Свойства базальта: Базальтовая теплоизоляция — что это и где её применяют.

Содержание

Базальтовая теплоизоляция — что это и где её применяют.

Базальтовая теплоизоляция — это один из самых популярных утеплителей на современном строительном рынке. Из чего она состоит? Как производят современный базальтовый утеплитель? Каковы его свойства? Отвечаем на эти и другие вопросы в статье.

Что такое базальт и как придумали делать утеплитель?

Из чего сделана базальтовая вата? Ответ простой — из базальта. Базальт — это вулканическая горная порода. Проще говоря, камень, который однажды вышел из жерла вулкана. Эта порода очень распространена на нашей планете — ею устлано почти всё дно мирового океана. А ещё нередко из базальта вырастают целые острова — например Гавайские и Галапагосские.

Базальт появляется из недр земли. Основные источники — вулканы, изверженные базальтовые потоки и хребты океанов. А иногда случается так, что базальтовая лава вздымается в воздух, а ветер выдувает отдельные капли и вытягивает их в тонкие нити. Так получается нечто, отдалённо похожее на современную базальтовую вату.

Такие пучки «волос» из базальтовых нитей нередко находили в Гавайских островах — их назвали «волосами Пеле» в честь местной богини. А в Исландии их называют волосами ведьмы.

Вот так незатейливо природа сама подсказала человеку, как можно использовать базальт для утеплителя.

Что такое базальтовый утеплитель и как его делают?

Современная базальтовая теплоизоляция — это такие же «волосы», только сделанные гораздо более современным способом. Вот упрощённая схема производства:

  1. Подготовка сырья. Сырьё из горных пород габбро-базальтовой группы доставляют на производство и просеивают, чтобы остались крупные куски. Затем смесь (её называют «шихта») взвешивают, чтобы подать на второй этап строго определённое количество.
  2. Плавление. Шихту закладывают в специальную вертикальную печь — вагранку.
    Там горная порода плавится при температуре порядка 1500° C. На этом этапе сырьё чистится от примесей — например, от металлов, которые сливают через отверстие в тележку с чугунной ванной.
  3. Структуризация. Расплавленную породу отправляют в специальную центрифугу с форсунками. Она вытягивает капли в волокно — это похоже на процесс создания сахарной ваты. Когда образуется волокно, к нему добавляют добавки — это связующее, гидрофобные вещества и другие.
  4. Создание «ковра». Сырьё охлаждается, подаётся на транспортную ленту и попадает в маятниковый раскладчик. Он ходит туда-сюда и равномерно раскладывает полученную вату на очередную ленту.
  5. Формовка. Полученный «ковёр» ещё рано использовать в качестве утеплителя — ему нужно придать форму. Поэтому его подают в специальную машину — гофрировщик-подпрессовщик. Он и придаёт будущему утеплителю нужные размеры.
  6. Термообработка
    . Теперь уже ровный ковёр базальтового утеплителя подаётся в камеру термообработки. В ней установлена температура порядка 250° C. Именно при такой температуре связующие материалы затвердевают, а изделие приобретает необходимые физические свойства.
  7. Резка и упаковка. Ковёр подают на ленту для резки на ровные плиты, после чего их упаковывает специальная машина.

Вот из чего сделан современный базальтовый утеплитель: сырьё габбро-базальтовой породы, связующий материал и добавки для придания нужных свойств.

Кстати, базальтовое волокно как утеплитель режут именно на плиты, поскольку оно получается гораздо более жёстким, чем стекловолокно.

Свойства базальтового утеплителя

Чтобы понять, почему базальтовую вату используют в качестве утеплителя, рассмотрим её характеристики:

  • Теплопроводность
    . Коэффициент теплопроводности такой теплоизоляции варьируется в пределах 0,034 до 0,039 Вт/м·К. Это значит, что базальтовый утеплитель почти не имеет свойства проводить тепло. В интернете полно роликов, где на базальтовую плиту с одной стороны направляют газовую горелку, а с другой прикладывают руку, которой почти не ощущают изменения температуры (не повторяйте это).
  • Стойкость к огню. Базальтовый утеплитель — это по сути камень. Поэтому он совершенно не горит. Даже в случае с вышеупомянутой газовой горелкой волокна утеплителя только немного плавятся, но не более того. Выходит, что такая теплоизоляция способна противостоять пожару.
  • Влагостойкость. Каменная вата не обладает настолько пористой структурой, чтобы вбирать в себя влагу. При умеренных количествах вода не проникает внутрь. Это значит, что базальтовый утеплитель сохраняет свои свойства при высокой влажности.
  • Паропроницаемость. Тем не менее, базальтовая теплоизоляция способна пропускать через себя пар. Коэффициент паропроницаемости — 0,49-0,6 мг/(м*ч*Па). Это значит, что материалы «дышат». Например, пар с кухни свободно пройдёт сквозь такой утеплитель, не задерживаясь в помещении.
  • Шумоизоляция. В среднем, коэффициент звукопоглощения у базальтового утеплителя находится в пределах 0,7-0,9. Эта характеристика показывает, насколько быстро звуковые волны теряют свою энергию, попадая в материал. Такой показатель — довольно высокий, поэтому нередко базальтовую вату используют ещё и в качестве шумоизоляции.
  • Биологическая и химическая активность. В этом отношении базальтовый утеплитель совершенно инертен. Он не гниёт, на нём не образуется плесень и вредные микроорганизмы. Даже мыши не заводятся в такой теплоизоляции. Также материал обладает высокой стойкостью к агрессивным химическим средам, поэтому его используют для различных технических и промышленных сооружений.

Где используется базальтовый утеплитель

Отличные технические характеристики базальтового утеплителя позволяют использовать его во всех типах зданий. Чаще всего этим материалом теплоизолируют:

  • фасады;
  • кровлю;
  • стены и перегородки;
  • полы и потолки.

Кроме того, базальтовую теплоизоляцию используют для прокладки трубопроводов, температура на которых сильно варьируется. А также её применяют в качестве преград для огня — материал отлично защищает от пожара строительные конструкции.

Важно: для расчёта необходимого слоя теплоизоляции необходимо обратиться к специалистам, поскольку нужно учитывать множество факторов. Это может быть климат вашего региона, тип фасада, особенности строения, продолжительность отопительного сезона, количество осадков зимой, теплоёмкость покрытий, площадь помещений, количество остекления, сила ветра и даже число солнечных дней в году.

Резюме

Базальтовая теплоизоляция — это универсальный материал, который сохраняет тепло в вашем доме. Он не горит, не плесневеет, подходит почти для любых конструкций, за ним не надо ухаживать, его легко монтировать а главное — он служит десятки лет.


В статье упоминаются категории:
В статье упоминаются товары:

Уникальные свойства базальта как строительного материала

Такой камень, как базальт, является экструзивной магматической породой, которая отличается плотной мелкозернистой структурой. Базальт зарождается в подвоздушных слоях потоков лавы и пепла, что обуславливает его вулканическое происхождение. В состав базальта входят такие полезные ископаемые, как пироксен и плагиоклаз. Иногда базальт называют «владыкой вселенной», поскольку были обнаружены его месторождения не только на планете Земля, но и на Марсе, Луне и Венере. В современной жизни его активно используют не только в строительстве, но и других широко разнообразных областях деятельности.

Второстепенные сферы применения базальта

Так, на основе базальта производятся такие изделия, как:

  • теннисные ракетки
  • акустические системы с высоким уровнем восприятия колебаний
  • лыжи, сноуборды и скейтборды
  • базальтовая ткань, отличающаяся высочайшей крепостью и практически невесомой легкостью

Конечно, базальт имеет далеко не низкую стоимость, потому при желании отделать этим материалом домашние поверхности целесообразнее создать его имитацию при помощи искусственного камня.

Также невероятно эффектно будут смотреться темные подоконники из искусственного камня под базальт, что придаст тонкого шарма и таинственности вашему помещению, особенно при сочетании мебели светлых тонов.

Физические характеристики базальта

Базальт – материал сам по себе очень прочный, обладающий немалый весом. При этом он отличается высоким модулем упругости, невосприимчивостью к изменениям температурного режима, влаге, щелочам и кислотам. Отметим также его стойкость к воздействию коррозийных процессов. В факторах экологичности базальта вопросов и вовсе быть не может, ведь его непосредственное природное происхождение неоспоримо.

Применение базальта в строительстве

В строительстве базальт используется по-разному. Он может выступать в качестве щебня для бетона, асфальта, дорожного основания и других целей. Большое распространение имеет базальтовая плитка, отличающаяся своей тонкостью и безупречной полировкой. Она используется, как правило, для напольной и настенной облицовки, а также для отделки памятников.

Отметим, что применение базальта при возведении зданий позволяет отобразить множество стилей, так как этот материал прекрасно подходит для создания колонн, лестниц, окантовок, оформления патио (открытых внутренних двориков частных домов).

Базальтовый утеплитель (каменная вата) – ТЕХНОНИКОЛЬ

Минеральная вата (базальтовая теплоизоляция или базальтовый утеплитель) на сегодняшний день является самым востребованным теплоизоляционным материалом в на территории СНГ и Европы. По исходному составу сырья минеральную вату можно разделить на шлаковату, стеклянную вату и каменную вату, которую и производит корпорация ТехноНИКОЛЬ. Название говорит само за себя – волокна каменной ваты изготавливают из расплава горных пород базальтовой группы, а при помощи синтетического связующего формируют теплоизоляционные плиты. Каменная вата, является абсолютно безопасным продуктом – согласно классификации МАИР/IARC, ее относят к группе 3 «не может быть отнесена к категории канцерогенов», но как и любой строительный материал требует использования СИЗ при монтаже.

Ключевые характеристики каменной ваты:

  • негорючесть: волокна каменной ваты имеют температуру плавления свыше 1000°С, что позволяет ее использовать не только как теплоизоляцию, но и как эффективную огнезащиту, препятствующую распространению огня термическому повреждению конструкций.
  • паропроницаемость: каменная вата, не являясь паробарьером, в конструкции способствует выводу влаги, тем самым способствуя поддержанию оптимального микроклимата в помещениях.
  • биостойкость: каменная вата не является привлекательной средой обитания для грызунов и микроорганизмов.
  • cтабильность геометрических размеров: в зависимости от области применения, каменная вата может иметь как способность к сжимаемости с последующим восстановлением первоначальных размеров, так и высокую прочность на сжатие позволяющую ее применять ее в системах испытывающих нагрузки.

Высокая теплоизолирующая способность каменной ваты достигается за счет наличия пустот, пустот между волокнами. Хаотичное расположение волокон и расстояние между ними наделяет каменную вату (базальтовую теплоизоляцию) звукоизолирующими свойствами – звуковая волна, отражаясь от волокон, достаточно быстро теряет свою силу и затухает вне зависимости от частоты.

Базальтовый утеплитель применяется для теплоизоляции практически всех конструкций, а так же используется в качестве огнезащиты. Его используют в качестве теплоизоляции: стен, кровель, перекрытий, покрытий, перегородок и т.д. Учитывая жесткие требования норм пожарной безопасности зданий и сооружений, каменная вата, зачастую, является единственным возможным решением при выборе теплоизоляции конструкций. Базальтовую теплоизоляцию широко применяют в малоэтажном строительстве, благодаря ее уникальному сочетанию тепло-звукоизолирующих свойств.

Виды утеплителей:


Теплоизоляционные материалы
Утепление фундамента
Где купить?

Читайте также:
Где применяется базальтовый утеплитель?
Теплоизоляция стен
Утепление пола

 


Свойства базальтовых волокон и базальтопластиков

 

 

Среди новых эффективных строительных материалов особенно перспективны стеклопластики. Как наполнитель при производстве стеклопластиков используется штапельные и непрерывные (короткие и длинные) стеклянные волокна, имеющие высокие физико-механические свойства.

При производстве конструкционных стеклопластиков применяют бесщелочное алюмоборосиликатное стекло. Однако, в состав этого стекла входит дефицитный и дорогостоящий бор. Поэтому важной проблемой является уменьшение содержания в бесщелочном алюмоборосиликатном стекле борной кислоты без ухудшения его варочных и выработочных свойств.

Пригодным сырьем для производства волокна являются основные горные породы базальтов, диабазов и амфиболитов, которые широко распростанены на территории СНГ.

Сравнительно невысокая температура плавления ( около 1450ºС) дает возможность использовать эти породы для получения непрерывного базальтового волокна по упрощенной технологической схеме, включающей приготовление шихты. Плавление пород происходит без стадии силикато-стеклообразования и осветления.

В таблице 1 приведены физико-химические свойства базальтовых непрерывных волокон в сравнении со стеклянными волокнами алюмоборосиликатного состава.

 

Таблица 1

Показатели

Базальтовое волокно

Стеклянное волокно

Диаметр, мк

9-12

9-12

Предел прочности при растяжении, кг/мм2

220-250

200-250

Модуль упругости при растяжении, кг/мм2

10000

7000

Температура размягчения, °С

700

600

Химическая стойкость,%

Н2О
NaOH 0,5 н
NaOH 2 н
НСl 2 н


99,6
98
86,4
88,0


99,3
85
49,3
54,0

Гигроскопичность, %

0,5

1-3

Паростойкость

до 20 ат

до 11 ат

 

Базальтовое волокно превосходит стеклянное волокно по модулю упругости (в 1,5 раза), температуростойкостью ( на 100°С), кислото-, щелоче- и паростойкостью. Прочность на разрыв базальтовых волокон, также как и стеклянных, достаточно высокая и составляет 220-250 кг/мм2. Гигроскопичность, то есть количество адсорбированной влаги при относительной влажности воздуха 95-98%, базальтовых волокон ниже, чем – у стеклянных, и не превышает 0,5%.

Благодаря указанным свойствам базальтовые волокна являются эффективным заменителем стеклянных бесщелочных волокон алюмоборосиликатного состава и могут быть использованы как наполнитель при производстве армированных пластиков – базальтопластиков.

 

Схема получения базальтопластиковых профильных изделий методом пультрузии ( непрерывной протяжки ): 1 – шпулярник с бухтами ровинга; 2 – камера сушки ровинга; 3 – ванна пропитки ровинга связующим; 4 – формующая фильера; 5 – камеры полимеризации; 6 – тянущее устройство; 7 – базальтопластиковый профиль.

 

Из базальтового волокна получены ровинговые ткани толщиной 0,6 мм и 0,7 мм и базальтопластики на их основе. Основные физико-механические свойства базальтопластика на основе ровинговых тканей и полиэфирной смолы приведены в таблице 2.

 

Таблица 2

Показатели

Базальтопластик (на основе ткани 0,6 мм)

Базальтопластик (на основе ткани 0,7 мм)

Предел прочности, кг/см2
при растяжении
при сжатии
при статическом изгибе


2700
700
1650


2850
950
2000

Удельная ударная вязкость, кг*см/см2

320

340

Модуль упругости при растяжении, кг/см2

1,8*105

1,9*105

 

При производстве базальтопластиков на основе ровинговых тканей необходимы промежуточные процессы ткацкой переработки волокон. В связи с этим представляет интерес производство базальтопластиков с нетканой ориентированной структурой.

При производстве ориентированных базальтопластиков исключается процесс ткачества, а таким образом возникает возможность создания поточных механизированных технологических процессов.

Одним из наиболее перспективных способов производства ориентированных базальтопластиков является непрерывное формование из однонаправленных волокон ( ровингов).

Этот способ был применен для производства профильных базальтопластиков круглого сечения диаметром 6, 8, 10 и 12 мм. Стержни получали непрерывным методом на установке по производству профильных базальтопластиков (см. схему выше).

Базальтовый ровинг на прямых замасливателях, который сматывается с бухт, установленных на шпулярнике, поступает в камеру сушки, а затем в ванну для пропитки связующим. После этого пропитанный ровинг поступает в формующую фильеру, из которой выходит сформованный базальтопластиковый профиль заданного сечения. Окончательная полимеризация профиля происходит в камерах полимеризации. Протяжка профиля производится тянущим устройством. Затем готовый профиль режут на отрезки заданной длины или сматывают в бухты.

В качестве пропиточного раствора используется эпокси-полиэфирное связующее.

Формование профиля при скорости протяжки 0,4-0,8 м/мин и полимеризация эпокси-полиэфирного связующего происходит в камерах по зонам при такой температуре, °С : 1 зона – 100; 2 зона – 130; 3 зона – 150; 4 зона – 160; 5 зона – 140; 6 зона – 130; 7 зона – 100; 8 зона – 80.

Длина формующего канала фильеры 900 мм.

 

Основные физико-механические свойства базальтопластикового профиля круглого сечения диаметром 8 мм такие:

Предел прочности:

 

при изгибе, кг/см2
при сжатии, кг/см2
при растяжении, кг/см2

7660
3700
10600

Модуль упругости при сжатии, кг/см2
Удельная ударная вязкость, кг*см/см2
Водопоглощение, %

6,2*105
600
0,04

 

Таким образом, благодаря своим высоким физико-механическим свойствам профильный базальтопластик можно будет широко применять как конструкционный материал в строительстве для изготовления каркасов легких стеновых и кровельных панелей, труб, профилей различного сечения, рациональных специфических конструкций и деталей, как арматуру при производстве базальтобетона с дальнейшим применением его в химической промышленности.

Базальтовый утеплитель | Технические характеристики| Цена базальтового утеплителя

Базальтовый утеплитель – технические характеристики, цена, отзывы


Базальтовый утеплитель или базальтовая теплоизоляция – это особый вид утеплителя из базальта, обладающего рядом уникальных технических характеристик, который получают методом высокотемпературного раздува, с получением минераловатного волокна.

Выгодно купить базальтовый утеплитель, чтобы цена на него не была завышенной, можно только в тех компаниях, которые представляют торговые интересы производителя или являются его региональными дилерами.

ООО «Огнезащитные материалы Запад» — официальный дилер завода «Тизол» в Москве и Центральном регионе России, и поэтому осуществляет продажу базальтового утеплителя по отпускной цене этого производителя.

Обладая рядом уникальных свойств, необходимых для организации эффективной теплоизоляции, базальтовый утеплитель, технические характеристики которого напрямую связаны с этими свойствами, имеет прекрасные отзывы, как от профессионалов строительного рынка, приобретающих его для использования на крупных стройплощадках, так и от частных лиц, которые покупают его для бытового строительства.

Высокая популярность минераловатного утеплителя на базальтовой основе связана не только с его невысокой ценой, но и с широким его применением практически во всех сферах жилищного и промышленного строительства.

Основные свойства базальтового утеплителя

Структура базальтового утеплителя обладает невысокой плотностью, поскольку представляет собой, по сути, базальтовую вату. Но именно базальтовое волокно утеплителя и придает ему уникальные термоупорные и огнезащитные характеристики, которые в несколько раз превосходят известные аналоги.

Теплопроводность базальтового утеплителя, например, утеплителя Тизол, настолько низкая, что фактически позволяет при небольшой его толщине получить такую же эффективность, как при использовании деревянных или кирпичных конструкций с толщиной в несколько раз большей. А наличие в его структуре базальтовой ваты позволяет выдерживать воздействие открытого огня с температурой более тысячи градусов.

Производство базальтового утеплителя предполагает выпуск его в различных и удобных для применения вариантах. Это и фольгированный утеплитель МБОР, и прошивные базальтовые маты, и минеральные плиты из базальта.

Утеплитель на базальтовой основе не только плохо впитывает воду, но и великолепно пропускает ее через себя, не образуя конденсата на соприкасающихся поверхностях. Остатки влаги легко проходят сквозь волокна утеплителя и быстро испаряются с его поверхности.

Как выбрать лучший базальтовый утеплитель?

Так какая базальтовая теплоизоляция лучше? И, вообще, можно ли найти лучший базальтовый утеплитель среди всего многообразия отечественных и импортных образцов, представленных на российском рынке.

Если говорить о принципе работы, то все утеплители на базальтовой основе, в общем-то, одинаковы. Отличаются они лишь теми добавками, которые производитель закладывает в процессе изготовления такого изделия.

Добавки связующих компонентов в базальтовую вату, могут ограничивать ее использование в местах со строгими санитарными требованиями, в то время, как термоскрепленное базальтовое волокно, не имеющее посторонних наполнителей, абсолютно безопасно.

Толщина базальтового утеплителя, его размеры, плотность и коэффициент теплопроводности подбирается с учетом поставленной задачи. Существует широкий размерный ряд, а также набор различных толщин, которые, фактически, определяют группу огнезащитной эффективности такой теплоизоляции.

Производители выпускают всевозможные варианты базальтового утеплителя. Некоторые из них обладают техническими характеристиками универсального плана, а некоторые имеют узкую сферу применения.

Базальтовый утеплитель для фасада дома или для бани


Утепление стен фасада дома или сруба бани, или других помещений минераловатным базальтовым утеплителем, позволяет эффективно и недорого решить проблему теплоизоляции и огнезащиты.

Стоимость утеплителя на основе базальтового волокна невысока, поэтому купить его может позволить себе каждый желающий. Цены, конечно, различаются, но всегда можно выбрать именно тот вариант, который будет более или менее доступен.

Необычная структура базальтового волокна в виде спутанных разнонаправленных нитей позволяет эффективно поглощать звуковые колебания. Поэтому, используя базальтовый утеплитель для своей бани или фасада дома, Вы одновременно решаете еще и задачу шумоизоляции стен.

Вреден ли базальтовый утеплитель?

Базальтовый утеплитель наполовину состоит из кремнезема, который проявляет высокую химическую устойчивость к воздействию различных агрессивных компонентов.

Поскольку базальт представляет из себя натуральный природный материал, не содержащий в своем составе каких-либо вредных, токсичных или радиоактивных компонентов, то его использование абсолютно безопасно для человека, животных и растений.

Применение утеплителя из базальта в жилых зданиях создает дополнительную экологичность помещениям, позволяет стенам дышать и создает повышенную комфортность проживания.

Применение базальтового утеплителя

Таким образом, базальтовый утеплитель обладает великолепными теплоизолирующими и огнезащитными свойствами, позволяющими применять его для решения многочисленных и разнообразных задач теплоизоляции и огнезащиты.

Он нетоксичен, обладает повышенной прочностью, долговечностью, хорошими электроизоляционными свойствами и стойкостью к воздействию высоких температур и агрессивных сред.

Использование базальтового утеплителя в различных областях промышленности и строительстве позволяет значительно снизить теплопотери строительных конструкций и одновременно повысить их огнезащитные свойства.

Дополнительная информация о самом популярном базальтовом утеплителе МБОР >>>

Как выглядит базальт. Базальт

/ Горная порода Базальт

Базальт – порода вулканического происхождения, образованная в виде базальтовых лав. Химическая минералогия рассматривает базальтовые породы, как эффузивные, идентичные габбро природные камни. Цветовая гамма базальт не очень широка, зато имеет отличительный черный цвет. Структура базальта рассматривается как тонкозернистая, в некоторых случаях стекловатая. Верхняя часть базальтовых лав может иметь некоторые вздутости, которые образовались в процессе испарения водных и газовых элементов из расплавленной магмы.

В данных вздутиях может накапливаться некоторые минералы, среди которых кальцит, пренит, самородная медь и другие. В результате подобных образований могут формироваться миндалекаменные базальты. Отдельные элементы базальтовых пород настолько маленькие, что рассмотреть их можно только посредством микроскопа. Иногда встречаются базальты порфированой структуры, что предоставляет возможность рассмотреть в них явно видимые кристаллические элементы.

К видимым кристаллам относятся порфированые вкрапленники, которые формируются из плагиоклаза или авгитома. Залежи базальтовых имеют вид лавовых потоков, которые сформировались во время вулканического извержения.

Основная эффузивная горная порода нормального ряда, самая распространённая из всех кайнотипных пород. Главные минералы вкрапленников – клинопироксен и кальциевый плагиоклаз (N 30-90), иногда оливин, ортопироксен; основная масса сложена этими же минералами (без оливина) и магнетитом в стекле (или без него).

История названия

Базальтом это минерал стал от латинского basaltes, basanites, от греч. basanos – пробный камень; по другой версии базальтами они стали от эфиоп. basal – железосодержащий камень.

Классификации

Разновидности могут быть выделены по особенностям минерального состава (апатитовый, графитовый, диаллаговый, магнетитовый и др.), составу минералов (анортитовый, лабрадоровый и др.), особенностям структуры и (или) текстуры, химического состава (железистые, ферробазальты, известковистые, щелочно-известковистые и др.).

Петрохимическая классификация

Йодер и Тилли (Yoder, Tilley, 1962) предложили использовать для классификации тетраэдр нефелин-оливин-диопсид-кварц. Активность кремнезема в расплаве контролируется преимущественно реакциями типа:
2(Mg,Fe)SiO3 -> (Mg,Fe)2SiO4 + SiO2 (ортопироксен = оливин + кремнезем)
NaAlSi3O8-> NaAlSiO4 + SiO2 (альбит = нефелин + кремнезем)

По этим реакциям можно разделить 3 группы:

  • кварц-нормативные (содержащие избыток кремнезема)
  • нефелин-нормативные (недостаток кремнезема)
  • гиперстен-нормативные (при отсутствии нормативных кварца или нефелина)

Принадлежность к этим группам определяется по химическому составу породы, по присутствию соответствующих нормативных минералов в результатах петрохимического пересчета по методу CIPW.

Геодинамическая классификация

По геодинамической обстановке выделяются основные типы:

  • Срединно-океанических хребтов БСОХ или MORB
  • Активных континентальных окраин и островных дуг (IAB)
  • Внутриплитные, которые можно подразделить на континентальные и океанические (OIB).

Состав и строение

Обычно это тёмно-серые, чёрные или зеленовато-чёрные породы, обладающие стекловатой, скрытокристаллической афировой или порфировой структурой. В порфировых разностях на фоне общей скрытокристаллической массы хорошо заметны мелкие вкрапленники зеленовато-жёлтых изометричных кристаллов оливина, светлого плагиоклаза или чёрных призм пироксенов. Размер вкрапленников может достигать несколько сантиметров в длину и составлять до 20-25 % от массы породы. Текстура в базальтах может быть плотной массивной, пористой, миндалекаменной. Миндалины обычно заполняются кварцем, халцедоном, кальцитом, хлоритом и прочими вторичными минералами — таким базальтом называются мандельштейнами. Основная масса часто не раскристализованна. Часты афировые (без порфировых вкраплеников) разности.

Для базальтовых потоков характерна столбчатая отдельность. Она возникает вследствие неравномерного остывания породы. Морские базальты часто имеют подушечную отдельность. Она образуется в результате быстрого охлаждения поверхности лавого потока водой. Поступающая магма приподнимает сформировавшийся панцирь, вытекает из-под него и образует следующую подушку.

Распространенность

Базальт самая распространённая эффузивная порода на Земле, да и на других планетах. Основная масса в базальте образуется в срединно-океанических хребтах и формирует океаническую кору. Кроме того, базальты типичны для обстановок активных континентальных окраин, рифтогенеза и внутриплиного магматизма.

