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 алюмосиликатные 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.
Этот продукт, называемый вулканическим туфом, характеризуется компактной структурой.
Минералы цеолита в тонко размолотых туфах способны реагировать с известью в результате протекания катионообменного 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 пуццоланов, 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.
Вулканические стекла.
Санториновая земля из Греции и пуццоланы из Бакколи (Италия) и Ширасу (Япония) являются примерами пуццолановых материалов, способность которых вступать в реакции с известью связана главным образом с неизменностью алюмосиликатного стекла. Как правило, небольшие количества нереакционноспособных 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.
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). Основными минералами цеолита являются филлипсит и гершелит. После размалывания плотной массы до мелких частиц минералы цеолита способны проявлять значительную реакционную способность с известью и вяжущие свойства, подобные свойствам пуццоланов, содержащих вулканическое стекло.
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 пуццолановой 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.
Диатомовые земли. Эта группа пуццоланов относится к материалам органического происхождения. Диатомит представляет собой гидратированный 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 водопотребность, 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 пуццолановой активности.