно, например, термической активацией каолиновых глин для получения метакаолина , или могут быть получены в виде отходов или побочных продуктов высокотемпературного процесса, таких как летучая зола при производстве электроэнергии на угле. Наиболее часто используемые пуццоланы сегодня - это промышленные побочные продукты, такие как летучая зола , дым кремнезема от плавления кремния, высокореактивный метакаолин и сгоревшие остатки органических веществ, богатые кремнеземом, такие как зола рисовой шелухи.. Их использование твердо установлено и регулируется во многих странах. Однако поставки высококачественных побочных продуктов пуццолана ограничены, и многие местные источники уже полностью используются. Альтернативы признанным побочным продуктам пуццолана можно найти, с одной стороны, в расширении диапазона рассматриваемых побочных продуктов промышленности или социальных отходов, а с другой стороны, в увеличении использования пуццоланов природного происхождения.

Природные пуццоланы широко распространены в определенных местах и ​​широко используются в качестве добавки к портландцементу в таких странах, как Италия, Германия, Греция и Китай. Обычно используются вулканический пепел и пемза, в основном состоящие из вулканического стекла , а также месторождения, в которых вулканическое стекло преобразовано в цеолиты в результате взаимодействия с щелочными водами. Реже встречаются отложения осадочного происхождения. Важным исходным материалом здесь являются диатомовые земли , образованные скоплением микрокелетов кремнистых диатомовых водорослей .

Используйте [ редактировать ]

Использование пуццолана в цементе и бетоне имеет три преимущества. Во-первых, это экономическая выгода, полученная от замены значительной части портландцемента более дешевыми природными пуццоланами или промышленными побочными продуктами. Во-вторых, это снижение экологических затрат на цемент с добавками, связанных с парниковыми газами, выделяемыми при производстве портландцемента. Третье преимущество - повышенная долговечность конечного продукта.

Смешивание пуццоланов с портландцементом имеет ограниченное вмешательство в обычный производственный процесс и дает возможность превращать отходы (например, летучую золу ) в прочные строительные материалы.

Уменьшение содержания портландцемента в бетонной смеси на 40 процентов обычно возможно при замене на комбинацию пуццолановых материалов. Пуццоланы можно использовать для контроля схватывания, увеличения срока службы, снижения стоимости и уменьшения загрязнения без значительного снижения конечной прочности на сжатие или других эксплуатационных характеристик.

Свойства затвердевших цементов с добавками сильно связаны с развитием микроструктуры связующего, то есть с распределением, типом, формой и размерами как продуктов реакции, так и пор. Благоприятные эффекты добавления пуццолана с точки зрения более высокой прочности на сжатие, характеристик и большей долговечности в основном приписываются пуццолановой реакции, в которой гидроксид кальция расходуется для получения дополнительных продуктов реакции CSH и CAH. Эти пуццолановые продукты реакции заполняют поры и приводят к уточнению распределения пор по размерам или структуры пор. Это приводит к пониженной проницаемости связующего.

Вклад пуццолановой реакции в прочность цемента обычно проявляется на более поздних стадиях отверждения, в зависимости от пуццолановой активности. В подавляющем большинстве цементов с добавками можно наблюдать более низкую первоначальную прочность по сравнению с исходным портландцементом. Однако, особенно в случае пуццоланов мельче, чем портландцемент, снижение начальной прочности обычно меньше, чем можно ожидать, исходя из коэффициента разбавления. Это можно объяснить эффектом наполнителя, при котором мелкие зерна SCM заполняют пространство между частицами цемента, что приводит к гораздо более плотному вяжущему. Ускорение реакций гидратации портландцемента также может частично компенсировать потерю ранней прочности.

Повышенная химическая стойкость к проникновению и вредному действию агрессивных растворов составляет одно из главных преимуществ пуццолановых цементов. Повышенная долговечность связующих на основе смеси пуццолана продлевает срок службы конструкций и снижает необходимость в дорогостоящей и неудобной замене поврежденной конструкции.

Одной из основных причин повышенной прочности является пониженное содержание гидроксида кальция, способного принимать участие в разрушительных реакциях расширения, вызванных, например, атакой сульфата . Кроме того, пониженная проницаемость связующего замедляет проникновение вредных ионов, таких как хлор или карбонат. Пуццолановая реакция может также снизить риск интенсивных реакций щелочного металла и кремнезема между цементом и заполнителями за счет изменения порового раствора связующего. Снижение щелочности раствора и увеличение концентрации оксида алюминия сильно снижает или ингибирует растворение агрегированных алюмосиликатов. [6]

См. Также [ править ]

  • Щелочно-агрегатная реакция (AAR)
  • Щелочно-кремнеземная реакция (ASR)
  • Гидрат силиката кальция (CSH)
  • Обозначение химика цемента (CCN)
  • Энергетически модифицированный цемент (ЭМС)
  • Кадад

Ссылки [ править ]

Цитаты
  1. Перейти ↑ Mehta, PK (1987). «Природные пуццоланы: дополнительные вяжущие материалы в бетоне». Специальное издание CANMET . 86 : 1–33.
  2. ^ Snellings, R .; Mertens G .; Элсен Дж. (2012). «Дополнительные вяжущие материалы». Обзоры по минералогии и геохимии . 74 : 211–278. DOI : 10.2138 / rmg.2012.74.6 .
  3. ^ Спенс, RJS; Кук, ди-джей (1983). «Строительные материалы в развивающихся странах». Wiley and Sons, Лондон. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  4. ^ Idorn, М. (1997). Конкретный прогресс от античности до третьего тысячелетия . Лондон: Телфорд.
  5. ^ Шнайдер, М .; Romer M .; Чудин М .; Болио К. (2011). «Устойчивое производство цемента - настоящее и будущее». Исследование цемента и бетона . 41 : 642–650. DOI : 10.1016 / j.cemconres.2011.03.019 .
  6. ^ Chappex, T .; Скривенер К. (2012). «Щелочная фиксация CSH в смешанных цементных пастах и ​​ее связь с щелочной кремнеземной реакцией». Исследование цемента и бетона . 42 : 1049–1054. DOI : 10.1016 / j.cemconres.2012.03.010 .
Общие источники
  • Кук, ди-джей (1986). «Пуццоланы натуральные». 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 порта Коза , маяк на причале 5, схемы и фотографии. Высота Портового города: 100 г. до н.э.

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с пуццоланой, на Викискладе?