При кристаллизации базальтовой магмы на глубине обычно образуются сильно деференциированные, расслоённые интрузии(такие как Норильские, Бушвельд и многие другие). Они сложены различными горными породами, последовательность кристаллизации которых определяется динамикой кристаллизации магмы. Сначала из расплава кристаллизуются самые высокотемпературные минералы, о они осаждаются на дно магматической камеры. при этом расплав обогащается одними компонентами и обедняется другими. С понижением температуры происходит смена кристаллизующихся минералов.

В расслоенных массивах встречаются месторождения медно-никелевых руд, хромитов и платиноидов.

Происхождение

Базальты образуются при частичном плавлении типичных мантийных пород — лерцолитов, гарцбургитов, верлитов и др. Состав выплавки определяется химическим и минеральным составом протолита, физико-химическими условиями плавления, степенью плавления и механизмами плавления.

Аналоги

  • Гипабисальный аналог — долерит отличается характерной долеритовой структурой.
  • Интрузивные аналоги базальта являются габбро, габбро-нориты, нориты, троктолиты.
  • Палеотипный аналог базальта – диабаз

Изменения

Базальты очень лекго изменяются гидротермальными процессами. При этом плагиоклаз замещается серицитом, оливин серпентином, основная масса хлоритизируется и, в результате порода приобретает зеленоватый или синеватый цвет. Особенно интенсивно изменяются базальты, изливающиеся на дне морей. Они активно взаимодействуют с водой, при этом из них выносятся и оседают многие компоненты. Этот процесс имеет большое значение для геохимического баланса некоторых элементов. Так большая часть марганца поступает в океан именно таким способом. Взаимодействие с водой кардинальным образом меняет состав морскому базальту. Это влияние можно оценить и использовать для реконструкций условий древних океанов по базальтам.

Метаморфизм

При метаморфизме в базальте, в зависимости от условий преврашается в зелёные сланцы, амфиболиты и другие метаморфические породы. При метаморфизме базальтов при значительных давлениях они превращаются в голубые сланцы, а при высоких температурах и давлениях в эклогиты состоящии из пиропа и натриевого клинопироксена — омфацита.
Метаморфические породы имеющие состав близкий к базальтам называются метабазитами.

Применение базальта

Базальт используют как сырье для щебня, производства базальтового волокна (для производства теплозвукоизоляционных материалов), каменного литья и кислотоупорного порошка, а также в качестве наполнителя для бетона. Базальт весьма устойчив к атмосферному воздействию и потому часто используется для наружной отделки зданий и для изготовления скульптур, устанавливаемых на открытом воздухе.

Базальт — натуральная порода камня, который находят недалеко от вулканов. Базальтовый минерал выглядит, как пластины или круглые камни. Цвет базальта темно-серый или черный, а также, иногда встречаются зеленые оттенки, что говорит о его вторичном изменении.

Этот кристаллический природный минерал занимает немалые площади на дне мировых морей и океанов, а также тысячи квадратных километров на суше. Базальт в основном образуется из мелких зерен плагиоклаза, магнетита и других природных минералов. Распространена эта порода на всех материках нашей планеты. Встречаются базальтовые месторождения в основном в горной местности. Цветовая гамма базальтов колеблется от серого, иногда с зеленым оттенком, до почти черного цвета. Минеральный состав камня из разных месторождений может значительно отличаться друг от друга. В каждой из стран добывают разные виды базальтов, которые используются в различных сферах нашей жизни.

Как образуются базальтовые залежи этих ценных пород

Базальт является продуктом кристаллизации основной базальтовой магмы, которая поднимается на самый верх из недр земли по глубоким разломам и кратерам вулканов.

Месторождение базальтового минерала, значительно влияет на состояние его поверхности. Пузыристая поверхность образовывается в процессе остывания лавы, через эти отверстия выходит пар и газ. В пустотах откладываются разные минералы: медь, кальций и цеолит.

Где используется базальт

Эта крепкая порода используется в строительстве, и она также есть сырьем для литья, которое называется каменным. Минерал используется, как кислотоупорный материал в химической и других видах промышленности разных стран мира – для изготовления специальной арматуры и труб, которые не будут подвержены кислотному воздействию и разрушению агрессивными реагентами. Существуют различные виды этой горной породы. В зависимости от твердости и прочности используются они в разных сферах нашей жизни. Щебень из базальта добавляют в бетон, засыпают им железнодорожное полотно, используют при прокладке асфальта. Растертый в порошок минерал добавляют в армированные изделия, из которых возводятся конструкции, устойчивые при землетрясениях. Незаменима эта горная порода, как утеплитель при постройке домов. Так как это природный материал, то и стены построек будут дышать при эксплуатации. Используют базальт для украшения фасадов и зданий внутри так же, как и мрамор. Делают из него колоны, арки, облицовывают стены зданий внутри и снаружи. Для отделки полов и каминов изготавливают керамическую плитку, полученную с помощью литья из базальтовых пород. Из минерала можно получить крепкую и упругую нить, из нее делают одежду, которая очень прочная и не горит, теннисные ракетки. Используют базальт также для изготовления специального картона, который обладает устойчивостью к высоким температурам и способен не воспламеняться даже при температуре до тысячи градусов.

Применение базальта

Базальт используют в разных отраслях и сферах.

  • Архитектурная, является основной сферой применения.
  • Изготовление отличных строительных материалов, обладающих высоким качеством и надежностью.
  • Добавочный минерал, для крепости бетона.
  • Мелко раздробленный камень, применяют совместно с бетоном для заливки пола, автомобильной дороги и железнодорожных путей.
  • Утепление наружных стен здания.
  • Отличный материал для декорации внутри и снаружи помещения.
  • Поверхностная обработка камина и стен. Придает красивый вид и вносит контрастность всему помещению.

Достоинства натурального минерала.

Имеет много преимуществ, наиболее значимые:

  • отличные шумополгащаемые свойства;
  • высокий уровень паропроницаемости;
  • устойчив, к высоким температурам;
  • экологичен и безопасен для здоровья людей;
  • имеет высокую прочность;
  • сохраняет тепло;
  • хорошие пожаробезопасные свойства;
  • не электролизуется;
  • не имеет срока годности – долговечен.

Серый базальтовый минерал, промышляют на рудниковых источниках и в карьерах. Добычей базальта, занимаются компании, связанные с горнодобывающими отраслями.

Минерал, после изъятия отправляют партиями на заводы изготовители, которые будут производить разнообразную продукцию:

  • строительный материл: сэндвич – панели, плитка напольная или стеновая, каркас лестницы, продукция для утепления крыши и стен;
  • в архитектурно промышленности: строительство арок, колонн, лестниц, каркасов бассейнов и прудов, статуй и пешеходных дорожек;
  • Цвет

Каталог Минералов

Традиционно считается, что слово «базальт» происходит от греческого «базис» («основа»). «Базальный» в современном понимании значит «нижний». Стало быть, базальт – это базисная порода; камень, на котором покоится все сущее…

Интересна и иная версия. На одном из африканских наречий слово «базал» означает «кипение». Базальт, считают эфиопы, это минерал, который сначала кипел в жерле вулкана, а уж после излился на поверхность Земли.

Версия, в общем-то, не слишком далекая от истины. Камень базальт свойства вулканической породы проявляет столь же часто, сколь и качества базисного материала материковых плит. На планете он распространен широко, но встречается по большей части в местах заметной вулканической активности.

Месторождения базальта

Красивые молодые базальты без труда отыскиваются в окрестностях Камчатских и Курильских вулканов. Чрезвычайно хороши черные и черные с зеленым породы Везувия и Этны. Темно-серый, почти черный базальт извергается на Гаваях.
Немало разнообразных базальтов и в Индии: Индостанская тектоническая плита, врезавшись (и продолжая врезаться все глубже) в плиту Евразийскую, словно нож бульдозера сгребла в кучу (Гималайские горы) осадочные отложения и вывернула наружу слои нижней, базальной породы.

Австралийские базальты ценятся учеными: на этом континенте (да еще один утес в Канаде) сохранились базальтовые монолиты, «видевшие» нашу планету горячей и еще не очень круглой.

Декоративные свойства базальта западноафриканского происхождения считаются наиболее выдающимися. Мавританские сорта камня славятся темной зеленью фона и оригинальными цветными вкраплениями. И хотя такой базальт несколько менее морозоустойчив, чем его гладкоокрашенные собратья, спрос на него как на строительный материал не снижается уже несколько столетий.

Дымчатого оттенка серый базальт из Китая носит название «сумеречного». Он используется как для отделочных работ, так и для мощения дорог, строительства различных сооружений. Китайский и Сибирский базальты признаны наиболее прочными и устойчивыми к разрушительным атмосферным воздействиям.

Базальт – выветривается?

Базальт и гранит являются наиболее прочными из камней, однако перед продолжительным выветриванием бессильны и они. Сложный химический состав базальта «отзывчив» к изменениям кислотности осадков.
Впитывание влаги – тем более сильное, чем больше количество газов выделялось при извержении вулканического базальта – приводит к разрушению прочнейшей породы кристаллами льда.

Подвергается базальт и абразивному износу. Потоки воды и ветер, несущий песок, постепенно стачивают наружные слои породы. Однако для полного разрушения некоторых базальтов требуется больше времени, чем существует наша планета.

Пузырчатый базальт – застывшая лавовая пена

Чтобы вспенить такую тяжелую породу (плотность базальта порой превышает 3,3 грамма на кубический сантиметр), требуется предварительное насыщение расплавленного камня парами и газами. Далеко не все районы выраженной вулканической активности могут «похвастать» подобным составом извергаемых базальтов.

Однако там, где на поверхность Земли попадают газонасыщенные базальты, минерологи и геммологи находят кристаллические жеоды и цветные наслоения в полостях. В большинстве случаев миндалекаменный базальт (так зовется похожая на швейцарский сыр порода) дает искателям красивейшие агаты, кристаллизованные , интересные в геологическом отношении соединения кальция и меди.

Применение базальта

Камень базальт плавится при нагревании до температуры в 1250˚С, а расплавленный – легко поддается формованию. Литые базальтовые изделия популярны и у строителей, и у декораторов. Но самым большим спросом пользуется базальтовая вата. Собранная в маты, она является надежным, долговечным, устойчивым к внешним воздействиям теплоизолирующим и шумопоглощающим материалом.

Базальтовая крошка – не только объемная добавка к асфальту и бетону. Диэлектрические свойства базальта позволяют использовать измельченный минерал в качестве засыпки высоковольтных преобразователей.

Высокая сопротивляемость базальта к агрессивным средам позволяет изготовлять из природного камня аппараты химического производства и кислотоупорные порошки.

Эстетические свойства базальта дают возможность создания малых и масштабных скульптурных групп, интерьерных и ювелирных украшений из строгого и торжественного камня. Применение базальта как выразительного архитектурного материала расширяет возможности художественного переосмысления пространства.

Украшения из базальта

Базальтовая чернота отлично сочетается с мягким блеском серебра. Ювелирные гарнитуры из сложно ограненного базальта цвета тропической ночи носятся как пафосные дополнения к вечерним туалетам.

Находит свое применение и светлый базальт. Бусы, браслеты, колье и пояса, набранные из полированных базальтовых фигурок, составляют удивительные комплекты.

Базальтовые столбы – природные диковинки

Вулканическое происхождение базальта стало причиной образования любопытных формирований – правильно ограненных каменных столбов. Базальтовая магма, застывшая в жерле вулкана, со временем растрескивается по нескольким вертикальным плоскостям.

В результате эрозионного обнажения магматического ствола базальтовые массивы повергаются интенсивному выветриванию, что сначала приводит к появлению огромных «гроздьев» каменных столбов геометрически совершенной формы. Ровные грани могут придавать базальтовому монолиту вид четырех-, пяти-, шести- и даже семигранного стержня многометровой длины.

В истории строительства описаны случаи использования базальтовых столбов при сооружении капитальных строений.

Средний химический состав базальта по P. Дэли (%): SiO 2 – 49,06; TiO 2 – 1,36; Аl 2 O 3 – 15,70; Fe 2 O 3 – 5,38; FeO – 6,37; MgO – 6,17; CaO – 8,95; Na 2 O – 3,11; K 2 O – 1,52; MnO – 0,31; P2O5 – 0,45; H 2 O – 1,62. Cодержание SiO 2 в базальте колеблется от 44 до 53,5%. По химическому и минеральному составу выделяют оливиновые ненасыщенные кремнезёмом (SiO 2 около 45%) базальты и безоливиновые или c незначительным содержанием оливина слабо пресыщенные кремнезёмом (SiO 2 около 50%) толеитовые базальты.

Физико-механические свойства базальта весьма различны, что объясняется разной пористостью. Базальтовые магмы, обладая низкой вязкостью, легко подвижны и характеризуются разнообразием форм залегания (покровы, потоки, дайки, пластовые залежи). Для базальта характерна столбчатая, реже шаровидная отдельность. Оливиновые базальты известны на дне океанов, океанических островах (Гавайи) и широко развиты в складчатых поясах. Толеитовые базальты занимают обширные площади на платформах (трапповые формации Сибири, Южной Америки, Индии). C породами трапповой формации связаны месторождения руд железа, никеля, платины, исландского шпата (Сибирь). B миндалекаменных базальтовых порфиритах района Верхнего озера в США известно месторождение самородной меди.

Плотность базальта 2520-2970 кг/м³. Коэффициент пористости 0,6-19%, водопоглощение 0,15-10,2%, сопротивление сжатию 60-400 Мпа, истираемость 1-20 кг/м², температура плавления 1100-1250°C, иногда до 1450°C, удельная теплоёмкость 0,84 Дж/кг К при 0°C, модуль Юнга (6,2-11,3) 10 4 Мпa, модуль сдвига (2,75-3,46) 10 4 Мпa, коэффициент Пуассона 0,20-0,25. Высокая прочность базальта и относительно низкая температура плавления обусловили применение его в качестве строительного камня и сырья для Каменного литья и минеральной ваты. Базальт широко используется для получения щебня, дорожного (бортового и брусчатки) и облицовочного камней, кислотоупорного и щелочестойкого материала. Требования промышленности к качеству базальта как сырью для щебня такие же, как и к другим изверженным породам. Для производства минеральной ваты базальт используется обычно в шихтовке. Установлено, что температура плавления сырья не должна превышать 1500°C, a химический состав расплава регламентируется следующими пределами (%): SiO 2 – 34-45, Al 2 O 3 – 12-18, FeO до 10, CaO – 22-30, MgO – 8-14, MnO – 1-3. Камнелитейные материалы из базальта обладают большой химической стойкостью, твёрдостью и сопротивлением к истиранию, высокой диэлектричностью и используются в виде плит для полов и облицовки, футеровки трубопроводов, циклонов, a также в качестве различных изоляторов.

Физико-механические свойства базальтов и андезито-базальтов весьма разнородны. Это объясняется разнообразием минерального состава, структуры и текстуры пород. Так, базальты микрокристаллической структуры имеют удельный вес до 3,3 Т/м3, объемный вес до 3,0 Т/м3, временное сопротивление сжатию до 5000 кГ/см2, тогда как в пористых базальтах величина прочности на сжатие может быть менее 200 кГ/см2. Древние палеотипные эффузивные породы также характеризуются большой изменчивостью прочностных и деформационных свойств, но в общем имеют более высокие значения этих показателей. Объясняется это раскристаллизацией вулканического стекла, заполнением пор вторичными минералами и другими постмагматическими преобразованиями излившихся пород. Интересные данные о связи прочности андезито-базальтов с их составом, структурой и пористостью приводит Н. В. Овсянников, по которым видно, что прочность андезито-базальтов существенно зависит от минералогического состава.

Наибольшей прочностью обладают оливиновые разности, а наименьшей – авгитовые. Не менее важна и структура породы. Андезито-базальты одинакового состава с витрофировой структурой основной массы имеют значительно меньшую прочность, чем породы с интерсертальной структурой. Исследования В. М. Ладыгина и Л. В. Шаумян позволили установить, что базальты различного петрохимического состава и разной структуры имеют разные физико-механические свойства. Наиболее прочными являются массивные неизмененные порфировые базальты с микродиабазовой и микродолеритовой структурой. Прочность их в среднем составляет 2000 кГ/см2, достигая в отдельных случаях 2800 кГ/см2 при объемном весе 2,80 Г/см3. Динамический модуль упругости пород в массиве в среднем равен 690 103 кГ/см2. В миндалекаменных базальтах влияние структурных и минералогических особенностей породы нивелируется наличием миндалин, содержание которых достигает 15-30%. Для них характерны относительно низкие значения прочности (1200 кГ/см2), модуля упругости (480 103 кГ/см2) и объемного веса (2,66 Г/см3). Установлено, что увеличение содержания денитрифицированного стекла до 10-15% снижает прочность базальтов на 10-20%, такое же влияние оказывает и присутствие миндалин в количестве 10-20%. У выветренных разностей пород прочность резко снижается. Степень выветрелости базальтовых пород и мощность коры выветривания в общем случае зависят от их возраста и климатических условий.

Базальт – аналог габбро – самая распространенная излившаяся порода; в зависимости от условий образования имеет стекловатую или скрытнокристаллическую структуру. Цвет базальта – темно-серый до черного. По физико-механическим показателям базальт аналогичен габбро, а по прочности даже превосходит его (Лсж достигает 500 МПа). Базальты очень твердые, но хрупкие породы, что затрудняет их обработку.

Применение базальта

Практическое применение базальта строительные материалы, изготовленные из этого камня, широко используются в строительстве, поскольку им присущи: устойчивость к истиранию, к влиянию щелочей и кислот, отличные показатели теплоизоляции и шумопоглощения, прочность, термоустойчивость и огнеупорность, высокая диэлектричность, долговечность, паропроницаемость и, что не менее важно, экологичность.

Данный минерал используют в качестве строительного камня, для производства минеральной ваты, наполнителя для бетона и каменного литья. Из него также делают дорожные и облицовочные камни, получают щебень и кислотоупорный порошок. Облицовочные плиты на данный момент одновременно с декоративной целью выполняют функцию изоляторов. Благодаря устойчивости к атмосферным воздействиям, базальт хорошо подходит для отделки внешней части строений, а также для отливания уличных скульптур.

Производство базальта и продукции на его основе чаще всего производство базальта – это горнодобывающая отрасль. В специальных карьерах и рудниках добывается камень, на основе которого в последствии производится разная продукция. В виде базальтового волокна этот минерал применяется для утепления зданий и крыш, в трехслойных панелях-сэндвичах, изоляции низкотемпературных агрегатов оборудования при извлечении азота и создании кислородных колонн, для тепло- и звукоизоляции трубопроводов, плит, каминов и других жаровен, энергетических агрегатов и в целом зданий и сооружений любого назначения. Базальт в расплавленном виде применяется для создания ступеней лестниц, фасонных плиток и других строительных материалов. Из него отливают аппараты произвольных форм, среди которых подставки для аккумуляторов, а также изоляторы для сетей с напряжением различной величины. Порошок из такого материала используется для производства прессованных армированных изделий.

Распространенные виды базальта отличаются друг от друга различными показателями, в первую очередь, такими как цвет и структура. Самой известной торговой маркой является разновидность под наименованием «Базальтина». Это материал итальянского происхождения, который добывают недалеко от столицы этой страны и используют в основном в архитектурных целях ещё со времён Древнего Рима. Его прочность сравнима с прочностью гранита, а декоративные качества с декоративными качествами известняка. Камень после укладки долго сохраняет насыщенность цветовой палитры. Поэтому его стоимость нередко превышает цену иных торговых марок более в чем в два раза.

Другая разновидность – азиатская. Её отличает тёмно-серая окраска и умеренная цена. Его широко используют в дизайнерских и архитектурных целях.

Мавританский зелёный базальт имеет насыщенный тёмно-зелёный оттенок, с присутствующими в нем различными вкраплениями, которые придают камню оригинальный внешний вид при сохранении всех физико-механических характеристик. Только критерии твёрдости и морозостойкости несколько ниже.

Сумеречный базальт привозят из Китая. Он имеет дымчато-серый или чёрный цвет. Его признают самым крепким и износо- и морозостойким среди всех разновидностей данного минерала. Он хорошо защищён от негативного атмосферного воздействия.

Самые известные изделия из базальта: утеплители на базальтовой основе, базальтовая плитка отделочная, базальтовые дымоходы для каминов и печей.

Графики

Рис.8 Лунный базальт: диаграмма

“Температура Дебая химического элемента (Q) – Коэффициент концентрации (K k)”

Рис.9 Лунный базальт: диаграмма

“Температура Дебая химического элемента (Q) – Содержание химического элемента (С)”

Рис.10 Базальт: диаграмма
“Масса атома химического элемента (М) – Содержание химического элемента (С)”

Рис.11 Лунный базальт: диаграмма

“Масса атома химического элемента (М) – Коэффициент концентрации (K k)”


Рис.12 Лунный базальт: диаграмма

“Расстояние до инертного газа химического элемента (е) – Коэффициент концентрации (K k)”

Рис.13 Лунный базальт: диаграмма
“Расстояние до инертного газа химического элемента (е) – Содержание химического элемента (С)”

Приложение А

Приложение Б




ЛИТЕРАТУРА

1. Бондаренко C.В. Геохимические особенности кварцитов нижнего протерозоя в центральной части Южно-Печенгская зоны./ C.В. Бондаренко, В.А. Шатров, В.И. Сиротин // Геология и геоэкология: исследования молодых. Материалы XVI конференции молодых ученых, посвященной памяти чл.-кор. К.О. Кратца. Под ред. акад. РАН Митрофанова Ф.П – Апатиты, 2005. – 426 с.

2. Гумиров Ш.Ш. Моделирование процесса твердофазной диффузии. /Сбор.тез. участ. 15 Росс. конф. «Юность, наука, культура».- Обнинск: ДНТО Интеллект будущего, 2000.- с.112-113.

3. Гумиров Ш.В. Участие импульса атома в биохимии, углефикации, минерагенезе. / Ш.В. Гумиров – Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: сб. науч. статей / Сиб. гос. индустр. ун-т; под общей ред. В.Н.Фрянова. – Новокузнецк, 2014.– с. 345-355.

4. Гумиров Ш.В. Моделирование твердофазной диффузии элементов для объяснения их дифференциации в литосфере и рудогенеза. – Естественные и технические науки, №1, 2008. – с. 183-188.

5. Гумиров Ш.В. Основы теории адаптации неживых объектов и адаптивный анализ в геологии. /Ш.В. Гумиров – Новокузнецк, СМИ, 1993. – 409 с.

6. Гумиров Ш.В. Моделирование процесса твердофазной диффузии химических элементов для объяснения их дифференциации в литосфере. / Ш.В.Гумиров, Ш.Ш. Гумиров // Вестник РАЕН (Западно-Сибирское отделение) Выпуск 5. Кемерово, 2002 г.- С. 273-282.

7. Конилов А.Н. Петрология «Замороженных жил» в эклогитах Беломорской провинции на Кольском полуострове. / А.Н. Конилов, А.А. Щипанский. // Физико-химические факторы петро- и рудогенеза: новые рубежи. Мат. конф. посв. 110-лет. Д.С. Коржинского. – М., 2009.- с. 198-203.

8. Лазько Е.М. Термобарогеохимия и прогнозирование постмагматического оруденения. / Е.М. Лазько и др. // Термобарохимические исследования процессов минералообразования. – Новосибирск: Наука, 1988. – С. 136 – 149.

9. Медведев В.Я. Влияние шоковой декомпрессии на распределение LIL – и HFS-элементов в пиропах из кимберлитов. / В.Я. Медведев, К.Н. Егоров, Л.А. Иванова // Физико-химические факторы петро- и рудогенеза: новые рубежи. Мат. конф. посв. 110-лет. Д.С. Коржинского. – М., 2009.- с. 269-271.

10. Овчинников Л.Н. Образование рудных месторождений. / Л.Н. Овчинников – М.: Недра, 1988. – 255 с.

11. Рундквист Д.В. Общие принципы построения геолого – генетических моделей рудных формаций. Т.1. / Д.В. Рундквист – Новосибирск: Наука, 1983. – С. 14 – 26.

12. Anand М. Petrology and geochemistry of LaPaz Icefield 02205:A new unique low-Ti mare-basalt meteorite. / M. Anand, Lawrence A. Taylor, Christine Floss, Clive R. Neal, Kentaro Terada, Shiho Tanikawa.

Базальт – очень популярный камень, который повсеместно встречается не только в странах СНГ, но и за рубежом. Независимо от этого большинство людей не знают, что такое базальт. Данная статья даст ответ на этот вопрос.

Базальт – это магматическая горная порода. Имеет основной состав. Название происходит от эфиопского “basal” – кипяченный, что подразумевается как “камень, содержащий железо”. В природе можно найти в виде камней различной формы или в виде потока лавы.

Чаще всего он имеет тёмно-серый, чёрный или зеленовато-чёрный цвет. Именно в зелёном цвете чаще всего встречается базальт фото. Структура тоже бывает разная: стекловатая, скрытокристаллическая афировая и порфировая . В случае с порфировой структурой можно заметить вкрапления кристаллов оливина зеленовато-жёлтого цвета, плагиоклаза светлого цвета или пироксенов, имеющих форму призм чёрного цвета. Вкрапления составляют от 15% до 30% от массы магматической породы. Размер вкрапленников – несколько сантиметров в длину.

Камни могут иметь плотную массивную, миндалекаменную и пористую текстуру. Миндалины могут быть заполнены кальцитом, хлоритом, плагиоклазом и другими минералами. Камни с миндалинами называются мандельштейнами.

Камень выделяется своими уникальными свойствами. Среди камней он считается самым упругим и пластичным. Он хорошо растягивается, что позволяет использовать его при изготовлении вещей маленьких размеров.

Температура плавления камня колеблется от 100 до 1500 градусов Цельсия . Такая температура плавления даёт ему возможность выдерживать сильные перепады температур.

Учитывая его прочность, устойчивость к ударам и перепадам температуры, можно понять почему он так часто используется в дизайне помещений общественных мест и на улице.

Как и где образуется базальт

Основной способ образования камня – застывание магмы , излившаяся из нижних слоёв Земли. В расчёт берётся также силикатный магматический расплав базальтового состава. Происхождение самой магмы происходит из горных пород мантии Земли. Вид получившегося базальта определяется составом исходного вещества (породы), из которого он образуется. А также на это влияют условия, при которых он плавится и механизм ухода расплава.

Базальт – магматическая порода, которая встречается на большой части Земли и других планет. Почти вся океаническая кора планеты Земля состоит из него. Месторождения этого камня образуются в виде траппов – структур, которые похожи на лестницу. Эти траппы расположены на 150 000 квадратных километрах бассейнов рек Енисея и Лены. И также камень добывается в восточной Сибири.

Помимо стран СНГ, он добывается в Америке, Бразилии, Гренландии, Исландии и Австралии . Среди зарубежных стран самой богатой залежами этого камня считается Индия.

Добыча камня производится на рудниках и карьерах. Добытый базальт отправляется на предприятия, занимающиеся изготовлением вещей с использованием этого камня.

Сфера использования камня

Сфер применения – множество. Этот камень очень распространён благодаря тому, что имеет отличные характеристики:

Одна из главных сфер применения базальта – архитектурное строительство. Благодаря хорошим техническим характеристикам он может быть использован для облицовки зданий и оформления помещений. Характеристики позволяют устанавливать изделия из базальта даже на открытой местности под воздействием внешних негативных факторов.

