WikiDer > Пуццолановая активность

Pozzolanic activity

В пуццолановая активность является мерой степени реакции с течением времени или скорость реакции между пуццолан и Ca2+ или же гидроксид кальция (Са (ОН)2) в присутствии воды. Скорость пуццолановая реакция зависит от внутренних характеристик пуццолана, таких как удельная поверхность, химический состав и содержание активной фазы.

Физическая поверхностная адсорбция не считается частью пуццолановой активности, поскольку в процессе не образуются необратимые молекулярные связи.[1]

Реакция

В пуццолановая реакция это химическая реакция что происходит в портландцемент при добавлении пуццоланы. Это основная реакция, связанная с Римский бетон изобретен в Древний Рим и используется для создания, например, Пантеон. Пуццолановая реакция превращает богатый диоксидом кремния предшественник, не имеющий вяжущих свойств, в силикат кальция с хорошими вяжущими свойствами.

С химической точки зрения пуццолановая реакция происходит между гидроксид кальция, также известный как портландит (Са (ОН)2), и кремниевая кислота (записывается как H4SiO4, или Si (OH)4, в геохимических обозначениях):

Са (ОН)2 + H4SiO4 → CaH2SiO4· 2 H2О

или резюмировано в сокращенных обозначениях химиков цемента:

CH + SH → C-S-H

Пуццолановая реакция также может быть записана в древних промышленных обозначениях силикатов как:

Са (ОН)
2 + ЧАС
2SiO
3 → CaSiO
3· 2 H
2О

или даже напрямую:

Са (ОН)
2 + SiO
2 → CaSiO
3·ЧАС
2О

Оба обозначения все еще сосуществуют в литературе, в зависимости от рассматриваемой области исследования. Однако более поздняя геохимическая запись, в которой атом Si тетракоординирован четырьмя гидроксил группы (Si (ОН)
4, также часто отмечается ЧАС
4SiO
4) является более правильным, чем древние промышленные обозначения силикатов, для которых кремниевая кислота (ЧАС
2SiO
3) был представлен так же, как угольная кислота (ЧАС
2CO
3), геометрическая конфигурация которого тригонально плоская. В любом случае, с точки зрения чистого баланса массы, они эквивалентны и используются оба.

Продукт CaH2SiO4· 2 H2O - это гидрат силиката кальция, также сокращенно C-S-H в обозначение химика цемента, перенос обозначает переменную стехиометрию. Атомное (или мольное) соотношение Ca / Si, CaO / SiO2, или C / S, а количество молекул воды может варьироваться, и вышеупомянутое стехиометрия может отличаться.

Много пуццоланы может также содержать алюминат, или Al (OH)4−, который будет реагировать с гидроксид кальция и вода с образованием гидратов алюмината кальция, таких как C4AH13, С3AH6 или же гидрогранат, или в сочетании с кремнезем C2ПЕПЕЛ8 или стратлингит (обозначение химика цемента). В присутствии анионных групп, таких как сульфат, карбонат или хлорид, Фазы AFm и AFt или эттрингит могут образовываться фазы.

Пуццолановая реакция - это длительная реакция, в которой участвует растворенная кремниевая кислота, вода и CaO или Ca (OH).2 или другие пуццоланы для образования прочной цементирующей матрицы. Часто этот процесс необратим. Для инициирования и поддержания пуццолановой реакции необходимо достаточное количество свободного иона кальция и высокий pH 12 и выше.[2] Это связано с тем, что при pH около 12 растворимость ионов кремния и алюминия достаточно высока, чтобы поддерживать пуццолановую реакцию.

Параметры, определяющие активность

Свойства частиц

Продолжительное измельчение приводит к повышенной пуццолановой активности за счет создания большей удельной поверхности, доступной для реакции. Кроме того, шлифование также создает кристаллографические дефекты на и ниже поверхности частицы. Скорость растворения напряженных или частично разъединенных силикатных фрагментов сильно увеличивается. Даже материалы, которые обычно не считаются пуццолан, Такие как кварц, может стать реактивным после измельчения частиц ниже определенного критического диаметра.[3]

Сочинение

Общий химический состав пуццолан считается одним из параметров, определяющих долговременные характеристики (например, прочность на сжатие) смешанного цементного вяжущего, ASTM C618 предписывает, что пуццолан должен содержать SiO2 + Al2О3 + Fe2О3 ≥ 70 мас.%. В случае (квази) однофазного материала, такого как доменные шлаки общий химический состав можно рассматривать как значимый параметр, для многофазных материалов можно искать только корреляцию между пуццолановой активностью и химией активных фаз.[4]

Много пуццоланы состоят из гетерогенной смеси фаз с различной пуццолановой активностью. Очевидно, что содержание реактивных фаз является важным свойством, определяющим общую реактивность. В целом пуццолановая активность фаз термодинамически стабильный в условиях окружающей среды является низким по сравнению с равной удельной поверхностью до менее термодинамически стабильных фазовых групп. Отложения вулканического пепла, содержащие большое количество вулканических стекло или же цеолиты более реактивны, чем кварц пески или обломочный глинистые минералы. В этом отношении термодинамическая движущая сила, стоящая за пуццолановая реакция служит приблизительным индикатором потенциальной реакционной способности (алюмо-) силикатного материала. Точно так же материалы, показывающие структурное нарушение такие как стекла показывают более высокую пуццолановую активность, чем кристаллические упорядоченные соединения.[5]

Условия реакции

Скорость пуццолановой реакции также может контролироваться внешними факторами, такими как пропорции смеси, количество воды или пространства, доступного для образования и роста продуктов гидратации, и температура реакции. Следовательно, типичные конструктивные свойства смешанной цементной смеси, такие как коэффициент замещения пуццолана портландцементом, соотношение воды и связующего и условия отверждения, сильно влияют на реакционную способность добавленного пуццолана.

