Ecoterra, no. 28, 2011

85

STUDIUL MICROSCOPIC PRELIMINAR AL BETONULUI FORMÂND DIGUL IAZULUI DE DECANTARE DE LA KOLONTÁR, UNGARIA Ioan KALMÁR, Ubul FÜGEDI, Ildikó SZENTPÉTERY Institutul Geologic al Ungariei, Budapesta Abstract: Kolontar red mud dam, Hungary - a previous mineralogical study of dam forming concrete. In October 4, 2010, by the disrupted concrete dam from Kolontár (Hungary), a few hundred thousand alcalyne, iron oxyde bearing mud had flooded into three localities, with immense material and environmental damages. For know the presumed causes of havaria, the state of the concrete dams, i.e. the mineralogy-petrography of them was analysed. In this paper the results of preliminary study, based mainly on optical microscopy is resumed.

The macroscopically observed deformations, and the wall structure close to the dam rupture were analysed in an other paper.

Thirty two samples from four sectors of untouched, stable dam body was sectioned. On a part of its X-ray and chemical analyses were performed. In slides, the detrital components, the basal material with the figurative elements and the secondary, void filling mineral phases were identified.

The microscopy confirms, that main part of the dams was built up by burning rests of coal power plants: cinder, fly ash, fired shale and coal fragments. The carbonatic-silicious, optical amorphous basal and bonding material contains sphaerical and moruloid, fine grained, darker figurative elements of 10-30 μm in diameter, which may be fly ash particles, crystallization nucley or relics of klinker powder from cement laitance. In concrete samples, the amount of natural sand grains is low, representing only a few percents.

The secondary mineral phasis appears in slides mainly as anisotropic, very fine grained impregnation. In some samples, by X-ray analysis, carbonates, alumo-silicates and sulpho-silicates were identified. Among them, the carbonates (calcite, dolomite) and the ettringite, forming crystals of 0,05-0,20 mm were recognised by optical means. These grains has crystallized from a colloidal phasis during of the fastening of concrete aggregate. The here visible, final fastening process of concrete consists mainly by colloid dehydratation, resulting a polyhedron network of contraction fissures. These fissures are older, that the anisotropic impregnation and were followed, in time, by removing of iron oxyde.

Apart of them, the pore and vein fillings as gypsum, limonite and opale have formed in hard, brittle concrete, after its fastening. The amount of them is under 1% of dam material.

The empty or carbonate filled, hair like, branched fractures constitute an other generation of deformation, resulting from local, tensional fields in dam body. Insumming our observations, the marks of volume variation and the brittle deformation caused by them in „healty” dam are insignificant and do not may be correlate with any mineralogical changes. The full pallet of mineralogical chemical changes will be presented in further HyTech instrumental investigations, focused mainly to the pieces of the disrupted dam. Key words: Red mud pond, Kolontár, concrete mineralogy, fly ash, ettringite, brittle deformations Introducere

Ruperea digului şi deversarea a peste patru sute de mii m3 mâl alcalin din 4 octombrie 2010 a constituit una din cele mai grave avarii din istoria industriei de aluminiu. Mâlul roşu, inundând case, grădini şi terenuri agricole a produs daune incalculabile, cu consecinţe grave asupra mediului şi a habitatului uman. În ciuda intervenţiei prompte ale autorităţilor şi a mediatizării (de loc exagerate) a catastrofei, cauzele care au generat avaria nu sunt pe deplin elucidate până în prezent. În această ordine de idei s-a ridicat necesitatea cunoaşterii stării digurilor iazului de decantare avariat şi în cadrul acesteia, analiza materialului constitutiv, folosind metode geologice de investigare.

Materiale şi metode

Prezentul studiu s-a realizat pe baza a 32 secţiuni subţiri executate pe fragmente din digul iazului, prelevate din imediata apropiere a rupturii, aşa cum se poate vedea în fig. 1. Studiul prezintă

Ecoterra, no. 28, 2011

86

rezultatele primei etape, folosind rezultatele studiului optic al secţiunilor, cu control Rx pentru şase probe.

Fig. 1. Digul casetei 10, cu locul probelor pentru analiză. Studiul de microscopie optică, efectuată la aparat AMPLIVAL şi la un microscop

OLYMPOS adaptat pentru fotografii digitale a urmărit inventarierea fazelor minerale ale materialului, succesiunea de formare a acestora, transformările lor în timpul şi după solidificarea agregatului mineral şi efectele acestor transformări asupra structurii materialului.