Также он может использоваться в строительстве. Например, для создания качественных стройматериалов и утеплителей. Помимо этого, его прочности достаточно, чтобы строить из него колонны и арки . При производстве армированных сооружений, порошок базальта добавляется в изделие для увеличения его прочности и надёжности.

Базальт – камень, который пользуется большой популярностью как в строительстве, так и в архитектуре. Помимо этого, существует огромное количество фото базальта в отделке помещений которые говорят о его популярности в дизайнерском искусстве.

Камень базальт


БАЗАЛЬТ (лат. basaltes, basanites, от греч. basanos – пробный камень; по другой версии, от эфиоп. basal – железосодержащий камень * англ. basalt, basaltic rocks; нем. Basalt; франц. basalte; испанс. basalto) – излившаяся кайнотипная , эффузивный аналог . Окраска базальта тёмная до чёрной. Состоит главным образом из основного , моноклинного , и акцессорных минералов – , и др. Структуры базальта – интерсертальная, афировая, реже гиалопилитовая, текстуры – массивная либо пористая, миндалекаменная. B зависимости от крупности зерна различают: наиболее крупнозернистый – , мелкозернистый – анамезит, тонкозернистый – собственно базальт. Палеотипные аналоги базальта – .

Химический состав базальта

Средний химический состав базальта по P. Дэли (%): SiO 2 – 49,06; TiO 2 – 1,36; Аl 2 O 3 – 15,70; Fe 2 O 3 – 5,38; FeO – 6,37; MgO – 6,17; CaO – 8,95; Na 2 O – 3,11; K 2 O – 1,52; MnO – 0,31; P2O5 – 0,45; H 2 O – 1,62. Cодержание SiO 2 в базальте колеблется от 44 до 53,5%. По химическому и минеральному составу выделяют оливиновые ненасыщенные кремнезёмом (SiO 2 около 45%) базальты и безоливиновые или c незначительным содержанием оливина слабо пресыщенные кремнезёмом (SiO 2 около 50%) толеитовые базальты.

Физические свойства базальта

Физико-механические свойства базальта весьма различны, что объясняется разной пористостью. Базальтовые магмы, обладая низкой вязкостью, легко подвижны и характеризуются разнообразием форм залегания ( , потоки, пластовые залежи). Для базальта характерна столбчатая, реже шаровидная отдельность. Оливиновые базальты известны на дне океанов, океанических островах (Гавайи) и широко развиты в складчатых поясах. Толеитовые базальты занимают обширные площади на ( формации Сибири, ). C породами трапповой формации связаны месторождения руд , (Сибирь). B миндалекаменных базальтовых порфиритах района Верхнего озера в известно месторождение .

Плотность базальта

Базальта 2520-2970 кг/м³. Коэффициент пористости 0,6-19%, водопоглощение 0,15-10,2%, сопротивление сжатию 60-400 Мпа, истираемость 1-20 кг/м², температура плавления 1100-1250°C, иногда до 1450°C, удельная теплоёмкость 0,84 Дж/кг.К при 0°C, модуль Юнга (6,2-11,3).10 4 Мпa, модуль сдвига (2,75-3,46).10 4 Мпa, коэффициент Пуассона 0,20-0,25. Высокая прочность базальта и относительно низкая температура плавления обусловили применение его в качестве строительного камня и сырья для Каменного литья и минеральной ваты.

Применение базальта

Применение базальта – базальт широко используется для получения , дорожного (бортового и брусчатки) и облицовочного камней, кислотоупорного и щелочестойкого материала. Требования промышленности к качеству базальта как сырью для щебня такие же, как и к другим изверженным породам. Для производства минеральной ваты базальт используется обычно в шихтовке. Установлено, что температура плавления сырья не должна превышать 1500°C, a химический состав расплава регламентируется следующими пределами (%): SiO 2 – 34-45, Al 2 O 3 – 12-18, FeO до 10, CaO – 22-30, MgO – 8-14, MnO – 1-3. Камнелитейные материалы из базальта обладают большой химической стойкостью, и сопротивлением к истиранию, высокой диэлектричностью и используются в виде плит для полов и облицовки, футеровки трубопроводов, циклонов, a также в качестве различных изоляторов.

B на щебень разведано 50 c промышленными запасами 40 млн. м³. Два месторождения базальта c промышленными запасами 6,5 млн. м³ разведаны на облицовочный камень ( , ). Годовая добыча базальта свыше 3 млн. м³. B CCCP месторождения базальта сосредоточены в основном в Армении, Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Базальтовые покровы в восточных районах США образуют крупные месторождения в штатах Нью-Йорк, Нью-Джерси, Пенсильвания, Коннектикут (самые крупные и камнедробильные заводы).

Теплоизоляционные материалы – компания КРОЗ

Наименование
изделия

Маты прошивные

Картон базальтовый

Ватин базальтовый (ВБОР)

Применение

для теплозвукоизоляции промышленного оборудования и трубопроводов, судовых помещений, судового, промышленного и бытового оборудования, транспортных средств; 

в качестве огнезащитного покрытия, повышающего огнестойкость строительных и инженерных конструкций; 

для тепло- и звукоизоляции в жилищном, гражданском и промышленном строительстве, а также бань и саун.

Типовые размеры, мм

рулоны —
6000×1000
толщины
от 20 до 100

рулоны — 10000×1000×5
плиты — 1000×500×5

рулоны — 20000×1000×5
20000×1000×8
20000×1000×10

Плотность, кг/м3

40 ± 10

не более 100

не более 100

Температура
примененения, оС

от -260 до +1000

Теплопроводность
при 25 оС, Вт/мК, не более

0,038

Горючесть

не горючи

Предел
огнестойкости, час

1, 2 и 3 часа

1 час

0,5; 1 и 1,5 часа

Каширование

могут кашироваться алюминиевой фольгой, стеклянной, базальтовой или кремнеземной тканью, металлической сеткой или другими материалами.

Reade Advanced Materials – базальтовая порода, базальтовый порошок и базальтовое волокно / нить

Физические свойства

а) Крошки, песок и порошок. (40 меш по пуху и 150 яче по пуху)

б) Длина отрезанного волокна = 2 мм

c) Диаметр отрезанного волокна = 9 микрон

Химические свойства

а) Плагиоклаз и пироксен

b) Нарезанные волокна покрываются проклеивающей обработкой, которая обеспечивает их высокую совместимость с эпоксидными и фенольными смолами.

c) Типичная чистота: 99.8%

Типичные приложения

• Щебень, заполнитель для бетона, железнодорожный балласт, производство высококачественных текстильных волокон, напольная плитка, кислотостойкое оборудование для тяжелой промышленности, минеральная вата, базальтопластиковые трубы, базальтопластиковая арматура, рубероид из базальтового волокна, базальт ламинат, применяемый в качестве защитного покрытия, теплоизоляционные материалы из базальтового волокна, стекловата (стекловолокно) и др.

• Базальт – лучшая арматура для бетона благодаря его прочности на растяжение и естественной устойчивости к разрушению щелочью

• Армирование композитов, полиэфирных / эпоксидных смол и пластмасс, используемых в автомобильных кузовных панелях, корпусах лодок, пултрузионных изделиях и т. Д.

• Фрикционные материалы, такие как тормозные колодки и накладки

• Производство базальтового мата / войлока

• Высокотемпературная изоляция

• Пассивные противопожарные материалы

• Заполнитель для гипса и гипсокартона, требующий повышенной пропускной способности, в соответствии со строительными нормами

• Высокопроизводительный наполнитель автомобильного глушителя

Описание

Базальты представляют собой экструзионные магматические породы, добываемые естественным путем.Это плотные мелкозернистые породы очень темного цвета – зеленого или черного, которые образуются, когда расплавленная лава из глубин земной коры поднимается и затвердевает. Немного более грубые старые листы базальта, теперь частично измененные, но все еще темного цвета, широко добываются, измельчаются и продаются как «трапрок».

Базальт – это твердая, плотная, темная вулканическая порода, состоящая в основном из плагиоклаза, пироксена и оливина и часто имеющая стеклянный вид.

Его основное применение – щебень в строительстве, промышленности и дорожном строительстве.Однако малоизвестно, что базальт может использоваться в производстве и превращаться в тонкие, сверхтонкие и ультратонкие волокна. Базальтовые волокна, состоящие из однокомпонентного расплава сырья, считаются превосходящими другие волокна с точки зрения термической стабильности, тепло- и звукоизоляционных свойств, устойчивости к вибрации и долговечности.

Базальтовые непрерывные волокна открывают перспективу совершенно нового ассортимента композитных материалов и продуктов.

Базальтовые продукты не вступают в токсичную реакцию с воздухом и водой, негорючие и взрывобезопасные.При контакте с другими химическими веществами они не вызывают химических реакций, которые могут нанести вред здоровью или окружающей среде. Базальт заменяет практически все виды асбеста и имеет в три раза больше теплоизоляционных свойств. Композиты на основе базальта могут заменить сталь и все известные армированные пластмассы (1 кг базальтовой арматуры равен 9,6 кг стали). Срок службы труб из базальтового волокна, предназначенных для различных применений, может составлять не менее 50 лет без обслуживания, электрической или технической защиты.

Базальтовые волокна вместе с углеродными или керамическими волокнами, а также с различными металлами являются одной из самых передовых и интересных областей применения, поскольку они позволяют разрабатывать новые гибридные композитные материалы и технологии.

Особые свойства базальта

могут снизить стоимость продуктов при одновременном улучшении их характеристик. В России разработано и запатентовано более сотни специфических уникальных технологий производства материалов и изделий из базальтового волокна.

Характеристики:

• Высокая прочность на разрыв
• Устойчивость к щелочам
• Высокая теплопроводность
• Отсутствие канцерогенного риска или других опасностей для здоровья
• Абсолютная инертность и отсутствие рисков для окружающей среды
• Стойкость к кислотам и агрессивным химическим веществам
• Высокий модуль упругости, что обеспечивает превосходную удельную прочность, в 3 раза больше, чем у стальной фибры
• Хорошая усталостная прочность
• Электромагнитная стойкость

Упаковка

Банки, ведра, бочки, многослойные бумажные мешки, мешки для массовых грузов и контейнеры из ДВП

Синонимы

Базальт, черный гранит, базальт рубленый, мокрый, трапрок, базальтовый порошок, метабазальт, базальтовое волокно, базальтовый песок, базальтовая порода, базальтовая пряжа

Пределы прочностных и деформационных свойств трещиноватых базальтовых массивов

  • Айдын, А., ДеГрафф, Дж. М. (1988): Эволюция полигональных структур трещин в потоках лавы. Наука 239, 471–476.

    Google ученый

  • Бандис, С., Ламсден, А. К., Бартон, Н. Р. (1981): Экспериментальные исследования масштабных эффектов на сдвиговое поведение трещин горных пород. Int. J. Rock Mech. Мин. Sci. Геомех. Abstr. 18, 1–21.

    Google ученый

  • Бартон, Н. (1976): Прочность на сдвиг горных пород и их стыков.Int. J. Rock Mech. Мин. Sci. Геомех. Abstr. 13, 255–279.

    Google ученый

  • Бартон, Н. (1990): Эффект масштаба или систематическая ошибка выборки? В: Cunha, A. P. (ed.), Масштабные эффекты в горных массивах. Балкема, Роттердам, 31–55.

    Google ученый

  • Bieniawski, Z. T. (1978): Определение деформируемости горного массива – Опыт из историй болезни. Int. J. Rock Mech. Мин. Sci.15, 237–247.

    Google ученый

  • Бенявский, З. Т. (1989): Инженерная классификация горных пород. Wiley, New York, 251 с.

    Google ученый

  • Bieniawski, Z. T. (1993): Классификация горных массивов для инженерии: система RMR и будущие тенденции. В: Хадсон, Дж. А., Хук, Э. (ред.), Комплексная горная инженерия, т. 3, Пергамон, Нью-Йорк, 553–573.

    Google ученый

  • Брейс, В. Ф. (1964): Хрупкое разрушение горных пород. В: Джадд, У. Р. (ред.), Напряженное состояние земной коры. Эльзевир, Нью-Йорк, 111–180.

    Google ученый

  • Брэди, Б. Х. Г., Браун, Э. Т. (1992): Механика горных пород для подземных горных работ, 2-е. изд. Chapman and Hall, London, 571 pp.

    . Google ученый

  • Коричневый, Э.Т., Хук, Э. (1988): Определение границ разрушения при сдвиге в горных массивах. J. Geotech. Engng. Div. ASCE 114, 371–376.

    Google ученый

  • Байерли Дж. (1978): Трение горных пород. Pure Appl. Geophys. 116, 615–626.

    Google ученый

  • Крамер, М. Л., Дишлер, С. А., Эрб, Д. Б., Берлин, Г. Т., Виттрайх, К. Д. (1987): Разработка геомеханических испытаний для проекта изоляции базальтовых отходов.В: Proc., 28-й симпозиум США по механике горных пород, Балкема, Роттердам, 1053–1062.

    Google ученый

  • Дир, Д. У. (1963): Техническое описание сердечников для инженерных целей. Rock Mech. Англ. Геол. 1, 16–22.

    Google ученый

  • ДеГрафф, Дж. М., Айдин, А. (1987): Морфология поверхности столбчатых суставов и ее значение для механики и направления роста суставов.Геол. Soc. Являюсь. Бык. 99, 605–617.

    Google ученый

  • ДеГрафф, Дж. М., Айдин, А. (1993): Влияние теплового режима на прирост и расстояние между сужающимися швами в базальтовой лаве. J. Geophys. Res. 98, 6411–6430.

    Google ученый

  • Дитц, Х. Б. (1985): Программа испытаний на месте для определения характеристик базальта. В: Ком, Б., Джонстон, П., Мюллер, А.(ред.), Проектирование и оборудование для экспериментов на месте в подземных лабораториях по захоронению радиоактивных отходов. Балкема, Роттердам, 82–92.

    Google ученый

  • Гудман Р. Э. (1989): Введение в механику горных пород, 2-е изд. Wiley, New York, 562 стр.

    Google ученый

  • Гупта, Д. К., Дэмен, Дж. Дж. К. (1988): Исследования механики горных пород для глубокого подземного захоронения радиоактивных отходов.В: Сингх Б. (ред.), Подземная инженерия, т. 1. Балкема, Роттердам, 461–470.

    Google ученый

  • Э. Хук (1983): Прочность сочлененных горных массивов, двадцать третья лекция Рэнкина. Géotechnique 33, 187–223.

    Google ученый

  • Хук, Э., Браун, Э. Т. (1980): Эмпирический критерий прочности для горных массивов. J. Geotech. Engng. Div. ASCE 106, 1013–1035.

    Google ученый

  • Джегер, Дж.К., Кук, Н. Г. У. (1979): Основы механики горных пород, 3-е. изд. Chapman and Hall, London, 593 pp.

    . Google ученый

  • Джонсон, Б., Фридман, М., Хопкинс, Т. В. (1987): Прочность и микротрещиноватость гранита Вестерли увеличивалась во влажном и сухом состоянии при температурах до 800 ° C и давлениях до 200 МПа. В: Proc., 28-й симпозиум США по механике горных пород, Балкема, Роттердам, 399–412.

    Google ученый

  • Кулхави, Ф.Х. (1975): Напряжение и деформационные свойства горных пород и неоднородностей горных пород. Англ. Геол. 9, 327–350.

    Google ученый

  • Лайтай, Э. З. (1991): Поведение горной массы в зависимости от времени. Геотех. Геол. Англ. 9, 109–124.

    Google ученый

  • Пан, X. Д., Хадсон, Дж. А. (1988): упрощенный трехмерный критерий текучести Хука-Брауна. В: Романа, М. (ред.), Механика горных пород и электростанции, т.1, Балкема, Роттердам, 95–103.

    Google ученый

  • Прист, С. Д. (1993): Анализ разрывов для горных пород. Chapman and Hall, London, 473 pp.

    . Google ученый

  • Рейдел, С. П., Толан, Т. Л., Хупер, П. Р., Бисон, М. Х., Фехт, К. Р., Бентли, Р. Д., Андерсон, Дж. Л. (1989a): Базальт Гранд-Ронд, группа базальтов реки Колумбия; стратиграфические описания и корреляции в Вашингтоне, Орегоне и Айдахо.В: Рейдель С.П., Хупер П.Р. (ред.), Вулканизм и тектонизм в базальтовой провинции реки Колумбия. Геологическое общество Америки, Боулдер, специальный документ 239, 21–53.

    Google ученый

  • Рейдел, С. П., Фехт, К. Р., Хагуд, М. К., Толан, Т. Л. (1989b): Геологическая эволюция центрального плато Колумбия. В: Reidel, S.P., Hooper, P.R. (ред.), Вулканизм и тектонизм в заливно-базальтовой провинции реки Колумбия.Геологическое общество Америки, Боулдер, специальный документ 239, 247–264.

    Google ученый

  • Роде Дж., Фенг Х. (1990): Анализ изменчивости испытаний горных пород на неограниченное сжатие. Rock Mech. Rock Engng. 23, 231–236.

    Google ученый

  • Рубин А. М., Поллард Д. Д. (1987): Происхождение пластинчатых даек в вулканических рифтовых зонах. В: Decker, R.W., Wright, T.Л., Штауфер П. Х. (ред.), Вулканизм на Гавайях, Геол. Surv. Проф. Пап. 1350, 1449–1470.

  • Шольц, К. Х. (1990): Механика землетрясений и разломов. Издательство Кембриджского университета, Нью-Йорк, 439 стр.

    Google ученый

  • Шульц Р. А. (1993): Хрупкая прочность массивов базальтовых пород с применением к Венере. J. Geophys. Res. 98, 10,883–10,895.

    Google ученый

  • Ucar, R.(1986): Определение границ разрушения при сдвиге в горных массивах. J. Geotech. Engng. Div. ASCE 112, 303–315.

    Google ученый

  • Министерство энергетики США (1988 г.): проект для консультации, план описания участка, местоположение эталонного хранилища, участок Хэнфорд, Вашингтон. Отчет № DOE / RW-0164, т. 2.

  • Кислотное выветривание базальта и базальтового стекла: 2. Влияние текстур микроскопических изменений на спектральные свойства – Смит – 2017 – Журнал геофизических исследований: планеты

    1 Введение

    Было показано, что большие пространства областей с низким альбедо на равнинах северных низменностей Марса спектрально согласуются с выщелоченным кислотой базальтовым стеклом после сравнения спектральных данных в видимой и ближней инфракрасной областях (VNIR) из природных и лабораторных образцов с данными из природных и лабораторных образцов. Спектрометр изображения Mars Express OMEGA (Observatoire pour la Minéralogie, l’Eau, les Glaces, et l’Activité) [ Horgan and Bell , 2012].Эти же области на Марсе имеют тепловые инфракрасные (TIR) ​​спектры, которые моделируются как требующие большого количества аморфного материала с высоким содержанием кремнезема [ Bandfield , 2002; Rogers and Christensen , 2007]. Последующие исследования показали, что гавайские базальтовые стекла, естественно измененные в кислых флюидах, имеют в спектрах TIR преобладающую сигнатуру аморфного кремнезема [ Minitti et al., 2007]. В сопроводительном документе к этому исследованию было обнаружено, что природный базальт, базальтовое стекло и стеклосодержащий базальт, подвергнутые воздействию сильной кислоты в лабораторных условиях, также имеют спектры ПВО, указывающие на значительные концентрации аморфного кремнезема [ Horgan et al., 2017]. Таким образом, сравнение с лабораторными спектрами TIR подтверждает гипотезу о том, что выщелоченные кислотой базальтовые материалы могут присутствовать в северных низинах Марса. Более того, очень похожие, но более умеренные спектральные характеристики TIR с высоким содержанием кремнезема обычно наблюдаются в темных ландшафтах по всей планете [ Bandfield et al., 2000; Bandfield , 2002; Rogers and Christensen, , 2007], предполагая, что кислотно-измененные базальтовые материалы на самом деле могут присутствовать на больших участках поверхности Марса.

    Спектральный анализ лабораторных выщелоченных кислотой базальтов и базальтовых стекол показывает, что степень изменений в значительной степени определяется pH гидротермальных гидротерм и кристалличностью образца [ Horgan et al., 2017]. Базальтовые материалы, измененные в жидкостях с очень низким pH (начальный pH ~ 1), демонстрируют сильные спектральные характеристики, связанные с аморфными фазами, богатыми кремнеземом, в то время как те же самые материалы, измененные в жидкостях с немного более высоким pH (начальный pH ~ 3), показывают очень небольшие спектральные изменения [ Horgan и другие., 2017]. Кроме того, выщелоченный кислотой кристаллический базальт и богатые стеклом базальтовые материалы спектрально отличаются от выщелоченного кислотой базальтового стекла как в видимом, так и в ближнем инфракрасном диапазоне (длины волн VNIR и TIR, даже при изменении в аналогичных условиях (pH и продолжительность эксперимента)). Например, образцы стекловидного базальта, измененные в жидкостях с очень низким pH (начальный pH ~ 1), демонстрируют спектральные характеристики как основного, так и аморфного кремнезема, тогда как базальтовое стекло, измененное в тех же условиях, демонстрирует только фазовые спектральные характеристики аморфного богатого кремнеземом.Эти спектральные вариации указывают на физические и композиционные различия между материалами изменений, которые образуются на разных стеклообразных и кристаллических субстратах, и предполагают различные пути изменения. Понимание того, какие факторы влияют на спектральные вариации в измененных базальтовых материалах, важно для интерпретации данных дистанционного зондирования и может помочь ограничить состав и историю выветривания больших участков поверхности Марса.

    Это исследование пытается (1) описать и классифицировать эффекты кислотных изменений на базальтовые материалы с различным химическим составом и содержанием стекла, (2) определить, как физические и композиционные различия между измененными базальтовыми материалами влияют на спектральные характеристики VNIR и TIR, как сообщается в в нашей сопутствующей статье [ Horgan et al., 2017], и (3) предполагают, как пути изменения различаются в зависимости от pH раствора и кристалличности исходного материала. Мы используем сканирующую электронную микроскопию (SEM) и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию (EDS) для исследования микроскопических и композиционных свойств исходных материалов, а также свойств образцов после воздействия растворов серной кислоты с исходным pH 1 и 3. Здесь мы сосредотачиваемся на аморфном кремнеземном покрытии и формировании корки, потому что это широко распространено в природных системах; его легко измерить в инфракрасных спектрах измененных базальтовых веществ, и спектральные эффекты этого типа поверхностных изменений плохо изучены.

    2 Фон

    2.1 Механизмы растворения силикатов

    Большое количество лабораторных исследований пытались понять и описать механизмы растворения мультиоксидных силикатных минералов, результаты которых показывают, что силикатные минералы могут растворяться либо стехиометрически (конгруэнтно), либо нестехиометрически (инконгруэнтно) [ Oelkers , 2001, и ссылки в нем] . Считается, что неконгруэнтное или нестехиометрическое растворение имеет место, когда молярные отношения элементов, измеренные в жидкости, отличаются от таковых в твердом [ Schott et al., 1981]. Исследования, в которых растворение силиката кажется неконгруэнтным, также сообщают о богатых диоксидом кремния слоях, обедненных низковалентными катионами, обнаруженными на поверхности силикатных субстратов. Для объяснения очевидного неконгруэнтного растворения и сопровождающих его поверхностных слоев, богатых диоксидом кремния, обычно используются два конкурирующих механизма растворения: (1) выщелачивание, которое включает взаимную диффузию в твердом состоянии катионов, модифицирующих сетку, с последующим гидролизом связей Si-O [например, Luce et al., , 1972; Paces , 1973; Элкерс , 2001; Schott et al., 2012], и (2) растворение-повторное осаждение, которое включает конгруэнтное растворение мультиоксидного минерала в сочетании с повторным осаждением вторичной фазы (чаще всего аморфной фазы, богатой кремнеземом) [например, O’Neil and Taylor , 1967; Hellmann et al., 2003, 2004; Daval et al., 2011; King et al., 2011].

    На протяжении десятилетий выщелачивание было предпочтительным объяснением очевидного неконгруэнтного растворения многих силикатных минералов.Во время процесса выщелачивания в кислых условиях более слабые связи одновалентного металла с оксидом разрываются быстрее, чем связи двухвалентного или трехвалентного металла с оксидом, которые разрываются быстрее, чем связи Si-O [ Schott et al., 2009]. Структура Si-O окончательно разрушается, когда катионы Al заменяются протонами, оставляя после себя частично отделенные атомы Si, которые легче удаляются из структуры [ Oelkers , 2001; Schott et al., 2009]. Таким образом, механизм выщелачивания согласуется с нестехиометрическими скоростями высвобождения элементов и может также объяснять аморфные слои, обогащенные кремнеземом, которые обычно образуются на поверхности силикатных минералов после растворения.

    В настоящее время появляется все больше свидетельств того, что растворение мультиоксидных силикатных минералов больше согласуется с механизмом растворения-переосаждения, чем с механизмом выщелачивания, как будет обсуждаться в разделе 2.3 [например, O’Neil and Taylor , 1967; Hellmann et al., 2003, 2004, 2012; Ruiz-Agudo et al., 2012, 2014; Путнис и Руис-Агудо , 2013 г .; Gin et al., 2013]. Фактически, Hellmann et al. [2012] утверждают, что растворение-повторное осаждение является объединяющим фундаментальным механизмом, лежащим в основе растворения всех минералов, независимо от того, является ли рассчитанная скорость высвобождения катионов стехиометрической или нет.В этой модели реакции растворения происходят в перенасыщенном пограничном слое жидкости между исходной и повторно осажденной поверхностями продукта [ Hellmann et al., 2012; Ruiz-Agudo et al., 2012]. Кроме того, в этой модели все кристаллические фазы претерпевают стехиометрическое растворение в пограничном слое, но повторное осаждение богатых кремнеземом фаз удаляет катионы из основного раствора, что может сделать молярные отношения между твердым телом и жидкостью неконгруэнтными.Таким образом, механизм растворения-повторного осаждения может объяснить наличие аморфных слоев, обогащенных диоксидом кремния, обычно связанных с очевидным инконгруэнтным растворением, а также решает проблему, заключающуюся в том, что «выщелачивание», как было отмечено, происходит в основных pH-системах, где протонно-катионный обмен не имеет значения [ Hellmann et al., 2012].

    Точно так же давно обсуждаются механизмы растворения аморфных силикатных стекол. Силикатные стекла, как и минералы, часто образуют поверхностные слои, богатые кремнеземом, в результате экспериментов по растворению, и эти слои обычно связывают с процессами выщелачивания [e.г., Doremus , 1975; Guy and Schott , 1989; Petit et al., 1990; Oelkers and Gislason , 2001]. И все же Crovisier et al. [1987] были одними из первых, кто предположил, что структура и химический состав богатых кремнеземом слоев на базальтовом стекле указывает на то, что они образуются в результате осаждения из раствора после конгруэнтного растворения силиката. Более поздние исследования подтверждают это наблюдение [ Geisler et al., 2010, 2015; Gin et al., 2013], о чем будет сказано в разделе 2.3.