Пуццолановые тесты активности

Механические испытания

Механическая оценка пуццолановой активности основана на сравнении прочность на сжатие из ступка батончики, содержащие пуццоланы в качестве частичной замены портландцемент для ссылки на строительные бруски, содержащие только портландцемент в качестве связующего. Строительные бруски готовятся, отливаются, отверждаются и тестируются в соответствии с подробным набором рецептов. Прочность на сжатие Испытания проводят в определенные моменты времени, обычно через 3, 7 и 28 дней после приготовления раствора. Материал считается пуццоланически активным, если он способствует прочности на сжатие с учетом эффекта разбавления. Большинство национальных и международных технические стандарты или нормы включают вариации этой методологии.

Химические тесты

А пуццолановый материал по определению может связывать гидроксид кальция в присутствии воды. Следовательно, химическое измерение этой пуццолановой активности представляет собой способ оценки пуццолановых материалов. Это можно сделать, напрямую измерив количество гидроксид кальция пуццолан со временем съедает. При высоком соотношении воды и связующего (взвешенные растворы) это можно измерить с помощью титриметы или по спектроскопические методы. При более низком соотношении воды и связующего (пасты), термический анализ или же Методы порошковой рентгеновской дифракции обычно используются для определения оставшихся гидроксид кальция содержание. Были разработаны другие прямые методы, нацеленные на прямое измерение степени реакции самого пуццолана. Здесь избирательные растворения, Рентгеновская порошковая дифракция или же сканирующая электронная микроскопия анализ изображений методы были использованы.

Косвенные методы включают, с одной стороны, методы, которые исследуют, какие свойства материалов ответственны за реакционную способность пуццолана с портландитом. Интересующие свойства материалов включают (ре) активное содержание кремнезема и глинозема, удельная поверхность и / или химически активные минеральные и аморфные фазы пуццоланового материала. Другие методы косвенно определяют степень пуццолановой активности путем измерения ориентировочных физических свойств реагирующей системы. Измерения электрическая проводимость, химическая усадка паст или тепловыделение калориметрия теплового потока проживают в последней категории.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Takemoto, K .; Учикава Х. (1980). «Гидратация пуццолановых цементов». Материалы 7-го Международного конгресса по химии цемента.. IV-2: 1–29.
  2. ^ Чериан, К., Арнепалли, Д. (2015). "Критическая оценка роли минералогии глины в стабилизации извести. Международный журнал геосинтетики и наземного строительства 1 (1), 1-20". Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  3. ^ Benezet, J.C .; Бенхасейн А. (1999). «Измельчение и пуццолановая реакционная способность кварцевых порошков». Порошковая технология. 105 (1–3): 167–171. Дои:10.1016 / S0032-5910 (99) 00133-3.
  4. ^ Massazza, Ф. (2001). «Пуццолановые и пуццолановые цементы». Химия цемента и бетона Леа. Баттерворт-Хайнеманн: 471–636.
  5. ^ Snellings, R .; Mertens G .; Элсен Дж. (2012). «Дополнительные вяжущие материалы». Обзоры по минералогии и геохимии. 74 (1): 211–278. Bibcode:2012RvMG ... 74..211S. Дои:10.2138 / RMG.2012.74.6.

дальнейшее чтение

  • Кук Д.Дж. (1986) Природные пуццоланы. В: Свами Р.Н., редактор (1986). Материалы для замены цемента, Издательство Суррейского университета, стр. 200.
  • Лехтман Х. и Хоббс Л. (1986) «Римский бетон и римская архитектурная революция», Керамика и цивилизация, Том 3: Высокотехнологичная керамика: прошлое, настоящее, будущее, отредактированный W.D. Kingery и опубликованный Американским керамическим обществом, 1986; и Витрувий, Книга II: v, 1; Книга V: xii2.
  • Макканн А. (1994) "Римский порт Коза" (273 г. до н.э.), Scientific American, Древние города, стр. 92–99, Анна Маргерит Макканн. Охватывает, гидробетон, из «Пуццоланового раствора» и 5 причалов, из Cosa гавань, маяк на причале 5, схемы и фотографии. Высота Портового города: 100 г. до н.э.
  • Mertens, G .; Р. Снеллингс; К. Ван Бален; Б. Бисер-Симсир; П. Верлой; Дж. Эльсен (2009). «Пуццолановые реакции обычных природных цеолитов с известью и параметры, влияющие на их реакционную способность». Цемент и бетонные исследования. 39 (3): 233–240. Дои:10.1016 / j.cemconres.2008.11.008. ISSN 0008-8846.