Au fost examinate în total 32 de probe, după cum urmează: - probe notate cu E din partea de nord al digului - 4 buc; - probe notate cu Gát din corpul digului rupt - 7 buc; - probe notate cu Ny din partea de vest al rupturii - 11 buc; - probe notate cu Per din digul cu cenuşă fină - 10 buc.

Întrucât cea mai mare parte a componenţilor digului, deşi din punct de vedere fizico-chimic corespund unor minerale sau fragmente de roci naturale, am evitat folosirea denumirilor ca atare, termenul „mineral” fiind înlocuit în text cu „fază minerală”, subînţelegându-se că e vorba de produse artificiale. Rezultate şi discuţii

Ca urmare a observaţiilor microscopice, s-au identificat fazele minerale constitutive, succesiunea lor în timp, particularităţile structurale-texturale şi s-au identificat transformările care ar fi putut influenţa starea tehnică a digului.

Fazele minerale ale materialului digului

În probele examinate, s-au identificat următoarele faze minerale: granule detritice, corpuri figurative, masa de bază sau liantul, faze minerale secundare şi umplutura fisurilor.

Granule detritice. Au fost identificate, ca granule detritice naturale: cuarţ, feldspaţi, muscovit, amfibol, fragmente de roci (din roci vulcanice, din şisturi argiloase, din gresii, calcare şi din argilă arsă).

Ecoterra, no. 28, 2011

87

Cuarţul formează granule de nisip cu rotunjire slabă sau medie, în majoritatea cazurilor cu extincţie ondulatorie. Frecvent apar învelite într-o peliculă opacă. Întâlnim de multe ori şi fragmente angulare, sub 0,06 mm, cu muchii ascuţite, provenind probabil din depozite de loess.

Feldspaţii sunt reprezentaţi prin ortoză, microclin şi plagioclaşi. Formează granule mai mici ca ale cuarţului, slab rotunjite, cu sericitizare moderată. Pe marginea unora dintre granule apar semne ale topirii parţiale, cu ştergerea clivajului şi a lamelelor de maclă.

Amfibol - în proba Ny-6 s-au identificat câteva prisme de culoare verde-pal, descuamate de hornblendă actinolitică, slab cloritizate la margine.

Muscovita apare sporadic, ca foiţe cu culori de birefringenţă slabe, în probele Gát-20 şi Ny-6 cu efecte termice: răsucirea foiţelor şi semne de topire parţială.

Minerale opace - pe lângă fragmentele de cărbune, în probe apar sporadic granule idiomorfe opace (probabil de magnetită), fragmente lamelare de hematit şi mici concreţiuni de limonită.

Fragmente de roci - în afara granulelor rulate de andezită slab alterată din probele E-4, Gát-26 şi Ny-6, în celelalte probe apar sporadic fragmente, de asemenea rulate, de şist argilos, gresie, siltit, calcare micritice şi destul de frecvent, fragmente de argilă arsă, care pot forma corpuscule neregulate, vizibile şi cu ochiul liber, ajungând la 1 cm diametru.

Granulele naturale de nisip, în ansamblul probelor, reprezintă doar câteva procente. Cărbune - este faza minerală detritică cea mai răspândită, ajungând la unele probe la peste

20%. În cazul secţiunilor cu grosimea sub 0,01 mm (la marginea preparatului) la unele granule apar microstructurile caracteristice cărbunilor bruni: separare în foi subţiri, fisurile transversale, unele elemente figurative (cuticule, spori, fuzit). Fragmentele de cărbuni au diametre între sutimi de mm şi 2-3 mm (Fig. 2, foto 1). În unele probe se aglomerează în benzi de culoare mai închisă.

Sticlă - o parte considerabilă a particulelor detritice o constituie fragmentele de sticlă, cu forme, mărimi şi structuri variabile. Cele mai frecvente sunt granulele poligonale, dreptunghiulare sau tubulare, de la incolor la brun deschise, adesea cu structuri zonare. Fragmentele prezintă muchii tăioase, dar s-au observat şi granule rulate. Sub 0,1 mm apar fibre, forme de semilună sau de S, iar la cele de peste 0,2 mm, apar microfisuri de contracţie caracteristice, perpendiculare pe alungirea fragmentelor (Fig. 2, foto 2). Din punct de vedere optic, sticla este izotropă, cu incluziuni anizotrope foarte fine la unele din granule, vizibile la grosismente maxime.