    2.2 Терминология обогащенных кремнеземом поверхностно измененных слоев

    Как отмечалось выше, аморфный кремнезем является обычным продуктом, который сопровождает растворение минералов и стекла. В литературе описывается множество различных форм обогащения аморфного кремнезема в образцах, подвергшихся естественному и синтетическому выветриванию, каждая из которых подразумевает механизм образования. Чтобы избежать путаницы в терминологии в этом исследовании, мы классифицируем потенциальные формы обогащения кремнезема на три различные категории текстуры, основанные в первую очередь на источнике кремнезема и механизме образования.К этим категориям относятся (1) покрытия, (2) выщелоченные корки, также иногда называемые выщелоченными слоями, и (3) осажденные слои или зоны. Когда мы хотим описать обогащение кремнеземом, не обращая внимания на конкретный механизм или источник кремнезема, мы будем ссылаться на такие характеристики, как «обогащенные кремнеземом поверхностные измененные слои (или зоны)».

    Покрытия из диоксида кремния представляют собой нарастающие слои на поверхности породы или зерен, которые образовались в результате осаждения из объемного раствора. Основным отличительным свойством покрытий из диоксида кремния является то, что диоксид кремния получают из внешнего источника, будь то растворенные частицы силикатной пыли или источник, находящийся на расстоянии от миллиметров до метров [ Dorn , 1998].Ключевым моментом является то, что кремнезем переносится на поверхность, а не является производным самого субстрата [ Dixon et al., 2002].

    В отличие от каменных покрытий, выщелоченная корка и осажденные слои представляют собой слои с измененной поверхностью, которые, как считается, образуются в результате растворения субстрата. Поскольку существует много споров о механизмах растворения силикатных минералов и стекол, существует также путаница в терминологии продуктов изменения растворения.Выщелоченные слои указывают на слои с измененной поверхностью в результате механизма выщелачивания (инконгруэнтного растворения) [например, Casey et al., 1989a, 1989b, 1993; Petit et al., 1989, 1990], тогда как осажденные слои образуются посредством механизма растворения-повторного осаждения [например, Crovisier et al., 1987; Hellmann et al., 2003, 2004, 2012; Ruiz-Agudo et al., 2014].

    2.3 Предыдущие микроскопические исследования морфологии изменения текстуры

    Морфология и химия текстуры с изменением текстуры могут помочь различить различные обогащенные кремнеземом поверхностные измененные слои, описанные выше.В ряде предыдущих исследований использовались различные формы микроскопии и вспомогательные элементные измерения для описания и характеристики текстуры гидротермальных изменений, обогащенных кремнеземом. Здесь мы используем их результаты, чтобы определить отличительные морфологические и химические свойства, что позволяет нам идентифицировать потенциальные механизмы формирования текстур изменений, наблюдаемых в этом исследовании.

    Покрытия из диоксида кремния

    обычно характеризуются четкими композиционными и морфологическими границами между покрытием и подложкой [ Farr and Adams , 1984; Dorn , 1998].По своему составу покрытия из диоксида кремния в основном состоят из рентгеноаморфного диоксида кремния, но могут содержать различное количество железа и алюминия [ Dorn , 1998]. Кроме того, покрытия из диоксида кремния часто включают другие материалы, такие как пыль и / или кристаллические частицы [ Dorn , 1998]. Толщина, полученная из изображений SEM, варьируется от микрон до почти миллиметра [ Dorn , 1998]. Покрытия обычно выглядят как сросшиеся слои в поперечном сечении [ Farr and Adams , 1984; Dorn , 1998] и не может образовываться над пустотами [ Chemtob et al., 2010].

    Помимо очевидных инконгруэнтных скоростей высвобождения катионов, самым сильным аргументом в пользу выщелоченной корки было наличие сигмоидального элементного профиля между кожурой и субстратом [например, Nesbitt and Muir , 1988; Casey et al., 1989b; Petit et al., 1989, 1990; Shotyk and Nesbitt , 1992], который использовался для аргументации в пользу диффузионной реакционной поверхности. Однако математическое моделирование и прямые измерения показали, что диаметр ионного или электронного зонда эффективно расширяется за счет рассеяния излучения с некоторой глубины [e.g., Ganguly et al., 1988; Belkorissat et al., 2004], который создает эффект пространственного усреднения, который создает диффузный элементный профиль (толщиной в сотни нанометров) [ Hellmann et al., 2003, 2004]. Таким образом, обычно используемые методы измерения элементов, такие как масс-спектроскопия вторичных ионов и системы EDS (обнаруженные на приборах SEM), как правило, дают диффузные профили элементов. Достижения в просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) показывают, что химическая граница между слоями и подложкой может быть намного более резкой (<4-7 нм) [e.g., Hellmann et al., 2004; Gin et al., 2013]. Hellmann et al. [2003, 2004] считал резкую химическую границу свидетельством механизмов растворения-повторного осаждения, ставя под сомнение законность ранее обозначенных «выщелоченных» слоев. Несмотря на то, что существует неопределенность в отношении механизма образования ранее изученных слоев с измененной поверхностью, мы будем учитывать первоначальное обозначение исследователя как выщелоченный или «осажденный» слой при следующем обсуждении морфологии и химии текстуры изменений.

    Выщелоченная корка – это остаточный материал, оставшийся после неполного растворения исходного материала. Считается, что диоксид кремния в выщелоченной корке подвергается реструктуризации во время образования корки [ Casey et al., 1993; Tsomaia et al., 2003], включая реполимеризацию [например, Casey et al., 1993; Schweda et al., 1997], перекристаллизация [ Banfield et al., 1995] и структурный коллапс [ Paces , 1973].Слои с измененной поверхностью, которые обозначаются как выщелоченные корки, обычно довольно тонкие и имеют толщину от 50 нм до 10 мкм [например, Casey et al., 1993; Minitti et al., 2007]. Согласно Minitti et al. [2007], экспериментально полученные выщелоченные слои редко представляют собой чистый SiO 2 . Например, Berger et al . [1987] сообщили о выщелоченном слое с ~ 15 мас.% Al 2 O 3 . Кроме того, выщелоченные слои обычно описываются как ломкие и хрупкие и могут отслаиваться от подстилающей поверхности [ Gislason and Oelkers , 2003; Tosca et al., 2005; Schott et al., 2009, 2012; Chemtob et al., 2010; Seelos et al., 2010].

    Осажденные слои и зоны, обогащенные диоксидом кремния (обогащенные диоксидом кремния области внутри подложки) образуются, когда исходный материал сначала полностью растворяется, высвобождая оксиды, которые повторно осаждаются на поверхности исходного материала. Слои с измененной поверхностью, которые обозначаются как осажденные слои, имеют толщину от ~ 5 до 870 нм на различных силикатных минералах [ Hellmann et al., 2012] и 10–300 мкм на боросиликатных стеклах [ Geisler et al., 2010]. Осажденные слои и зоны обозначены очень резкими (в нанометровом масштабе) химическими и морфологическими границами между слоем и подложкой [ Hellmann et al., 2004, 2012], хотя, как обсуждалось выше, химический профиль сильно зависит от измерения техника. Осажденные слои и зоны состоят в основном из водного SiO 2 , но часто содержат следы других ионов, таких как Al 3+ , Ca 2+ и Mg 2+ [ Hellmann et al., 2012]. Осажденные слои и зоны по существу заменяют исходный материал более стабильной аморфной фазой, и реакции замещения обычно включают изменения объема, как положительные (расширение), так и отрицательные (усадка), которые могут создавать напряжения, достаточные для возникновения трещин внутри и между исходным материалом и продуктом. фазы [ Ruiz-Agudo et al., 2014].

    Minitti et al. [2007] и Chemtob et al. [2010] использовали микроскопический анализ, чтобы различить кремнеземные покрытия, выщелоченную корку и осажденные слои на образцах базальта, подвергшегося естественному выветриванию, из гавайских лавовых потоков. Minitti et al. [2007] исследовал ряд образцов с покрытием, собранных из различных жерл и водотоков как в пустыне, так и в более влажном климате в Национальном парке вулканов Гавайев. Они описали три основных морфологии слоя кремнезема: мраморный, непористый и минеральный. Они пришли к выводу, что мраморная и непористая морфология согласуется либо с механизмами выщелачивания, либо с растворением-повторным осаждением, но, исходя из наблюдаемых толщин (~ 2–80 мкм), морфология наиболее похожа на осажденные слои.Они также пришли к выводу, что морфология, содержащая минералы, должна быть результатом цементации тефры, выпавшей из атмосферных осадков. Chemtob et al. [2010] изучил набор образцов с покрытием из потока Килауэа в декабре 1974 года, собранных в ряде мест в пустыне Кау. Они описали сплошные богатые кремнеземом слои (толщиной ~ 10 мкм) с прожилковыми текстурами пересекающихся трещин и наблюдали по крайней мере одно место, где слой перекрывал приповерхностную везикулу. Они также обнаружили ярозит, сульфатный минерал, который образуется в сильнокислой среде в слоях кремнезема.Слои кремнезема заканчивались на подложке резкими химическими границами, хотя Chemtob et al. [2010] отметил, что выщелоченный слой может быть тоньше, чем пространственное разрешение метода измерения. Основываясь на своих наблюдениях за слоем над везикулами, они пришли к выводу, что слои диоксида кремния должны образовываться in situ, а не посредством механизма формирования покрытия путем осаждения. Авторы отдают предпочтение механизму выщелачивания как основному механизму образования, основанному на обнаружении ярозита, что является аргументом в пользу благоприятных условий выщелачивания.Однако авторы также отметили, что могло иметь место растворение-повторное осаждение в масштабе микрометра.

    2.4 Спектральная идентификация и эффекты текстур изменений, обогащенных кремнеземом

    Поверхностные измененные слои, обогащенные кремнеземом, встречаются почти во всех средах на Земле и являются потенциально значимыми компонентами поверхности Марса. Большая часть наших знаний о составе поверхности Марса получена из спектроскопических наблюдений, поэтому важно понимать, как поверхностные слои, обогащенные кремнеземом, влияют на спектры поверхности планеты.В ряде исследований предпринимались попытки определить спектральные характеристики природных [например, Kahle et al., 1988; Crisp et al., 1990; Кристенсен и Харрисон Тливерис , 1993; Michalski et al. , 2004; Michalski et al., 2006; Minitti et al., 2007; Seelos et al., 2010] и синтетические [ Kraft et al., 2003] образцы. Здесь мы суммируем некоторые результаты и видим, что эффекты сложны и все еще плохо изучены.

    Информация, полученная в результате спектральных измерений, сильно зависит от диапазона измеряемых длин волн. Например, глубина проникновения, которая важна для этого исследования, обычно увеличивается с увеличением длины волны; длина волны видимого и ближнего инфракрасного (VNIR; от 0,35 до 2,5 мкм) длин волн измеряет только внешние несколько микрон образца, тогда как длины волн теплового инфракрасного диапазона (TIR; от 5 до 50 мкм) способны проникать на глубину до ~ 100 мкм. Кроме того, спектроскопия отражения VNIR и эмиссионная спектроскопия TIR предоставляют различную информацию о минералогии (составе и структуре) образца.Измерения видимой длины волны очень чувствительны к электронным переходам, в то время как инфракрасные измерения чувствительны к молекулярным колебаниям. Молекулы воды и гидроксила (ОН) имеют сильные колебательные обертоны при 1,4 и 1,9 мкм и легко обнаруживаются с помощью спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне [например, Clark et al., 1990]. Большинство породообразующих функциональных групп [ Clark et al., 1979] (SiO 4 , SO 4 и CO 3 ) имеют фундаментальные колебания между ~ 7 и 12.0 мкм, так что они легко обнаруживаются при тепловой инфракрасной спектроскопии. Таким образом, VNIR-спектроскопия важна для обнаружения Fe-содержащих и гидратированных минералов, в то время как TIR-спектроскопия особенно важна для обнаружения силикатов. Комбинация обоих измерений обеспечивает более полное представление об образце, чем любое из них по отдельности.

    Чистый гидратированный аморфный диоксид кремния (опал-A) имеет идентифицируемый спектр в TIR с особенностью растяжения Si-O при ~ 1115 см -1 (где x см -1 = 10000 / год мкм), a соответствующее плечо на 1220 см -1 и элемент изгиба Si-O на ~ 465 см -1 .Аналогично, в VNIR опал-A имеет особенности гидратации, расположенные на 1,4 мкм и 1,9 мкм, и широкую дублетную спектральную полосу около 2,21 и 2,26 мкм из-за вращения SiOH и мод валентных колебаний [ Langer and Flörke , 1974; Rice et al., 2013]. Однако большинство покрытий из натурального диоксида кремния и слоев с измененной поверхностью не являются чистым диоксидом кремния [например, Dorn , 1998; Фарр и Адамс , 1984; Minitti et al., 2007; Chemtob et al., 2010], а включение в структуру Al 3+ , Fe 3+ , Mg 2+ и Ca 2+ вызывает снижение степени полимеризации каркасная структура.В TIR положение особенности растяжения Si-O положительно коррелирует со степенью полимеризации тетраэдрической сетки кремнезема [ White and Minser , 1984; Crisp et al., 1990; Michalski et al., 2005]. Таким образом, характеристики растяжения TIR Si-O природных богатых кремнеземом гидротермальных материалов обычно смещены в сторону немного меньшего волнового числа (например, ~ 1100 см -1 ) [ Minitti et al., 2007].

    Покрытия, богатые диоксидом кремния, и слои с измененной поверхностью могут изменять и затемнять видимый и инфракрасный спектр подложки [ Kahle et al., 1988; Crisp et al., 1990; Abrams et al., 1991; Kraft et al., 2003; Minitti et al., 2007; Seelos et al., 2010]. Kraft et al. [2003] создал покрытия из чистого коллоидного кремнезема различной толщины на образцах природного базальта реки Колумбия и обнаружил, что покрытия из кремнезема толщиной всего ~ 6–10 мкм могут полностью замаскировать спектральную характеристику TIR подстилающей породы. Они также обнаружили, что покрытия толщиной ~ 0,5 мкм достаточно для проявления слабой спектральной особенности кремнезема при ~ 1115 см -1 .Интенсивность этой особенности возрастала с увеличением толщины покрытия до тех пор, пока спектральные особенности подложки не скрывались на уровне ~ 6 мкм. Покрытия толщиной> ~ 3 мкм также проявляют спектральное плечо 1220 см -1 , связанное с гидратированным аморфным диоксидом кремния. Кроме того, Kraft et al. [2003] обнаружил, что при толщине покрытия из диоксида кремния менее ~ 7 мкм спектры ПВО покрытия и подложки не будут линейно объединяться для точного моделирования измеренного спектра образца, что усложняет общее предположение о том, что поверхностные спектры представляют собой линейные смеси компонентов. .

    Точно так же спектральные сигнатуры аморфного кремнезема имеют тенденцию доминировать в спектрах ПВО естественных обогащенных кремнеземом поверхностно измененных слоев на базальте и базальтовом стекле, иногда полностью скрывая подложку [ Farr and Adams , 1984; Kahle et al., 1988; Crisp et al., 1990; Minitti et al., 2007; Ruff et al., 2011]. Crisp et al. [1990] изучил гавайские потоки лавы разного возраста и обнаружил, что слабая спектральная особенность ПВО на ~ 1080–1086 см –1 , связанная с покрытиями, богатыми кремнеземом, проявляется в спектрах потоков, возраст которых составляет всего несколько недель.Эта особенность усиливается с возрастом за счет более низкого волнового числа (~ 925–950 см, –1 ) и, следовательно, большего количества основных силикатных структур. Лавовые потоки возрастом более 50 лет также имеют плечевой элемент 1220 см −1 , связанный с гидратированным аморфным кремнеземом. Предположительно, покрытия, богатые кремнеземом, увеличиваются в толщине с возрастом, влияя на комбинированные спектры покрытия и подложки аналогично тем, которые наблюдались Kraft et al. [2003].

    В VNIR выщелоченные корки обычно отличаются от кремнеземных покрытий отсутствием полос гидратации кремнезема на уровне 2.21 и 2,26 мкм и вогнутый вверх спектральный наклон [ Minitti et al., 2007; Seelos et al., 2010; Хорган и Белл , 2012 г .; Horgan et al., 2017]. На сегодняшний день нелинейная вогнутая форма спектра наблюдалась только в образцах с высоким содержанием стекла, которые, как считается, имели выщелоченные слои, и предполагается, что это связано с зависящим от длины волны рассеянием на структурах в субмикронном масштабе, что, возможно, связано с текстурами поверхности корки [ Horgan et al., 2017].Покрытия, с другой стороны, демонстрируют линейный наклон синего спектра (меньшая отражательная способность на более длинных волнах) из видимого диапазона в ближний инфракрасный, независимо от их подложки [ Kraft et al., 2007; Milliken et al., 2008].

    3 метода

    3.1 Эксперименты по кислотному выщелачиванию

    Подмножество образцов из Horgan et al. [2017] был выбран для анализа с акцентом на образцы, которые показали интересные спектральные изменения после экспериментов.Мы наблюдали свойства неизмененных и измененных образцов двух разных исходных материалов, которые различаются как по составу, так и по степени кристалличности [ Horgan et al., 2017] (информацию об образцах см. В Таблице 1): частично стекловидный исландский оливиновый базальт из субаквальная подушечная лава (ICE170; ~ 50% стекла) и гавайский стекловидный базальт из субаэрального потока (BAS101; ~ 75% стекла). Каждый образец руки базальта измельчали ​​на частицы размером с песок (500–1000 мкм), используя ступку и пестик.

    Таблица 1. Образец информации
    Название образца ДВС 170a BAS101a
    Описание образца Базальт, подушечка лава (~ 50% стекло) b Базальтовое стекло, субаэральный поток (~ 75% стекла) b
    Расположение пробы Дагмалафель, Исландия Кальдера Килауэа, Гавайи, 1956 г., сток
    Вес% c
    SiO 2 46.4 50,6
    TiO 2 0,75 3,19
    Al 2 O 3 14,4 13.1
    Fe 2 O 3 11,0 1,07
    FeO 8,39 10,6
    MnO 0.17 0,18
    MgO 13,0 6,38
    CaO 13,4 10,7
    Na 2 O 1.35 3,05
    К 2 О 0,02 0,54
    Всего 100,5 99.4
    Содержание минералов (%) d
    Плагиоклаз 37 Кристаллическая фаза не обнаруживается
    Клинопироксен 35
    Оливин 28
    Хромит <3
    Всего ~ 103
    • a Собран Э.Cloutis.
    • b Содержание стекла, указанное Horgan et al. [2017] и получены с использованием методов спектральной линейной деконволюции TIR.
    • c Основные оксиды для образцов, полученные методом рентгеновской флуоресценции (XRF). Исходные данные опубликованы в Cloutis et al. [2015].
    • d Содержание минералов, не содержащих рентгеновских аморфных частиц, определено с помощью анализа рентгеновской дифракции (XRD) по методу Ритвельда.Исходные данные опубликованы в Cloutis et al. [2015].
    • e Анализ Ритвельда рентгенограммы BAS101 не был завершен.

    Обобщенные здесь методы кислотного выщелачивания можно найти более подробно в нашей сопутствующей статье [ Horgan et al., 2017]. Эксперименты моделировали открытую гидрологическую систему. Образцы помещали в ванны с раствором кислоты, и жидкости часто заменяли свежим раствором кислоты.Были приготовлены два исходных раствора кислоты с использованием концентрированной H 2 SO 4 и дистиллированной H 2 O с pH 1,0 и 3,0. Приблизительно 7 г каждого образца помещали в отдельные тефлоновые сосуды с 30 мл исходного раствора серной кислоты и 10 мл 30% H 2 O 2 . Перекись водорода была выбрана в качестве окислителя, поскольку супероксиды и пероксиды были предложены в качестве предполагаемых окислителей в материалах поверхности Марса [ Zent and McKay , 1994; Golden et al., 2005]. Всего образцы подвергались воздействию кислоты в течение 220 дней при 25 ° C; однако процесс изменения периодически останавливался на разных временных шагах, чтобы документировать, как прогрессивное изменение влияет на спектры образцов. Все образцы были промыты деионизированной водой перед анализом для удаления рыхлых вторичных минералов, потому что наше исследование было сосредоточено на анализе физически приставших корок и покрытий на образцах.

    3.2 Растровая электронная микроскопия

    Чтобы выполнить подробный микроскопический анализ выветриваемых частиц, мы случайным образом выбрали 3 зерна каждого исходного материала и 10 зерен каждого конечного материала из экспериментов, перечисленных в таблице 1, для анализа с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM).Зерна были размещены на двусторонней ленте, а затем заключены в двухкомпонентную эпоксидную смолу, отверждаемую при комнатной температуре. Заготовку образца полировали до 0,25 мкм с использованием алмазной суспензии частиц постепенно уменьшающегося размера и алмазной пасты, чтобы получить поперечный разрез зерен.

    Образец был покрыт углеродом, а затем исследован в Центре электронной микроскопии высокого разрешения при Университете штата Аризона с использованием сканирующего электронного микроскопа XL-30 с источником автоэлектронной эмиссии.Для получения изображения образцов использовались детекторы как вторичных электронов (SE), так и детекторов обратно рассеянных электронов (BSE). Изображения SE дают информацию о топографии и морфологии образца, в то время как изображения BSE информируют об изменениях в составе в образце, поскольку интенсивность обратного рассеяния пропорциональна среднему атомному номеру. Полуколичественный химический состав был измерен с использованием анализа пятен и линий, полученных с помощью системы энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) на SEM. Все измерения SEM проводились на рабочем расстоянии 11 мм, ускоряющем напряжении 20 кВ и размере пятна 3 или 4.

    3.3 Спектроскопия

    Здесь мы резюмируем методологию спектральных измерений, а подробности можно найти в Horgan et al. [2017]. Спектры теплового инфракрасного излучения (TIR) ​​были измерены в лаборатории инфракрасной спектроскопии Университета штата Аризона с использованием спектрометра Nicolet Nexus 670, который сконфигурирован для измерения излучательной способности [ Ruff et al., 1997]. Спектры собирали при спектральном разрешении 2 см -1 в диапазоне 200-2000 см -1 .Перед измерением образцы нагревали до 80 ° C в течение нескольких часов, и эту температуру поддерживали во время сбора спектров, активно нагревая образец с помощью горячей плиты. Все спектральные измерения TIR были выполнены после завершения экспериментов по кислотному выщелачиванию.

    Спектры отражения в видимой и ближней инфракрасной областях (VNIR) были собраны для всех образцов с использованием спектрометра ASD FieldSpec Pro HR в диапазоне длин волн от 0,35 до 2,5 мкм. Для освещения образцов использовали кварцево-вольфрамовый галогенный источник света мощностью 150 Вт, и спектры отражения были измерены при i = 30 °, e = 0 °; Периодически собирали 200 спектров каждого образца, когда образец вынимали из кислотной бани, и усредняли для улучшения отношения сигнал / шум.Чтобы уменьшить влияние зеркальных отражений, все образцы размером 500–1000 мкм вращались на поворотном столе со скоростью 33 об / мин во время сбора данных.

    4 Результаты

    4,1 SEM

    В следующем разделе мы используем наблюдения SEM, чтобы охарактеризовать морфологию и химический состав исходных материалов и их соответствующих измененных продуктов. Это позволяет нам визуализировать любые изменения, внесенные в образцы после воздействия кислых растворов.Кроме того, сравнение физических и химических свойств может выявить различия между материалами, которые могут повлиять на их спектральные свойства.

    4.1.1 Исходный материал

    Частично стекловидный образец (ICE170) состоит из плагиоклаза и пироксена в стекловидной матрице (Рисунки 1a и 1b). Кристаллы плагиоклаза имеют удлиненную форму и имеют тенденцию образовывать пучкообразные радиальные кластеры, а пироксен имеет тенденцию формироваться в виде кристаллитов.Форма кристаллов указывает на быструю закалку во время формирования. Зерна ICE170 имеют многочисленные пустоты диаметром до ~ 150 мкм и трещины длиной до ~ 500 мкм, иногда рассекающие зерно. Напротив, более богатый стеклом образец (BAS101) имеет только несколько кристаллов плагиоклаза размером ~ 30–60 мкм в каждом зерне (рис. 1c и 1d). Изломы в зернах BAS101 относительно короткие (в десятки микрон в длину) и параллельны или субпараллельны периметру зерна, не доходя до внутренней части зерна.В целом, образец частично стекловидного базальта (ICE170) имеет больше границ кристаллов, пор и трещин, чем образец базальтового стекла (BAS101) (Рисунок 1). Следует отметить, что ни одна из зерен исходного материала не имеет признаков вторичных фаз.

    изображений BSE исходного материала (а и б) ICE170 и (в и г) BAS101. Белыми прямоугольниками обозначены увеличенные области на изображениях справа. Plg – плагиоклаз, Pyx – пироксен, BG – базальтовое стекло.

    4.1.2 Стекловидный базальт в кислоте с низким pH
    Визуализация

    BSE показывает, что зерна стекловидного базальта (ICE170), подвергнутые воздействию исходного раствора кислоты с pH ~ 1, не имеют непрерывных слоев с измененной поверхностью. Скорее, относительные изменения контраста на изображениях BSE (Рисунок 2) и точечный анализ EDS (Рисунок 3) показывают, что в образце есть несколько фаз изменений. Мы разделяем измененные области на две разные фазы в зависимости от состава и морфологии, «обогащенные кремнием области» и «измененное стекло».«Обогащенные Si области темные на изображениях BSE, что указывает на меньшее количество более тяжелых элементов (Рисунок 2c), чем окружающие фазы, и имеют вид трещин (Рисунок 2a). На изображениях BSE измененные области стекла имеют оттенок серого, который занимает промежуточное положение между более темными областями, обогащенными кремнием, и более светлыми областями, богатыми базальтовым стеклом и пироксеновыми кристаллитами, что указывает на промежуточный состав (рис. 2c). Измененные стеклянные области имеют неровную текстуру в субмикронном масштабе и пятнистую текстуру в микронном масштабе, что указывает на неоднородность измененного состава стекла (рис. 2d).

    Изображения BSE ICE170, выдержанного в кислоте с pH 1 в течение 220 дней. (a) Обзор зерна, показывающий морфологию неоднородных внутренних изменений, и увеличенный вид (белое поле), показывающий трещиноватую природу зон, обогащенных Si (Si). (b) Контекстное изображение другого зерна с белым прямоугольником, показывающее увеличенную область на рисунке 2c. (c) AG представляет собой модифицированное стекло, Cr представляет собой хромит, а Si представляет собой фазу, обогащенную диоксидом кремния. (d) Крупный план областей AG с опушенными и пятнистыми текстурами.Расположение точечных анализов EDS (красные кресты) для (а) базальтового стекла в исходном материале ICE170, (б) измененного стекла в ICE170, подвергнутого воздействию исходного раствора кислоты с pH ~ 1 в течение 220 дней, и (в) обогащенных Si областей в ICE170, подвергнутых воздействию до исходного pH ~ 1 раствора кислоты в течение 220 дней. (d) Средний весовой процент основных элементов по результатам точечных измерений EDS для каждого типа фазы на рисунках 3a-3c. Планки погрешностей представляют собой одно стандартное отклонение.

