火山灰活性
火山灰活性(英語：pozzolanic activity)是有水存在時,火山灰與氫氧化鈣之間化學反應速率的量度，與火山灰的自身性質，如比表面積、化學組成和活性相含量有關，但由於其一般是不可逆反應，和表面物理吸附無關[1]。
火山灰反應
火山灰反應指的是在波特蘭水泥中加入含硅量較高的火山灰後發生的化學反應。火山灰反應可以將富含硅的、沒有膠凝性的前驅體轉變成具有良好膠凝性質的硅酸鈣，是古羅馬時期發明羅馬混凝土時背後的主要反應。
在化學上，火山灰反應時發生在氫氧化鈣（Ca(OH)2）和原硅酸（可以寫作H4SiO4，或按地質化學符號寫作Si(OH)4）之間，方程式為：
- Ca(OH)2 + H4SiO4 → CaH2SiO4·2 H2O
按照水泥化學家符號可以簡寫為
- CH + SH → C-S-H
按傳統工業符號，火山灰反應可以寫作:
- Ca(OH)
2 + H
2SiO
3 → CaSiO
3·2 H
2O
或者直接寫作：
- Ca(OH)
2 + SiO
2 → CaSiO
3·H
2O
以上的表達方法在文獻中都可見。但用原硅酸(Si(OH)
4或H
4SiO
4)的形式比用硅酸(H
2SiO
3)要更為科學一些。
產物CaH2SiO4·2 H2O是一種水合硅酸鈣，在水泥化學家符號中被簡寫成C-S-H，字母之間的連字符表示該物質有可變的化學計量數，與鈣/硅比，氧化鈣/二氧化硅比和水的含量都有關。
很多火山灰也含有鋁酸鹽，或者四羥基鋁離子。這些物質可以與氫氧化鈣和水反應生成水合鋁酸鈣，如C4AH13, C3AH6或水石榴石,或者再與二氧化硅結合，生成C2ASH8等。在有陰離子基團如硫酸根、碳酸根、氯離子存在時，會生成多種水化硫鋁酸鈣或者鈣礬石等多種礦物相。
火山灰反應是長時間進行的反應，其中有溶解的原硅酸、水、氫氧化鈣及其他物質，形成具有一定強度的水泥基體。這一過程通常是不可逆的。足量的自由鈣離子和較強的鹼性（pH大於等於12）可以引發和保持火山灰反應[2]因為硅和鋁離子在較強鹼性的溶液中溶解度較大，可以促進反應進行。
影響因素
火山灰顆粒的比表面積、化學組成和火山灰反應的條件都會影響火山灰活性。
測試方法
機械方法
使用機械方法評價火山灰活性時，是用火山灰代替砂漿中的一部分波特蘭水泥，然後測試試件的壓縮強度，與波特蘭水泥自身的壓縮強度相比。一般是分別測試第3、7和28天時的壓縮強度，壓縮強度有明顯提升說明該火山灰摻料的火山灰活性較高。
參考文獻
- ^ Takemoto, K.; Uchikawa H. Hydration of pozzolanic cements. Proceedings of the 7th International Congress on the Chemistry of Cement. 1980, IV–2: 1–29.
- ^ Cherian, C.; Arnepalli, D. A critical appraisal of the role of clay mineralogy in lime stabilization. International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering. 2015, 1 (1): 1–20. S2CID 256465326. doi:10.1007/s40891-015-0009-3.
延伸閱讀
- Cook D.J. (1986) Natural pozzolanas. In: Swamy R.N., Editor (1986) Cement Replacement Materials, Surrey University Press, p. 200.
- Lechtman H. and Hobbs L. (1986) "Roman Concrete and the Roman Architectural Revolution", Ceramics and Civilization Volume 3: High Technology Ceramics: Past, Present, Future, edited by W.D. Kingery and published by the American Ceramics Society, 1986; and Vitruvius, Book II:v,1; Book V:xii2.
- McCann A.M. (1994) "The Roman Port of Cosa" (273 BC), Scientific American, Ancient Cities, pp. 92–99, by Anna Marguerite McCann. Covers, hydraulic concrete, of "Pozzolana mortar" and the 5 piers, of the Cosa harbor, the Lighthouse on pier 5, diagrams, and photographs. Height of Port city: 100 BC.
- Mertens, G.; R. Snellings; K. Van Balen; B. Bicer-Simsir; P. Verlooy; J. Elsen. Pozzolanic reactions of common natural zeolites with lime and parameters affecting their reactivity. Cement and Concrete Research. 2009, 39 (3): 233–240. ISSN 0008-8846. doi:10.1016/j.cemconres.2008.11.008.