Particule figurative. Asemenea rocilor naturale carbonatice, am numit particule figurative („figurative perticles”, Batrurst, 1971) acele componente ale probelor, care sunt formate din granule de dimensiuni micronice, având culoare şi transparenţă diferită de cea a masei de bază, spre care tranziţia este continuă. Microagregatul mineral astfel format, de 0,2-0,6 mm prezintă contur circular, eliptic, lenticular (Fig. 2, foto 3) sau amoebal-neregulat. Culoarea variază de la verde-cenuşiu la brun închis, prezentând adesea un nucleu opac. În probele notate cu Per, aceste microagregate stau strâns lipite unul de altul, adesea constituind un câmp continuu. La aceste probe, masa de bază practic lipseşte. În celelalte probe, aceste particule figurative „plutesc” în masa de bază sau apar printre granulele detritice.

Masa de bază sau liantul. Este faza minerală care include sau prinde granulele detritice şi particulele figurative. Participarea ei variază între limite largi, sub 10% în probe notate cu Per şi până la 60% în probele E. Ea poate fi un câmp amorf continuu sau o masă poligranulară, um mozaic de granule micronice, ambele având proprietăţi optice izotrope. Culoarea variază de la verde pal, aproape incolor, adesea tulbure, cenuşiu, gălbui, brun deschis sau închis, în funcţie şi de pulberea opacă conţinută, prin aglomerarea particulelor constitutive formând pelete de 0,01-0,05 mm, care par să fie trecerea spre particule figurative.

Bitum. În mai multe preparate apar discuri sau elipse regulate, de 0,02-0,08 mm diametru, opace, cu reflexe interne de culoarea chihlimbarului. În unele dintre acestea, fragmente de silt sau din masa de bază par să fie incorporate. Mai rar se vede desprinderea unor segmente cu formă de seceră de pe discuri. Pe baza acestor caracteristici, am identificat aceste particule cu picăturile de bitum, separate într- fază timpurie a consolidării agregatului mineral.

Faze minerale secundare. Sunt reprezentate prin faza minerală a impregnaţiilor anizotrope, prin carbonaţi, sulfaţi şi prin ettringit.

Ecoterra, no. 28, 2011

88

Impregnaţia anizotropă - în majoritatea probelor, atât în masa de bază, cât şi în particulele figurative şi în sticlă se poate observa o impregnaţie discretă cu particule anizotrope de dimensiuni micronice. Din acest motiv, identificarea lor nu este posibilă. Ele pot fi, deopotrivă, cristale mici de sulfaţi, de carbonaţi, foiţe de sericită sau de smectite. Judecând după luminozitatea preparatului la nicoli încrucişaţi în acelaşi preparat microscopic poate varia între câteva procente până la 10-15%.

Carbonaţi - în multe probe, apare carbonatul, ca mineral secundar, mozaicul de particule de ~4 μm formând câmpuri neregulate de 0,1-0,25 mm, cu indice de refracţie şi birefringenţă ridicate. Uneori apar recristalizări cu romboedri până la 0,3 mm, cu separare de minerale opace.

Sulfaţii secundari - gipsul şi alţi sulfaţi apar probabil şi ca impregnaţii, dar mai ales ca umplutura unor pori şi fisuri, la fel şi limonitul şi opalul.

Ettringitul - acest sulfosilicat, specific cimentului formează mici agregate fibroase albăstrii-verzui, în msa de bază şi în particule figurative, înlocuindu-le, inclusiv impregnaţia anizotropă conţinută. În proba Ny-6 au fost găsite cristale romboedrice şi cu forme de lance, de 0,1-0,3 mm, în poziţii favorabile pentru măsurarea unor caracteristici optice: n=~1,45-1,50, ng-np=0,018–0,025, c-ng=20–25°, Optikai jel: (-), 2V=10–15°.

Aceste valori corespund cu cele din Palace şi colab. (1951), exceptând caracterul biax. Aceasta şi culoarea verzuie indică un conţinut de fier al acestui alumosulfat de calciu.

Umplutura porilor şi a fisurilor. Ulterior formării agregatelor minerale din masa digului, porii şi fisurile acestuia pot avea umpluturi de faze minerale secundare de generaţia a doua, ca limonitul, sulfaţii şi opalul.

Limonitul - formează mase brun roşcate, fibroase, sau dendrite alcătuite din microconcreţiuni sferice alipite, ultimele ca umplutura sistemului de crăpături poligonale de uscare (ca în proba P 14). În unele probe, de o parte şi de alta a fisurii cu umplutură limonitică se poate observa o bandă de 0,05–0,15 mm de culoare deschisă, indicând mişcarea fireului spre golul fisurii, până la umplerea acestuia.

Sulfaţii - porii unor probe (de ex. Ny-5 şi Ny-11) sunt umplute parţial sau total cu agregate fibroradiare sau cu rozete de cristale aciculare de gips de 0,01–0,03 mm lăţime, respectiv, 0,2–0,5 mm lungime. Tot sulfat pare să fie umplutura segmentelor de fisuri neumplute cu limonit (Ny-4).

Opalul - incolor sau slab gălbui, puţin tulbure, formează umplutura unor fisuri ce traversează fisurile umplute cu limonit şi/sau cu sulfaţi (Ny-8).

Fig. 2. Microfotografii din materialul digului (secţiuni subţiri, lumină naturală, mărire de 32 ori):

1. Fragmente de cărbuni, cristale secundare de gios; 2. Fragmente de sticlă cu fisuri transversale; picături de bitum. 3. Particule figurative, probabil sferule de cenuşă; 4. Reţea de fisuri poligonale, cu migrarea

particulelot de limonit spre centrul poligoanelor.

Ecoterra, no. 28, 2011

89

Analiza microscopică şi difractometrică - confirmări şi diferenţe Pentru 8 probe din grupul Gat, s-au putut compara rezultatele studiului de microscopie

optică cu cele ale analizei difracrometrice Roentgen. Precum se ştie, cu ajutorul microscopului mineralogic cu lumină polarizată se pot identifica

granulele mai mari de 0,005 mm (mai sigur, cele peste 0,01 mm), care constituiesc preparatul, forma, dimensiunile şi frecvenţa acestora, transformările suferite, precum şi relaţiile marginale dintre diverse tipuri de granule. Fazele minerale cu caracter izotrop pot fi deosebite de cele care prezintă anizotropie optică chiar şi pentru impregnaţii de ordinul micronilor. Determinările cantitative în secţiuni subţiri sunt operaţii greoaie, necesitând planimetre sau programe de analiza suprafeţelor la microscoape digitale; chiar şi aşa rezultatele vor fi comparabile (la o precizie de ±1–2%) numai pentru granule mai mari de 0,01 mm. Pentru aceasta, sunt preferate aprecierile semicantitative (foarte mult, mult, mediu, puţin, foarte puţin, sporadic); nici chiar un singur granul din faza minerală X nu va trece neobservat.

Analiza difractometrică Roentgen nu dă informaţii asupra morfologiei fazelor minerale; în schimb sunt decelaţi toţi componenţii cu reţele cristaline cât de cât ordonate. Picurile difractogramelor nu dau numai informaţii cantitative, dar oferă o imagine asupra gradului de ordonare a reţelei cristaline. La unele faze minerale, ca de ex. la minerale argiloase, gradul de ordonare poate fi exprimat numeric. Pe de altă parte, traseul de ansamblu a difractogramei, forma liniei de bază permite aprecierea cantitativă a fazei roengenamorfe. Din aceste motive, comparaţia dintre metoda optică şi difractometrică trebuie făcută cu precauţie, diferenţele dintre rezultate aducând adesea informaţii asupra microstructurii şi, implicit, asupra genezei materialului studiat. În tabelul 1 sunt prezentate rezultatele analizelor difractometrice, iar în tabelul 2, aceleaşi rezultate, corelate cu datele analizei chimice oxidice prezentate în tabelul 3. Aceste valori sunt comparate cu rezultatele (semicantitative) ale analizelor microscopice (tab. 4.)

Tabelul 1 Tabelul 2

Rezultatele analizei difractometrice Comparaţie date analize difractometrice şi chimice

Nr.

Crt

Pro

ba

Cua

rţ

Cal

cita

Dol

omita

Ettr

ingi

ta

Vat

erita

Geh

leni

ta

Wol

lasz

toni

ta

Por

tland

ita

Gip

s

Hid

rota

lcita

Nr.