    Множественные точечные анализы EDS были усреднены вместе, чтобы получить средний состав для исходного материала базальтового стекла, областей, обогащенных Si, и измененного стекла (Рисунок 3; см. Таблицу S1 в вспомогательной информации для значений весовых%).В областях, обогащенных Si, наблюдается значительное увеличение Si и уменьшение Na, Mg, Fe и Ca из исходного материала. Содержание Al также уменьшается, но менее резко. Средний состав измененного стекла показывает увеличение Si и Fe и уменьшение Na, Al и Ca по сравнению с исходным материалом. Одна из точек, считающихся измененным стеклом, может включать некоторые измененные хромиты из-за высокого содержания Cr в данных EDS (рис. 3b и 3d). Насколько мы наблюдали, закалочные кристаллы плагиоклаза претерпевают наиболее значительное обогащение кремнием, которое происходит в границах закалочных кристаллов плагиоклаза, принимая их первоначальную форму.Стекловидная основная масса и кристаллы хромита подвержены меньшему влиянию, а кристаллиты пироксена не обогащаются Si в ходе экспериментов. Таким образом, кислотное изменение оказывается неоднородным, пронизывая все зерно и образуя фазы, богатые кремнеземом.

    Изображение

    SE подчеркивает сильно трещиноватую природу обогащенных Si областей и показывает частицы нанометрового размера в трещинах (рисунки 4a и 4b). Частицы могут представлять недавно осажденный материал, остатки, оставшиеся после того, как исходная структура была разрушена в процессе выщелачивания, или материал, который образовался и отложился в результате полировки во время подготовки образца.

    SE, вид в разрезе зерен ICE170, смонтированных в эпоксидной смоле, после воздействия кислоты с исходным pH ~ 1. (а) показывает топографию изломов измененных областей внутри зерен, и при более внимательном рассмотрении (б) внутри измененных областей видны сферические отложения / обломки.

    4.1.3 Базальтовое стекло в кислоте с низким pH

    На изображениях BSE образцы базальтового стекла (BAS101), подвергнутые воздействию кислоты с исходным pH ~ 1, демонстрируют непрерывные, относительно темные (с низким Z) измененные слои по периметру зерен (рис. 5a).Слои демонстрируют раковину излома (рис. 5a и 5b), а их толщина варьируется от нескольких до десятков микрон, хотя толщина может быть завышена, если поверхность зерна не перпендикулярна полированной поверхности. Хотя изменение происходит преимущественно по периметру зерен, оно может продолжаться внутрь по тонким трещинам и границам кристаллов, затрагивая кристаллы плагиоклаза (рис. 5а). Точечный анализ EDS исходного материала, слоя изменений и внутренней части измененных зерен базальтового стекла показан на рисунке 6d.Слой гидротермальных изменений состоит из Si и O с небольшими следами Al. Внутренний состав зерна находится примерно в пределах ошибки состава исходного материала, но демонстрирует небольшое обогащение Si, Mg и Na и обеднение Ca и Fe по сравнению с исходным материалом (рис. 6d). Таким образом, изменение базальтового стекла в растворах с низким pH формирует относительно толстые слои, обогащенные Si, в то время как кристаллы плагиоклаза затрагиваются в меньшей степени.

    BSE изображений образцов BAS101 после воздействия исходного раствора кислоты с pH ~ 1.(a) Epx представляет собой эпоксидную смолу, Plg представляет собой плагиоклаз, а Si представляет собой обогащенную кремнеземом фазу гидротермальных изменений. Слой, обогащенный кремнием, почти сплошной по периметру зерен и представляет собой фазу, отличную от внутренней части зерен. (b) Увеличенный вид, показывающий раковинную трещину, связанную с измененным слоем, обогащенным кремнеземом.

    BSE-изображения исходного материала BAS101 (а) и (б) зерна, подвергнутого воздействию исходного раствора кислоты с pH ~ 1. Красные крестики обозначают места, где проводились точечные анализы EDS.(b) Точечный анализ проводился как из внутренней части базальтового стекла (1), так и из обогащенного кремнием слоя (2). (c) Элементарный вес% по результатам анализа пятен EDS.

    Наружные поверхности зерен базальтового стекла BAS101, выдержанные в исходном растворе кислоты с pH ~ 1, демонстрируют две основные текстуры: структуру, подобную сотам, и текстуру с сильными трещинами (рис. 7a). В целом, сотовая структура выглядит рябой и относительно взаимосвязанной, состоящей из ряда гребней, которые ограничивают почти овальные углубления с длинными осями длиной ~ 10-30 мкм (рис. 7b).Тонкие трещины возникают по всей сотовой структуре, формируясь преимущественно в углублениях, но в остальном места трещин не связаны с геометрией сотовой текстуры. Поверхности зерен под сотовой структурой кажутся относительно гладкими и округлыми, что позволяет предположить, что эта текстура формируется на естественных поверхностях (рис. 7а). Текстура трещин состоит из повсеместных острых и угловатых трещин, из-за чего область кажется очень хрупкой (рис. 7c). Под трещиноватой текстурой видны большие раковинные трещины (длиной ~ 200 мкм) и угловатые грани, что указывает на то, что эта текстура формируется на поверхностях, которые были сломаны во время обработки образца (рис. 7a).Подобно зонам, обогащенным Si в ICE170, измененные слои BAS101 сильно трещиноваты с частицами нанометрового размера в трещинах (Рисунки 8-8d).

    SE images BAS101 образцы поверхности зерен после воздействия исходного раствора кислоты с pH ~ 1. (а) Контекстное изображение измененной зернистости BAS101, показывающее взаимосвязь между HC (сотовая текстура) и FR (трещиноватая текстура). (б) Крупный план текстуры HC. (c) Крупный план FT.

    SE изображения поперечных сечений зерен BAS101, подвергнутых воздействию исходного раствора кислоты с pH ~ 1.(a) Контекстное изображение, где Epx указывает на эпоксидную смолу, Si указывает на фазу изменения, обогащенную кремнеземом, а BG указывает на базальтовое стекло. (b) Увеличено, чтобы показать текстуру трещин обогащенных Si слоев. (c и d) Увеличены, чтобы показать сферические частицы в трещинах.

    4.1.4 Стекловидный базальт в кислоте с умеренным pH

    Ямки травления растворением и цепочки ямок появляются на поверхности зерен ICE170, выдержанных в исходных кислотных растворах с pH ~ 3 в течение 220 дней (Рисунки 9a – 9c).Ямки имеют диаметр ~ 1–10 мкм, а длина цепочек может достигать ~ 60 мкм. Более крупные круглые углубления (> ~ 100 мкм) интерпретируются как первичные пузырьки. Ямки травления напоминают детали обрушения, что позволяет предположить, что они образовались в результате процесса растворения. При просмотре в поперечном сечении на изображениях BSE зерна показывают некоторые вогнутые детали по краям зерен, которые могут быть ямками травления (Рисунок 10a). Некоторые из вогнутых элементов содержат материал более темного оттенка, что указывает на то, что в этом материале меньше тяжелых элементов, чем в остальной части зерна, и, скорее всего, он обогащен кремнием (рис. 10b).В остальном точечный и линейный EDS-анализ не показал никаких элементарных доказательств наличия каких-либо фаз, кроме базальтового стекла, плагиоклаза и пироксена. Границы кристаллических зерен выглядят гладкими и относительно неизменными по сравнению с таковыми в образцах, подвергнутых воздействию исходного раствора кислоты с pH ~ 1, а общая морфология зерен очень похожа на морфологию исходного материала (рисунки 10c и 10d). Светлые области и ореолы, которые возникают внутри и вокруг стекловидных зерен базальта на рисунках 10a и 10b, обусловлены зарядом образца.

    SE изображений зерен ICE170, выдержанных в исходных кислых растворах с pH ~ 3 в течение 220 дней. (а) Контекстное изображение, показывающее распределение ямок травления на поверхности зерна. Мы интерпретируем очень большие ямки ~ 100–200 мкм как везикулы. (b) То же зерно при большем увеличении, показывающее ямки и цепочки ямок более подробно. (c) Крупный план ямы.

    Поперечные изображения BSE зерен ICE170, выдержанных в исходных кислых растворах с pH ~ 3.(а) Зерно ICE170, которое показывает поперечное сечение потенциальных ямок травления в базальтовом стекле (в белом поле). (b) Увеличенная область на Рисунке 10а, указывающая на возможно обогащенный кремнием материал в потенциальных ямках травления. (c) Контекстное изображение с белым прямоугольником, показывающее увеличенную область на Рисунке 10d. (d) Увеличенная область внутри зерна с относительно неизмененным плагиоклазом (Plg), пироксеном (Pyx) и базальтовым стеклом (BG). Обратите внимание на наличие ярких областей внутри (рис. 10a и 10b) и ореолов по большей части периметра зерна (рис. 10d) при просмотре с большим увеличением, которые возникают из-за накопления заряда на образце.
    4.1.5 Базальтовое стекло в кислоте с умеренным pH

    Наружные поверхности зерен базальтового стекла BAS101, измененные в исходных кислотных растворах с pH ~ 3 в течение 220 дней, не демонстрируют явных изменений текстуры при просмотре на изображениях SE, в отличие от их аналогов, измененных в исходном растворе кислоты с pH ~ 1. Кроме того, на поверхности зерен не наблюдается заметной точечной коррозии, как это было с образцами ICE170, подвергнутыми воздействию исходных кислотных растворов с pH ~ 3. По большей части, если смотреть в поперечном сечении (рис. 11a), границы кристаллических зерен вкрапленников плагиоклаза являются резкими и неизменными, хотя небольшие (~ 1 мкм) выемки на поверхности кристалла плагиоклаза на рис. 11b могут представлять собой точечную коррозию.Точечный анализ EDS не показывает никаких признаков элементных изменений исходного материала. Светлые ореолы вокруг зерен образца на рисунках 11a и 11b являются результатом зарядки образца.

    BSE-изображения зерен BAS101, подвергнутых воздействию исходных кислотных растворов с pH ~ 3. Epx указывает на эпоксидную смолу, Plg указывает на плагиоклаз, а BG указывает на базальтовое стекло. (a) Контекстное изображение поперечного сечения зерна, а белое поле показывает увеличенную область на Рисунке 11b.(b) Внутренняя часть относительно неизменна в микрометровом масштабе, и нет никаких доказательств взаимодействия жидкостей вдоль границ кристаллов. Тонкий яркий ореол вокруг большей части периметра зерна, если смотреть при большем увеличении (рис. 11b), является результатом зарядки образца.

    4.2 Спектры зерен TIR

    Подробный анализ спектров TIR можно найти в нашей сопутствующей статье [ Horgan et al., 2017], но результаты этого исследования суммированы здесь.Как правило, наиболее резкие спектральные изменения обнаруживаются в образцах, подвергнутых воздействию исходного раствора кислоты с pH ~ 1. При воздействии очень низкого pH (pH ~ 1) оба образца демонстрируют сужение полосы валентных колебаний Si-O (~ 800–1200 см –1 ) в сочетании со сдвигом в сторону более высокого волнового числа, что указывает на увеличение содержания более высокополимеризованных фаз (рис. 12) [ White and Minser , 1984; Crisp et al., 1990; Michalski et al., 2005]. Образец базальтового стекла (BAS101) демонстрирует очень сильную спектральную сигнатуру аморфного кремнезема, которая маскирует любой сигнал от нижележащей подложки.Спектральная форма очень похожа на форму опала-A, включая 1220 см −1 и 465 см −1 , но с минимумом растягивающей излучательной способности Si-O, который смещается в сторону немного меньшего волнового числа (~ 1100 см ). −1 ). Стекловидный образец базальта (ICE170), подвергнутый воздействию исходного раствора кислоты с pH ~ 1, также демонстрирует спектральную характеристику аморфного кремнезема с характеристиками около 1090 см -1 и 465 см -1 , но не проявляет характеристики 1220 см -1 . . Кроме того, менее полимеризованные фазы (например,g., пироксен и оливин) обнаруживаются в измененном спектре ICE170 на основании характеристик поглощения около 950 см -1 , предполагая, что оптически активная часть образца представляет собой смесь фаз изменений, богатых кремнеземом, и неизмененного материала.

    Спектры TIR зерен базальта из этих экспериментов. (слева) Неизмененные зерна базальта (черные), зерна, выдержанные при кислотном pH 3 (серые) и зерна, выдержанные при кислотном pH 1 (синий) для каждого эксперимента.Пунктирными линиями отмечены положения конечных минимумов излучательной способности образцов базальтового стекла, выдержанных в исходном растворе кислоты с pH ~ 1, на 1100 см -1 и 465 см -1 . (справа) TIR-спектры распространенных минералов и фаз из онлайн-спектральной библиотеки Университета штата Аризона для справки. Эта цифра модифицирована из Horgan et al. [2017].

    Напротив, при воздействии исходных кислотных растворов с pH ~ 3 как стеклообразные образцы базальта, так и образцы базальтового стекла демонстрируют смещение минимумов излучательной способности в сторону более низких волновых чисел в области растяжения Si-O, что указывает на усиление беспорядка (Рисунок 12).

    4.3 VNIR Спектры зерен

    Подробный анализ спектров VNIR можно найти в нашей сопутствующей статье [ Horgan et al., 2017], но результаты этого исследования суммированы здесь. Как и в случае с TIR, наиболее экстремальные спектральные изменения в VNIR происходят, когда образцы подвергаются воздействию исходного раствора кислоты с pH ~ 1 (Рисунок 13). Изменения во время изменения включают как ослабление полос железа (1 и 2 мкм) в целом, так и усиление абсорбции пироксена за счет абсорбции оливина.Кроме того, мы наблюдаем появление узких полос поглощения около 1,4, 1,9 и 2,2 мкм, что согласуется с отложением измененных минералов, которые включают кремнезем и гидратированное стекло. Появление этих полос хорошо коррелирует с моделями повышенных высококремнеземистых фаз в TIR-спектрах. Наконец, мы наблюдаем развитие сильных голубых спектральных наклонов (уменьшение отражательной способности с увеличением длины волны) с вогнутыми вверх и / или линейными формами. Эти спектральные наклоны встречаются только в образце базальтового стекла, и их появление коррелирует с появлением плеча при 1220 см -1 в тепловых ИК-спектрах этих образцов.

    VNIR-спектры зерен базальта из этих экспериментов. (слева) Неизмененный базальтовый материал (черный), зерна, выдержанные при кислотном pH 3 (серый), и зерна, выдержанные при кислотном pH 1 (синий) для каждого эксперимента. Линии отмечают позиции наибольшего спектрального изменения (1,0, 1,4, 1,9 и 2,2 мкм). (справа) VNIR-спектры обычных минералов и для справки. Линии находятся в тех же положениях, что и на рисунке слева.

    Напротив, образцы, измененные в исходных растворах с pH ~ 3, показывают очень мало спектральных свидетельств изменения.VNIR-спектры образцов стекловидного базальта (ICE170) практически не изменяются после воздействия растворов с pH ~ 3, в то время как образец базальтового стекла (BAS101) демонстрирует слабые края поглощения в видимой и красной областях спектра (увеличивающийся коэффициент отражения с увеличением длины волны), оба потенциально потенциально соответствует обогащению аморфного трехвалентного железа. Однако на изображениях BSE или в спектрах TIR этого образца оксиды не обнаруживаются, поэтому любое оксидное покрытие должно быть очень тонким (нанометровая толщина).

    5 Обсуждение

    5.1 Влияние кристалличности на изменение текстуры и морфологии

    Границы кристаллических зерен представляют собой эффективные пути, которые позволяют жидкости проникать в образец [например, Jonas et al., 2014]. Таким образом, жидкости для изменения pH с низким pH способны проникать внутрь более кристаллических образцов (ICE170), образуя участки измененного материала по всем зернам размером с песок. С другой стороны, образцы стекла (BAS101) имеют меньше вкрапленников и, следовательно, меньше уязвимых зон для проникновения раствора.В отсутствие границ кристаллических зерен кислота вынуждена атаковать периметр зерна, распространяясь внутрь через раковинные трещины измененного материала в результате изменения объема с фазовым переходом (рис. 5b). Изменение объема кажется отрицательным, потому что богатые кремнеземом области немного утоплены в неизмененной внутренней части (рис. 5b). Мы в основном связываем наблюдаемые трещины с изменением объема с изменением, но высыхание гидратированной фазы изменения, богатой кремнеземом, в условиях вакуума SEM также может привести к образованию трещин.Однако мы не наблюдали раскрытия трещин с течением времени, поскольку образцы были проанализированы, и поэтому мы ожидаем, что высыхание будет играть незначительную роль в результирующей ширине трещин. Таким образом, границы кристаллических зерен допускают более неоднородные внутренние изменения, а меньшее количество границ кристаллических зерен способствует развитию непрерывного слоя изменений.

    Материалы, измененные в более слабой (pH 3) кислоте, также показывают различия, основанные на кристалличности. Образцы частично стекловидного базальта (ICE170) имеют ямки травления на поверхности зерен, что указывает на некоторое растворение.Зерна базальтового стекла, напротив, не имеют ямок травления и относительно гладкие. Ямки травления легко образуются на кристаллографически контролируемых элементах поверхности, таких как дефекты [ Berner and Holdren , 1977; Berner , 1978], которых на аморфной стеклянной поверхности может быть меньше.

    5.2 Влияние pH на морфологию изменений

    Различия между базальтовыми материалами, измененными в кислых растворах с низким и средним pH, очень велики.Материалы, подвергнутые воздействию кислотных растворов с умеренным pH (~ 3), практически не изменяются как внутри, так и снаружи зерен образца. С другой стороны, материалы, подвергшиеся воздействию кислотного раствора с низким pH (~ 1), демонстрируют изменения на поверхности и по всему зерну и имеют богатые кремнеземом поверхностные измененные слои и зоны.

    Хотя растворение, несомненно, происходит, ни один из образцов, подвергнутых действию исходных кислотных растворов с pH ~ 3, не демонстрирует признаков крупномасштабных фазовых изменений или изменений, согласующихся с отсутствием спектрального изменения в VNIR.Образцы стекловидного базальта (ICE170) действительно образуют поверхностные ямки травления, размер и форма которых напоминают ямки, образовавшиеся на образцах базальтового стекла, протравленных в HF кислоте [ Fisk et al., 2013]. Кроме того, ямки травления, образовавшиеся в наших экспериментах, содержат небольшие отложения материала, потенциально богатого кремнеземом. Однако в спектрах VNIR или TIR не обнаруживаются гидратированные фазы диоксида кремния, поэтому общий объем материала, богатого диоксидом кремния, должен быть небольшим. Общая недостаточность фаз изменения, обнаруженная на материалах, подвергшихся воздействию умеренных кислотных растворов, предполагает, что большая часть растворенного материала остается в растворе достаточно долго, чтобы смыть его при обновлении кислотных ванн, или что осажденные фазы слабо связаны с зернами, так что они легко удаляется при промывании образцов.В то время как присутствие обогащенного кремнеземом измененного слоя может указывать либо на конгруэнтное, либо на неконгруэнтное растворение, отсутствие такого слоя на обоих образцах, подвергшихся воздействию жидкостей с более умеренным pH, предполагает, что выщелачивания (неконгруэнтного растворения) не произошло.

    Напротив, базальтовые материалы, подвергшиеся воздействию исходного раствора кислоты с pH ~ 1, демонстрируют значительные признаки изменения. Оба образца образуют слои или зоны, богатые диоксидом кремния, что подтверждает обнаружение аморфных фаз, богатых диоксидом кремния, методом VNIR и TIR.Это указывает на то, что сильно кислая среда более благоприятна для образования продуктов выветривания, обогащенных диоксидом кремния, чем среда с умеренным pH. Слои и зоны гидротермальных изменений в обоих образцах связаны с трещинами. Трещины образовались либо в результате изменения объема, когда исходный материал был заменен материалом, богатым диоксидом кремния, либо в результате факторов окружающей среды после изменения (например, из-за высыхания фазы гидратированных изменений или выщипывания более мягких фаз изменений во время полировки образца. ) или их комбинация.Как отмечалось в разделе 5.1, раковая трещина, видимая в поперечном сечении, скорее всего, образовалась во время гидротермальных изменений, но, возможно, подверглась дополнительному раскрытию из-за высыхания. Маловероятно, что такая текстура образовалась при полировке образца из-за тесной ассоциации с границами реакции.

    Образец базальтового стекла (BAS101), измененный под воздействием жидкостей с низким pH, также проявил трещиноватость и сотовую структуру (рис. 7a) на поверхностях зерен, которые не подвергались никаким методам подготовки образцов после внесения изменений.Изломанная местность похожа на трещины на лабораторно измененном базальтовом стекле, описанном Gislason и Oelkers [2003]. Они предположили, что эта текстура возникла из-за (1) преимущественного растворения вдоль слабых участков, возникшего при первоначальном охлаждении стекла, (2) эффектов высыхания зерен после экспериментов и / или (3) отслаивания измененного слоя, осажденного на стекле. поверхность. В этом исследовании текстуры трещин появляются на угловых сторонах зерен, которые, скорее всего, представляют собой поверхности, сформированные при измельчении стекла до частиц размером с песок.Следовательно, вероятно, что трещиноватая текстура изменения представляет собой растворение вдоль слабых участков, возникшее во время обработки образца.

    Ячеистые текстуры, обнаруженные на поверхностях образцов базальтового стекла, подвергнутых воздействию флюидов изменения с низким pH (~ 1), не так легко объяснить, поскольку в литературе описано мало текстур, имеющих сопоставимую морфологию. Berner and Holdren [1977] также описывают сотовую структуру, обнаруженную на кристаллах полевого шпата, подвергнутых естественному выветриванию, но они представляют собой сросшиеся ямки травления с крутыми стенками, прямоугольной или миндалевидной формы, которые сильно отличаются от неглубоких, как правило, овальных углублений, обнаруженных в этом исследовании. .Тем не менее, Berner and Holdren [1977] также показывают кристалл полевого шпата с ямками, покрытый иссушенными глинистыми минералами, а впадины немного более мелкие, более диффузные и неправильной формы. Эта поверхность больше напоминает сотовую структуру наших образцов базальтового стекла. Следовательно, возможно, что углубления, которые составляют сотовую структуру, обнаруженную в нашем исследовании, представляют собой ямки травления на поверхности стекла, которые покрыты обогащенным кремнеземом гидротермальным слоем, пронизанным мелкими (<~ 1 мкм) трещинами, связанными с высыханием. .Впадины в сотовой местности примерно того же масштаба, что и раковинные трещины, видимые в поперечном сечении (рис. 5b), и, таким образом, могут быть выражением поверхности.

    При очень низком pH порядок растворимости обычно следующий: базальтовое стекло> оливин> плагиоклаз> пироксен [ Hausrath et al., 2008]. При начальном pH ~ 1 эта простая модель работает применительно к нашему образцу базальтового стекла (BAS101), в котором мы видим преимущественное изменение стекла по сравнению с вкрапленниками плагиоклаза на изображениях BSE, а также в спектральных данных TIR.При применении к более кристаллическому образцу (ICE170) модель работает в том смысле, что плагиоклаз преимущественно теряется по сравнению с пироксеном, на что указывают изображения BSE, VNIR и TIR-спектроскопия. Тем не менее, изображения BSE ясно показывают, что плагиоклаз теряется преимущественно по сравнению с базальтовым стеклом. В целом, ICE170 имеет больше закалочных кристаллов, чем образцы базальтового стекла, которые имеют большее отношение площади поверхности к объему, что делает их более восприимчивыми к выветриванию. Таким образом, мы предполагаем, что благоприятное растворение плагиоклаза над базальтовым стеклом в ICE170 связано с размером и геометрией кристаллического зерна.

    Следует отметить, что Tosca et al. [2004] обнаружил, что сильнокислотное выветривание кристаллического базальта способствует осаждению сульфатов и аморфного кремнезема при постоянно кислом pH, в то время как умеренно кислое выветривание высвобождает достаточно растворенных веществ для буферизации раствора до более высокого pH, а затем осаждает оксиды железа. Однако ни ICE170, ни BAS101, измененные в исходном кислотном растворе с pH ~ 1, не показали наличия сульфатов, и ни один из образцов, подвергнутых воздействию исходных кислых растворов с pH ~ 3, не проявил оксидов железа.Возможно, эти фазы образовались, но были удалены при осторожной промывке зерен.

    Таким образом, различия между материалами, измененными в кислых растворах с низким и средним pH, значительны. Материалы, подвергнутые воздействию кислотных растворов с умеренным pH (~ 3), практически не изменяются как внутри, так и снаружи зерен образца, что указывает на то, что окружающая среда более благоприятна для транспортировки растворенных веществ от образцов. С другой стороны, материалы, подвергшиеся воздействию кислотного раствора с низким pH (~ 1), демонстрируют изменения на поверхности и по всему зерну и имеют слои и зоны аморфных фаз, богатых кремнеземом, что указывает на то, что окружающая среда должна способствовать удержанию или осаждению аморфных кремнезем.

    5.3 Влияние морфологии и химического состава богатых кремнеземом гидротермальных изменений на тепловые инфракрасные спектры

    Волновое число основной эмиссии Si-O в TIR пропорционально степени полимеризации силикатной структуры. Степень полимеризации силикатного стекла или аморфного вещества является функцией количества общих или мостиковых атомов кислорода на сеткообразующие тетраэдры [ Henderson , 2005; Calas et al., 2006], на который влияет обилие катионов, модифицирующих сеть (например, Na + , K + , Mg 2+ и Ca 2+ ) и H 2 O [ Хендерсон , 2005; Michalski et al., 2005; Calas et al., 2006]. Катионы, модифицирующие сеть, и молекулы H 2 O вызывают деполимеризацию структуры за счет создания отверстий внутри структуры и создания дисбаланса заряда, который нейтрализуется немостиковыми атомами кислорода [ Farnan et al., 1987]. Замещение Al 3+ и Fe 3+ в сеткообразующих тетраэдрах также может снизить полимеризацию из-за более длинных связей в результате увеличенного ионного радиуса по сравнению с Si 4+ . Замена также вносит дисбаланс заряда, который нейтрализуется катионами, модифицирующими сетку, что дополнительно деполимеризует структуру [ Henderson , 2005; Michalski et al., 2005; Calas et al., 2006].

    Измерения

    EDS областей и слоев, обогащенных кремнеземом, в образцах ICE170 и BAS101, подвергнутых воздействию исходного кислотного раствора с pH ~ 1, показывают, что фазы не являются чистым кремнеземом.Измерения обнаруживают небольшие концентрации Al 3+ (некоторые потенциально в тетраэдрической координации) и Ca 2+ (катион, модифицирующий сетку). Кроме того, спектры VNIR показывают, что фазы, обогащенные диоксидом кремния, гидратированы. Следовательно, вероятно, что структура менее полимеризована, чем фаза чистого гидратированного диоксида кремния, такого как опал-А. В самом деле, расположение растягивающих эмиссионных особенностей Si-O наших измененных образцов на ~ 1090 и 1100 см -1 имеет более низкие волновые числа, чем у опала-A (который имеет растягивающую деталь Si-O ~ 1115 см −1 ).

