錳土

錳土是一種含水的氧化錳的混合物。Wash Load沖瀉質泥沙河流中比河床物質更細的固體徑流。通常由懸浮在河水中粒徑最細小的微粒組成。

基本介紹

• 中文名：錳土
• 外文名： black ocher
• 釋義：含水的氧化錳的混合物
• 形狀：黑色土狀或塊狀
• 組成：軟錳礦和鋇硬錳礦

性質

化學成分不確知、一般呈黑色土狀或塊狀的不純的含水氧化錳和氫氧化錳物質。含水量最高可達25%。其組成大致以軟錳礦和鋇硬錳礦為主，通常混有鈷、銅、鉛、鐵、鋁等的氫氧化物，並可吸附有鋰和鉀。鈷含量高的稱為鈷土，其中常含鎳。錳土呈黑、藍黑或褐黑色；條痕為不同色調的黑色或褐色。硬度通常低，能污手，塊狀的硬度較高。錳土形成於表生氧化條件下，作為湖沼沉積物產於粘土和淺海沉積物中；作為殘留的風化產物，產於含錳岩石的風化殼中，它常與軟錳礦、鋇硬錳礦共同產出，可一起作為錳礦石利用。鈷土則是鈷和鎳的重要來源之一。

南非Postmasburg錳礦田錳土地質特徵及成因

在南非Bishop、Paling兩處礦權區的工程施工，識別出了6個岩性單元，其中錳土發育於白雲岩的侵蝕不整合面上。錳土有2種形態: 一種是層狀或似層狀，覆蓋於平坦白雲岩基底之上，為自然形態；另一種是泥狀，內部多包裹有孤立岩塊，為受擾動形態。根據錳土的地質特徵，將其發育過程劃分基底溶蝕、溶洞坍塌、沉積壓實3 個階段。錳土由富錳白雲岩的溶蝕殘餘物組成，後期沉積序列的壓實作用使錳土固結。

錳土特徵

錳土是一種密度小、質軟、鬆散的風化殘餘物，一般為黃褐色、灰黑色，外觀呈土狀。主要的礦物成分為軟錳礦，含量可達80% ，因而觸摸易污手。研究區內錳土廣泛發育，但由於埋藏較深，出露較為局限，常見於已采空的采坑或白雲岩溶蝕坑道內。

( 1) 層狀或似層狀。錳土呈灰黑色，因與紅土混雜而帶紅褐色。層厚不均，一般為20～30cm，層間往往夾有高嶺土薄層，層厚2～5cm。土體內部無大型岩塊，局部含紅泥團塊，塊體直徑約10cm。錳土層產狀基本穩定，厚度為1～3m，側向延伸可達10m以上。多發育於地勢平坦處，其底部為富錳白雲岩，或覆於白雲岩溶隙充填物之上。

( 2) 泥狀。錳土呈灰紅色或紅棕色，局部因紅土含量較多而呈紅色。形態極不規則，土體呈爛泥團狀，直徑最大可達2m，內部常見包裹物，多為白雲岩或紅泥團塊。其中白雲岩為圓狀塊體，直徑為0.3～1.5m，表面刀砍痕十分發育，表明被包裹後繼續受到水體的化學淋濾作用。紅泥團塊則鬆散，無固定形態，邊部與錳土發生了輕度的混染。

包覆關係

錳土的形成與白雲岩的岩溶系統有關，溶蝕構造的底部形成盆狀的結構，成為富錳不溶物質的富集空間。錳土層則不整合覆蓋於白雲岩上，並接納了外來的岩塊，從而具有了不同的形態。

( 1) 覆蓋原生基岩。被錳土覆蓋或包繞的原生基岩為富錳白雲岩。如果白雲岩基底較為平坦，或起伏不大，錳土以層狀的形態覆蓋於其上；如果白雲岩基底起伏較大，或形成了較深的溶溝，突起的白雲岩柱通常為層狀或似層狀的錳土所包裹。這種情況僅出現於富錳白雲岩，藻白雲岩的頂部、周圍均無錳土出現。錳土的形成與藻白雲岩關係不大，其錳質來源於富錳白雲岩，系富錳白雲岩遭受溶蝕後，富錳的不溶物質在溶蝕構造底部沉積形成。層狀錳土體為自然形態，表明沉積環境較為穩定，富錳物質在低水動力條件下沉積富集。

( 2) 包裹孤立岩塊。孤立岩塊表層的錳土略呈同心殼狀，因後期風化呈現一定的多孔狀結構。而外部的錳土則呈泥狀，略帶層狀或似層狀錳土的扭曲特徵，顯然為受到包裹物的強烈擾動所致。包裹物中含大量的藻白雲岩岩塊和紅泥團塊，表明層狀錳土形成後，溶蝕構造頂部的藻白雲岩和紅土層破碎坍塌，而後落入錳土層被包裹。泥狀錳土不規則的形態以及同心殼層均為側壁岩塊滾動落入溶坑底部所致。