Crt

Cua

rţ

Cal

cita

Dol

omita

Ettr

ingi

ta

Vat

erita

Geh

leni

ta

Wol

lasz

toni

t

Por

tland

it

Gip

s

Hid

rota

lcita

Tota

l faz

a cr

ista

lină

Tota

l faz

a ro

entg

enam

orf

ă

1 GÁT-20 1 20 68 5 5 1 1 4 29 40 6 13 2 94 62 GÁT-21 4 16 54 8 5 6 5 2 2 5 14 35 6 7 8 9 2 86 143 GÁT-22 2 38 2 48 10 3 3 30 2 40 12 87 134 GÁT-23 1 19 2 62 8 2 3 3 4 5 16 1 50 5 6 5 4 92 85 GÁT-24 1 61 25 4 7 2 5 1 21 31 6 5 3 67 336 GÁT-25 6 33 33 10 8 8 2 6 6 30 27 10 6 8 2 89 117 GÁT-26 3 34 38 6 17 2 7 6 29 30 6 20 2 93 78 GÁT-27 2 23 51 6 17 1 8 3 21 47 8 7 1 87 13

Tabelul 3

Rezultatele analizei chimice

Nr.

Prob

ei

SiO

2

TiO

2

Al2O

3

Fe2O

3

FeO

MnO

CaO

MgO

Na 2

O

K 2O

_ H2O

+H

2O

CO

2

SO3

GÁT-21 10,7 0,310 6,41 3,04 0,42 0,026 34,4 2,53 0,101 <0,2 16,0 10,3 8,65 6,94GÁT-22 8,75 0,271 5,53 2,88 0,27 0,027 36,1 2,63 0,241 0,340 12,3 9,01 13,9 7,51GÁT-23 8,74 0,266 6,09 2,64 0,56 0,027 32,8 2,60 0,512 0,411 17,1 9,08 9,62 9,42GÁT-24 7,42 0,338 5,18 3,66 0,39 0,035 37,0 2,25 0,483 0,336 8,78 17,2 9,15 7,33GÁT-25 11,2 0,303 5,78 2,44 0,56 0,029 37,8 2,39 0,996 1,09 9,42 8,66 13,3 5,81GÁT-26 7,59 0,238 4,76 1,92 0,35 0,028 42,1 2,53 0,212 <0,2 10,9 11,2 12,5 5,52GÁT-27 7,94 0,226 5,04 1,86 0,43 0,025 39,1 2,37 0,117 <0,2 14,5 11,5 9,38 7,31GÁT-20 9,11 0,262 6,05 2,35 0,45 0,022 33,5 2,61 0,061 <0,2 18,1 9,85 8,90 8,54

Ecoterra, no. 28, 2011

90

Tabelul 4

Rezultatele semicantitative ale analizelor microscopice

Nr.

Pro

bei

Căr

bunr

e

Stic

lă

Arg

ilă a

rsă

Frag

men

te d

e ro

ci

Cua

rţ

Mus

covi

ta

Bitu

m

Par

ticul

e fig

urat

ive

Mas

ă de

baz

ă am

orfă

Ettr

ingi

ta

Car

bona

ţi

Lim

onita

Gip

s

Gát-20 x x x x x o xx x x xGát-21 x x x x x xGát-22 o o x x xx xGát-23 o xx o o o x xx o xGát-24 x x xx x oGát-25 x x o x x x x x xGát-26 xx x o x x x x x xGát-27 xx x o o o x xx x xx oLegenda xx, mult; x puţin; o sporadic

În tabelele 1 şi 2 notăm prezenţa aceloraşi faze minerale, diferenţele fiind date de calculul

fazei amorfe (tab. 2), care ajunge la 33% şi care, după datele analizei chimice (tab. 3) trebuie să fie o „sticlă” conţinând restul oxizilor de Si, Fe, Mg, Al, Na, K şi apă.

Ca o primă remarcă, obsevăm că o bună parte a fazelor optic amorfe (sticlă, particule figurative, masa de bază) este constituită de fapt din cristale sumbicroscopice de carbonaţi şi sulfaţi, cu un conţinut minim de silice cristalină, silicat de calciu (wolastonit) şi de magneziu (hidrotalcit). Luminozitatea palidă a masei de bază la nicoli încrucişaţi, prezenţa unei impregnaţii anizotrope reprezintă faţa vizibilă a acestor „minerale” ascunse.

