بوزولانا

البوزولانا ( بالإنجليزية : Pozzolana أو pozzuolana ، بالإيطالية : [ potts (w)oˈlaːna ] ) ، والمعروفة أيضًا باسم الرماد البوزولاني ( باللاتينية : pulvis puteolanus )، هي مادة طبيعية سيليسية أو سيليسية - ألومينية تتفاعل مع هيدروكسيد الكالسيوم بوجود الماء في درجة حرارة الغرفة ( انظر: التفاعل البوزولاني ). في هذا التفاعل، تتشكل مركبات غير قابلة للذوبان من هيدرات سيليكات الكالسيوم وهيدرات ألومينات الكالسيوم، والتي تمتلك خصائص إسمنتية . ويُشتق اسم "بوزولانا" من أحد أهم رواسب الرماد البركاني التي استخدمها الرومان في إيطاليا ، في مدينة بوتسولي . يشمل التعريف الحديث للبوزولانا أي مادة بركانية ( كالخفاف أو الرماد البركاني )، تتكون في الغالب من زجاج بركاني ناعم ، وتُستخدم كبوزولان . تجدر الإشارة إلى الفرق بين مصطلح "بوزولان"، الذي لا يشير إلى الأصل المحدد للمادة، ومصطلح "بوزولانا"، الذي يُستخدم فقط للبوزولانات ذات الأصل البركاني، والمكونة أساسًا من الزجاج البركاني .

استُخدمت مواد البوزولانا، مثل طين سانتورين، في شرق البحر الأبيض المتوسط ​​منذ 500-400 قبل الميلاد. ورغم أن الإغريق القدماء كانوا روادًا في استخدامها، إلا أن الرومان هم من طوروا إمكانات معاجين الجير والبوزولانا بشكل كامل كمادة رابطة في الخرسانة الرومانية المستخدمة في المباني والإنشاءات تحت الماء. يذكر فيتروفيوس أربعة أنواع من البوزولانا: الأسود والأبيض والرمادي والأحمر، وجميعها موجودة في المناطق البركانية في إيطاليا، مثل نابولي . وكان يُخلط عادةً جيدًا بنسبة اثنين إلى واحد مع الجير قبل مزجه بالماء مباشرةً. بُني ميناء كوزا الروماني من خرسانة الجير والبوزولانا التي صُبّت تحت الماء، على ما يبدو باستخدام أنبوب طويل لوضعها بعناية دون السماح لمياه البحر بالاختلاط بها. ولا تزال الأرصفة الثلاثة ظاهرة حتى اليوم، مع بقاء الأجزاء المغمورة في حالة ممتازة عمومًا حتى بعد مرور أكثر من 2100 عام.

المكون الرئيسي النشط بوزولانيًا في الخفاف البركاني والرماد هو زجاج عالي المسامية . ^{[ 1 ]} طبيعة هذا الرماد والخفاف سريعة التغير ، أو شديدة التفاعل، تحد من وجودهما إلى حد كبير في المناطق البركانية النشطة حديثًا. تنتمي معظم المواد البوزولانية الطبيعية المستخدمة تقليديًا إلى هذه المجموعة، أي الخفاف البركاني من بوتسولي ، وتربة سانتورين، والأجزاء غير المتماسكة من التراس الألماني .

يختلف التركيب الكيميائي للبوزولانا تبعًا لنوع النشاط البركاني الإقليمي . وبما أن _ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂ ) هو المكون الكيميائي الرئيسي، فإن معظم الخفاف والرماد غير المتغيرين يقعان ضمن نطاق التركيب المتوسط ​​(52-66% وزنًا من SiO₂ ₎ إلى الحمضي (>66% وزنًا من SiO₂ ₎ لأنواع الصخور الزجاجية وفقًا لتصنيف الاتحاد الدولي للعلوم الجيولوجية (IUGS ). أما المواد البركانية الفتاتية القاعدية (45-52% وزنًا من SiO₂ ₎ وفوق القاعدية (<45% وزنًا من SiO₂ ₎ فهي أقل شيوعًا في استخدام البوزولانا . يوجد أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) بكميات كبيرة في معظم أنواع البوزولانا، بينما يوجد أكسيد الحديد (Fe₂O₃ _{) وأكسيد المغنيسيوم} ( MgO _{) بنسب ضئيلة فقط، كما هو الحال في أنواع} الصخور الحمضية أو الأكثر حمضية . عادةً ما تكون نسبة أكسيد الكالسيوم (CaO) والقلويات معتدلة، ولكنها قد تختلف اختلافًا كبيرًا من نوع بوزولانا إلى آخر.