    В тепловом инфракрасном диапазоне зоны и слои, обогащенные диоксидом кремния, обладают различными спектральными эффектами. Более кристаллические образцы (ICE170), подвергнутые воздействию кислого раствора с низким pH (~ 1), имеют неоднородно измененные периметры, состоящие в основном из зон, обогащенных Si, измененного базальтового стекла и других первичных минералов, таких как хромит. Соответственно, спектры выглядят как смеси высококремнеземных фаз (черты излучения ~ 1090 см -1 и 465 см -1 ) и основных минералов (черты излучательной способности ~ 950 см -1 ).Спектральная форма измененного ICE170 подобна форме кристаллического базальта, покрытого очень тонкими (~ 1 мкм) слоями чистого коллоидного кремнезема [ Kraft et al., 2003], хотя характеристика растяжения Si-O измененного ICE170 находится на уровне волновое число несколько ниже, чем у покрытия из чистого диоксида кремния, как обсуждалось выше.

    С другой стороны, толстые (~ 10–100 мкм) сплошные слои на образцах стекла (BAS101), подвергнутых воздействию исходного раствора кислоты с pH ~ 1, эффективно маскируют любой спектральный сигнал от нижележащей подложки.Результирующий спектр демонстрирует только особенности, связанные с аморфными фазами, богатыми диоксидом кремния (1100 см -1 , 465 см -1 и плечо 1220 см -1 ). Измененная форма спектра BAS101 напоминает форму чистого кремнезема толщиной> ~ 6 мкм на кристаллическом базальте [ Kraft et al., 2003], но с особенностью растяжения Si-O, слегка смещенной в сторону более низкого волнового числа.

    Глубина проникновения для спектральных измерений зависит как от длины волны света, так и от оптических свойств материалов.Наши результаты, наряду с результатами Kraft et al. [2003] и Minitti et al. [2007], указывают на то, что коэффициент поглощения материала покрытия очень важен при рассмотрении глубины проникновения при измерении. Кремнезем имеет очень высокий коэффициент поглощения, так что слои толщиной> ~ 3 мкм могут полностью скрыть лежащие под ним базальтовые материалы, эффективно уменьшая глубину проникновения. Поэтому, составляя относительно небольшой процент от общего объема материала, покрытия и слои из диоксида кремния могут привести к тому, что содержание диоксида кремния в образце будет сильно завышено.Образцы с неоднородной структурой гидротермальных изменений, богатой кремнеземом, не обладают этим спектральным эффектом. Этот момент имеет важное значение для интерпретации данных дистанционного зондирования МДП с поверхности планет.

    Плечо 1220 см -1 присутствует в TIR-спектре образцов базальтового стекла, подвергшихся воздействию кислоты с низким pH, но отсутствует в TIR-спектре стекловидного базальта из этого исследования. Эта особенность также присутствует в TIR-спектрах многих богатых кремнеземом стекол и богатых кремнеземом фаз аморфных изменений и представляет одно из двух состояний режима асимметричного растяжения SiO 2 [ Minitti et al., 2007]. Неизвестно, что могло бы вызвать отсутствие плеча 1220 см −1 в спектрах TIR, когда иначе обнаруживаются богатые кремнеземом материалы. Kraft et al. [2003] обнаружил, что эта особенность отсутствует в спектрах TIR базальта с кремнеземным покрытием толщиной <~ 3 мкм, а Crisp et al. [1990] отметил, что эта деталь отсутствует в спектрах лавового потока возрастом менее 50 лет. Эти результаты показывают, что толщина покрытия является важным фактором; предполагая, что спектральная характеристика проявляется только тогда, когда богатое диоксидом кремния покрытие или слой имеет достаточную толщину или когда богатый диоксидом кремния материал составляет достаточно большой процент от измеряемого объема материала.Однако Minitti et al. [2007] обнаружил, что один образец с покрытиями / слоями, богатыми диоксидом кремния толщиной ~ 2-3 мкм (MUO, Mauna Ulu) показал спектральное плечо 1220 см -1 , в то время как другой образец с обычно более толстыми покрытиями / слоями (~ 5 –7 мкм; MIY, Mauna Iki) нет. Таким образом, наиболее вероятно, что существуют и другие факторы, контролирующие наличие или отсутствие плечевого элемента 1220 см -1 . Другие предлагаемые факторы включают пористость материала [ Ruff et al., 2011] и угол обзора [ Almeida , 1992; Ruff et al., 2011].

    5.4 Влияние морфологии богатых кремнеземом гидротермальных изменений на видимые и ближние инфракрасные спектры

    Как и в случае тепловых измерений длины волны инфракрасного излучения, различные богатые кремнеземом текстуры изменений, сформированные в обоих материалах в жидкостях с низким pH, оказывают различное влияние на спектры VNIR. Неоднородные текстуры изменений, обнаруженные в образце стеклообразного базальта (ICE170), проявляются в спектральных характеристиках гидратированного кремнезема и основных минералов в VNIR, что согласуется с измерениями TIR.Однако спектр не демонстрирует каких-либо особенностей, которые могли бы однозначно идентифицировать эту гетерогенную морфологию изменения от физической смеси базальтовых минералов и гидратированного кремнезема.

    Напротив, непрерывный обогащенный кремнеземом измененный слой на образце базальтового стекла (BAS101) полностью маскирует любую спектральную сигнатуру от лежащей под ним подложки из базальтового стекла. В спектре VNIR проявляются спектральные особенности гидратированного кремнезема, а также сильный вогнутый наклон вверх (больший синий наклон на более коротких длинах волн) за счет любых спектральных характеристик основных минералов.Вогнутая форма склона была приписана выщелоченным коркам, образовавшимся на образцах натурального стекла во время кислотного выщелачивания [ Minitti et al., 2007; Хорган и Белл , 2012 г .; Horgan et al., 2017]. Хотя результаты СЭМ этого исследования подтверждают присутствие обогащенных диоксидом кремния слоев на образцах базальтового стекла, нет уверенности в том, что эти слои представляют собой выщелоченную корку, как будет обсуждаться в разделе 5.5.

    5.5 Сравнение с естественными обогащенными кремнеземом поверхностными измененными слоями

    Образцы, подвергшиеся воздействию исходного раствора кислоты с pH ~ 1, демонстрируют некоторые морфологические и спектральные сходства с образцами естественно измененного гавайского базальтового стекла.Все образцы естественно измененных базальтовых стекол, исследованные Minitti et al. [2007] демонстрируют обогащенные кремнеземом слои поверхностных изменений, подобные нашему образцу базальтового стекла, и ни один из них не показывает текстуры изменений, простирающихся внутрь образцов, как мы видим в нашем образце стекловидного базальта. Природные образцы, наиболее спектрально похожие на наши лабораторные образцы в тепловом инфракрасном диапазоне, не обязательно похожи на наши образцы в ближнем инфракрасном диапазоне. Это, безусловно, является результатом различий в морфологии изменений, глубины зондирования и разнообразия тонких поверхностных оксидных и богатых серой покрытий на природных образцах, которые не наблюдаются в наших лабораторных образцах.

    Все природные образцы, наиболее близкие по спектру к нашим лабораторным образцам в тепловом инфракрасном диапазоне, имеют непрерывные, богатые кремнеземом слои с мраморной текстурой, покрытые тонкими прерывистыми оксидами Ti и Fe и богатыми серой фазами. Богатые кремнеземом слои на природных образцах кажутся похожими по пористости на обогащенные кремнеземом слои и зоны наших лабораторных образцов, но ни у одного из них нет раковинных трещин, обнаруженных в слоях на наших образцах базальтового стекла. Кроме того, ни один из наших образцов не имеет доказательств наличия оксидных или богатых серой защитных слоев, которые могли быть смыты во время обработки образца.Несмотря на это, спектральное сходство предполагает, что тонкие оксидные и богатые серой покрывающие слои должны иметь очень небольшое влияние на тепловой инфракрасный спектр.

    Наши образцы базальтового стекла, подвергнутые воздействию исходного раствора с pH ~ 1, наиболее спектрально согласуются с образцами, полученными из базальтового потока в Килауэа (KW) и из поля потока Мауна-Ики вдоль рифтовой зоны Kilauea SW (MIO). Изображения BSE показывают, что эти природные образцы имеют толстые (10–35 мкм и 20–80 мкм, соответственно) слои, богатые кремнеземом, а в их спектрах ПВО полностью преобладает аморфная фаза, богатая кремнеземом, с характеристиками на ~ 1100 см −1 , 470 см −1 и выступ ~ 1220 см −1 .Напротив, образцы стекловидного базальта, подвергнутые воздействию исходного раствора кислоты с pH ~ 1, выглядят наиболее спектрально подобными в тепловом инфракрасном диапазоне с естественно измененным образцом, собранным из канала лавы в Мауна-Улу (MUO). Этот образец имеет гораздо более тонкие (~ 2–3 мкм) слои, богатые кремнеземом, и спектр ПВО демонстрирует основные особенности на ~ 880 см -1 и спектральные особенности кремнезема на ~ 1100 см -1 и 470 см – 1 . Это наблюдение подтверждает нашу гипотезу о том, что тонкие слои и спектры гетерогенных изменений более линейно сочетаются со спектрами субстрата, чем более толстые слои изменений, так что как основные спектральные особенности, так и спектральные особенности кремнезема видны в результирующей форме теплового инфракрасного спектра.Следует отметить, что в отличие от нашего стекловидного базальта, TIR-спектр образца MUO имеет слабое поглощение около 1250 см −1 , что может быть началом плечевой особенности 1220 см −1 .

    В VNIR спектральное сходство между естественно измененными образцами гавайского базальтового стекла и нашими лабораторными образцами, измененными в сильнокислых растворах, менее очевидно. Это, скорее всего, является результатом мелкомасштабных вариаций морфологии и состава природных образцов, которые влияют на измерения с более короткими длинами волн в большей степени, чем на измерения TIR с более длинными длинами волн.

    Все естественно измененные образцы представляют собой закаленные стеклянные поверхности базальтовых потоков, которые содержат мало вкрапленников, и ни один из естественно измененных образцов базальтового стекла не демонстрирует морфологию изменений, аналогичную нашему образцу стеклообразного базальта. Кроме того, все образцы с естественными изменениями имеют синий цвет, а иногда и вогнутые наклоны в VNIR. Эта особенность отсутствует в нашем модифицированном образце стеклообразного базальта (ICE170), поэтому ни один из природных образцов не имеет сопоставимых спектров.

    С другой стороны, наш образец базальтового стекла, измененный в жидкостях с низким pH, действительно имеет богатые кремнеземом измененные слои и спектр VNIR, демонстрирующий вогнутый синий спектральный наклон, и поэтому этот образец более похож по спектру на образцы естественно измененного базальтового стекла. Это подтверждает нашу гипотезу о том, что базальтовые стекла с большей вероятностью образуют богатые кремнеземом покрытия или слои, которые вносят синий, а иногда и вогнутый наклон в спектр VNIR. Интересно отметить, что ни один из природных образцов не демонстрирует 2.Особенности 2 мкм, связанные с диоксидом кремния, и VNIR-спектры образцов, которые демонстрируют вогнутые синие спектральные наклоны, в остальном гладкие и относительно безликие.

    5.6 Возможные механизмы образования слоев и зон, обогащенных кремнеземом

    Здесь мы рассуждаем о механизмах образования текстур гидротермальных изменений, обогащенных кремнеземом, на основе химических, морфологических и спектральных наблюдений. Ни один из образцов, обогащенных кремнеземом, не показывает слоев, которые, по-видимому, были сросшимися, и ни один из них не содержит детрита или других минеральных фрагментов.Это позволяет нам исключить механизм образования покрытия из диоксида кремния, как определено в разделе 2.3. Таким образом, поверхностные измененные слои и зоны должны быть результатом выщелачивания или растворения-повторного осаждения.

    Большинство текстур изменений образца стеклообразного базальта (ICE170) согласуется с механизмами растворения-повторного осаждения. Например, кристаллы тушения плагиоклаза заменяются фазой, богатой диоксидом кремния, и считается, что замещение происходит через механизмы растворения-повторного осаждения [ Putnis and Putnis , 2007; Hellmann et al., 2012; Ruiz-Agudo et al., 2014]. Кроме того, вполне вероятно, что некоторые трещины и пористость областей, обогащенных кремнием, были результатом разницы молярных объемов между исходным материалом и продуктом [ Pollok et al., 2011]. Состав областей, обогащенных кремнеземом, соответствует наблюдаемым составам выщелоченных или осажденных слоев [ Hellmann et al., 2012]. Средний состав измененных участков стекла кажется более совместимым с механизмом выщелачивания.Однако перламутровые текстуры на рис. 2d могут быть субмикронным переплетением двух составов конечных элементов: неизмененного базальтового стекла и осажденных областей, обогащенных кремнием. Из-за микронного размера пятна измерения EDS такая текстура создаст средний состав, соответствующий базальтовому стеклу, обогащенному кремнеземом, но текстура будет более согласована с механизмом растворения-повторного осаждения.

    Состав обогащенных кремнием слоев, обнаруженных на образцах базальтового стекла (BAS101), измененных в кислотном растворе с pH 1, соответствует составу как выщелоченных, так и осажденных слоев.Однако слои, обогащенные кремнеземом, намного толще, чем у большинства выщелоченных корок, и больше похожи на толщину осажденных слоев. Слои очень пористые и трещиноватые, что может быть результатом изменения объема во время замены [ Pollok et al., 2011; Chemtob and Rossman , 2014], а кристалл плагиоклаза на рис. 5а начинает заменяться кремнеземом. Замена указывает на механизмы растворения-повторного осаждения.

    Таким образом, мы заключаем, что обогащение кремнеземом базальтовых материалов, подвергшихся воздействию кислых растворов с низким pH, является результатом механизмов растворения-переосаждения и что осажденные слои, богатые кремнеземом, образуются селективно на базальтовом стекле.Наши выводы согласуются с выводами Chemtob и Rossman [2014], которые наблюдали естественные богатые кремнеземом слои на гавайских базальтовых материалах и определили, что богатые кремнеземом измененные слои образуются выборочно на поверхностях со стеклянными поверхностными слоями. Кроме того, они пришли к выводу, что слои образовались в результате кислотного растворения приповерхностного базальта с последующим осаждением на месте аморфного кремнезема.

    5.7 Последствия для Марса

    Любая фаза, предположительно присутствующая на поверхности Марса в большом количестве (> ~ 5–15%) [ Christensen et al., 2001] должны соответствовать наборам данных как в ближнем, так и в тепловом инфракрасном диапазоне. Наши результаты показывают, что спектральные особенности кислотно измененных базальтовых материалов могут быть диагностическими для текстур физических изменений, которые сильно контролируются как pH флюидов изменений, так и кристалличностью исходного материала. Изменение базальтовых материалов под воздействием умеренно сильных кислых флюидов (pH ≥ ~ 3) в открытой системе не приведет к появлению диагностических спектральных характеристик, связанных только с изменением субстрата (хотя это приведет к образованию вторичных минералов) [e.g., Yant et al., 2016]. В то время как изменение в сильно кислых флюидах (pH <~ 3) в открытой системе позволяет выпадать в осадок фазы, богатые кремнеземом, которые легко обнаруживаются как в спектрах TIR, так и в VNIR. Более кристаллические базальтовые материалы демонстрируют неоднородные текстуры изменений, которые проявляются в спектрах VNIR и TIR как смеси основных минералов с фазой, богатой кремнеземом. С другой стороны, материалы из базальтового стекла образуют богатые кремнеземом измененные слои, которые полностью затемняют спектр подстилающей подложки и придают спектрам VNIR диагностический вогнутый вверх голубой наклон, который не наблюдается в спектрах кремнеземных покрытий.

    Большие области северных низменных равнин Марса, включая Ситон Ундэ и большую часть Acidalia и Utopia Planitiae, имеют тепловые инфракрасные спектры, которые смоделированы с высоким содержанием фаз с высоким содержанием кремнезема (15–20%) [ Bandfield , 2002]. В одних и тех же регионах Марса наблюдаются отчетливые вогнутые вверх и голубые спектральные наклоны в ближней инфракрасной области [ Horgan and Bell , 2012; Horgan et al., 2017]. Таким образом, базальтовое стекло, измененное под действием сильнокислых флюидов, согласуется как со спектральными данными VNIR, так и с TIR с поверхности Марса.

    В нашей сопутствующей статье показано, что тепловые инфракрасные спектры базальтовых стекол, измененных в исходном растворе кислоты с pH ~ 1, моделируются ~ 65-70% -ными фазами кремнезема [ Horgan et al., 2017], содержание которых слишком велико для согласовываться с смоделированной численностью для равнин северных низменностей. Это предполагает, что поверхность на самом деле представляет собой смесь богатых кремнеземом слоев гидротермальных изменений на базальтовом стекле и первичных фазах, что согласуется с предыдущими картированными исследованиями VNIR в северной полярной области [ Tanaka et al., 2008; Хорган и Белл , 2012].

    Мы не думаем, что по прошествии достаточного времени воздействие на базальтовое стекло более умеренных кислых флюидов (~ pH 3) в конечном итоге достигнет того же уровня изменения, что и при более низком pH, поскольку имеется мало доказательств осаждения фазы, богатой кремнеземом, на наши образцы даже после 220 дней воздействия кислоты. Это говорит о том, что большие области на Марсе, особенно в северных полярных песчаных морях, соответствуют изменениям под действием очень кислых флюидов.Кислые флюиды долгое время предлагались в качестве флюидов для изменения поверхности Марса [например, Clark et al., 1979; Settle , 1979; Бернс и Фишер, , 1993; Banin et al., 1997; Hurowitz and McLennan , 2007]. Кроме того, было показано, что небольшие объемы воды с почти нейтральным pH могут быстро подкисляться под воздействием окисляющих условий на поверхности Марса (атмосферный O 2 или фотоокисление ультрафиолетовым излучением) [ Hurowitz et al., 2010] или реакциями с вулканическими аэрозолями [ Niles and Michalski , 2009]. Таким образом, возможно, что жидкости, полученные из льда или таяния снега при низком соотношении вода / порода, способны обеспечить кислотность, необходимую для образования слоев гидротермальных изменений на базальтовом стекле.

    Таким образом, мы обнаруживаем, что большие области поверхности Марса, включая Siton Undae и большую часть Acidalia и Utopia Planitiae, спектрально согласуются с изменением базальтового стекла в среде с низким pH как в данных VNIR, так и в тепловых инфракрасных данных, но не согласуются с кристаллический базальт изменяется в жидкостях с низким pH.Таким образом, весьма вероятно, что некоторое количество стеклообразующего вулканизма (например, фреатомагматического) имело место на поверхности Марса, и стекловидные отложения позже были изменены при низких соотношениях вода / порода с помощью высококислотных флюидов. Подробный термический инфракрасный анализ северной полярной области с использованием спектров кислотно-измененных базальтовых материалов из Horgan et al. [2017] поможет поддержать эту гипотезу.

    Благодарности

    Эта работа частично финансировалась проектом NASA 2001 Mars Odyssey THEMIS (контракт 1228404 на Лабораторию реактивного движения через Университет штата Аризона) и исследовательской стипендией Университета штата Аризона.Эта рукопись была значительно улучшена благодаря комментариям и предложениям Стивена Чемтоба и анонимного рецензента. Мы благодарим Центр исследований твердого тела им. Лероя Айринга при Университете штата Аризона и Центр электронной микроскопии высокого разрешения им. Джона М. Коули за использование их оборудования для лабораторной части этой работы, Совет по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады, Канадский совет Космическому агентству, Канадскому фонду инноваций, Исследовательскому инновационному фонду Манитобы и Университету Виннипега за поддержку создания и эксплуатации установки планетарного спектрофотометра.Мы также благодарим Дайану Конвей за помощь с подготовкой образцов для SEM, Zhenquan Liu и Jinping Hu за техническую поддержку с использованием SEM, Джессику Стромберг за помощь в экспериментах по растворению кислоты и Стэна Мерцмана за его анализ образцов. Том Шарп, Майкл Крафт и Стив Рафф предоставили ценную информацию, которая значительно улучшила эту работу. Все видимые и ближние инфракрасные спектры, представленные в этой работе, доступны в Университете Виннипега: http://psf.uwinnipeg.ca, а все тепловые инфракрасные спектры доступны из спектральной библиотеки TES: http: // speclib.asu.edu. Все полуколичественные данные EDS можно найти в таблицах во вспомогательной информации.

      Влияние агрессивных сред на механические свойства базальтовых пластиков

      Heliyon. 2020 Март; 6 (3): e03481.

      Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», В.П. Институт физико-технических проблем Севера, г. Якутск, Российская Федерация

      Поступила в редакцию 4 ноября 2019 г .; Пересмотрено 20 декабря 2019 г .; Принята в печать 20 февраля 2020 г.

      Это статья в открытом доступе по лицензии CC BY (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

      Abstract

      Проведен обзор и анализ изменения механических свойств базальтовых волокон (БФ) и базальтовых композиционных материалов под воздействием агрессивных сред со ссылкой на зарубежную и российскую научную литературу. Проведено сравнение изменения физико-механических свойств стеклопластика (ФГ) и базальтопласта (БП).Анализ показывает, что ДСП является хорошей альтернативой стекловолокну для создания композиционных материалов различного назначения. В наиболее агрессивных щелочных средах сопротивление БП выше, чем у ФГ. При необходимости устойчивость БФ к химически активным средам может быть увеличена за счет промежуточного изменения его состава, нанесения защитных слоев и термообработки волокон. Для расширенного использования БП как эффективного конструкционного материала в различных климатических условиях, в том числе в Арктике, целесообразны и актуальны длительные испытания продолжительностью 10 и более лет с контролем изменения их механических параметров и анализом процессов климатического старения. развивается в БП.

      Ключевые слова: Материаловедение, Базальтовое волокно, Базальтопласт, Химический состав, Щелочостойкость, Прочность, Модуль Юнга, Механические показатели, Климатические испытания

      1. Введение

      За последние два десятилетия применение базальтовых волокон (BF ), как альтернатива стекловолокну (GF), быстро расширяется [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]. БФ получают из различных пород, содержащих восьмикомпонентную систему оксидов Na 2 OK 2 O-MgO-CaO-FeO-Fe 2 O 3 -SiO 2 -Al 2 O 3 , с небольшим содержанием оксида титана (до 1 мас.%) [9, 10]. Основное назначение доменных печей связано с разработкой базальтовых пластиков (БП), армирующими элементами которых являются прочные и жесткие пучки волокон, нитей, тканей, сеток для производства широкого спектра различных недорогих конструктивных элементов: (стержни для армирования бетона [ 1, 2], дорожные конструкции [3], трубы [4], элементы мостов [4, 5], детали транспортных средств, спортивный инвентарь, ветряные турбины [6], морские конструкции [7] и др.).

      Базальты якутских месторождений – перспективный материал для производства доменных печей и изготовления строительной арматуры.Целью нашего исследования является обоснование широкого применения БП для строительства различных зданий и сооружений в условиях холодного климата. С этой целью был проведен анализ результатов последних научно-технических исследований.

      2. Сравнение свойств базальтовых волокон со свойствами других волокон

      В научно-технической литературе представлен ряд информативных обзоров, в которых анализируется влияние химического состава доменных печей на их механические свойства и проводится сравнение изготовлен со свойствами ГФ.Например, в [3, 8, 9, 10] содержание оксидов в доменной печи сравнивается с тремя типами ГФ (Е-стекло – алюмоборосиликатные стекла с менее щелочными элементами и с заменой натрия и калия оксидом бора, S-стекло – алюмосиликатное стекло с высоким содержанием магния повышенной прочности, ZrO 2 -стекло – химически стойкое стекло, содержащее оксид циркония). Наличие Fe 2 O 3 является причиной серо-коричневого цвета BF. показывает химический состав BF и GF.

      Таблица 1

      Химический состав ДГ и ГФ [3, 8, 9, 10].

      Основные компоненты Состав , мас.%
      BF E-стекло S-стекло
      SiO –7,5 55 52–56
      52–60
      64–66
      60–65
      Al 2 O 3 14–18,2
      14–20
      12–16
      12–15
      24–26
      23–35
      CaO 5.2–10
      7–11
      16–25
      21–23
      0–0,3
      0–9
      MgO 1,3–16
      3–8,5
      0–5
      0,4–4
      9–11
      6–11
      Na 2 O 1,9–6,4
      2,5–7,5
      0–2
      0–1
      0–0,3
      0–0,1
      K 2 O 0,8–4,5
      2,5–7,5
      0,2–0,8
      0–1

      Fe 2 O 3 + FeO 4.0–13,3
      7,3–13
      <0,3
      0–0,4
      <0,3

      Вариации химического состава, условий формирования волокна (температура экстракта, время плавления) и диаметра волокна существенно влияют на предел прочности при растяжении σ t , прочность на разрыв E и относительное удлинение при растяжении () [1,3,6,8, [11], [12], [13], [14], [15], [16] ], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23]]. Очевидно, что механические характеристики БФ и ГФ сопоставимы, а в некоторых случаях показатели БФ имеют очевидные преимущества по сравнению с соответствующими показателями ГФ.Уровни σ t и E имеют различные комбинации. Например, для доменной печи с E = 90 ± 3 ГПа предел прочности при растяжении σ t изменяется от 2100 МПа [15] до 2800 МПа [20], 2895 МПа [12] и даже 4840 МПа [16].

      Таблица 2

      Сравнение механических свойств BF и GF

      2 1

      2

      2 9–22 52 9–22 –92 3,2

      2
      Тип волокна Предел прочности при растяжении, МПа Предел прочности при растяжении, ГПа Относительное удлинение при растяжении,% см Плотность 3 Диаметр волокна, мкм Источник
      BF 1900–2600 70–90 3.5–4,5 2,6–2,8 1
      Стекло E 2800–3000 74–95 4,7–5,6 2,4–2,5
      B 3000–4840 93–110 3,1–6 2,63–2,8 6–21 3
      E-стекло 3100–3800 73–76 73–76 2,54–2,57 6–21 3
      S-стекло 4020–4650 83–97 5.3 2,54 6–21 3
      BF 730–3470 35–103 6–21 6 E 9066 стекло 1649 57–71 10–17 6
      BF 4840 89 3,2 2,7 2,7 8 стекло 77 4.7 2,57 8
      S-стекло 4710 89 5,6 2,48 8
      3 8
      3 952 952
      3 952 952 BF 17 11
      BF 2825 89 2,8 12
      BF 9022 9022 9022 9022
      E-стекло 78 13
      BF 84 2.8 2,67 13 14
      BF 2100 91 2,6 2,8 11 15
      3 E-стекло
      2,6 12 15
      BF 4840 89 3,1 16
      E-стекло 34504 4,7 16
      S-стекло 4580 85,5 5,6 9–22 16
      16
      17
      Стекло E 1600 71,4 13 17
      17
      S5 10 17
      ZrO 2 Стекло 1180 70 12 12

      2

      2 9
      9 2,7 18
      BF 1590 64 2,5 2,6 12 19
      19
      E-стекло 15 2,6 10 19
      BF 2800 89 3,2 2,8 20
      E-glass E-glass 9673 76–3 –3,2 2,56 20
      BF 3000–4840 79–93 3,2 2,65–3,05 21 00 21 21 76–81 4.6–4,7 2,55–2,62 21
      S-стекло 4600–4800 88–91 5,6 2,46–2,49 212 3000–4800 79–93 3,1 6–21 22
      Стекло E 3100–3800 73–76 4,7 22
      BF 1830 72.2 3,0 2,63 10,2 23
      S-стекло 2295 78,3 3,4 2,52 12,3 0 0 химический состав быть выбранным из большого набора различных вариантов стекла для достижения необходимого уровня механических свойств BF, но на практике первостепенное значение придается стабильности волокон в GF или BF для длительной эксплуатации в агрессивных условиях.

