Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


МАГМАТИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

Особенности химического и минералогического составов магматических горных пород связаны с геологическими процессами их образования и, прежде всего, с вулканической деятельностью Магма, поднимающаяся из глубин земли, либо выливается на поверхность в виде лавовых потоков н вулканических выбросов, либо, ие достигнув поверхности, застывает в земной коре в виде различных магматических тел. В первом случае образуются породы, называемые эффузивными (вулканическими, лавовыми, излившимися), во втором — интрузивными (плутоническими, глубинными). Родоначальные магмы, образовавшиеся в недрах землн, неоднородны по составу, так как процесс их формирования сопровождается магматической, кристаллизационной и гравитационной дифференциацией, ассимиляцией и гибридизацией (полным или неполным поглощением вмещающих пород), смешиванием нескольких, отличающихся по составу исходных магм. Соответственно, при охлаждении этих магм образуется значительное количество магматических горных пород, отличающихся по химическому и минералогическому составу и характеризующихся различной структурой.

В табл. 1.9 приводятся данные (по С. П. Соловьеву) о распространенности магматических горных пород на территории СССР (без учета сибирских траппов).

Сравнительная характеристика этих пород позволяет сделать некоторые предварительные выводы.

Учитывая, что содержание кремнезема в портландцементном клинкере составляет в среднем 20—24 % по массе, из данных табл. 1.10 следует, что в сырьевые смеси для получения портландцементного клинкера может быть введено менее 30% кислой породы, при этом обеспечивается необходимое количество кремнезема, однако содержание оксидов железа окажется весьма незначительным (около 1—1,2 % по массе), что потребует корректировки смеси дефицитным железосодержащим компонентом. При введении в сырьевую смесь необходимого количества кремнезема в виде пород основного состава достаточным оказывается и количество глинозема и оксидов железа (около 6 и 5 % по массе соответственно). Следовательно, основные породы содержат оксиды алюминия и железа в количествах, достаточных для образования клинкерных минералов. Минеральный состав кислых магматических пород характеризуется присутствием малореакционноспособного кристаллического кварца, содержание которого может достигать 40 % по массе (21, 22 и др.], тогда как основные породы кристаллов кварца практически не содержат.

Сказанное свидетельствует о том, что из двух наиболее распространенных групп магматических пород больший интерес для использования в качестве алюмосиликатного и железосодержащего сырья при производстве портландцементного клинкера представляют основные эффузивные магматические горные породы. В табл. 1.11 приведены данные по распространенности этих пород по регионам страны (по С. П. Соловьеву), свидетельствующие о том, что размещены они по территории СССР неравномерно, однако имеются во всех крупных промышленных регионах. При этом запасы в большинстве районов и в целом по стране могут быть охарактеризованы как неисчерпаемые. Эффузивные породы (базальты, диабазы), как правило, представлены мощными, легкодоступными залежами.

Породы основного состава. Химический состав некоторых основных эндогенных пород страны по [26 и др.] приведен в табл. 1.12—1.14. Построением сечений диаграммы состояния четырехкомпонентной системы плоскостями, соответствующими содержанию оксида алюминия в каждой из пород, составы которых пересчитаны на четыре компонента, установлено, что подавляющая часть фигуративных точек составов пород располагается в элементарном тетраэдре анортит — диопсид — энстатит — кварц (рис. 1.12). Это находится в соответствии с данными о минеральном составе пород: изверженные горные породы сложены, в основном, плагиоклазами (крайним членом ряда плагиоклазов является анортит) и пироксеиами (твердый раствор диопсида и энстатита). Расположение преимущественного большинства фигуративных точек составов в одном элементарном тетраэдре свидетельствует о высокой химико-минералогической однородности эндогенных горных пород основной группы. Результатом является то, что большинство основных пород начинает плавиться при одной и той же температуре 1150 ± 10 °С (см. табл. 1.5).

Из данных рис. 1.12 следует, что фигуративные точки составов двух пород располагаются в элементарном тетраэдре волластонит — анортит — диопсид — кварц (CS — CAS2 — CMS2 — S). Согласно данным табл. 1.6, температура начала плавления этих пород составляет 1135 °С. Часть фигуративных точек (например, точка 2 на рис. 1.13,6) располагается в плоскости грани CAS2 — CMS2 — S, принадлежащей элементарным тетраэдрам CS — CAS2 — CMS2 — S и CAS, — CMS2 — MS — S. Эта грань представляет собой псевдотройную систему аиортит — диопсид — кварц (кристобалит), эвтектическая точка которой соответствует температуре 1200 С. Следовательно, все породы, фигуративные точки составов которых располагаются в плоскости этой грани, начнут плавиться при данной температуре. Таким образом, температура начала плавления основных эндогенных горных пород может составлять 1135, 1150 ± 10 и 1200 °С; подавляющее большинство пород начинает плавиться при 1150 ± 10 °С.

