Добавки в бетон Справочное пособие

ПРИРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Кроме диатомовых земель и пуццолановых пород осадоч­ного происхождения все при­родные пуццоланы извлекаются из вулканических пород и ми­нералов. Во время взрывных вулканических извержений быстроохлаждающаяся магма образует главным образом алю - мосиликатные производные с высоким содержанием стекла и стекловидных фаз с неупорядо­ченной структурой. Благодаря одновременному выделению растворенных газов затвердев­шее вещество часто приобрета­ет пористую структуру с очень большой площадью поверхно­сти, которая способствует про­теканию последующих хими­ческих реакций. Алюмосилика­ты, имеющие неупорядоченную структуру, не остаются стабиль­ными при воздействии извест­кового раствора, что является основой пуццолановых свойств вулканических стекол.

Изменение вулканического стекла в гидротермальных условиях может привести к образованию минералов цеоли­та, которые представляют со­бой соединения типа (Na2Ca)0-AI203-4Si02-A:H20. Этот продукт, называемый вул­каническим туфом, характери­зуется компактной структурой. Минералы цеолита в тонко раз­молотых туфах способны реа­гировать с известью в резуль­тате протекания катионообмен - ного процесса.

Полагают, что последова­тельное изменение алюмосили­катов вулканического стекла вызывает образование минера­лов глины. Глины не обладают свойствами пуццоланов до тех пор, пока кристаллическая структура алюмосиликатных минералов в глине не превра­тится в аморфную или неупо­рядоченную структуру путем термической обработки.

Диатомовые земли состоят из опалового или аморфного гидратированного кремнезема, который образуется из скеле­тов диатомей. В чистом виде они обладают свойствами пуц­
цоланов, однако обычно они загрязнены глинистыми вклю­чениями и должны быть обож­жены для усиления пуццола - новой реакционной способно­сти.

Трудно классифицировать природные пуццоланы, так как они редко содержат только одну составляющую реакцион - носпособной извести. Однако, исходя из наличия основного компонента реакционной изве­сти, природные пуццоланы мо­гут быть классифицированы как вулканические стекла, вул­канические туфы, обожженные глины и сланцы и диатомовые земли. Месторождения природ­ных пуццоланов расположены в мире повсюду; ниже будут приведены характеристики не­которых хорошо известных ме­сторождений пуццоланов.

Содержание аналитически определяемых оксидов типич­ных образцов природных пуц­цоланов дано в табл. 6.2.

6.3.1. Вулканические стекла.

Санториновая земля из Греции и пуццоланы из Бакколи (Ита­лия) и Ширасу (Япония) яв­ляются примерами пуццола - новых материалов, способность которых вступать в реакции с известью связана главным об­разом с неизменностью алюмо - силикатного стекла. Как пра­вило, небольшие количества не - реакционноспособных кристал­лических минералов (кварц, шпат, слюда) бывают замоно - личены в стекловидную матри­цу. Минералогический анализ образца пуццолана из Ширасу показал, что 95 % стекла со­держат кварц и анортит как основные кристаллические при­меси. Стекловидная матрица пуццолана из Бакколи имеет включения лейцита, полевого шпата и авгита. Кварц и по­левой шпат (анортит и лабра­дорит) представляют собой ос­новные кристаллические при­меси, обнаруженные рентгенов­ским анализом типичных об­разцов земли Санторина (рис. 6.1).

Пемзовидная или пористая структура вулканического стек­ла видна из микроснимка из­лома образца земли Санторина на сканирующем электронном микроскопе (рис. 6.2). Это так­же подтверждается методом БЭТ[19] с помощью низкотемпе­ратурной адсорбции азота, ко­торый дает значения площади поверхности для различных образцов из карьера от 3,8 до 15,5 м2/г. Удельная поверхность образца пуццолана из Ши - расу составила 2,95 м2/г.

6.3.2. Вулканические туфы. Пуццоланы из Сегни-Лациум (Италия), рейнские и бавар­ские трассы (ФРГ) представ­ляют собой типичные вулкани­ческие туфы. Цеолитовые туфы с их компактной структурой довольно прочны: их прочность при сжатии составляет от 100 до 300 кгс/см2 (10—30 МПа) [3]. Основными минералами цеолита являются филлипсит и гершелит. После размалыва­ния плотной массы до мелких частиц минералы цеолита спо­
собны проявлять значительную реакционную способность с из­вестью и вяжущие свойства, подобные свойствам пуццола­нов, содержащих вулканичес­кое стекло.

6.3.3. Обожженные глины и сланцы. Вулканические стек­ла и туфы не требуют тепло­вой обработки для усиления своих пуццолановых свойств. Однако глины и сланцы не спо­собны сколько-нибудь интен­сивно твердеть с известью до тех пор, пока кристаллическая структура имеющихся минера­лов глины не разрушится при термической обработке в про­мышленной печи. Для этого до­статочна температура обжига 600—900 °С во вращающихся печах, работающих на мазуте; газообразном или угольном топливе.

Пуццолановая активность продукта проявляется главным образом благодаря образова­нию аморфной или неупорядо­ченной структуры алюмосили­ката в результате процесса об­жига. Пуццолан суркхи, изго­тавливаемый в Индии путем измельчения обожженных гли­няных кирпичей, принадлежит к этой категории. По очевид­ным причинам термическая об­работка глин и сланцев, кото­рые содержат значительные ко­личества кварца и полевого шпата, не дает хорошей пуц - цолановой активности.

Производство пуццоланов путем обжига глин невыгодно из-за существенного расхода энергии на этот процесс. По сравнению с пуццолановыми промышленными отходами, та­кими, как зола-унос, которые обычно имеются повсюду в больших количествах, обож­женные глины и сланцы просто неэкономичны.

6.3.4. Диатомовые земли. Эта группа пуццоланов отно­сится к материалам органи­ческого происхождения. Диато­мит представляет собой гидра- тированный аморфный кремне­зем, который образуется из скелетных раковин, распола­гаемых в ячеистых стенках многих разновидностей водя­ных морских водорослей. Круп­нейшее из известных место­рождений диатомита находится в Калифорнии. Другие круп­ные месторождения располо­жены в Алжире, Канаде, ФРГ и Дании'.

Диатомиты проявляют вы­сокую реакционную способ­ность к извести, но их скелет­ная микроструктура обуслов­ливает высокую водопотреб - ность, которая вредна для проч­ности и долговечности бетона, содержащего этот пуццолан. Более того, залежи диатоми­тов, такие, как Молер в Дании, обычно содержат большие ко­личества глины, поэтому их обжигают перед использова­нием для усиления пуццолано - вой активности.