Верхний предел пластичности, или нижний предел текучести глин

17.06.2018
Данные, приведенные в табл. 5-1—5-3, свидетельствуют, что величина верхнего предела пластичности, как и величина нижнего предела пластичности, не типична для конкретного глинистого минерала. Диапазон колебания верхнего предела пластичности для глинистых минералов какой-либо группы гораздо шире, чем диапазон колебания нижнего предела пластичности. Даже для каолинита — минерала с довольно низкой пластичностью — величины верхнего предела пластичности могут различаться на 100%.

По уменьшению величины верхнего предела пластичности различные глинистые минералы располагаются в следующем порядке: литиевый и натриевый монтмориллониты; аттапульгит; кальциевый, магниевый, калиевый и аммониевый монтмориллониты; иллит; плохо окристаллизованный каолинит; четырехводный галлуазит; двухводный галлуазит; хорошо окристаллизованный каолинит. Данные, приведенные в табл. 5-2, указывают, что нонтронит характеризуется значительно меньшей величиной верхнего предела пластичности, чем глиноземистые монтмориллониты.

Образцы монтмориллонита, насыщенного натрием и литием, характеризуются необычайно высокими величинами верхнего предела пластичности (табл. 5-1). Верхний предел пластичности в данном случае очень трудно установить; точные определения нельзя провести из-за резко выраженной тиксотропии глинисто-водных суспензий. Кроме того, определение верхнего предела пластичности осложняется еще тем, что гелеобразование, или переход суспензии глины в тиксотропное состояние, происходит в течение некоторого периода времени, различного для разных образцов, так что величина верхнего предела пластичности может меняться во времени после приготовления пробы. Поэтому приводимые значения просто указывают порядок величины верхнего предела пластичности. Величины верхних пределов пластичности для образцов монтмориллонитов, насыщенных магнием, аммонием и калием, почти одинаковы и составляют примерно 50%, причем они меньше, чем у монтмориллонитов, насыщенных натрием и литием. Значения верхнего предела пластичности различных образцов монтмориллонитов, насыщенных одним и тем же катионом, различаются более чем на 100%. Это опять-таки указывает на то, что состав обменных катионов не единственный фактор, определяющий величину верхнего предела пластичности, и что влияние на эту величину оказывают особенности строения и состава силикатных слоев монтмориллонита. Судя по данным, приведенным в табл. 5-3, значения верхнего предела пластичности водородных монтмориллонитов (табл. 5-3) промежуточные между значениями верхнего предела пластичности и натриевой разновидности и разновидностей, насыщенных другими катионами (кальцием, магнием, калием и аммонием), а монтмориллониты, насыщенные катионами алюминия, трехвалентного железа и тория, характеризуются довольно низкими значениями верхнего предела пластичности.

Верхний предел пластичности аттапульгита соответствует верхнему пределу пластичности кальциевого, магниевого, калиевого и аммониевого монтмориллонитов или несколько больше их. Верхние пределы пластичности аттапульгитов, насыщенных кальцием, натрием и литием, значительно больше верхних пределов пластичности аттапульгитов, насыщенных калием, магнием и аммонием.

Для иллитов значения верхнего предела пластичности колеблются в пределах 60—90. Состав обменных катионов не оказывает существенного влияния на величину верхнего предела пластичности, за исключением того что образцы, насыщенные натрием и литием, имеют более низкие величины этого предела пластичности. В иллитовых глинах те же катионы оказывают на верхний предел пластичности влияние, противоположное влиянию их на монтмориллонитовые глины.

Значения верхнего предела пластичности для каолинитов колеблются в пределах 30—75. Сравнение данных для каолинитов 1 и 2 (табл. 5-1) показывает, что верхний предел пластичности плохо окристаллизованного тонкозернистого каолинита больше чем на 100% превышает таковой хорошо окристаллизованной разновидности. Очевидно, величина верхнего предела пластичности каолинита зависит в основном от степени окристаллизованности и дисперсности этого минерала.

Для галлуазита значения этой величины примерно те же, что и для каолинита, и аналогичным образом почти не меняются в зависимости от состава обменных катионов. Как и при оценке нижнего предела пластичности, верхний предел пластичности будет сильно различаться в зависимости от того, включена или не включена в расчеты межслоевая вода четырехводного галлуазита (табл. 5-2). Кроме того, в данном случае следует особо отметить, что верхний предел пластичности не вполне характеризует этот минерал, поскольку галлуазит, находящийся в промежуточной стадии гидратации, характеризуется значительно большей величиной верхнего предела пластичности, чем двух- и четырехводная формы галлуазита (табл. 5-1).

Для мономинеральных хлоритовых глин нет определений верхнего предела пластичности, однако на основании особенностей строения этих минералов можно полагать, что они в этом отношении сходны с иллитовыми и каолинитовыми глинами. Можно считать, что величина верхнего предела пластичности хлоритовых глин почти не зависит от состава обменных катионов, но сильно меняется в зависимости от степени кристалличности хлорита и гранулярного состава. Определение верхнего предела пластичности хлоритовых порошков, приготовленных дроблением крупнокристаллических минералов (табл. 5-2), показало, что они почти равны верхнему пределу пластичности хорошо окристаллизованного каолинита.

В случае аллофановых глин при наличии рентгеноаморфных компонентов значения верхнего предела пластичности в одних случаях низкие, в других — очень высокие. Так, например, Грэдуэлл и Беррелл показали, что алло-фановые глины из Новой Зеландии имеют очень высокие верхние пределы пластичности, если предварительно они не высушивались на воздухе (табл. 5-2). В случае аллофановых глин с высокими верхними пределами пластичности последние довольно сильно меняются в зависимости от состава обменных катионов. Аллофановые глины с высокими верхними пределами пластичности, по крайней мере некоторые из них, сложены кристаллическими зародышами со структурой монтмориллонита, тогда как глины с низкими верхними пределами пластичности либо имеют аморфную природу, либо представлены зародышами двухслойного типа.

Данные, приведенные для монтмориллонита 4 (табл. 5-1), свидетельствуют, что большая примесь иллита (около 25%) вызывает резкое уменьшение верхнего предела пластичности по сравнению с нижним. Примесь монтмориллонита (около 5%) к иллиту 3 обусловливает увеличение верхнего предела пластичности, особенно для образцов, насыщенных натрием и литием, и, по-видимому, не оказывает влияния на величину этого предела пластичности в образцах, насыщенных калием и аммонием. Сравнивая данные для образцов 8 и 9 и для образцов 6 и 7 (табл. 5-3), можно видеть, что небольшая примесь монтмориллонита (5—10%) дает сильное увеличение верхнего предела пластичности иллитовых глин. Сопоставление данных для образцов 10, 6 и 7 (табл. 5-3) свидетельствует, что примесь монтмориллонита (10%) к каолинитовой глине также приводит к значительному повышению верхнего предела пластичности. Все эти данные указывают на то, какую исключительно важную роль может играть небольшая примесь монтмориллонита (~5%) в глинах различного состава. Примеси монтмориллонита обусловливают сильное увеличение пределов пластичности, которые при этом также зависят от состава обменных катионов. Из этого следует, что для оценки свойств глин их анализы должны выявлять даже небольшие количества слагающих породу минералов.