포졸란

Pozzolan
미국 남부 캘리포니아에 위치한 천연 포졸라나(볼카나 회분) 퇴적물

포졸란(Pozzolan)은 그 자체로 시멘트 값을 거의 또는 전혀 가지고 있지 않지만, 미세하게 분할된 형태와 물의 존재에서 시멘트 특성을 갖는 화합물을 형성하기 위해 수산화칼슘(Ca(OH)2과 화학적으로 반응하는 광범위한 규조 및 알루미늄 물질이다.[1] 수산화칼슘과 물과 반응할 수 있는 포졸란의 용량의 정량화는 포졸란 활성을 측정함으로써 주어진다.[2] 포졸라나는 화산 기원의 포졸란으로 자연적으로 발생하고 있다.

역사

석회석과 곱게 갈린 활성 알미늄실리케이트 재료가 혼합되어 고대 세계에서 무기 바인더로 개척되고 개발되었다. 크레타에 있는 미노아 문명의 건축 유적은 목욕탕, 시스터, 수로에 방수 렌더링을 위해 잘게 갈아놓은 화분들을 합친 증거를 보여주었다.[3] 고대 그리스인들이 화산재나 터프 같은 화산재를 고의적으로 사용했다는 증거는 로도스의 고대 도시 카메이로스에서 밝혀진 바와 같이 기원전 500~400년으로 거슬러 올라간다.[4] 이후 수세기 동안 그 관습은 본토까지 퍼졌고 결국 로마인들에게 채택되어 더욱 발전되었다. 로마인들은 포주올리(Naples)에서 발견된 가장 유명한 화산인 인근 지역에서 발견된 화산 포석과 터프를 사용했고, 따라서 포졸란, 그리고 세그니(Latium)에서 발견되었다. 독일 트라스 등 천연 포졸란 원료를 선호했지만 자연 침전물이 국지적으로 공급되지 않을 때 찌그러진 세라믹 폐기물이 자주 쓰였다. 포졸란 라임 박격포와 콘크리트를 이용해 건축된 판테온이나 폰 뒤 가드 같은 유명한 로마 건축물의 예외적인 수명과 보존 조건은 로마 기술자들이 성취한 뛰어난 솜씨와 그들이 사용한 바인더의 내구성을 모두 증명한다.

포졸란 사용에 관한 실용적 기술과 지식의 많은 부분이 로마 제국의 쇠퇴로 인해 상실되었다. 데아스터라에서 비트루비우스가 설명한 로마 건축 관행이 재발견된 것도 라임포졸란 바인더의 재도입을 이끌었다. 특히 수중 경화의 강도, 내구성, 수압 능력 등이 16~18세기 동안 인기 있는 건축 재료로 만들었다. 다른 유압 석회 천장과 결국 18, 19세기 포틀랜드 시멘트의 발명은 포졸란-라임 바인더의 사용을 점진적으로 감소시키는 결과를 낳았는데, 이 바인더는 강도가 덜 빨리 발달한다.[citation needed]

20세기에 걸쳐 포졸란(pozzolan)을 포틀랜드 시멘트 콘크리트 혼합물에 첨가(기술 용어는 "보조 시멘트 재료", 보통 "SCM"이라고 약칭)으로 사용하는 것이 일반적인 관행이 되었다. 경제적, 기술적 측면의 조합과 환경적 우려는 소위 혼합된 천장(즉, 상당한 양의 보조 시멘트 재료(대부분 약 20 wt%[clarification needed] 그러나 80 wt 이상)을 포함했다.21세기 초까지 가장 널리 생산되고 사용된 시멘트 타입인 포틀랜드의 송풍-후르나스 슬래그 시멘트에서는 %가 나왔다.[5]

포졸란 소재

포졸란의 일반적인 정의는 원산지, 구성성분 및 성질에 따라 크게 다른 많은 물질을 포함한다. 천연 재료와 인공 재료 모두 포졸란 활성을 보이며 보조 시멘트 재료로 사용된다. 인공 포졸란은 예를 들어 메타카올린을 얻기 위해 카올린-클레이의 열활성화를 통해 의도적으로 생산하거나, 석탄 화력 전기 생산으로 인한 플라이 재와 같은 고온 공정에서 폐기물 또는 부산물로 얻을 수 있다. 오늘날 가장 많이 사용되는 포졸란은 플라이애쉬, 실리콘 제련에 의한 실리카 흄, 반응성이 높은 메타카올린, 쌀 껍질 재와 같은 실리카가 풍부한 연소 유기물 잔류물 같은 산업 부산물이다. 그들의 용도는 많은 나라에서 확고히 확립되고 규제되어 왔다. 그러나 고급 포졸란 부산물의 공급은 제한되어 있으며 이미 많은 지역 공급원이 충분히 이용되고 있다. 확립된 포졸란 부산물에 대한 대안은 한편으로 산업 부산물 또는 사회적 폐기물의 범위의 확대에서, 다른 한편으로 자연적으로 발생하는 포졸란의 사용 증가에서 발견될 것이다.

천연 포졸라나는 특정 지역에서 풍부하며 이탈리아, 독일, 그리스, 중국 등의 국가에서 포틀랜드 시멘트의 첨가제로 널리 사용된다. 화산 유리로 주로 구성된 화산재와 부스러기가 흔히 사용되는데, 화산 유리가 알칼리성 물과 상호 작용하여 제올라이트(zeolite)로 변형된 퇴적물이 그러하다. 퇴적 기원의 퇴적물은 덜 흔하다. 규수성 이원자 미세골격의 축적에 의해 형성된 규조질 지구는 여기서 중요한 원천 물질이다.

