Глинистые горные породы

Включения пирита и гипса  являются причиной появления на поверхности  готовых изделий зеленоватых  выцветов и выплавов.

Наличие сульфатов вызывает после обжига появление на поверхности  изделий высолов.

Карбонатные примеси (кальцит, доломит) понижают огнеупорность глин, сокращают интервал спекания, повышают пористость и понижают прочность  готовых изделий. Тонкодисперсные  примеси карбонатных пород практически  не оказывает влияние на качество стеновой керамики, но очень вредны для производства изделий с плотным  черепком – напольных плиток, канализационных  труб, дорожного кирпича. Крупные  же включения (более 1 мм) переходят  при обжиге сырца в известь, которая  гидратируется, поглощая водяные пары из воздуха или при увлажнении изделий в службе, резким увеличением  объема, приводящим к появлению локальных  вздутий («дутиков») либо полному разрушению изделий.

Оксид кальция в виде СаС0₃ также понижает температуру плавления, изменяет окраску обжигаемых изделий, придавая им желтый или розовыйцвет, повышает пористость, снижает прочность и морозостойкость изделий.

Оксиды щелочных металлов являются сильными плавнями. Они понижают температуру обжига, повышают плотность  и пористость изделий, ослабляют  красящие свойства оксида железа.

Органические примеси (п.п.п.) в виде остатков растений и гумусовых  кислот окрашивают изделия в темные тона, повышают пластичность за счет большого количества связанной воды и, следовательно  воздушную осадку. С увеличением  их содержания возрастает пористость, тем самым снижая механическую прочность  изделий. Они полезны при получении  стеновой керамики, но нежелательны в  производстве напольных плиток, особенно бе-ложгущихся.

Минеральный состав глин отличается неоднородностью, однако в нем всегда преобладают глинистые вещества. В составе глинистого сырья в виде примесей встречаются зерна кварца, полевых шпатов, слюды, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, а также органические вещества, растительные и животные остатки. В глинистом веществе может содержаться в большом количестве один или несколько минералов. Исходя из этого, глины подразделяют на мономинеральные, когда глинистое вещество состоит преимущественно из одного минерала, и полиминеральные, когда глинистое вещество состоит из нескольких минералов.

Глинистые минералы представляют собой водные алюмосиликаты

(xАl₂О₃ • ySiO₂ • zH₂O),

где х, y, z имеют различные  значения.

К важнейшим глинистым  минералам относятся: каолинит —  Аl₂О₃ • 2SiO₂ • 2Н₂О, монтмориллонит — (Са, Mg)O • Аl₂О₃ • 4 — 5SiO₂ • xН₂О, гидрослюда (иллит) — К₂О • MgO • 4Аl₂О₃ • 7SiO₂ • 2Н₂О и др.

Мономинеральные глины, состоящие  преимущественно из каолинита или  минералов каолинитовой группы, называют каолином. Каолин отличается от других глин высоким содержанием глинозема  Аl₂О₃, меньшей пластичностью и обладает свойством придавать повышенную белизну обожженному керамическому материалу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Структуры и текстуры  глинистых горных пород

Структуры и текстуры глинистых  пород

Под структурой глин подразумевают  распределение компонентов породы по гранулярному составу, форму частиц, их пространственную ориентировку по отношению друг к другу и силы сцепления, соединяющие их вместе.

Различают структуры в  сечении, перпендикулярном к наслоению, и структуры в сечении, параллельном наслоению.

Структуры в сечении, перпендикулярном к наслоению, разделяются на:

1)гемогенные, если напластование  или слоистость не выражены;

2)ориентированные, если  слоистые силикаты имеют отчетливую  ориентировку, возникшую при осадконакоплении, диагенезе и т.д.

3)слоистые, если порода  состоит из чередующихся слойков;

4)циклические, если в  породе наблюдается ритмическое  чередование, например, в ленточных  глинах, в ленточных мергелях  и целом ряде других осадков.

5)Микролинзовидные, если  цикличность настолько локализована, что слойки кажутся залегающими  несогласно даже в масштабе  образца или шлифа.

Структуры в сечении, параллельном слоистости, подразделяются на:

1)кристаллические, если  основная масса составлена хорошо индивидуализированными чешуйками;

2)скрытокристаллические,  если кристаллическое строение  различимо с трудом по присутствию  слабо преломляющих участков  скрытокристаллические, или аморфные, если глинистое вещество кажется изотропным. Глинистая масса имеет кристаллическое строение, а впечатление изотропности обусловлено компенсацией, возникающей при наложении друг на друга мелких кристаллических частиц.

Среди скрытокристаллических  структур можно выделить следующие  разновидности:

а) трещиноватые, сетчатые, обусловленные  ориентированным расположением  минералов по стенкам трещин;

б) петельчастые и хлопьевидные. Петельчатая структура характеризуется  спутанноволокнистым сложением, напоминающем строение микроскопических волокон  антигорита; хлопьевидная – присутствием округлых участков, окаймленных более высоко двупреломляющем материалом (либо слоистыми силикатами, либо кристаллами кальцита);

в) струйчатые, флюидальные, муаровые, обусловленные различными оптическими эффектами.

Структуры глинистых компонентов  в цементе песчаных пород. Глинистая  фракция пород представляет существенный интерес даже в тех случаях, когда  присутствует в породе в подчиненном  количестве или в виде незначительной примеси. Если глинистые минералы остаются неизменными среди изменяющейся основной массы породы, по ним можно  судить о ранних этапах эволюции породы. И наоборот, если преобразуются глинистые  минералы, а основная масса породы остается неизменной, по ним можно  судить о недавних этапах эволюции породы.

Возникает проблема глинистых  цементов, для которых тщательно  разработана классификация структур глинистых цементов песчаников. Они  подразделены на микроагрегатные, чешуйчатые, пленочные, крустификационные, вермикулитоподобные, лепидобластовые, сноповидные. В песках и песчаниках возникают новообразования  глинистых минералов или слюидистых силикатов, составляющих существенную часть породы.

Слоистые силикаты участвуют  в формировании оолитов и конкреционных  структур. К этой категории близки также железные руды или породы с  железистыми оолитами: изучение эволюции слоистых силикатов типа шамозитов  и хлорита позволяет восстановить условия раннего и позднего диагенеза  этих пород.

Особенностью некоторых  глин является их пеллетовая текстура. Пеллеты представляют собой небольшие, округлые агрегаты глинистых минералов  и мелкого кварца, рассеянные в  матриксе, представленном тем же материалом. По размерам пеллеты составляют в диаметре 0,1-1,3мм, а в некоторых случаях достигают нескольких миллиметров(в длину). Их образование приписывают действию течения воды.

В некоторых глинистых  породах осадочного происхождения  проявляются реликтовые структуры, унаследованные от материнских пород, из которых они образовались. Примерами  являются сапролиты, которые произошли  от различных грубых вулканических  и метаморфических пород. В этих породах достаточно хорошо сохранились  « РЕЛИКТЫ» первичных минералов, поэтому можно проследить первоначальную гнейсовую сланцеватость, порфиробласты.

Другим примером реликтовой структуры являются бентониты и  близкие к ним осадки, образующиеся in situ при преобразовании вулканического пепла. Нереликтовые структуры включают оолитовые и пизолитовые формы, возникающие в некоторых бокситовых и диаспоровых глинах. Известны также псевдоморфные замещения ракушечного материала монтмориллонитом и диагенетически перекристаллизованные структуры, подобные «метакристаллам» иллитовой слюды в тонкозернистой иллитовой основной массе. Большинство глинистых сланцев, однако, не проявляет ни одной из этих особенностей; они либо бесструктурны, либо слоисты/

Тонкослойные сланцы характеризуются ориентированными пластинчатыми слюдистыми компонентами, параллельными плоскости напластования, что хорошо видно под микроскопом. Хотя отдельные кристаллы располагаются не строго параллельно к плоскости напластования, шлифы, приготовленные перпендикулярно к этой плоскости, проявляют эффект одновременного погасания, как и в случае если бы шлиф был сделан из единого кристалла. В пластинчатых минералах световые колебания медленнее и параллельны спайности, поэтому проявляется параллельное погасание – эффект агрегатного погасания.

Однако в некоторых  глинах и сланцах глинистые минералы проявляют беспорядочную ориентировку. Подобное явление может быть результатом  аутигенной кристаллизации на месте. В  других случаях подобное явление  вызывается нарушением первичной структуры  иллоядными донными организмами.

