Co to są pucolany?

Już starożytni Grecy i Rzymianie odkryli bardzo korzystne właściwości pewnych osadów wulkanicznych, które drobno zmielone i zmieszane z wapnem oraz piaskiem dawały w efekcie nie tylko bardzo mocne, ale przede wszystkim trwałe zaprawy odporne na działanie wody morskiej.

Współcześnie mianem Pucolan określamy materiał krzemionkowy lub krzemionkowo-glinowy, który w postaci drobnoziarnistej i w obecności wilgoci reaguje chemicznie z wodorotlenkiem wapnia, tworząc związki o właściwościach wiążących. Technologicznie bardzo istotną cechą materiałów pucolanowych jest ich rozdrobnienie oraz zawartość fazy szklistej – ich reaktywność rośnie wraz ze wzrostem rozdrobnienia oraz ilością amorficznej krzemionki.

Pucolany mogą być pochodzenia naturalnego (np. popioły wulkaniczne, łupki opalowe, rogowce) lub przemysłowego (najczęściej pod postacią popiołów lotnych oraz mikrokrzemionki). Obecnie, zgodnie z koncepcją zrównoważonego rozwoju w budownictwie, oraz w trosce o środowisko naturalne jako materiał pucolanowy bardzo szeroko stosowane są popioły lotne odzyskiwane z gazów spalinowych w elektrowniach opalanych węglem. Materiał taki ma postać drobnych, kulistych cząstek zbudowanych głównie z reaktywnych tlenków krzemu, glinu i żelaza.

Pucolany jako materiał o pewnych utajonych właściwościach wiążących nie twardnieją samodzielnie po zmieszaniu z wodą, natomiast drobno zmielone, reagują z wodorotlenkiem wapnia w środowisku wodnym w temperaturze otoczenia. Produktem tej reakcji są trudnorozpuszczlane w wodzie uwodnione krzemiany wapnia, tzw. "faza CSH", będąca również produktem hydratacji głównych minerałów klinkieru portlandzkiego – krzemianów wapnia.

W wyniku reakcji cementu portlandzkiego z wodą oprócz wspomnianej, cechującej się dużą wytrzymałością oraz trwałością "fazy CSH", powstaje zawsze pewna ilość wodorotlenku wapnia. Związek ten jest stosunkowo dobrze rozpuszczalny w wodzie – będąc tym samym najmniej trwałą fazą w betonie, która dodatkowo objawia się w postaci białych wykwitów na powierzchniach betonowych elementów, ujemnie wpływając na ich walory estetyczne. Wspomniana wcześniej zdolność materiałów pucolanowych do chemicznego wiązania wodorotlenku wapnia daje w rezultacie szereg korzystnych efektów.

Wprowadzając do betonu czy zaprawy materiał pucolanowy całkowita zawartość wodorotlenku wapnia obniża się, podczas gdy w jego miejsce powstają dodatkowe ilości uwodnionych krzemianów wapnia.

W rezultacie struktura stwardniałego materiału staje się bardziej zwarta tworząc materiał o zwiększonej wytrzymałości oraz trwałości. Należy jednak pamiętać, że reakcja pucolanowa jest reakcją stosunkowo wolną i pozytywnych efektów należy spodziewać się po dłuższych czasach dojrzewania betonu.

Z tego właśnie powodu nie można zapominać, że aby uzyskać maksymalne korzyści ze stosowania pucolan koniecznym jest zapewnienie wydłużonego okresu dojrzewania betonu.

Zdjęcie: Lafarge