這兩種包覆關係均出現於白雲岩岩溶系統中，錳土的形成建立在富錳白雲岩遭受溶蝕的基礎上，二者之間為不整合接觸關係，中間存在一個侵蝕、沉積的時期。

成因分析

Postmasburg錳礦田錳土的形成是一個連續的過程，根據錳土層的特徵及圍岩的溶蝕面貌，可以識別出3個形成階段。

( 1) 基底溶蝕階段。在沉積過程中由於受到溶解速率、沉積速率以及水體化學成分的影響，錳質軟泥層中夾雜了其他沉積物質的薄層。

( 2) 溶洞坍塌階段。頂板的白雲岩和紅土直接落入坑底，對錳質軟泥層造成局部破壞的同時，鬆散的紅土與錳質軟泥成分相互混雜，降低了原有錳質軟泥的錳質富集程度。

( 3) 沉積壓實階段。相繼建造了泥質粉砂岩單元、石英砂岩單元和頁岩單元，直到沉積序列建造結束。錳質軟泥受到沉積序列的壓實作用而固結成為錳土。

稀錳土穩定碎石技術套用

新型路面基層材料稀錳土的開發研製過程中，稀錳土穩定碎石的抗壓強度等試驗過程及結果，以及稀錳土碎石路面基層的工程套用情況。

稀錳土的研製

為了提高石灰粉煤灰碎石路面基層材料的早期強度，必須採取措施促進早期生成較多的水化產物，如在石灰粉煤灰碎石中加入適量水玻璃，促進C-S-H凝膠的生成，以工業廢渣磷石膏取代部分石灰促使鈣礬石生成 ;或採用硫酸鹽複合化學外加劑，促進鈣礬石在早期迅速生成。但是，這些方法會增大工程成本，而強度提高效果不明顯。由於添加的組合數量較少，外加劑用量又很難控制。為此，選擇研製新型水硬性膠結劑，代替石灰粉煤灰碎石中的石灰粉煤灰和水泥碎石中的水泥。考慮到膠結劑的使用環境，採用石膏一礦渣系列為膠結劑的研製基礎是合理的，並儘可能以各種更為廉價的工業廢渣取代部分礦渣。由於道路施工的特殊性，為保證足夠長的施工作業時間，凝結要求慢，且對7d以前強度要求也不高。對於一級公路和高速公路用水泥穩定土做基層時，7d浸水抗壓強度為3～4MPa，二級和二級以下公路為2～3MPa。因此採用工業廢渣磷石膏代替天然二水石膏，並進行了新型膠結劑一稀錳土的試驗研究。

稀錳土中的矽鹽水泥熟料及其他可作為鹼性激發劑的組分含量雖小，但其作用是很大的。由於稀錳土中含相當數量的礦渣，礦渣水淪速度的快慢直接關係到稀錳土強度的增長速度，水淬粒化礦渣的玻璃相無規則網路是由[SiO₄]四面體和[AIO₄]四面體組成的。稀錳土中的磷石膏可以激發硫酸鹽。添加了矽酸鹽水泥熟料及其他可作為鹼性激發劑的組分後，礦渣則處於鹼性激發和硫酸鹽激發的雙重作用下，其玻璃網路的破壞就會加速，從而可以加快水化矽酸鈣、鈣礬石等水化產物生長，提高早期強度。

稀錳土穩定碎石回彈模量測定

按標準擊實試驗確定的最大幹密度和最佳含水量，按98%的壓實度成型150mm×150mm的圓柱體試件。回彈模量測定按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTJ057-94)中規定的頂面法(T0808-94)，養生90d，養生 溫度20℃，養生期的最後一天浸水24h後，測定稀錳土穩定碎石的回彈模量。

從試驗結果知，稀錳土穩定碎石回彈模量平均值大於《公路瀝青路面設計規範》所推薦5%～6%水泥穩定碎石的抗壓回彈模量，且回彈模量隨著用量的增加而增加。

稀錳土穩定碎石的溫縮試驗和凍融強度試驗

通過試驗確定稀錳土穩定碎石溫縮係數，試驗結果表明：稀錳土穩定碎石的溫縮係數與水泥穩定碎石的溫縮係數相比沒有多大的變化。據此推測，稀錳土穩定碎石的溫縮現象基本與水泥穩定碎石的溫縮現象相當。隨著稀錳土劑量的變化，溫縮係數發生一定的變化。從試驗採用的幾個用量的試驗結果來看，6%的用量穩定碎石試件的溫縮係數與5%用量基本持平，且略有降低，但當用量增加至7%時，溫縮係數有較明顯的提高。由此可知，當採用稀錳土穩定碎石時，為了避免溫縮裂縫的發生，用量不宜超過6%。稀錳土穩定碎石強度不應在凍融後顯著降低。試驗採用28d 齡期的圓柱體試件，先在20±2℃的水中飽水16h，然後放入-18℃的冰櫃中，8h後取出放入20±2℃水中飽水16h，再放入-18℃的冰櫃8h。如此循環5 次，測得試件的抗壓強度作為凍融評價指標。