يتحدد التركيب المعدني للصخور البركانية الفتاتية غير المتغيرة بشكل رئيسي بوجود البلورات الكبيرة والتركيب الكيميائي للصهارة الأم . المكون الرئيسي هو الزجاج البركاني ، الذي يوجد عادةً بكميات تزيد عن 50% وزناً. أما البوزولانا التي تحتوي على كميات أقل بكثير من الزجاج البركاني ، مثل التراكيانديزيت من فولفيك (فرنسا) الذي يحتوي على 25% وزناً فقط، فهي أقل تفاعلاً . ^{[ 2 ]} بالإضافة إلى محتوى الزجاج وشكله المرتبط بمساحة السطح النوعية ، يبدو أن العيوب ودرجة الإجهاد في الزجاج تؤثر أيضاً على النشاط البوزولاني . ^{[ 3 ]} المعادن المصاحبة النموذجية الموجودة على شكل بلورات كبيرة هي من سلسلة محاليل الفلسبار الصلب من البلاجيوكلاز . في الصخور البركانية الفتاتية التي تسود فيها القلويات على الكالسيوم، يوجد فلسبار البوتاسيوم مثل السانيدين أو الألبيت ، وفلسبار الصوديوم ^{[ 4 ]} . يوجد الليوسيت في البوزولانات الغنية بالبوتاسيوم والفقيرة بالسيليكا في منطقة لاتيوم . ويتواجد الكوارتز عادةً بكميات ضئيلة في البوزولانات الحمضية، بينما تُوجد البيروكسينات و/أو بلورات الأوليفين بكثرة في المواد الأكثر قاعدية. كما تُصادف بلورات دخيلة أو شظايا صخرية دُمجت خلال أحداث الثوران والترسيب العنيفة. وغالبًا ما يتواجد الزيوليت والأوبال CT والمعادن الطينية بكميات ضئيلة كمنتجات لتغير الزجاج البركاني. وفي حين أن عملية الزيوليت أو تكوين الأوبال CT مفيدة بشكل عام للنشاط البوزولاني ، فإن تكوين الطين له آثار سلبية على أداء مخاليط الجير والبوزولان أو الأسمنت المخلوط.

تتوافر البوزولانا بكثرة في بعض المناطق، وتُستخدم على نطاق واسع كمادة مضافة إلى أسمنت بورتلاند في دول مثل إيطاليا وألمانيا وكينيا وأوغندا وتركيا والصين واليونان. وبالمقارنة مع البوزولانا المُستخلصة من المنتجات الثانوية الصناعية ، تتميز البوزولانا بتنوع أكبر في تركيبها واختلاف أكبر في خصائصها الفيزيائية. ويخضع استخدام البوزولانا في أسمنت بورتلاند بشكل رئيسي لتوافر الرواسب المناسبة محليًا، وللمنافسة مع المواد الأسمنتية التكميلية المُستخلصة من المنتجات الثانوية الصناعية. ونظرًا لنضوب هذه المصادر الأخيرة، وتوافر احتياطيات كبيرة من البوزولانا، فضلًا عن المزايا التقنية المؤكدة للاستخدام الأمثل للبوزولانا، يُتوقع أن يتوسع استخدامها بشكل كبير في المستقبل. ^{[ 5 ]}

التفاعل البوزولاني هو التفاعل الكيميائي الذي يحدث في الأسمنت البورتلاندي المحتوي على البوزولان . وهو التفاعل الرئيسي في الخرسانة الرومانية التي اخترعها سكان روما القديمة . ويقوم التفاعل البوزولاني على تفاعل بسيط بين حمض وقاعدة هيدروكسيد الكالسيوم (على شكل بورتلانديت ) وحمض السيليسيك .

• استخدام الرومان القدماء له كإسمنت تحت الماء
  • قيصرية ماريتيما ، الميناء الهيرودي
  • أوستيا أنتيكا ، ميناء تراجانيك
• هيدرات سيليكات الكالسيوم (CSH)
• أسمنت
• تدوين كيميائي الأسمنت
• أسمنت
• الأسمنت المعدل طاقيًا (EMC)
• الرماد المتطاير
• ميتاكاولين
• أسمنت بورتلاند
• بوزولان
• التفاعل البوزولاني (الصفحة الرئيسية)
• حجر الخفاف
• رماد قشور الأرز
• الخرسانة الرومانية
• دخان السيليكا

• كوك دي جيه (1986) البوزولانا الطبيعية. في: سوامي آر إن، محرر (1986) مواد استبدال الأسمنت ، مطبعة جامعة ساري، ص  200.
• ماكان، أ.م. (1994). "ميناء كوزا الروماني" (273 ق.م.)، مجلة ساينتفك أمريكان، المدن القديمة ، الصفحات  92-99، بقلم آنا مارغريت ماكان. يغطي الكتاب الخرسانة الهيدروليكية، وملاط البوزولانا، والأرصفة الخمسة لميناء كوزا ، والمنارة على الرصيف رقم 5، بالإضافة إلى الرسوم البيانية والصور. ارتفاع مدينة الميناء: 100 ق.م.
• سنيلينغز ر.، ميرتنز ج.، إلسن ج. (2012) مواد إسمنتية تكميلية. مراجعات في علم المعادن والكيمياء الجيولوجية 74:211-278.