      3. Стойкость доменных печей и БП к температурам и термическим циклам

      По данным некоторых исследователей [20, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30], доменные печи и композиты на их основе обладают высокой устойчивостью к внешним воздействиям. высокие температуры и термические циклы. Сравнительные результаты проведенных исследований приведены в.

      Таблица 3

      Сравнение термической стабильности БФ, ГФ и БП.

      2 Скорость Относительное значение R после термической обработки ∗

      2 E стекло
      Тип волокна Скорость термической обработки
      Измеренная скорость волокна R
      Источник
      Температура, о С Продолжительность, ч
      BF 100 2 Прочность на разрыв, ГПа 992 1.03 24
      S-стекло 1798 0,93
      BF 200 992 1.08
      S-стекло 400 992 0,97
      S-стекло 1798 0,70
      BF 600 992 0,93 992 0,93 0,93 9066 стекло55
      BF 500 4 Пористый объем, м 3 / кг ∙ 10 −5 4,6 0,31 25
      700 0,25
      900 0,28
      1000 0,26
      BF 200 2 Модуль упругости (числитель) и предел прочности (знаменатель), 3 80/2 0.98 / 0,96 26
      E-стекло 75 / 2,0 0,96 / 0,90
      BF 400 80 / 2,3 1,0 / 0,43
      75 / 2,0 0,90 / 0,80
      BF 600 80 / 2,3 1,0 / 0,17
      E-стекло 75 / 2,0 1,1 / 0,40 БФ 135 4 80.5 / 2,44 1,08 / 0,98 27
      300 1,01 / 0,67
      BP-T5 ∗∗ термические циклы от –30 ° C до +220 ° C продолжительность каждого цикла было 6 мин 10,8 / 0,253 0,99 / 0,99 28
      BP-T10 ∗∗ 0,94 / 0,99
      BP-T15 ∗∗ 0,94 / 0,95
      BP T20 ∗∗ 0,93 / 0/95
      BP-T25 ∗∗ 0.93/0/95
      BP-T30 ∗∗ 0,92 / 0,95
      BP 150 10 10,85 / 0,253 0,99 / 0,94 29 200 0,97 / 0,90
      250 0,93 / 0,82
      BP-T100 ∗∗ термические циклы от –30 ° C до +220 ° C продолжительность цикла составляла 12 ч Напряжение сцепления в бетоне , МПа 18,1 0.89 30
      BP-T200 ∗∗ 0,91

      Для проверки термической стабильности в [24], BF и GF (S-стекло) нагревали в течение 2 часов при 100, 200, 400, 600, 1200 о С. Предел прочности на разрыв измеряют через сутки после охлаждения. При нагреве до 200 о С GF σ t уменьшается на 6%, а в доменной печи – на 8%. После нагрева до 600 ° С показатель прочности доменного волокна снижается на 7%, а у стекловолокна – на 45%.

      Авторы [24] считают, что термическая обработка улучшает кристаллическую структуру биологически активного БФ. Способность кристаллизоваться зависит от химического состава базальта и температуры нагрева [20]. Из-за присутствия оксидов железа кристаллизация начинается с окисления катионов железа и образования структурной фазы шпинели, которая создает плотнейшую кубическую упаковку анионов кислорода. Двухвалентные катионы Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ диффундируют из внутреннего объема на поверхность, где они реагируют с кислородом из внешней среды, образуя нанокристаллические слои CaO, MgO, (Mg, Fe) 3 O 4.

      Высокая термическая стабильность доменных печей доказана в [25, 26]. Термическая обработка доменных печей при 500–1000 о С сопровождается процессами кристаллизации волокон [25] и положительно влияет на их плотность и теплофизические свойства. При нагревании до 600 о С предел прочности доменного печи на разрыв не изменился на уровне 80 ГПа [26], а σ t снизился на 60%. Согласно данным [27], кристаллизация и структурные перестройки в доменной печи при воздействии 135 и 300 о С также не снижают показатель Е, но снижают значение прочности на разрыв с 2440 МПа до 1640 МПа.Таким образом, влияние химического состава базальта на термостабильность доменной печи требует дальнейшего изучения.

      В [28] механические показатели 4-слойного БП на основе фенольного связующего отслеживаются при термоциклировании от -30 до 220 ° C. После 30 циклов выдержки значения σ , t и E снижаются всего на 5–7%. В аналогичном исследовании [29] показатели АД на основе фенольной связки снижаются на 7–18% после 10 ч нагревания при 150, 200 и 250 о С. Данные, приведенные в [30], также показывают, что БП по термической устойчивости не уступает ГП.

      4. Стойкость доменных печей к химически активным средам

      4.1. Вода и водные растворы солей

      Сравнительные результаты исследования влияния воды на свойства БФ и БП приведены в.

      Таблица 4

      Результаты исследования влияния воды на свойства доменных печей и БП.

    1. 96 9024 Обзор
      Материал Режимы воздействия
      Измеренная скорость, R
      Источник
      Температура, о С Продолжительность, ч Скорость Начальное значение Начальное значение Начальное значение
      BF 100 3 Потеря массы после кипячения,% мас. 0 1.6 3
      Стекло E 6,2
      Стекло S 5,0
      BP 40 в нормальной воде 5760 Short Beam Strength 9673 Прочность 9, МПа 30 8
      GP 20 20
      BP 40 в морской воде 54 28
      GP 20 GP 20 168 Потеря массы после воздействия H 2 O, мас.% 0 0.2 13
      Потеря массы после воздействия водного раствора NaCl, мас.% 0 0,3
      BF 100 3 Предел прочности, МПа 1828 23
      BF 43% SiO2 70 672 Пиковая температура DSC, о С 894 906 31
      31
      9673 9673 902
      BF Комнатная температура 120 Нормальное водопоглощение, мас.% 0 0.3 32
      Поглощение морской воды, мас.% 0,45
      BP Прочность на изгиб после нормального водопоглощения, МПа 461 454
      Прочность на изгиб после поглощения морской воды 447
      BF 100 3 Потеря массы после кипячения,% мас. 38.4 36,5 34
      GP 38,0 36,4
      BP Прочность на изгиб, МПа 698 526
      698 526
      698 526
      GP BP 80 2400 Нормальное водопоглощение,% 0 4,0 35
      GP 6,0
      BP Предел прочности на разрыв 9068 340
      GP 285 120
      BP Прочность в короткой балке, МПа 25 13
      GP 16 8
      0 показывает преимущества 0 БФ по сравнению с ГФ на основе Е-стекла и S-стекла для меньшей потери веса после 3 ч кипячения в воде.Авторы [31] изучают два типа доменных печей с содержанием SiO 2 43 и 49%. После 4 недель нахождения в воде при температуре 70 о С происходит выщелачивание элементов, модифицирующих решетку. Химическое старение влияет на 50–200 нм поверхностного слоя BF и способствует его кристаллизации. Кристаллизация подтверждается сдвигом экзотермического пика до 9–12 о С и выше на кривой ДСК. Потери массы доменной печи через 7 суток в дистиллированной воде и водном NaCl при 96 о С равны 0.2–0,3% [13]. После 3 ч кипячения доменной печи в воде его показатель σ t не меняется [23]. По данным [32], БФ увеличивает свою массу после 5 суток погружения в дистиллированную и морскую воду на 0,3 и 0,45% соответственно. В [33] канаты из доменной печи кипятили в воде в течение 3 ч, и после сушки обнаружена потеря массы 1%. Поскольку щелочные ионы R более подвижны в объеме базальтового стекла, на поверхности происходит реакция, характерная для воды, которая не оказывает существенного влияния на прочность каната.

      ≡Si – OR + 2 (H + + OH ) → ≡Si + OH + ROH

      (1)

      Влияние воды и водных растворов солей на свойства доменных печей изучено в [8 , 32, 34, 35]. ДП и ГФ на основе эпоксидного связующего, выдержанные в морской воде при 40 о С в течение 200 дней [34], с тем же уровнем водопоглощения (1,3–1,5%), показывают, что прочность на разрыв при изгибе остается на уровне 95–96% и свидетельствует о таком же снижении прочности на разрыв при межслоевом сдвиге (19–22%), но разных значениях прочности на разрыв при изгибе (75% и 95%).Исследован циклический 4-точечный изгиб на частоте 2 Гц, коэффициент асимметрии цикла R = 0,1 и показаны различия хода кривых усталости для образцов, предварительно выдержанных в морской воде, и образцов без влагонасыщения. Падение усталостной прочности ГП меньше, но исходные показатели АД лучше. В отчете [8] исследуется старение БП и ГП в обычной и соленой воде при 40 о С в течение 240 суток, при воздействии влаги, температуры, механической усталостной нагрузки и 199 циклов замораживания и оттаивания.Граница раздела наполнитель-матрица в BP оказалась более чувствительной к ударам, чем в GF. Однако не было показано, как соотнести эффекты повреждения интерфейса с эффектами ухудшения значений BF.

      В [35] сравнивались свойства БП и ГП на основе эпоксидного связующего и волокон одинаковой толщины. Образцы выдерживались в воде при температуре 80 о С более 100 суток. GP поглощает около 6% воды, а BP – около 4% воды.Скорость водонасыщения БП ниже, чем у ГП. Эффекты снижения прочности БП при водонасыщении меньше, чем в ГП: БП σ t уменьшается на 36% (ГП σ т уменьшается на 67%), прочность короткого пучка БП уменьшается на 26% ( показатель GP снизился на 59%). В [35] сделан вывод, что взаимодействие между эпоксидной матрицей и BF выше, чем между этой матрицей и GF.

      Таким образом, рассматривая влияние воды и водных растворов солей на свойства БП, можно предположить, что водостойкость этого класса композиционных материалов не уступает ГП, а в некоторых случаях даже выше.Можно предположить, что при высокой стабильности БФ основными причинами снижения механических свойств БП являются физические и химические превращения в полимерных матрицах и на границе полимер-наполнитель. Однако обратимые эффекты пластификации влаги и эффекты необратимого разрушения, подробно проанализированные ранее для ГП [36, 37, 38, 39, 40, 41], в рассмотренных работах не обсуждаются и требуют дополнительного исследования. Для этого целесообразно использовать информативные и хорошо зарекомендовавшие себя методы динамического механического анализа, термомеханического анализа, линейной дилатометрии, калориметрии, а также выявить механизмы физико-химических превращений в объеме и на поверхности образцов [ 41].

      4.2. Кислотные растворы

      Сравнительные результаты исследования влияния кислотных растворов на свойства БФ и БП представлены в.

      Таблица 5

      Результаты исследования влияния кислых растворов на свойства БФ и БП.

      9136 9136 942 Начальное значение BP Прочность на разрыв после кислотно-обработанных волокон, МПа
      Материал Режимы воздействия
      Скорость измерения R
      Источник
      Температура, о С Продолжительность, ч Скорость Начальное значение
      BF 96 168 Потеря массы после старения в H 2 O, мас.% 0 0.2 13
      Потеря массы после воздействия водного раствора NaCl, мас.% 0,3
      Потеря массы после воздействия раствора щелочи, мас.% 0.9
      Потеря массы после воздействия кислотного раствора , мас.% 5,9
      BF 100 3 Потеря массы после кипячения в воде,% мас. 0 1,0 33
      Раствор после кипячения в NaOH вес 4.0
      Потеря массы после кипячения в растворе HCl, мас.% 5,0
      Разрывное усилие после кипячения в растворе HCl, кН 3,16 2,44
      BP 100 100 1220 1150 42
      GP 1100 500
      BP Комнатная температура 24 90ensill3a волокна после кислотной обработки 198 246 43
      GP 180 198
      BP Прочность на сдвиг после кислотной обработки волокон, МПа 20.6 21,1
      GP 15,6 16,3
      BP Ударная вязкость после кислотно-обработанных волокон, Дж / мм 2,42 2,86
      GP
      BP 55 1584 Предел прочности при растяжении после воздействия в кислотном растворе, МПа 1908 1636 44
      GP 1291

      12068

      1291 BP после выдержки в растворе кислоты, ГПа 77.1 77,7
      GP 73,7 77,3

      Кислотные растворы вызывают наибольшую потерю массы BF по сравнению с другими химически активными средами. Например, в [13] потеря массы БФ через 7 суток в воде при 96 о С составляет 0,3%, в соленой среде 0,2%, в щелочи 0,9% и в кислоте 5,9%. Свойства БФ изучены после 3 ч кипячения в 2-молярном водном растворе соляной кислоты. Масса образцов после кипячения в воде уменьшается всего на 0.4%, что соответствует данным [13, 32], а потеря массы в растворе HCl достигает 8,1%. Предел прочности волокон после воздействия влаги не меняется, а после воздействия раствора кислоты снижается на 34%. После кипячения в кислоте массовое количество Si на поверхности доменной печи увеличивается с 31% до 69%, а содержание металлических элементов Na, Mg, Al, K, Ca, Fe увеличивается (всего 39 мас.% ). Сделан вывод, что атомы металлов меняются местами с H + в кислоте.Вследствие этого разрушается решетчатая структура на поверхности волокна, что приводит к снижению прочности.

      Согласно [33], 3-часовое кипячение жгутов доменных печей в 2-молярном водном растворе соляной кислоты приводит к уменьшению массы образцов на 5%. На микрофотографиях BF видны гладкие поверхности волокон, пропитанных водой и кислотой. Элементный анализ показывает увеличение содержания Na на 0,7%, Al на 1,6%, Fe на 1,5%, Mg на 0,63%. Таким образом, доказано, что структура оксида кремния устойчива к действию кислот, а ионы металлов меняются местами с атомами водорода и переходят в кислый раствор в соответствии с реакцией [42].

      ≡Si – OM + H → ≡Si – OH + M + .

      (2)

      В [43], BP и GP (E-стекло) на основе ненасыщенного полиэфира с необработанным BF и GF (E-стекло) и волокна, ранее хранившиеся в растворе H 2 SO 4 , имеют был изучен. Выявлено преимущество БП перед ГП как без обработки, так и после воздействия раствора серной кислоты по пределу прочности, межслоевому сдвигу и ударной вязкости по Изоду. Наибольшее значение σt достигается в БП после обработки волокон кислотой.В BF реакция происходит под действием кислоты [43].

      Fe 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O.

      (3)

      После обработки BF в кислоте образуются две группы связей: ковалентные связи между поверхностными группами –OH сложного эфира с карбоновой кислотой и водородные связи между карбонильными группами сложного эфира и группами OH волокна, которые положительно влияют на механические свойства BP [43] .При этом предварительная химическая модификация БФ снижает водопоглощение БП [32]. Пример сравнительной оценки влияния водных растворов кислот на свойства БП и ГП приведен в [44], что доказывает необходимость контроля обратимых и необратимых превращений в эпоксидной матрице. На высокую устойчивость БФ и БП к воздействию кислых растворов отмечают и другие авторы, например, в [9, 10, 17, 21].

      4.3. Щелочные растворы

      Анализу влияния щелочей на свойства БФ и БП в научной литературе уделяется повышенное внимание, поскольку использование армирующих элементов из БП наиболее перспективно в бетонах с ярко выраженной щелочной средой [1, 2, 7].

      Наибольшее влияние на структуру и свойства доменных печей оказывают щелочные растворы [9, 10, 18, 23, 24, 27, 33, 42, 45].

      Сравнительные результаты исследования влияния кислотных растворов на свойства БФ и БП приведены в.

      Таблица 6

      Результаты исследования влияния щелочных растворов на свойства БФ и БП.

      9136 9136 942 Начальное значение 44 Напряжение Предельный коэффициент
      Материал Режимы воздействия
      Измеренная скорость R
      Источник
      Температура, о С Продолжительность, ч Скорость Начальное значение
      BP Комнатная температура 8760 Коэффициенты долговременных сопротивлений после выдержки в сухом состоянии 1,0 0.67 1
      Коэффициенты долговременных сопротивлений после воздействия в 1% NaOH 0,22
      BF Комнатная температура 240 Предел прочности на разрыв после воздействия МПа в щелочном растворе 673 1262 1117 9
      Модуль упругости после воздействия в щелочном растворе, ГПа 48 48
      BF 100 3 масса после воздействия NaOH 0 15 10
      BP Комнатная температура 2400 Снижение прочности на сдвиг при щелочном старении 1.0 0,87 17
      GP 0,47
      BF 100 1 Отношение потери массы после кипячения в щелочном растворе,% 0 2,8
      E-glass 3,7
      BF 100 3 4,3 23
      BF 40 672 Tensile прочность 9115 Tensile 200 24
      S-стекло 1798 270
      BF 20 98 Предел прочности после воздействия в щелочном растворе, МПа 2 1,0 27
      40 0,75
      60 0,70
      20 720 Модуль упругости при растяжении после воздействия в щелочном растворе6
      40 58,7
      60 55,6
      BP 60 504 Разрывное напряжение после воздействия в воде, МПа Разрывное напряжение 1070 1050 после воздействия в растворе NaCl, МПа 1230
      Разрывное напряжение после воздействия в щелочном растворе, МПа 600
      BF 100 0.5 Прочность на разрыв после выдержки в щелочном растворе, ГПа 2600 600 45
      E-стекло 2500 330
      BPture 60 60 1,0 0,35 46

      В [27, 33, 42] показано, что основным результатом воздействия щелочей на доменный газ является разрушение решетки SiO 2 под воздействием гидроксильных групп в поверхностном слое, вызывая выщелачивание калия, алюминия и натрия с увеличением содержания магния, железа, титана и кальция.Так, авторы [23] показывают увеличение содержания Na с 4,5 до 10,8% на поверхности доменных печей после их 3-часового кипячения в растворе NaOH.

      ≡Si – O – Si≡ + OH → ≡Si – OH + ≡Si – O ,

      (4)

      Объем доменной печи уменьшается с образованием гелевых или поверхностных корродированных слоев, а также В щелочном растворе количество K, Si Al [33] увеличивается до 2–4%, что приводит к значительным изменениям механических свойств волокон [24]. Например, через 2 недели воздействия щелочного раствора на доменную печь показатель σ t снижается с 2440 МПа до 1000 МПа при 20 ° С и до 750 МПа при 40 ° С и 700 МПа при 60 ° С [27].Модуль Юнга также уменьшается с 80,5 до 63, 59 и 56 ГПа соответственно. Относительное удлинение при разрыве резко уменьшается (с 3,1% до 0,8%).

      По данным [9, 10], стойкость доменных печей к агрессивным средам сильно зависит от содержания оксидов металлов в волокнах и их соотношения. Предложен параметр для прогнозирования химической стойкости волокон [10].

      Nx = SiO2 + Al2O3 + Fe2O3CaO + MgO + K2O + Na2O,

      (5)

      с учетом взаимодействия SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O Ca , MgO, Na 2 O, K 2 O.Было показано, что при оценке химической стойкости потеря массы может лишь косвенно характеризовать устойчивость волокон в агрессивных средах. Более точную оценку химической стойкости BF дают результаты изменения их прочности на разрыв после воздействия кислот и щелочей. Параметр N x , определяемый соотношением (5), учитывает массовое соотношение кислотных и основных оксидов металлов в базальтовых стеклах. % [10]. Увеличение щелочной стойкости с увеличением параметра N x было экспериментально подтверждено изменением σt [10].Чем выше N x исходного материала, тем выше устойчивость волокон в агрессивных средах.

      В обзоре [18] проанализированы механические свойства и химическая стойкость доменных печей. Считается, что щелочи более активны, чем кислоты. Отмечено, что химическая стойкость BF зависит от температуры, состава волокна, продолжительности воздействия, химического состава агента, pH раствора и размера волокна. Этот вывод согласуется с результатами работы [45], в которой сравнивалась стойкость BF и GF (E-glass) при 3-часовой выдержке в кипящих растворах NaOH и HCl с концентрацией 2 моль / л.Приведенные выше данные о химическом составе позволяют прогнозировать более высокую стойкость БФ, так как для них параметр химической устойчивости Nx, определяемый соотношением (5), составляет 4,6, а для CB Nx = 2,9. После 3-часовой обработки в растворе кислоты 10% массы GF и 40% массы BF теряются. При этом сохраняется 35% σ t доменных печей и только 10% аналогичного значения GF. Поскольку структура –Si – O– инертна к кислоте [42], после 3 ч обработки в растворе HCl количество Na, Mg, Al, K, Ca, Ni и Fe на поверхности ДП уменьшается, в то время как содержание Si увеличивается.На микрофотографиях виден отчетливый слой коррозии в доменной печи. После 3 ч выдержки в щелочи теряется 2% массы ГФ и 7% массы БФ. Сохраняется только 10% GF σ t , а значение этого показателя в доменной печи снижается практически до нуля.

      Несмотря на столь значительные изменения свойств БФ в рассмотренных тестовых растворах, щелочная стойкость БП считается вполне удовлетворительной. Например, при моделировании нахождения в бетоне разрушение при ползучести исследовалось для стержней БП диаметром 4.3 мм при нагрузке 25–80% от предельно начального уровня при воздействии щелочного раствора и при 60 ° С [46]. Прогнозируемое значение σt через 50 лет составляет 18%, а через 114 лет – 13%. Сравнительные испытания стержней БП на основе эпоксидных и винилэфирных матриц в аналогичной щелочной среде при 60 ° С в течение 7 месяцев показывают [13], что предел прочности при межслоевом сдвиге снижается на 9 и 23%, при изгибе на 27–29%. Модуль Юнга снижается на 14–16%, а водопоглощение БП на эпоксидной матрице составляет 1.В 4 раза выше, чем на матрице винилового эфира. Таким образом, оценка состояния БП в щелочной среде зависит от условий испытаний и выбора полимерных связующих, что подтверждается результатами [1, 17, 20, 47, 48, 49].

      Стойкость БП к щелочам можно повысить, если на поверхность БФ нанести защитный слой, содержащий ZrO 2 . Чем больше нерастворимых соединений Zr 4+ , Fe 3+ , Mg 2+ содержится в коррозионном слое, тем выше стойкость к щелочам [50].Другие способы повышения стойкости БП к щелочным средам бетона рассмотрены в обзоре [51]. В частности, рекомендуется выбирать оптимальный состав связующих на основе винилэфирных смол, эпоксидных смол, термопластичной полимерной матрицы с пониженной пористостью на границе раздела полимер-волокно, что увеличивает сопротивление сдвигу и морозостойкость.

      5. Климатическая устойчивость БФ

      Старение БП в естественных климатических условиях изучено недостаточно [1, 24, 52, 53, 54, 55, 56].Некоторые результаты исследования влияния кислотных растворов на свойства БФ и БП приведены в.

      Таблица 7

      Результаты исследования влияния климатического старения на свойства БП.

      2 После воздействия 2 Начальное значение 2 Прочность на растяжение Модуль продольной деформации, ГПа
      Материал Режимы воздействия
      Измеренная норма R
      Источник
      Тип климата Продолжительность, год Частота Начальное значение Тепло влажное 0.5 Предел прочности после воздействия без напряжения, МПа 340 330 1
      Предел прочности после воздействия напряжения 0,2 МПа 315
      при напряжении 0,45 МПа 302
      Предел прочности при растяжении после воздействия напряжения 0,7 МПа 220
      BF Искусственное воздействие 20 Волокна, обработанные раствором NaOH 1392 1207 24
      S-стекло 2182 1828
      BP Теплый влажный 1 78673 9673 9068 9673 9068
      Модуль упругости при растяжении, ГПа 4.8 5,4
      BP Холодная 3 Прочность на изгиб, МПа 1770 1700 53
      E-стекло 1800 54 52
      Стекло E 55 56
      BP Холодный 1,7 Предел прочности при растяжении, МПа 1152165
      Модуль упругости при растяжении, ГПа 53.2 52,7
      BP Умеренно теплый 2,5 Прочность на изгиб, МПа 1209 1094 56
      Предел прочности на сжатие, 9068 9066 9068 2,3 Прочность на изгиб, МПа 1209 780
      Прочность на сжатие, ГПа 410 428

      In [1], механические свойства пропитки BP ткани или одноосно ориентированные непрерывные доменные волокна сравнивают с углеродом и стекловолокном на основе ненасыщенных полиэфиров, эпоксифенола и фенолформальдегидных матриц.Показано, что за 12 месяцев климатических испытаний на Южном Кавказе наблюдается снижение прочности в зависимости от типа полимерной матрицы и величины приложенного растягивающего напряжения. Было показано, что на поверхности образцов развиваются процессы старения, но экспериментальных подтверждений этого утверждения не было.

      Сравнение климатической стойкости доменных печей и газовых смесей было проведено ускоренным методом согласно японскому стандарту JIS A1415 [24].Данным стандартом предусмотрено непрерывное облучение образцов ксеноновой лампой 60 Вт / м 2 в диапазоне длин волн 300–400 нм при температуре 63 о С и относительной влажности 50% с орошением (дождеванием) в течение 18 мин каждые 2 ч воздействия. Для данного режима 200 ч ускоренных испытаний приравниваются к году климатической выдержки. После 4000 ч испытаний (аналог 20-летнего климатического воздействия) предел прочности ГФ снижается с 2182 МПа до 1828 МПа (на 16%), затем для ДГ аналогичное снижение составляет 13%, а скорость уменьшения этого показателя в БФ почти в 2 раза ниже, чем в ГФ.

      Авторы [52] исследовали плиты БП строительного назначения на основе однонаправленной ткани из ДСП, базальтового ровинга и эпоксидного полимера ДГЭБА. Образцы были испытаны в климатической камере, в которой, согласно ISO 15686, создан режим испытаний, имитирующий климат Италии: 7-часовой цикл, сочетающий сухую атмосферу с температурой 60 ° C и относительной влажностью 10%. , влажная атмосфера с температурой 2 ° C и относительной влажностью 80% и этап ультрафиолетового излучения при температуре 35 ° C и относительной влажности 87%.Для сравнения результатов ускоренных испытаний аналогичные пластины БП выдерживают в течение 12 месяцев в естественных условиях Палермо.

      На начальной стадии воздействия отмечено повышение механических свойств, вызванное доотверждением эпоксидной матрицы. Методы динамического механического анализа и калориметрии были применены, чтобы показать противоречивые результаты для композитов и отдельно отвержденной смолы, что может быть связано с неконтролируемым воздействием влаги. Согласно изменениям прочности на разрыв и модуля Юнга при изгибе, эквивалент 56 дней ускоренных испытаний соответствует 1 году климатического старения.Сделан вывод, что исследуемый БП устойчив к воздействию сухого и влажного климата, однако его механические параметры нестабильны и колеблются в пределах 30–40%.

