ポッツォラーナ

ポッツォラーナ（英：pozzolana または pozzuolana）、またはポゾラン質灰（ポゾランしつはい）は、室温・水存在下で水酸化カルシウムと反応（）する天然の二酸化ケイ素質またはケイ酸-アルミナ質材料。この反応によって水に不溶なケイ酸カルシウム水和物およびアルミン酸カルシウム水和物が生成し、結合材（セメント）としての性質を示す。

語は、古代ローマ人が用いた火山灰の主要産地の一つであるイタリア・ポッツオーリに由来する。現代的な定義では、微細な火山ガラスを主成分とする火山性材料（軽石または火山灰）で、として用いられるものを指す。なお、ポゾランは素材の起源を問わない一般名であるのに対し、ポッツォラーナは火山起源で主として火山ガラスから成るポゾランに限って用いられる点に注意を要する。

歴史
サントリーニ島などで取れるポッツォラーナは、紀元前500–400年頃から東地中海地域で用いられていた。先駆は古代ギリシアに求められるが、ローマ人が石灰・ポッツォラーナ系ペーストをローマン・コンクリートの結合相として建築や水中構造物に本格的に適用し、その潜在力を発展させた。ウィトルウィウスによればポッツォラーナには黒・白・灰・赤の四種があり、いずれもナポリ周辺などイタリアの火山地域に産するという。実務では、水と練る直前に石灰と 2:1（ポッツォラーナ 2、石灰 1）の割合で入念に混合した。古代ローマの港は、水が混入しないよう長い管を用いて水中に打設したポッツォラーナ・石灰コンクリートで築かれた。三基の突堤は現在も確認でき、水中部分は2100 年以上を経た今日でも概して良好な状態にある。

地球化学・鉱物学
ポッツォラーナのポゾラン活性の主因は、高多孔質の火山ガラスであるLudwig, U.; Schwiete H.E. (1963). "Lime combination and new formations in the trass-lime reactions". Zement-Kalk-Gips. 10: 421–431.。これらの灰や軽石は反応性が高く変質しやすいため、産出は比較的近年活動した火山地域に限られることが多い。伝統的に用いられてきた天然ポゾランには、ポッツオーリ産の火山軽石、サントリーニ島の土、およびドイツ産のの未固結部が含まれる。

化学組成は産地の火成活動の型を反映して変動する。主成分はSiO₂であり、未変質の軽石・火山灰の多くは 中性（52–66 wt% SiO₂）から酸性（>66 wt% SiO₂）のIUGS区分に属する。塩基性（45–52 wt% SiO₂）および超塩基性（<45 wt% SiO₂）の火砕物はポゾランとして用いられることが少ない。Al₂O₃は概して多く、Fe₂O₃とMgOは少量で、より酸性の岩石組成の特徴を示す。CaOとアルカリ成分は通常は中程度だが、産地により大きく変動し得る。

鉱物組成は、未変質の火砕岩に含まれる斑晶と母岩マグマの化学組成に左右される。主成分はしばしば50 wt% 超の火山ガラスである。ガラス含有量が顕著に少ないポッツォラーナ（例：フランス・ヴォルヴィック産ので 25 wt%）は反応性が低いMortureux, B.; Hornain H.; Gautier E.; Regourd M. "Comparison of the reactivity of different pozzolans". Proceedings of the 7th International Congress on the Chemistry of Cement. IV: 110–115.。また、ガラスの欠陥や歪み意外に、比表面積もポゾラン活性に影響する。随伴鉱物としては長石と斜長石の固溶体が一般的であるMehta, P.K (1981). "Studies on blended Portland cements containing Santorin earth". Cement and Concrete Research. 11 (4): 507–518. doi:10.1016/0008-8846(81)90080-6.。アルカリがCaに卓越する火砕岩では、サニディンや曹長石のような正長石が見られる。はKに富みSiに乏しいラティウム産ポッツォラーナに産する。石英は酸性ポッツォラーナに少量含まれることが多く、より塩基性の材料では輝石やカンラン石の斑晶がしばしば認められる。激しい噴出・堆積過程で取り込まれた捕獲岩や岩片も伴う。ゼオライト、オパール-CT、粘土鉱物は火山ガラスの変質産物として少量含まれることが多い。一般にゼオライト化やオパール‑CT の形成はポゾラン活性に好影響を与える一方、粘土化は石灰・ポゾラン系や混合セメントの性能を損なう。

現代における利用
ポッツォラーナは特定地域に豊富に産し、イタリア、ドイツ、ケニア、ウガンダ、トルコ、中国、ギリシャなどでポルトランドセメントへの添加材として広く用いられている。産業副産物系ポゾランに比べ、組成範囲が広く、物性のばらつきも大きい。利用は主として、適切な鉱床がその地域にあるかどうか、入手可能な産業副産物系の補助セメント材料との競合に左右される。後者の資源枯渇やポッツォラーナの豊富な埋蔵、さらに適切な活用による技術的利点の実証を背景に、その利用は今後大きく拡大すると見込まれているDamtoft, J.S.; Lukasik J.; Herfort D.; Sorrentino D.; Gartner E.M. (2008). "Sustainable development and climate change initiatives". Cement and Concrete Research. 38 (2): 115–127. doi:10.1016/j.cemconres.2007.09.008.。

ポゾラン反応

ポゾラン反応は、ポゾランを含むポルトランドセメント中で起こる化学反応であり、古代ローマのコンクリートにおける主要反応でもある。その本質は、水酸化カルシウム（）とケイ酸との酸塩基反応である。

関連項目
コンクリート
モルタル
セメント

脚注

Category:セメント
Category:複合材料
Category:火山学
Category:地質学