사용하다

시멘트와 콘크리트에 포졸란 사용의 이점은 세 가지다. 첫째는 포틀랜드 시멘트의 상당 부분을 값싼 천연 포졸란이나 공업용 부산물로 대체함으로써 얻는 경제적 이득이다. 둘째는 포틀랜드 시멘트 생산 과정에서 배출되는 온실가스와 관련된 혼합 시멘트 환경비용의 절감이다. 세 번째 장점은 최종 제품의 내구성이 높아진다는 것이다.

포졸란과 포틀랜드 시멘트를 혼합하는 것은 전통적인 생산 공정에서 제한적인 간섭이며 폐기물(예: 플라이애시)을 내구성 있는 건설 자재로 전환할 수 있는 기회를 제공한다.

콘크리트 혼합에서 포틀랜드 시멘트의 40%를 줄이는 것은 보통 포졸란 재료의 조합으로 교체할 때 가능하다. 포졸란(pozzolan)은 최종 압축 강도나 기타 성능 특성을 크게 줄이지 않고도 설정 제어, 내구성 향상, 비용 절감 및 오염 감소에 사용할 수 있다.

경화된 혼합 천장의 특성은 바인더 마이크로 구조의 개발, 즉 반응 제품과 모공의 분포, 유형, 형태 및 치수와 강하게 관련되어 있다. 높은 압축 강도, 성능 및 내구성의 측면에서 포졸란 추가의 유익한 효과는 수산화칼슘을 소비하여 C-S-H와 C-A-H 반응 제품을 추가로 생산하는 포졸란 반응에 기인한다. 이러한 포졸란 반응성 제품이 모공을 채워 모공 크기 분포나 모공 구조를 정제하는 결과를 가져온다. 이로 인해 바인더의 투과성이 낮아진다.

시멘트 강도에 대한 포졸란 반응의 기여는 보통 포졸란 활성도에 따라 나중에 경화 단계에서 개발된다. 대부분의 혼합된 천장에서 모체 포틀랜드 시멘트 대비 초기 낮은 강도를 관찰할 수 있다. 그러나 특히 포졸란 시멘트보다 미세한 포졸란스의 경우 희석인자에 근거해 초기 강도 감소가 예상할 수 있는 것보다 적다. 이는 작은 SCM 알갱이가 시멘트 입자 사이의 공간을 채워서 훨씬 밀도가 높은 바인더를 만드는 필러 효과로 설명할 수 있다. 포틀랜드 시멘트 수화반응의 가속도 초기 강도 상실을 부분적으로 수용할 수 있다.

공격적인 용액의 침투와 유해한 작용에 대한 화학적 저항성이 증가하여 포졸란 혼합물의 주요 장점 중 하나가 된다. 포졸란 블렌딩 바인더의 내구성이 향상되어 구조물의 사용 수명이 길어지고 손상된 공사를 교체해야 하는 비용이 많이 들고 불편함이 줄어든다.

내구성 증대의 주된 이유 중 하나는 예를 들어 황산염 공격에 의해 유발되는 유해한 팽창 반응에 참여할 수 있는 수산화칼슘 함량 감소 때문이다. 또한 바인더 투과성이 감소하여 염소나 탄산염과 같은 유해 이온의 유입이 느려진다. 또한 포졸란 반응은 바인더 모공 용액을 변경함으로써 시멘트와 골재 사이의 확장 알칼리-실리카 반응의 위험을 줄일 수 있다. 용액 알칼리도를 낮추고 알루미나 농도를 증가시키면 알루미노실산물의 총해산을 강하게 감소시키거나 억제한다.[6]

참고 항목

참조

인용구
  1. ^ Mehta, P.K. (1987). "Natural pozzolans: Supplementary cementing materials in concrete". CANMET Special Publication. 86: 1–33.
  2. ^ Snellings, R.; Mertens G.; Elsen J. (2012). "Supplementary cementitious materials". Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 74: 211–278. doi:10.2138/rmg.2012.74.6.
  3. ^ Spence, R.J.S.; Cook, D.J. (1983). "Building Materials in Developing Countries". Wiley and Sons, London. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  4. ^ Idorn, M.G. (1997). Concrete Progress from the Antiquity to the Third Millennium. London: Telford.
  5. ^ Schneider, M.; Romer M.; Tschudin M.; Bolio C. (2011). "Sustainable cement production - present and future". Cement and Concrete Research. 41: 642–650. doi:10.1016/j.cemconres.2011.03.019.
  6. ^ Chappex, T.; Scrivener K. (2012). "Alkali fixation of C-S-H in blended cement pastes and its relation to alkali silica reaction". Cement and Concrete Research. 42: 1049–1054. doi:10.1016/j.cemconres.2012.03.010.
일반 출처
  • 요리사, D. J. (1986) "내추럴 포졸라나" In: Surrey University Press, 200 페이지, Surrey University Press, 편집자 (1986) 시멘트 교체 재료.
  • 맥캔, A. M. (1994년) Anna Marguerite McCann의 "The Roman Port of Cosa" (기원전 273년), Scientific American, 고대 도시, 92–99페이지. "포졸라나 모르타르"와 5개 교각의 수압 콘크리트, 코사 항, 5번 교각의 등대, 도표 및 사진. 항구 도시의 높이: 기원전 100년.

외부 링크