      В работе [53] сравниваются механические свойства арматуры диаметром 5 и 5,5 мм на основе полиэфирно-эпоксидного связующего и однонаправленных ГФ и ДП после 3 лет хранения в холодном климате Якутска. Методический подход, рассмотренный в [54], применялся при измерениях прочности на изгиб и модуля изгиба.При температуре -60 ° С эти показатели увеличиваются на 20%. За 3 года тестирования на складе показатели БП и ГП остаются на исходном уровне. Аналогичные результаты были получены в [55]. Исследована базальтопластическая арматура (БПР) – однонаправленные стержни периодического профиля диаметром 6–10 мм, изготовленные по ТУ 2296-001-86166796-2013 «Неметаллическая композитная арматура из базальтопласта». . После 20 месяцев выдержки в климате Якутска наблюдается незначительное увеличение прочности БПР.

      Более подробное исследование климатического старения этих штанг БП приведено в [56]. Однонаправленные стержни периодического профиля диаметром 6,8,10,16 и 20 мм на основе эпоксидной матрицы выдерживались 30 месяцев на открытых стендах в умеренно теплом морском климате Геленджика и 28 месяцев на аналогичных стендах в условиях экстремально холодных температур. климат Якутска. Для исходных и экспонированных образцов БПР определены незначительные изменения механических параметров. Выявлено повышение прочности на сжатие в Якутске на 4–12%.После выдержки в Геленджике этот показатель снижается на 10–17%. Методами термомеханического анализа и динамического механического анализа обнаружен сдвиг α1-перехода в область более низких температур и α2-перехода в более высокие температуры. Эти эффекты сопровождаются увеличением коэффициента линейного теплового расширения, коэффициента диффузии влаги и максимального влагонасыщения после климатического воздействия БПР. Исследования показали высокую климатическую стойкость БПР.

      6. Заключение

      Анализ показал, что БФ является хорошей альтернативой ГФ для создания композиционных материалов различного назначения. Даже в наиболее агрессивных щелочных средах БП имеет сопротивление, сравнимое или даже выше, чем у ГП. При необходимости можно повысить их стойкость к химически активным средам за счет регулирования состава доменных печей, нанесения защитных слоев, термообработки волокон и т.д. к воздействию температуры, влаги, растворов солей, кислот, щелочей и воздействия окружающей среды в основном выполнялись в лабораторных условиях ускоренными методами.Полученные результаты дают нам хорошую основу для сравнения механических свойств новых БП и их аналогов, но их недостаточно для получения обоснованных прогнозов о состоянии этого класса материалов в естественных условиях окружающей среды и при эксплуатации. В большинстве проведенных исследований продолжительность воздействия агрессивных сред составляет несколько месяцев, и лишь в единичных случаях – более года.

      Таким образом, для более широкого использования БП как эффективного строительного материала в различных климатических условиях, в том числе в Арктике, целесообразно и эффективно проводить длительные испытания (десятилетие и более) других композитных материалов, испытанных ранее. [41, 56, 57, 58], с мониторингом изменений их механических свойств и анализом развивающихся процессов климатического старения БП [36, 37, 38, 39, 40, 41].

      Заявления

      Заявление об участии авторов

      Все перечисленные авторы внесли значительный вклад в разработку и написание этой статьи.

      Отчет о финансировании

      Работа поддержана Проектом Российского фонда фундаментальных исследований (№18-29-05012) «Разработка научных основ новых композиционных материалов в условиях абиогенных и биогенных факторов в арктической и субарктической зонах Саха». Республика (Якутия) ».

      Заявление о конкурирующих интересах

      Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

      Дополнительная информация

      Дополнительная информация отсутствует.

      Список литературы

      1. Чихрадзе Н.М., Джапаридзе Л.А., Абашидзе Г.С. Свойства базальтовых пластиков и композитов, армированных гибридными волокнами в рабочих условиях. В: Ху Нин, редактор. Композиты и их применение. 2012. С. 243–268. Глава 10. [Google Scholar] 2. Эльгаббас Ф. к.м.н .; 2016. Разработка и структурные испытания новых стержней из армированного базальтовым волокном полимера (BFRP) в железобетонных балках и плитах мостовидных столов; п.259. Шербург (Канада) [Google Scholar] 3. Джамшайд Х., Мишра Р. Зеленый материал из горной породы: базальтовое волокно – обзор. J. Textil. Inst. 2016; 107: 923–937. [Google Scholar] 4. Джейсинг Г.П., Джоши Д.А. Обзор применения базальтового волокна в гражданском строительстве. IJLTEMAS. 2013; 2: 54–57. [Google Scholar] 5. Коваль Т.И. Исследование надежности элементов мостов, армированных базальтовыми пластиковыми волокнами. Мех. Compos. Матер. 2017; 53: 479–486. [Google Scholar] 6. Мональдо Э., Нерилли Ф., Вайро Г. Материалы, армированные волокном на основе базальта, и их применение в строительстве в гражданском строительстве.Compos. Struct. 2019 [Google Scholar] 7. Ван З.К., Чжао X.L., Сиань Г.Дж., Ву Г., Сингх Раман Р.К., Аль-Саади С. Долговечность стержней из базальтового и стекловолоконного полимера (BFRP / GFRP) в морской воде и в среде морского песчаного бетона. Построить. Строить. Матер. 2017; 139: 467–489. [Google Scholar] 8. Парнас Р., Шоу М., Лю К. Институт материаловедения Университета Коннектикута; 2007. Полимерные композиты, армированные базальтовым волокном; п. 133. Технический отчет NETCR63. [Google Scholar] 9. Гутников С.И., Лазотяк Б.И., Селезнев А.Н. М. МГУ; 2010. Стекловолокно; п. 53. [Google Scholar] 10. Зимин Д.Е., Татаринцева О.С. Влияние химического состава стекла на устойчивость базальтовых волокон к агрессивным средам. Ползунов Вестник. 2010. 4–1: 160–164. [Google Scholar] 11. Амутакканнан П., Маникандан В., Джаппес Дж. Т. В., Утаякумар М. Эффект гибридизации на механические свойства полиэфирных композитов, армированных короткими базальтовыми / джутовыми волокнами. Sci. Англ. Compos. Матер. 2013; 20: 343–350.[Google Scholar] 12. Арслан К., Гоган М. Механические и термические свойства композитов из рубленого базальтового волокна на основе поли (бутилентерефталата): влияние количества и длины волокон. J. Compos. Матер. 2019 [Google Scholar] 13. Черемухина И.В. Диссертация доктора технических наук; Саратов: 2016. Научно-технологические основы физического модифицирования полимерных композиционных материалов строительного назначения; п. 334. [Google Scholar] 14. Борхан Т. Тепловые и механические свойства бетона, армированного базальтовой фиброй.Int. J. Civ. Environ. Англ. 2013; 7: 334–337. [Google Scholar] 15. Цао С., Ву З. Прочность на растяжение композитов из стеклопластика при повышенных и высоких температурах. J. Appl. Мех. 2008; 11: 963–970. [Google Scholar] 16. Коломбо К., Вергани Л., Бурман М. Статические и усталостные характеристики новых композитов, армированных базальтовым волокном. Compos. Struct. 2012; 94: 1165–1174. [Google Scholar] 17. Далинкевич А.А., Гумаргалиева К.З., Мараховский С.С., Суханов А.В. Современные базальтовые волокнистые материалы и полимерные композиты на основе базальтового волокна.J. Nat. Волокна. 2009. 6: 248–271. [Google Scholar] 18. Дханд В., Миттал Г., Ри К. Ю., Хуэй Д. Краткий обзор полимерных композитов, армированных базальтовым волокном. Композиты Часть B. 2015; 73: 166–180. [Google Scholar] 19. Доригато А., Пегоретти А. Усталостная прочность ламинатов, армированных базальтовыми волокнами. J. Compos. Матер. 2011; 46: 1773–1785. [Google Scholar] 20. Фиоре В., Скаличи Т., Ди Белла Г., Валенца А. Обзор базальтового волокна и его композитов. Compos. B Eng. 2015; 74: 74–94. [Google Scholar] 21. Ли З., Ма Дж., Ма Х., Сюй X. Свойства и применение базальтового волокна и его композитов. IOP Conf. Сер. Earth Environ. Sci. 2018; 186: 12052. [Google Scholar] 22. Лу З., Сиань Г., Рашид К. Поведение полимерной матрицы и плиты из армированного базальтовым волокном полимера (BFRP) при ползучести при повышенных температурах. J. Compos. Sci. 2017; 1.3 [Google Scholar] 23. Mingchao W., Zuoguang Z., Yubin L., Min L., Zhijie S. Химическая стойкость и механические свойства щелочно-стойкого базальтового волокна и его армированных эпоксидных композитов. J. Reinforc.Пласт. Compos. 2008. 27: 393–407. [Google Scholar] 24. Сим Дж., Пак К., Мун Д.Ю. Характеристики базальтовой фибры как упрочняющего материала бетонных конструкций. Композиты Часть B. 2005; 36: 504–512. [Google Scholar] 25. Татаринцева О.С., Углова Т.К., Самойленко В.В., Фирсов В.В. Влияние термической обработки на кристаллизацию волокон и свойства базальтовой ваты. Ползуновский Вестник. 2011; (4-1): 160–164. [Google Scholar] 26. Кесслер Э., Гадоу Р., Штрауб Дж. Базальт, стекловолокно и углеродные волокна и их армированные волокном полимерные композиты при термической и механической нагрузке.AIMS Mater. Sci. 2016; 3: 1561–1576. [Google Scholar] 27. Лу З., Сянь Г. Устойчивость базальтовых волокон к повышенным температурам и погружению в воду или щелочной раствор. Polym. Compos. 2018; 39: 2385–2393. [Google Scholar] 28. Халили С.М.Р., Наджафи М., Фарсани Р.Э. Влияние термоциклирования на свойства при растяжении полимерных композитов, армированных базальтовыми и углеродными волокнами. Мех. Compos. Матер. 2017; 52: 807–816. [Google Scholar] 29. Наджафи М., Халили С.М.Р., Фарсани Р.Э. Исследование ускоренного теплового старения композитов, армированных фенольным / базальтовым волокном.Мех. Adv. Комп. Struct. 2016; 3: 1–7. [Google Scholar] 30. Аммар М.А. 2014. Прочность сцепления стержней из армированных базальтовым волокном полимеров (BFRP) в условиях замораживания и оттаивания; п. 105. Диссертация. Квебек, Канада. [Google Scholar] 31. Lund M.D., Yue Y.-Z. Влияние химического старения на морфологию поверхности и кристаллизацию волокон базальтового стекла. J. Non-Cryst. Твердые тела. 2008; 354: 1151–1154. [Google Scholar] 32. Пандиан А., Вайраван М., Тангайя В.Дж.Дж., Утаякумар М. Влияние поведения поглощения влаги на механические свойства композитов с полимерной матрицей, армированных базальтовым волокном.J. Comp. 2014; 2014: 1–8. Идентификатор статьи 587980. [Google Scholar] 33. Квальярини Э., Монни Ф., Бондиоли Ф., Ленчи С. Канаты и стержни из базальтового волокна: испытания на долговечность для их использования в строительстве. J. Build. Англ. 2016; 5: 142–150. [Google Scholar] 34. Дэвис П., Вербув В. Оценка композитов из базальтового волокна для морского применения. Прил. Compos. Матер. 2018; 25: 299–308. [Google Scholar] 35. Ким Й.-Х., Пак Дж.-М., Юн С.-В., Ли Дж.-В., Юнг М.-К., Мураками Р.-И. Влияние влагопоглощения и процесса гель-покрытия на механические свойства композита, армированного базальтовым волокном.Int. J. Ocean Syst. Англ. 2011; 1: 148–154. [Google Scholar] 36. Филистович Д.В., Старцев О.В., Кузнецов А.А., Кротов А.С., Аниховская Л.И., Дементьева Л.А. Влияние влаги на анизотропию динамического модуля сдвига стеклопластиков. Докл. Phys. 2003. 48: 306–308. [Google Scholar] 37. Старцев О.В., Филистович Д.В., Кузнецов А.А., Кротов А.С., Аниховская Л.И., Дементьева Л.А. Деформируемость стеклопластиковых листов на основе клеевых препрегов при сдвиговых нагрузках во влажных средах.Выпускной вечер. Мат. 2004; (1): 20–26. [Google Scholar] 38. Старцев О.В., Прокопенко К.О., Литвинов А.А., Кротов А.С., Аниховская Л.И., Дементьева Л.А. Исследование термовлажностного старения авиационного стеклопластика. Клеи Герметики Технол. 2009; 8: 18–21. [Google Scholar] 39. Старцева Л.Т., Панин С.В., Старцев О.В., Кротов А.С. Распространение влаги в стеклопластиках после их климатического старения. Докл. Phys. Chem. 2014; 456: 77–81. [Google Scholar] 40. Старцев В.О., Плотников В.И., Антипов Ю.В. Обратимые эффекты влаги в определении механических свойств ПКМ в условиях климатических воздействий.ВИАМ Proc. 2018; 5 (65): 110–118. [Google Scholar] 41. Старцев В.О., Лебедев М.П., ​​Хрулев К.А., Молоков М.В., Фролов А.С., Низина Т.А. Влияние внешнего воздействия на диффузию влаги и механические свойства эпоксидных полимеров. Polym. Тестовое задание. 2018; 65: 281–296. [Google Scholar] 42. Джайн Н., Сингх В.К., Чаухан С. Обзор влияния химической, термической и аддитивной обработки на механические свойства базальтового волокна и их композитов. J. Mech. Behav. Матер. 2018; 26: 5–6. [Google Scholar] 43. Маникандан В., Jappes J.T., Kumar S.M., Amuthakkannan P. Исследование влияния модификаций поверхности на механические свойства полимерных композитов, армированных базальтовым волокном. Композиты Часть B. 2012; 43: 812–818. [Google Scholar] 44. Ву Г., Ван Х., Ву З., Донг З., Чжан Г. Прочность базальтовых волокон и композитов в агрессивных средах. J. Compos. Матер. 2015; 49: 873–887. [Google Scholar] 45. Вэй Б., Цао Х., Сонг С. Контраст поведения при растяжении базальтовых и стеклянных волокон после химической обработки. Матер.Des. 2010; 31: 4244–4250. [Google Scholar] 46. Банибаят П., Патнаик А. Характеристики разрыва при ползучести полимерных стержней, армированных базальтовым волокном. J. Aero. Англ. 2015; 28: 4014074-1–4014074-9. [Google Scholar] 47. Раман Р.К.С., Го Ф., Аль-Саади С., Чжао X.-Л., Джонс Р. Понимание деградации волокнистой матрицы композитов из стеклопластика для передовых приложений в гражданском строительстве: обзор. Корр. Мат. Деграда. 2018; 1: 27–41. [Google Scholar] 48. Ли Х., Сянь Г., Ма М., Ву Дж. Proc. 6-й Int. Конф. FRP Compos. Civ. Англ. CICE 2012.2012. Прочность и усталостные характеристики стержней, армированных базальтовым волокном и эпоксидной смолой; С. 1–8. [Google Scholar] 49. Лю К., Шоу М.Т., Парнас Р.С., МакДоннелл А.-М. Исследование механических свойств композита из базальтового волокна для применения на транспорте. Polym. Compos. 2006. 27: 475–483. [Google Scholar] 50. Липатов Я.В., Гутников С.И., Манылов М.С., Жуковская Е.С., Лазоряк Б.И. Базальтовая фибра с высокой щелочостойкостью для армирования бетона. Матер. Des. 2015; 73: 60–66. [Google Scholar] 51. Чжу М., Ма Дж.6-я Азиатско-Тихоокеанская конф. О FRP в Structures Сингапур, 19-21 июля 2017 г. 2017. Обзор использования полимера, армированного базальтовым волокном (BFRP) в бетоне; п. 7. [Google Scholar] 52. Алаймо Г., Валенца А., Энеа Д., Фиоре В. Долговечность панелей из армированного базальтовым волокном полимера (BFRP) для облицовки. Матер. Struct. 2016; 49: 2053–2064. [Google Scholar] 53. Федоров Ю.Ю., Бабенко Ф.И., Герасимов А.А., Лапий Г.П. Исследование влияния холодного климата на механические свойства композитных стержней из стекла и базальтовых пластиков.Ind. Civil Const. 2016; 8: 30–32. [Google Scholar] 54. Блазнов А.Н., Краснова А.С., Краснов А.А., Журковский М.Е. Геометрические и механические характеристики ребристой арматуры из стеклопластика. Polym. Тестовое задание. 2017; 63: 434–439. [Google Scholar] 55. Кычкин А.К., Попов В.В., Кычкин А.А. Климатическая стойкость базальтовой композитной арматуры. Sci. Educ. 2017: 1. [Google Scholar] 56. Старцев В.О., Лебедев М.П., ​​Кычкин А.К. Влияние умеренно теплого и экстремально холодного климата на свойства базальтопластической арматуры. Гелион.2018; 4 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 57. Вапиров Ю.М., Кривонос В.В., Старцев О.В. Интерпретация аномального изменения свойств углепластика КМУ-1у при старении в различных климатических регионах. Мех. Compos. Матер. 1994. 30 (2): 190–194. [Google Scholar] 58. Блазнов А.Н., Савин В.Ф., Волков Ю.П., Рудольф А.Я., Старцев О.В., Тихонов В.Б. Методы механических испытаний композитных стержней. Бийск. 2011: 314. [Google Scholar]

      лавовых камней, базальта и бусинок лавы • Вики О’Делл

      Ранее на этой неделе я написала в блоге сообщение о менопаузе и переходных периодах и начала думать о вещах, которые я могла бы использовать или носить, которые могут быть полезны в переходный период.Я имею в виду, если бы вы могли носить ожерелье с определенными камнями, которые помогли бы вам справиться с большим переходным периодом, не так ли?

      Я имею в виду, я видел много младенцев, носящих янтарные ожерелья, чтобы помочь с прорезыванием зубов, и, черт возьми, прорезывание зубов – это проще простого по сравнению с некоторыми вещами, через которые мы все прошли, верно? И если носить камни, чтобы облегчить жизнь, достаточно для младенцев этого мира, то для меня этого достаточно.

      Этот пост содержит несколько партнерских ссылок для вашего удобства.Если вы покупаете товар после перехода по ссылке, я могу получить крошечную комиссию без каких-либо дополнительных затрат для вас. Щелкните здесь, чтобы прочитать мою политику раскрытия полной информации.

      Итак, я провел небольшое исследование и именно тогда я наткнулся на информацию о базальтовых и лавовых бусинах, и вот кое-что из того, что я нашел.

      Базальт – это вулканическая порода – , то есть это в основном расплавленная лава, которая затвердела под воздействием высокой температуры и давления. Базальт может быть любого цвета от серого до черного.Базальт также известен как Лавовая Скала. Другими словами, лава или базальт отличается от других вулканических пород своим вулканическим происхождением.

      Поскольку базальт образуется из расплавленной лавы, а расплавленная лава – это горная порода, которая была нагрета до такой степени, что стала жидкостью, вы можете только представить себе силу, огонь и мощь, содержащиеся в базальте! В результате лавовые породы обладают энергетическими и лечебными свойствами, связанными с извержением, разрушением, возрождением и обновлением.

      Базальт – камень силы и мужества , он способствует стабильности на протяжении жизненных перемен.Если вы переживаете много перемен в своей жизни, то базальт станет для вас полезным камнем. Базальт помогает уменьшить негативные аспекты характера человека и позволяет увидеть, где изменение поведения может быть полезным.

      Он также имеет сильные ассоциации с огнем и третьей чакрой.

      Считается, что камень также помогает избавиться от некоторых ненужных слоев эмоциональной привязанности. Когда дело доходит до духовного исцеления, лавовые камни также могут измельчать и стабилизировать корневую чакру.

      Он имеет первичную энергию матери земли, потому что лава провела так много времени глубоко внутри земли в расплавленном состоянии, прежде чем выйти в мир.

      Некоторые метафизические и лечебные свойства лавового камня или базальта

      • Приносит физическую и душевную силу и мужество
      • Повышает уровень энергии
      • Повышает либидо
      • Успокаивает эмоции
      • Расширяет творческие возможности
      • Приносит стабильность
      • Помогает справиться с гневом
      • Считается камнем для плодородия для женщин
      • Считается антибактериальным, противовирусным и дезинфицирующим средством
      • Очищает негатив

      Лавовые бусины – идеальный способ носить лавовый камень, как это обычно и должно быть, носите так, чтобы он непосредственно касался кожи, например, браслеты и ожерелья, чтобы ничто не препятствовало поглощению энергии.

      Я вернусь позже на этой неделе с некоторыми специальными бусами из вулканического камня, которые мне подарили в прошлом году.

      Используете ли вы особые камни или драгоценные камни, чтобы помочь вам? Какой ты предпочитаешь?

      Прикрепите для использования в будущем!

      Примерно так:

      Узловое ожерелье из керамических и лавовых бусин
      Торговые инструменты – Бисер-развертка
      Лавовая бусина и ожерелье из черных кристаллов

      Basalt 3A: Избиратели согласны с продлением налога на имущество для проектов в центре города, доступное жилье

      На выборах во вторник избирателей базальта попросили увеличить налог на недвижимость для улучшения центра города, а также для финансирования доступного жилья и «зеленых» проектов.(Келси Бруннер / The Aspen Times)

      Вопрос бюллетеня в Basalt для выпуска новых облигаций и поддержания уровня налога на имущество для различных проектов, которые во вторник вечером завершились победой в графствах Игл и Питкин.

      Вопрос 3A получил поддержку 848 избирателей, в то время как 325 были против, согласно обновленным результатам в среду утром. Это от 72% до 28%.

      Мэр Базальта Билл Кейн назвал это хорошим результатом для общества.



      «У нас просто наблюдается положительная динамика в сообществе», – сказал он.«Я думаю, что люди это чувствуют».

      Кейн поблагодарил сотрудников городской администрации за «большую работу по закладке основы для этого голосования». Они предоставляли информацию через открытые собрания, рассылки по почте и другие способы информирования избирателей по этому вопросу.



      Городской менеджер Basalt Райан Махони добавил: «Я думаю, что это говорит о доверии сообщества к совету и процессу».

      Ключом было избежать повышения налогов. У Basalt есть две облигации, которые будут погашены в 2023 году.Поскольку облигации погашаются, истекли бы налоги на недвижимость в размере около 950 000 долларов в год. Тем не менее, городские власти попросили избирателей сохранить эти налоги на недвижимость для выплаты новых облигаций, которые будут выпущены для новых проектов, но повышения налогов не будет.

      Городские власти запросили разрешение на выпуск новых облигаций на 18 миллионов долларов и расширение существующего налога на недвижимость, чтобы выплатить их на максимальную сумму в 23 миллиона долларов, включая проценты. Налоги собирают около 950 000 долларов в год.

      Официальные лица Базальта сосредоточили свою кампанию на том, что «новые» налоги не появятся в результате голосования «за» по 3А.Хотя это правда, но есть и нюансы. Налоги были бы ниже еще через пару лет, если бы проголосовали «против».

      Кейн сказал, что тот факт, что новых налогов не потребуется, вероятно, повлиял на голосование.

      «Я думаю, это говорит о доверии людей к городу», – сказал он.

      Город будет осуществлять проекты в трех категориях с вложением 18 миллионов долларов: улучшение городского пейзажа, тротуаров и соответствующей инфраструктуры на Мидленд-авеню; проекты доступного жилья; и экологически чистые проекты, такие как станции зарядки электромобилей и солнечная энергия.

      Стоимость работ на Мидленд-авеню, главной улице Базальта, оценивается в 11,5 миллионов долларов. Город будет добиваться грантов наряду с финансированием за счет облигаций.

      Около 6 миллионов долларов из облигаций направляются на проекты доступного жилья. Город будет сотрудничать с другими правительствами и некоммерческими организациями, чтобы привлечь средства.

      Еще 2 миллиона долларов будут выделены на «зеленые инициативы».

      Кейн сказал, что работы на Мидлэнд-авеню могут начаться почти немедленно. Первым шагом будет оценка состояния подземных коммуникаций, которым примерно 85 лет.

      Для получения доступного жилья городские власти будут приобретать землю, а затем работать с правительством и некоммерческими партнерами над строительством жилья.

      «Мы собираемся собрать 6 миллионов долларов, но мы хотим, чтобы эти 6 миллионов долларов были задействованы», – сказал он.

      Махони сказал, что работы начнутся почти сразу. Правительство города начнет процесс продажи облигаций 9 ноября. Кроме того, начнется оценка инфраструктуры Мидленд-авеню.

      Город также наймет агента по недвижимости для поиска земли для покупки доступного жилья.Кроме того, город уже начал процесс поиска «жизнеспособного места» для солнечного проекта, сказал Махони.

      Кейн устраивался к ужину, когда первые благоприятные для города результаты были объявлены вскоре после 19:00.

      «Думаю, сегодня вечером я выпью лишний бокал вина», – сказал он.

      Механические свойства полимеров, армированных базальтом и стекловолокном …: Ingenta Connect

      В этом исследовании описываются механические свойства гибридных композитов, армированных базальтовым волокном и стекловолокном, разработанных с использованием методов компрессионного формования.Тканые базальтовые волокна и стекловолокна были использованы для изготовления гибридных композитов, полиэфирная смола в качестве матрицы с различными последовательности укладки волокон. Механические свойства гибридных композитов, такие как прочность на изгиб, ударная вязкость и прочность на разрыв различных образцов, рассчитываются с помощью универсальной испытательной машины с компьютерной поддержкой и ударной испытательной машины по Шарпи в соответствии со стандартами ASTM. В Результат показывает, что армирование тканых гибридных композитов из базальта и стекловолокна существенно влияет на механические свойства композитов, и было обнаружено, что промежуточные свойства между базальтовыми стекловолокнами армированы композитами.

      Нет доступной справочной информации – войдите в систему для доступа.

      Информация о цитировании недоступна – войдите в систему, чтобы получить доступ.

      Нет дополнительных данных.

      Нет статей СМИ

      Без показателей

      Ключевые слова: БАЗАЛЬТОВОЕ ВОЛОКНО; СТЕКЛОВОЛОКНО; МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА; ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ; SEM

      Тип документа: Исследовательская статья

      Дата публикации: 1 марта 2014 г.

      Подробнее об этой публикации?
      • Журнал перспективных исследований в области микроскопии (JAMR) предоставляет форум для быстрого распространения важных разработок в области методов микроскопии высокого разрешения для изображения, характеристики и анализа искусственных и природных образцов; для изучения физико-химических явлений, таких как истирание, адгезия, коррозия и трение; выполнять микро- и нанофабрикацию, литографию, моделирование, микро- и наноманипуляции; теория и моделирование, а также их приложения во всех областях науки, техники и медицины.

      • Редакция журнала
      • Информация для авторов
      • Подписаться на этот заголовок
      • Ingenta Connect не несет ответственности за содержание или доступность внешних веб-сайтов.
      .

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *