水泥水化物中钙矾石检测方案(X射线衍射仪)

第20卷，第3期2003年55月Vo1. 20，No. 3May，42(003光 谱 实 验 室Chinese J ou rnal of Spectroscopy L abora tory 第3期李玉华等：水泥水化物中钙矾石的X射线定量分析335 水泥水化物中钙矾石的X射线定量分析 李玉华 徐风广 (盐城工学院材料工程系 江苏省盐城市黄海中路20号.2224003)王娟 宋增坤 (江苏华润集团 江苏省张家港市锦丰镇 215625) 摘 要 本文用X射线衍射法定量分析了水泥水化产物中的钙矾石，得到了较为准确的结果，该方法对研究钙矾石的形成机理和膨胀机理提供了重要的参考依据，具有理论和实际意义。 关键词 X射线衍射，K值法，钙矾石。 中图分类号：043419 文献标识码：A 文章编号：1004-8138(2003)03-0334-04 引言 钙矾石(高硫型水化硫铝酸盐 C3A ·3CaSO4·32H2O)不仅是硅酸盐水泥的水化产物之一，而且是抗硫酸盐水泥、膨胀水泥以及硫铝酸钙系列水泥的主要水化产物。由于它的形成既与水泥的凝结、膨胀现象有联系，又与混凝土的抗硫酸盐性能密切相关，因而普遍地对水泥水化物中钙矾石的形成及其转变为低硫型水化硫铝酸盐的问题很重视。本文用X射线衍射法对水泥水化产物中的钙矾石作了定量分析，得到了比较准确的结果，本方法对阐述钙矾石的形成机理和膨胀机理有理论和实际意义。 2 定量分析原理 物相的X射线衍射图象可表征该物相的晶体结构特征，某晶体与参比样1：1混合时，晶体和参比物的定量线强度之比称为参比强度K。K值即表示该晶体的衍射能力。利用K值可求出混合样中各晶体的含量。 式中：Wi——待测样中Ⅰ相的含量； IiIs——复合样中Ⅰ相和参考相S的强度； Kis——待测样S和I相含量1：1时的强度： Ws——参考相S的掺量。 ( ①联系人，电话： ( 0515)8328388-2087(办)；(0515)8209612(宅)；手机13851180155 ) ( 作者简介：李玉华(1964一)，男，江苏省东台市人，副教授，从事微观测试分析方法的教学和研究工作。 ) ( 收稿日期：2002-09-25 ) 3 实验部分 3.1 单矿物的制备 用K值法作定量分析时首先要准备纯的单矿物，以便测出这些矿物的K 值，也是该方法的关键之一。 使用化学纯Al(SO4)3·18H2O和CaO，以Al(SO4)3·18H2O ：CaO：：H2O=1：6：14(摩尔比)为基准进行配料，称取硫酸铝13.32g，氧化钙682g，蒸馏水5.04mL，先将蒸馏水倒入石灰中，再将石灰溶液缓慢加入硫流铝中，不断摇荡，密封7天，采用无水乙醇洗涤并用真空抽滤，于室温下至恒重。L0 合成钙矾石的X射线衍射图见图1. 3.2 参比样的选择 在定量分析中要求参比样的X射线衍射峰形状比较完整，各衍射峰与被测试样各晶态物质的测量指定峰在峰面积上不会有明显的重叠。本文采用TD2作为参比样，其细度与单矿物相同，且与被测晶体在峰面积上不会有明显的重叠，分析纯TO2分子量为79.90，其纯度大于980%，由上海钛白粉厂生产。TO2的X射线衍射图见图2. 图l C3A ·3CaSO4·32H2O的X射线衍射图 图2 TD2的X射线衍射图 3.3 实验条件 丹东Y500A 型固定靶X射线衍射仪，CuK单色器：石墨；计数管：闪烁，35kV×25mA；扫描方式：采用阶梯弟描和积分阶梯扫描两种；狭缝：发散为1°，接收为0.2mm. 3.4 定量峰的选择 表1 晶态物质的d值与K值 在作定量分析时，按要求应取待测晶体的最强峰，因此，晶态物质的d值和相对于TO2的K值见表1。 3.5 试样的制备 名称 AFt TO2 d值 9.7507 3.5157 K值 00999 在测定参比强度之前，对参考试样的处理采用统一标 注：AFt为钙矾石简写。 准，待测样与参比样物质细度要求通过万孔筛，以1：1或1：4的质量比混合试样，在玛瑙研钵中将混合试样与少许无水乙醇一起混研1h，过2次万孔筛，这样基本上达到了混均的目的。制片采用背面充填法即在平玻璃上放一样品架，加入粉末压实后取下砂纸，以背面作为衍射面，同时要求压力均匀，避免因样品滑动产生择优取向，每个参考试样分别制取3个样片，每次制成的试样测量3 次，共测量9次，取平均值K。 4 结果与分析 41 KAFt的测定 称取AFt 1. 3568g，TD21. 3569g，按制样要求制备参考样，进行XRD 的定性分析，其X射线衍射图如图3.测量参数见表 2。 表2 测量参数 波长(nm) 起角() 终角() 扫速(/s) 采样(s) 满程(cps) 管压(kV) 管流(mA) 1. 54178 7 265 003 1 500 35 25 待测物角度：起角871，终角9.34. 参考物角度：起角25.03，终角25.66. 实验数据及K值结果见表3. 表3 测试结果 制样序号 测量序号 Ia(r) Ir(r) K(i) K 1 3463 26830 0.1291 1 2 3214 27062 0.1188 3 3029 27398 0.1106 1 2957 30455 00971 2 2 2801 28568 0.098 00999 3 2433 30152 0.0807 1 2620 29433 0.0890 3 2 2637 30158 0.0874 3 2623 29684 0.0884 注： Ia(r)-——参考试样中待测物相峰的积分强度； 图3 钙矾石混合样的X射线衍射图 Ir(r)-——参考试样中参考物相峰的积分强度； K(i) -相应于各次扫描测量而算得的K值； K——K(i)平均值。 422钙矾石含量的测定 钙矾石在硬化水泥浆体中的含量不高，其指定峰的强度值也不大，很容易受到衍射本底干扰。故测量误差较大，在本次测试中只进行3h、6h含量的测定，其结果见表4、表5. 表4 水化3h混合样的测试结果 表5 水化6h混合样的测试结果 制样序号 测量序号 Ia Ir Xa(i)(%) 2 Xa(%) 1 472 11659 1062 1 2 411 10732 892 3 330 11337 7.06 1 343 11525 7.80 2 2 301 11307 698 1221 9.09 3 414 11407 853 1 374 11099 884 3 2 346 11278 804 3 449 11405 1032 注： Ia——混合试样中待测物相峰的积分强度； Ir——混合试样中参考物相峰的积分强度； X a(i)——相应于各次扫描测量而算得的含量量； ( Xa——Xa(i)平均值。 ) 通过合成样含量所测值与理论值的对比说明(见表6)，K值法对于测定硬化波特兰水泥浆体中晶体的含量是可行的，钙矾石在硬化波特兰水泥浆体中的含量不高，很容易受到X射线衍射本底干扰。 5 结论 通过以上测量分析和结果验证，K值法适用于测定硅酸盐水泥浆体早期的主要晶态物质钙矾石的含量，且具有方便、快捷和准确的特点，测量结果给阐述钙矾石的形成机理和膨胀机理提供了重要的参考依据，具有理论和实际意义。 表6 混合样所测值与混合样理论值的对比 合成组分 钙矾石 氢氧化钙 碳酸钙 理论值 23.34 41.10 35.63 所测值 2469 43.51 3891 ( 参考文献 ) ( [1]吴学权，傅国飞，李祖刚编X射线衍射技术[M]南京：南京化工学院材料科学与工程系，1996 7. ) ( [2] A ldrige L P. A ccuracy and P recision of an X-ray D iffraction M ethod for A nalysing Portland Cem ents [J]. C e n ent and Co n creteReseach.，1982，12 ： 437—446 ) ( [3]杨淑珍等.无机非金属材料测试实验M]武汉：武汉工业大学出版社，1997.7. ) ( [4]李玉华用X射线K值法定量分析水泥物相[J]水泥工程，2001，3：34—38 ) ( [5] Chung F H. Q u antitative X-Ray D iffraction A nalysis of Ettrite， T h aum asite and Gyp sum in C oncretes and mortars [J].J.Appl Cryst， 1 974， 1 5(7)：526 ) Quan tita tive Analysis of Ettr ing ite in Cem ent Hydration Productsby“Value K"M ethod of XRD LIYu-Hua XU Feng-Guang (D ep artm ent of M aterial Eng ineering， Yancheng Institute of Technology， Yancheng， Jiang su 224003， P. R. China)WANG Juan SoNG Zeng-Kun (J iangsu H uarun Group， Zhangjiagang， Jiangsu 215625， P. R. China) Abstract Ettringite in cem ent hydration p roductsValue k'method ofXRD and some accurate resultswere obtainedThis method show s practically significant in studying the fo m ation m echanismand stability of ettringite Key words XRD， Value K M ethod，Ettringite (漏订者可向本刊编辑部联络处联系订阅，地址见封底) ◎China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net