Величины деформирующих напряжений

17.06.2018
Салливан, а также Салливан и Грехэм подвергли бруски каолинитовых глин, содержащих различные обменные катионы, скручиванию и построили график зависимости угла скручивания от скручивающего усилия (в г/см2). На фиг. 3-1, Б приведена типичная кривая для пластичной каолинитовой глины. По этой кривой можно определить верхний предел пластичности (нижнюю границу текучести), максимум скручивающего усилия, приводящего к разрыву, угол максимального скручивающего усилия и угол предельного разрыва. Салливан приводит значения этих величин для каолинов с различными обменным катионами и различными в каждом отдельном случае содержаниями воды. Салливан показал, что верхний предел пластичности, как это и следовало ожидать, уменьшается с увеличением содержания воды, а угол максимального скручивающего усилия зависит от природы обменного катиона. Согласно Салливану и Грехэму, для каолинов прогрессивное увеличение верхнего предела пластичности при данном содержании воды определяется такой последовательностью катионов: литий — натрий — кальций — барий — магний — алюминий — калий — железо — аммоний — водород; увеличение максимального скручивающего усилия при данном содержании воды определяется последовательностью: литий — натрий — кальций — барий — магний — алюминий — железо — калий — водород — аммоний, а увеличение угла максимального скручивающего усилия при данном содержании воды — последовательностью: железо — водород — алюминий — аммоний — кальций — калий — магний — барий — натрий и литий. Следовательно, в случае каолинов, насыщенных литием и натрием, для определенного сдвига при данном содержании воды необходимо приложить меньшее усилие, или, другими словами, при данной силе необходима меньшая влажность при одинаковом сдвиге. Кроме того, судя по этим данным, максимальное усилие, необходимое для непрерывной и легкой деформации каолинитовой глины, будет наименьшим для каолинов, насыщенных литием и натрием. Согласно этим данным, насыщенные литием и натрием каолины испытывают наибольшую деформацию, прежде чем они начинают легко деформироваться. Другими словами, для деформации этих глин при данном содержании воды необходимо меньшее усилие, чем для деформации каолинов с другими катионами, а приложенная сита дает большую деформацию. Генри и Зиферт приводят данные по напряжению и деформации, подтверждающие эти основные выводы.

Грехэм и Салливан дают величины деформирующих напряжений (табл. 3-3) для хорошо раскристаллизованного каолинита (флинтклей), слабо структурированного каолинита [пластичная глина (боллклей)] и вайомингского бентонита (натрового монтмориллонита) при различных содержаниях воды. Судя по. этим данным, для выявления пластических свойств к пластичной каолинитовой глине необходимо добавить большее количество воды, чем к хорошо раскристаллизованной каолинитовой глине, кроме этого, она требует большего усилия для сдвига и для получения непрерывной легкой деформации. Монтмориллонитовым глинам для выявления пластических свойств необходимо больше воды, чем пластичным глинам (боллклей), но они деформируются при меньших усилиях и требуют меньших усилий для непрерывного течения.

Для глинистых минералов, не приведенных в табл. 3-3, данные по величинам деформирующих напряжений отсутствуют. Однако пределы Аттерберга свидетельствуют, что иллитовые и хлоритовые глины, видимо, характеризуются значениями, близкими к значениям, полученным для каолинита, и что эти глины должны обнаруживать такую же зависимость свойств от природы обменных катионов. Следует ожидать, что зависимость описываемых свойств от природы обменных катионов в монтмориллоните будет иной, чем в других глинистых минералах, особенно в глинах, содержащих натрий и литий.

Энделл, Фендиус и Гофман, используя несколько иную аппаратуру для определения деформирующих напряжений, подвергли образцы глин, приготовленные при определенном содержании воды, сжатию между двумя дисками с одновременным кручением. Величина сжатия во время появления первой трещины в образце, умноженная на скручивающее усилие, называется рабочей силой образования. Эта величина измеряется для различных содержаний воды; на фиг. 3-3 приведена зависимость рабочей силы образования от содержания влаги. Описанная методика применялась и раньше; по мнению Чокке, максимальное значение рабочей силы образования может быть использовано как показатель пластичности. Позже Кеплер пришел к выводу, что более полезная величина получается при умножении значения Чокке на процентное содержание воды при максимальной рабочей силе образования. Энделл с соавторами первыми применили эту методику для изучения глинистых минералов; результаты их работы приведены в табл. 3-4. Трудно сопоставить эти данные с практическими результатами, полученными при формовании глин, и судить об их значении. Так, натровый и кальциевый монтмориллониты характеризуются почти одинаковыми значениями показателя Чокке; равным образом кальциевый монтмориллонит и образцы каолинита очень мало различаются по методике Кеплера. В то же время эти глины обладают совершенно различными пластическими свойствами.

Генри, используя аппаратуру, близкую к аппаратуре Энделла с соавторами, пришел к выводу, что сила, приложенная в. момент разрыва, умноженная на деформацию, сопровождающуюся разрывом, дает число, количественно выражающее пригодность глины к обработке. Генри определил это рабочее число для ряда масс, которые, по мнению производственников, наиболее хорошо обрабатывались (т. е. содержащаяся в них влага обеспечивала их наилучшие характеристики). Согласно Генри, массы, которые производственники классифицируют как особенно пластичные, имеют наиболее высокое рабочее число по сравнению с массами такой же консистенции, но меньшей пластичности. Для типичных глинистых минералов такие данные отсутствуют.