Carbonatul, care în analizele Rx constituie 20-30% din probă, apare vizibil numai în probele Gat-20 şi Gat-26. Gipsul apare ca fază secundară, ca umplutura unor pori (Gat-20 şi Gat-25)

În ceea ce priveşte prezenţa ettringitului, granule identificabile optic apar numai în trei probe, faţă de 27-50% din difractograme. Conţinutul ridicat de SO3 al probelor Gat (tab. 3) vine să confirme prezenţa masivă a sulfaţilor, inclusiv al ettringitului. Altminteri, ettringitul este vizibil în 8 din cele 32 probe, printre care şi în Ny-6, în care s-au putut măsura caracteristicile sale optice

Portlanditul, care apare în difractograme este o fază minerală metastabilă. În natură apare în zona alterată a contactelor rocilor ultrabazice, în depozitele izvoarelor alcaline fierbinţi, în fumarole, în aflorimentele stratelor de cărbuni sau şisturi bituminoase care au suferit autoaprinderi, în meteoriţi şi în roci lunare (Palace şi colab., 1944). În produsele artificiale poate subzista doar ca incluziuni micronice în alte faze minerale stabile, deoarece reacţionează cu bioxidul de carbon atmosferic, pentru a da calcită (Yeheyis şi colab., 2009). În digul de la Kolontár, acest component este, fără îndoială, un produs artificial, rezultând pe de o parte din arderea cărbunelui, iar pe de altă parte din reacţiile care însoţesc solidificarea laptelui de ciment în contact cu cenuşile de termocentrală.

Trebuie notat că informaţii detaliate asupra compoziţiei constituenţilor vor rezulta numai în urma studiului cu microsonda electronică.

Observaţii structurale şi texturale

Pentru prezentarea particularităţilor structurale şi texturale ale probelor vom utiliza nomenclatura folosită atât la rocile eruptive, cât şi la cele sedimentare din natură, pe motivul că materialul digurilor se aseamănă destul de mult cu piroclastitele.

Structuri. Întrucât peste 75% din masa materialului apare ca o fază mierală (optic) amorfă, structura de bază a acestuia este hialină, respectiv colomorfă. Hialină, pentru probele cu mari cantităţi de sticlă sudate (fragmente, fiame), colomorfă, acolo, unde predomină masa de bază amorfă sau criptocristalină (de ex. probele E-2, Ny-2, Ny-3, Per-5, Per-13 şi Per-15). Probele în

Ecoterra, no. 28, 2011

91

care fragmentele de sticlă apar în cantităţi mai mari pot avea, asemenea unor tufuri, structură hialoclastică.

Dat fiind faptul că în mai mult de 50% din probe, fragmentele de diferite dimensiuni apar ca parte componentă principală a materialului, este justificat să folosim nomenclatura sedimentară: vedem probe cu structură aleuritică, psamitică şi, la trei probe (Gát-20, Ny-4 şi Per-5), structură psefitică, acestea fiind determinate de predominanţa fracţiunilor granulometrice de <0,063, 0,036-2 şi >2 mm

Texturi. Observaţii texturale au putut fi făcute numai în cazul probelor coezive, cu suprafeţe continui pe extinderi de mai mulţi cm.

Aproximativ 50% din totalul probelor are textură masivă, fără orientarea fragmentelor detritice sau a particulelor figurative. Din gruparea întâmplătare a particulelor figurative iau naştere texturi nodulare (ex. Gat 23). Gruparea unor particule opace în centre sau îndepărtarea lor în lungul fisurilor au, ca rezultat, formarea cu caracter local a texturilor zonare (ex. Ny-2 şi Ny-3).

Prin dispunerea unor fragmente pe o anumită direcţie în cadrul probei rezultă o textuă orientată, iar în cele 6 probe, în care, în secţiune benzi de diferite compoziţii şi dimensiuni ale granulelor alternează, vom găsi o textură (micro) stratificată. În probele Ny-6 şi Per-3, trecerea de la un strat la celălalt se face prin schimbarea continuă a granulometriei, avem o (micro)stratificaţie gradată, respectiv, o granoclasare, textură proprie depunerilor dintr-un mediu cu vâscozitate mai ridicată, cum ar fi o curgere de noroi sau un lapte de ciment.

