Pozzolan - Pozzolan

Naturlige forekomster av pozzolana (vulkansk aske) som ligger i Sør -California i USA

Pozzolans er en bred klasse av silisiumholdige og aluminiumholdige materialer som i seg selv har liten eller ingen sementverdi , men som i finfordelt form og i nærvær av vann vil reagere kjemisk med kalsiumhydroksid (Ca (OH) 2 ) ved vanlig temperatur for å danne forbindelser som har sementiske egenskaper. Kvantifiseringen av en pozzolans evne til å reagere med kalsiumhydroksid og vann er gitt ved å måle dens pozzolaniske aktivitet . Pozzolana er naturlig forekommende pozzolaner av vulkansk opprinnelse.

Historie

Blandinger av kalsinert kalk og finmalte, aktive aluminosilikatmaterialer ble banebrytende og utviklet som uorganiske bindemidler i den eldgamle verden. Arkitektoniske rester av den minoiske sivilisasjonen på Kreta har vist tegn på kombinert bruk av slakt kalk og tilsetninger av finmalte potteskår for vanntette gjengivelser i bad, sisterner og akvedukter. Bevis på bevisst bruk av vulkanske materialer som vulkansk aske eller tuffer fra de gamle grekerne dateres tilbake til minst 500–400 f.Kr., som avdekket i den gamle byen Kameiros , Rhodos . I påfølgende århundrer spredte praksisen seg til fastlandet og ble til slutt adoptert og videreutviklet av romerne . Romerne brukte vulkanske pimpstein og tuffer som ble funnet i nabolandene, de mest kjente som finnes i Pozzuoli (Napoli), derav navnet pozzolan, og i Segni (Latium). Naturlige pozzolankilder som tysk trass ble foretrukket , men knust keramisk avfall ble ofte brukt når naturlige forekomster ikke var lokalt tilgjengelige. Den eksepsjonelle levetiden og bevaringsforholdene til noen av de mest berømte romerske bygningene, for eksempel Pantheon eller Pont du Gard konstruert ved bruk av pozzolan-kalkmørtel og betong, vitner både om det utmerkede utførelsen av romerske ingeniører og de holdbare egenskapene til bindemidlene de brukt.

Mye av den praktiske dyktigheten og kunnskapen om bruk av pozzolaner gikk tapt ved nedgangen i det romerske imperiet. Gjenoppdagelsen av romersk arkitektonisk praksis, som beskrevet av Vitruvius i De architectura , førte også til gjeninnføring av kalk-pozzolanbindere. Spesielt styrken, holdbarheten og den hydrauliske evnen til å herde under vann gjorde dem til populære byggematerialer i løpet av 1500- til 1700 -tallet. Oppfinnelsen av andre hydrauliske kalksementer og til slutt Portland-sement på 1700- og 1800-tallet resulterte i en gradvis nedgang i bruken av pozzolan-kalkbindere, som utvikler styrke mindre raskt.

I løpet av det 20. århundre bruk av puzzolaner som tillegg (teknisk term er "supplerende sementholdig materiale", vanligvis forkortet "SCM") til Portland sementbetongblandinger har blitt vanlig praksis. Kombinasjoner av økonomiske og tekniske aspekter og i økende grad miljøhensyn har laget såkalte blandede sementer, dvs. sementer som inneholder betydelige mengder supplerende sementholdige materialer (for det meste rundt 20 vekt%, men over 80 vekt% i Portland masovn) slaggsement), den mest produseres og brukes i sementtype ved begynnelsen av det 21. århundre.

Pozzolanske materialer

Den generelle definisjonen av en pozzolan omfatter et stort antall materialer som varierer mye når det gjelder opprinnelse, sammensetning og egenskaper. Både naturlige og kunstige (menneskeskapte) materialer viser pozzolanisk aktivitet og brukes som supplerende sementholdige materialer. Kunstige pozzolaner kan produseres bevisst, for eksempel ved termisk aktivering av kaolin-leirer for å få metakaolin , eller kan fås som avfall eller biprodukter fra prosesser med høy temperatur, for eksempel flyveaske fra kullfyrt elektrisitetsproduksjon. De mest brukte pozzolanene i dag er industrielle biprodukter som flyveaske , silisiumdamp fra silisiumsmelting, svært reaktiv metakaolin og brente rester av organisk materiale som er rike på silika, for eksempel risskallaske . Bruken av dem har blitt fast etablert og regulert i mange land. Tilførselen av pozzolaniske biprodukter av høy kvalitet er imidlertid begrenset, og mange lokale kilder er allerede fullt utnyttet. Alternativer til de etablerte pozzolanske biproduktene finnes på den ene siden i en utvidelse av utvalget av industrielle biprodukter eller samfunnsavfall som vurderes, og på den andre siden i en økt bruk av naturlig forekommende pozzolaner.

Naturlige pozzolanas er rikelig på visse steder og brukes mye som et tillegg til Portland sement i land som Italia, Tyskland, Hellas og Kina. Vulkansk aske og pimpstein som stort sett består av vulkansk glass brukes ofte, i tillegg til avsetninger der det vulkanske glasset er blitt endret til zeolitter ved samspill med alkalisk vann. Innskudd av sedimentær opprinnelse er mindre vanlig. Diatomejord , dannet av opphopning av kiselholdige diatomfragmentenes microskeletons, er en fremtredende kildemateriale her.