Как видно из данных рис. 1.13, независимо от колебаний количества других оксидов, породы, содержащие 15 % по массе Al2O3, и породы с 10 % по массе MgO полностью расплавляются ври температуре ниже 1300 С. Породы, включающие 20 % по массе Аl2O3, полностью расплавляются при температурах выше 1300 °С, однако температура их полного расплавления не превышает 1400 °С, так как уже в трехкомпонентной системе SiO2 — Аl2O3 — СаО (рис. 1.14) все смеси, содержащие 20 % по массе Аl2O3 и располагающиеся в поле кристаллизации анортита, полностью плавятся ниже этой температуры. Следовательно, многие составы основных эндогенных горных пород характеризуются температурой расплавления ниже 1300 °С. Сходными характеристиками обладают отходы обогащения железистых кварцитов, представленные амфиболитами.

Сравнительная физико-химическая характеристика различных алюмосиликатных материалов при помощи диаграммы состояния четырехкомпонентной системы SiO2 — Al2O3 — СаО — MgO показывает, что эффузивные горные породы основной группы имеют однородный химико-минералогический состав, сравнительно низкие температуры начала и, особенно, окончания процесса плавления и представляют поэтому значительный практический интерес.

Кроме оксидов, имеющихся в изученной четырехкомпонентной системе, и оксидов железа, входящих в состав магнетита, эффузивные породы содержат оксиды железа в составе различных минералов, оксиды марганца, щелочных металлов, титана, фосфора и др. [231. а также летучие компоненты, которые способствуют дальнейшему понижению температур начала и окончания процессов плавления и оказывают влияние на свойства расплавов.

Поведение базальтов при нагревании описывалось нами ранее |23, 24] достаточно подробно. Здесь укажем только, что при нагревании пород жидкая фаза начинает появляться при температуре 1100—1150 °С, при 1200 °С основная масса породы (до 90 %) переходит в расплавленное состояние, а при 1300 °С большинство составов полностью расплавляется. Эго находится в полном соответствии с результатами, полученными при анализе диаграммы состояния четырехкомпонентной системы SiOa — Аl2О3 — СаО — MgO. Обобщая сказанное, можно сделать такой вывод. В сырьевых смесях для получения портландцементов на основе обычных сырьевых материалов, относящихся к системе SiO2 — А12O3 — Fe2O3 — СаО — MgO — Na2O, жидкая фаза при обжиге начинает появляться при температуре 1280 °С, а при 1450 °С количество расплава достигает 20—30 %. Особенностью сырьевых смесей, содержащих базальты, является появление расплава при температуре 1100—1150 °С, при 1250—1300 °С порода полностью расплавится; количество расплава при этой температуре достигает 30 %. Указанные факторы способны существенно интенсифицировать процесс клинкерообразования.

Вязкость клинкерного расплава при температурах обжига клинкера (1400—1450 °С) обычно не превышает 0,4 Па. По данным, приведенным в табл. 1.15, видно, что вязкость шлаковых расплавов при высоких температурах в значительной мере приближается к вязкости клинкерного расплава. Расплавы горных пород имеют более высокие значения вязкости, при этом наименьшим значением и наименьшими колебаниями этого показателя при постоянной температуре в зависимости от изменений химического состава характеризуются расплавы базальтов.

Породы среднего состава. Химический состав средних пород (табл. 1.16), приведенный к системе SiO2 — Al2O, — CaO — MgO, и результаты определения температуры начала их плавления с использованием диаграммы состояния этой системы показаны в табл. 1.17.

Как видно из приведенных данных, большинство эффузивных пород среднего состава имеет относительно однородный химико-минералогический состав и низкую температуру начала плавления. Эффузивные породы среднего состава имеют практически такой же температурный интервал плавления, как и породы основного состава, однако более высокое содержание SiO3 и Al2O3 а этих породах должно отразиться на свойствах их расплавов и, прежде всего, на значениях вязкости. Расплавы диабазов и амфиболитов характеризуются довольно широким интервалом значений вязкости при каждой данной температуре (см. табл. 1.15), что объясняется большими вариациями их химического состава, связанными с условиями формирования: базальты являются излившимися (первичными) породами, диабазы — измененными, амфиболиты — метаморфизованными. Следовательно, эффузивные горные породы среднего состава характеризуются низкими температурами начала и окончания плавления, однако вязкость расплава этих пород довольно высока, поэтому диабазы и амфиболиты могут быть охарактеризованы как меиее реакционноспособные по сравнению с базальтами.

Кислые вулканические стекла — перлиты. По химическому составу оии соответствуют другим кислым лавам (липариты, дациты), характеризующимся мелкой, кристаллически-скорлуповатой структурой. Как и другие вулканические породы, перлиты отличаются сравнительно постоянным химическим составом. Содержание отдельных оксидов в перлитах колеблется в пределах, % по массе: SiO2 — 68—75; Аl2О3— 11—17; Fe2O3 — 0,4—3; СаО — 0,7—3. Как следует из данных химического и минералогического составов, вследствие содержания значительных количеств кристаллического кварца эти породы не могут быть эффективным алюмосиликатным компонентом. Более высокой реакционной способностью обладают аморфные (скрытокристаллические) разности. С учетом сказанного выше о кислых интрузивных породах, перлиты мало пригодны в качестве сырья для получения портландцементов рядового минералогического состава, однако О. П. Шестаковой показана эффективность их использования для производства высококремнеземистых цементов [27].

А.А. Пащенко, Теория цемента, К, 1991

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????