Свежеотложенные илы имеют  чрезвычайно высокую водонасыщенность и очень большую пористость. Первоначальная пористость можетсоставлять 70-80%. Поскольку в среднем в глинистых сланцах пористость составляет только 13%, то это означает, что первичные отложения были сильно уплотнены и обезвожены. Тот факт, уменьшение пористости происходит скорее за счет уплотнения, а не выполнения пор (как у песчаников), подтверждается постепенными изменениями структуры, которые направлены на то, чтобы ориентировать глинистые пластинки параллельно друг к другу и плоскости напластования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Общие свойства

Свойства глин целиком зависят от их химического и минерального состава, а также от величины составляющих их частиц. Уже одни эти. факты указывают нам на важнейшие свойства глин.

Важнейшими свойствами глин являются:

1) способность в смеси  с водой образовывать тонкие  «взвеси» (мутные лужи) и вязкое  тесто;

2) способность набухать  в воде;

3) пластичность глиняного  теста, т. е. способность его  принимать и сохранять любую  форму в сыром виде;

4) способность сохранять  эту форму и после "высыхания  с уменьшением объема;

5) клейкость;

6) связующая способность;

7) водоупорность, т. е.  способность после насыщения  определенным количеством воды  не пропускать через себя воду.

Глины могут быть всех цветов - от белого до черного. На Украине и  в некоторых других районах белая глина служит материалом для побелки стен, печей и т. д. Когда хотят покрасить стены в цветные тона, берут желтые, красные, зеленые и другие глины. Таким образом, здесь мы имеем дело с новым свойством глины - с красящей и кроющей ее способностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Физические свойства.

Большое разнообразие условий  образования и степени литификации  глинистых пород обусловливает  значительный диапазон изменения их свойств. Среди физических свойств  наименее изменчивы показатели плотности  глинистых пород. Они варьируют  от 2,50 до 2,85 г/см3. Примесь органических веществ понижает плотность глин, так как для гумуса она равна 1,25—1,40 г/см3. У минеральных монтмориллонитовых глин ее величина также низкая —  до 2,25 г/см³.

Значения пористости варьируют  от 25—30 до 60%; подавляющая часть пор  является открытой, доступной для  жидкой компоненты.

Наибольшей плотностью, как  правило, обладают древние глины, залегающие на значительных глубинах и испытавшие сильное уплотнение. К этой категории  относятся большая часть палеозойских, мезозойских, некоторые эоценовые  и палеогеновые глины. Высокую уплотненность, независимо от возраста, имеют глинистые  образования горно-складчатых районов, такие, как апшеронские глины  Закавказья, олигоценовые глины Западного  Кавказа. Среди континентальных  четвертичных отложений наибольшую уплотненность имеют ледниковые глинистые залегания. Наименьшими  показателями уплотнения характеризуются  четвертичные озерные, озерно-ледниковые, аллювиальные и делювиальные глинистые  образования.

С плотностью и пористостью  глинистых пород тесно связана  их водопроницаемость. Большая часть  глин и суглинков относится к  слабопроницаемым или практически  водонепроницаемым породам. Значения коэффициента фильтрации для них  изменяется от 10^-3 до 10^-5 м/сут. Это объясняется наличием у глин и суглинков ультракапиллярных пор, полностью занятых связанной водой. Фильтрация через такие поры возможна только при превышении начального градиента.

Важной особенностью глинистых  пород является их способность вступать в обменные реакции, приводящая к  изменению их состава, строения и свойств. Обменная способность глин часто используется в практических целях, например в химической промышленности, а также при целенаправленном изменении их свойств, таких, как водопроницаемость, липкость и др. Глинистые породы благодаря особенностям гранулометрического и химико-минерального состава проявляют четко выраженные физико-химические свойства. Так, многие глинистые породы при их увлажнении набухают, а при высушивании дают усадку, что сопровождается изменением объема от нескольких до 25—30%, а в некоторых случаях и больше. Развиваемое при этом давление набухания может достигать 1,0—1,5 МПа. При определенных условиях глинистые породы обладают липкостью, величина которой может достигать 5—6 Н/см².