Porii materialului

Pori vizibili la microscop, cu diametru peste 0,01 mm apar în 12 probe. O parte a acestora, cu forme neregulate, de poliedre complicate, până la Ø1 mm apar ca goluri printre fragmentele detritice. Sunt de regulă goale, eventual cu pereţii căptuşiţi cu o pulbere argiloasă fină şi se presupune că ar comunica între ele.

Cei mai mulţi pori au diametru sub 0,25 mm, prezintă forme regulate, rotunde sau eliptice şi o parte a acestora a fost umplută cu cristale aciculare de gips. Probabil aceşti pori s-au format încă înaintea solidificării depline a mateialului, ca bule de gaze în acesta.

Deformaţii rupturale

Lăsând la o parte fracurile inerente produse odată cu confecţionarea preparatului microscopic, în probele examinate s-au putut identifica trei generaţii de fisuri:

- microfisuri pe granulele şi fragmentele detritice, printre care microfisuri de contracţie pe fragmentele de sticlă şi cele de expandare (gofraj) pe fragmentele de cărbuni. Aceste microfisuri se termină la marginea granulelor, sunt umplute cu materialul masei de bază şi s-au format înanintea prizei materialului din care s-a făcut digul;

- reţea poliedrică de fisuri în masa de bază colomnorfă (ex. Per-5, Ny-2, Ny -3, Gat-23). Sunt crăpături tipice de contracţie, cu delimitare de poliedre de 0,2-0,5 mm (fig. 2, foto 4). Acestea au luat naştere odată cu solidificarea gelului prin deshidratarea acestuia, rezultând o micşorare a volumului nu mai mare de 5%. Scăderea volumului a fost, în parte, compensată prin umplerea reţelei de fisuri cu limonită, cu sulfaţi şi cu opal;

- fascicol neregulat, multiplu ramificat de fisuri capilare intersectând sau ocolind deopotrivă granulele detritice, zonele colomorfe şi fisurile dezvoltate în acestea. De regulă sunt goale sau, pe segmente scurte, sunt umplute cu opal, sulfat sau limonit. Sunt fisuri care au luat naştere pentru compensarea eforturilor de tracţiune survenite în corpul digului după priza deplină a betonului. În probele examinate, apar în număr mic şi au lungimi de câţiva cm.

Originea fazelor minerale şi evoluţia în timp a materialului

Studiul microscopic a evidenţiat trei surse diferite de material folosit la construcţia digurilor: - granule detritice din materile naturale (nisip, loess, argile), a căror cantitate nu depăşeşte

65%;

Ecoterra, no. 28, 2011

92

- material amorf sau criptocristalin provenind din calcinarea, respectiv, topirea unor compuşi oxidici cu sau fără silice, de la fragmente milimetrice până la aerosoli de câţiva microni; zgură, cenuşă şi resturi nearse din termocenztale pe bază de cărbuni;

- o parte a corpusculelor definite ca „particule figurative” s-au format prin peletizarea materialului amorf, dar nu putem neglija rolul particulelor sferice de „cenuşă zburătoare”, acreţionate din aerosoli şi prinse în filtrele electrostatice (Mucsi şi colab., 2011). Aceste corpuscule, după Yeheyish şi colab. (2009) conţin acea silice activă, din care, prin simpla umectare, în cursul „reacţiilor puzzolane” iau naştere silocaţii hidrataţi de calciu din liant (Opoczky, 2001). O atenţie în plus merită prezenţa sferulelor de bitum, adsorbite din fumul coşurilor.

Rezistenţa mecanică a digurilor a fost asigurată prin aplicarea pe acestea, strat cu strat, a laptelui de ciment. Din acesta, cu amestecul prafului de ciment cu cantităţi variabile de apă iau naştere diverşi silicaţi hidrataţi şi sulfaţi (Taylor, 2004), cu mărirea progresivă a rezistenţei mecanice şi scăderea conţinutului de apă („priza cimentului”). Nu e exclus ca o parte din particulele figurative să se fi format şi din laptele de ciment.

Faza minerală secundară s-a format prin depunere din soluţii care au circulat în masa digului şi pe seama compuşilor solubili din aceasta.