Bruk

Fordelene ved bruk av pozzolan i sement og betong er tredelt. Først er den økonomiske gevinsten som oppnås ved å erstatte en betydelig del av Portland-sementen med billigere naturlige pozzolaner eller industrielle biprodukter. For det andre er reduksjonen av miljøkostnadene for blandet sement forbundet med klimagassene som slippes ut under Portland sementproduksjon. En tredje fordel er den økte holdbarheten til sluttproduktet.

Blanding av pozzolans med Portland sement har begrenset interferens i den konvensjonelle produksjonsprosessen og gir muligheten til å konvertere avfall (for eksempel flyveaske ) til holdbare byggematerialer.

En reduksjon på 40 prosent av Portland -sement i betongblandingen er vanligvis mulig når den erstattes med en kombinasjon av pozzolaniske materialer. Pozzolans kan brukes til å kontrollere innstilling, øke holdbarheten, redusere kostnadene og redusere forurensning uten å redusere den endelige trykkfastheten eller andre ytelsesegenskaper.

Egenskapene til herdede blandede sementer er sterkt knyttet til utviklingen av bindemikrostrukturen, det vil si fordelingen, typen, formen og dimensjonene til både reaksjonsprodukter og porer. De gunstige effektene av pozzolan -tilsetning når det gjelder høyere trykkfasthet, ytelse og større holdbarhet tilskrives hovedsakelig den pozzolaniske reaksjonen der kalsiumhydroksid forbrukes for å produsere ytterligere CSH- og CAH -reaksjonsprodukter. Disse pozzolaniske reaksjonsproduktene fyller ut porene og resulterer i en raffinering av porestørrelsesfordelingen eller porestrukturen. Dette resulterer i en redusert permeabilitet av bindemiddelet.

Bidraget fra den pozzolanske reaksjonen til sementstyrken utvikles vanligvis ved senere herdetrin, avhengig av den pozzolanske aktiviteten. I det store flertallet av blandede sementer kan man observere innledende lavere styrker sammenlignet med den opprinnelige Portland -sementen. Spesielt når det gjelder pozzolans finere enn Portland -sementen, er imidlertid nedgangen i tidlig styrke vanligvis mindre enn det som kan forventes basert på fortynningsfaktoren. Dette kan forklares med fyllstoffeffekten, der små SCM -korn fyller ut rommet mellom sementpartiklene, noe som resulterer i et mye tettere bindemiddel. Akselerasjonen av Portland -sementhydreringsreaksjonene kan også delvis imøtekomme tapet av tidlig styrke.

Den økte kjemiske motstanden mot inntrengning og skadelige virkninger av aggressive løsninger er en av hovedfordelene med pozzolan -blandede sementer. Den forbedrede holdbarheten til pozzolan-blandede bindemidler forlenger levetiden til strukturer og reduserer det kostbare og upraktiske behovet for å erstatte skadet konstruksjon.

En av hovedårsakene til økt holdbarhet er det lavere kalsiumhydroksydinnholdet som er tilgjengelig for å delta i skadelige ekspansive reaksjoner forårsaket av for eksempel sulfatangrep . Videre reduserer den reduserte permeabiliteten av bindemiddel inntrengning av skadelige ioner som klor eller karbonat. Den pozzolaniske reaksjonen kan også redusere risikoen for ekspansive alkali-silisiumreaksjoner mellom sementen og aggregatene ved å endre bindemiddelporeløsningen. Å senke løsningens alkalinitet og øke aluminiumoksydkonsentrasjonene reduserer eller hemmer oppløsningen av aggregatet aluminosilikater sterkt.

Se også

Referanser

Sitater
  1. ^ Mehta, PK (1987). "Naturlige pozzolaner: Supplerende sementeringsmaterialer i betong". CANMET spesialpublikasjon . 86 : 1–33.
  2. ^ Snelling, R .; Mertens G .; Elsen J. (2012). "Supplerende sementholdige materialer". Anmeldelser i mineralogi og geokjemi . 74 : 211–278. doi : 10.2138/rmg.2012.74.6 .
  3. ^ Spence, RJS; Cook, DJ (1983). "Byggematerialer i utviklingsland". Wiley and Sons, London. Cite journal krever |journal=( hjelp )
  4. ^ Idorn, MG (1997). Betongfremgang fra antikken til det tredje årtusen . London: Telford.
  5. ^ Schneider, M .; Romer M .; Tschudin M .; Bolio C. (2011). "Bærekraftig sementproduksjon - nåtid og fremtid". Sement- og betongforskning . 41 : 642–650. doi : 10.1016/j.cemconres.2011.03.019 .
  6. ^ Chappex, T .; Scrivener K. (2012). "Alkalifiksering av CSH i blandede sementpastaer og dets forhold til alkalisilika -reaksjon". Sement- og betongforskning . 42 : 1049–1054. doi : 10.1016/j.cemconres.2012.03.010 .
Generelle kilder
  • Cook, DJ (1986). "Naturlige pozzolanas". I: Swamy RN, redaktør (1986) Cement Replacement Materials , Surrey University Press, s. 200.
  • McCann, AM (1994). "The Roman Port of Cosa" (273 f.Kr.), Scientific American, Ancient Cities , s. 92–99, av Anna Marguerite McCann. Dekker, hydraulisk betong, av "Pozzolana mørtel" og de 5 bryggene, i Cosa havn, fyret på brygge 5, diagrammer og fotografier. Høyden på havnebyen: 100 f.Kr.

Eksterne linker

  • Media relatert til Pozzolana på Wikimedia Commons