Astfel, succesiunea în timp a fazelor minerale şi a deformărilor este următoarea: - 1. depozitarea materialului (zgură, cenuşă, nisip) formând un strat al digului; - 2. stropirea cu lapte de ciment sau cu apă: începe priza cimentului, prin formarea unui gel,

cu apariţia particulelor figurative şi separarea sferulelor de bitum. Deshidratarea gelului duce la separaţii poliedrice delimitate de un sistem de fisuri de contracţie;

- 3. germeni de cristale în fazele amorfe: începe impregnarea cu carbonaţi şi formarea celorlalte faze cristaline. Procesul de creştere a indivizilor cristalini continuă până la formarea unor granule suficient de mari pentru studiu microscopic: carbonaţi, ettringit. Acestă fază a început odată cu solidificarea gelurilor şi continuă, probabil, şi în prezent;

- 4. umplerea porilor şi a fisurilor din masa consolidată a digului. Întâi s-a mobilizat fierul, în apropierea fisurilor poligonale; a urmat umplerea porilor cu sulfaţi şi, în final, a fisurilor de tensiune cu gips, limonit şi opal.

Deformări legate de transformări din masa digului

Studiul mineralogic a evidenţiat modificări în starea fizico-mecanică a digului legate de schimbări de ordin mineralogic al materialului din care s-a executat, precum urmează:

Cristalizarea materialului amorf. Deşi materialul, din punct de vedere optic apare ca izotrop, odată cu solidificarea gelului a început cristalizarea acestuia, la scară submicronică, astfel încât în prezent, 67-97% se prezintă cu reţea cristalină. Observaţiile arată că procesul de cristalizare nu a produs schimbări vizibile de volum, sau aceste variaţii ale volumului sunt mai mici cu ordine de mărime ca cele cauzate de deshidratarea gelului deja în stare solidă.

Acest proces de pierdere a apei conţinute în gel a dus la micşorarea volumului descris mai înainte. Nici în acest caz nu putem conta pe deformări de avengură, contracţiile ducând la schimbări de volum de câteva procente.

Se pune întrebarea, dacă în decursul timpului, stabilizarea fazelor minerale metastabile, creşterea cristalinităţii şi pierderea compuşilor solubili nu va duce la deformări care să pună în pericol integritatea construcţiei? Chestiunea este la ordinea zilei de mai bine de o sută de ani (Taylor, 2004), de când s-a trecut la folosirea pe scară largă a betonului, ca material de construcţie. Se poate presupune că în condiţii extreme (mediu acid sau cu bazicitate ridicată) aceste reacţii se vor accelera, dar deocamdată aşa ceva nu s-a constatat, în speţă în cazul segmentului de dig studiat de noi.

Cât despre fisurile capilare, ramificate, descrise mai sus, se pot semnala deformaţii de ordinul zecimilor de mm, care, însumate, pot rezulta în mai multe procente la scara întregului tronson de dig. Întrucât s-au produs după priza definitivă a materialului, nu pot fi legate de schimbările mineralogice din acesta.

Ecoterra, no. 28, 2011

93

Concluzii În probele luate din digul iazului de decantare, studiul mineralogic nu a evidenţiat schimbări

notabile de volum, deformări sau modificarea proprietăţilor fizico-mecanice, deductibile din schimbări de ordin mineralogic ale acestora. Bibliografie 1. Bathurst R. G. C., 1971 - Carbonate sediments and their diagenesis, Wiley, Amst., N.Y., Ld., Tokio. p. 176 2. Mucsi G., Debreczeni Á., Mádai V., Dudok T., Csöke B., 2011 - Development of hydraulic binder using industrial wastes, Építőanyag, 1-2:28-32 3. Opoczky I., 2001 - Silicate-chemical properties of fly ash, „Tiszta környezetért” szénerőműi pernyék hasznosítása konferencia, Miskolci Egyetem, 55:97-108 4. Palace C., Berman H., Frondel A., 1944 - Dana’s System of Mineralogy (V. ed.), Wiley, Portlandite: 641-642. Amst., Lond., Toronto 5. Palace C., Berman H., Frondel C, 1951 - Dana’s System of Mineralogy, Wiley, The 7th VII, Ettringite, 589–590. Amst., Lond., Toronto 6. Taylor H. F. W., 2004 - Composite cements. Cement chemistry, Telford, 262-272 7. Yeheyish M. B., Shang J. Q., Yanful E. K., 2009 - Chemical and mineralogical transformations of coal fly ash after landfilling, World of Coal Ash Conference, Lexington, Kentucky, 223-234 Date de contact Ioan KALMÁR: Institutul Geologic al Ungariei, Budapesta, H-1142, Stefénia út 14

Ecoterra, no. 28, 2011

94