Применение метода рентгенофазового анализа для изучения свойств модифицированного шлакощелочного вяжущего

Применение метода рентгенофазового анализа для изучения
свойств модифицированного шлакощелочного вяжущего
Е.А. Шляхова, А.Ф. Акопян, В.Ф. Акопян
Метод рентгенофазового анализа уже достаточно давно применяется в самых
разнообразных направлениях научного исследования, в аналитических лабораториях и
инженерной практике самого широкого профиля. Рентгенофазовый анализ применяется
также в металловедении, техническом материаловедении, минералогии. Это
универсальный и быстрый метод анализа.
Основным признаком кристаллического состояния вещества является
упорядоченное расположение образующих его элементов во всем объеме тела. В отличие
от кристаллических, в аморфных телах упорядоченное расположение составляющих
элементов распространяется только на ближайшее окружение.
Шлакощелочные вяжущие вещества, как и большинство остальных гидравлических
вяжущих, состоят из аморфных и кристаллических фаз. Причем их вещественный и
минералогический составы весьма разнообразны, что значительно усложняет проведение
анализа. Однако, несмотря на сложности, рентгенофазовый анализ позволяет с
определенной точностью судить о протекании тех или иных процессов в вяжущих
веществах и присутствии тех или иных кристаллических фаз. [1]
Рентгенографический анализ производился с целью обоснования данных,
полученных в результате разработки эффективных интенсификаторов помола, и
подтверждения идеи о возможности влияния ими на процессы структурообразования
шлакощелочных вяжущих.
Исследованиям подвергали 7 образцов составов. Полученные рентгенограммы
представлены на рис.1 и рис.2. Все образцы были изготовлены на основе мариупольского
доменного гранулированного шлака. Образцы 3, 4 и 5 исследовали в негидратированном
состоянии. Они представляют собой молотые доменные гранулированные шлаки. Образец
4 не содержит интенсификатора помола (контрольный), во 3-м образце в качестве
интенсификатора использована электродная пыль, образец 5 содержит в качестве
интенсификатора помола сахарозу.
Образцы 1, 2, 6, и 7 затворяли растворами щелочных компонентов и подвергали
тепловлажностной обработке (режим: 2 часа предварительной выдержки при температуре
+20°С, 3 часа подъем температуры до 85°С и 6 часов изотермической выдержки при
температуре 85°С). Затворение образцов 1 и 2 производили раствором кальцинированной
соды плотностью ρ=1,20 г/см3 при температуре t=20°С, затворение образцов 6 и 7
производили раствором метасиликата натрия плотностью ρ=1,185 г/см3 при температуре
t=20°С. В качестве интенсификатора помола в образце 1 была использована электродная
пыль, в образце 6 – сахароза. Образцы 2 и 7 не содержат интенсификаторов помола.
Для выполнения рентгенографического анализа проводили подготовку проб.
прогидратировавшие образцы измельчали в порошкообразное состояние в лабораторной
фарфоровой ступе, после чего просеивали через сито №008.
Анализ данных рентгенофазового анализа сопоставлялись с данными американской
картотеки минералов программы PDF [2].
Дифрактограмма образца 4 представлена на рис.1. Присутствие на данной
дифрактограмме малого количества пиков невысокой интенсивности свидетельствует о
том, что образец 4 представлен в основном тонкодисперсной порошкообразной фазой с
сильнодеформированной активной стекловидной структурой. Однако на данной
рентгенограмме
все
же
присутствуют
интерференционные
максимумы
с
межплоскостными расстояниями d= 2,74; 2,67 и 5,84 Ǻ, которые свидетельствуют о
возможности присутствия в составе данной пробы шлака цеолитоподобных минералов.
Кроме того здесь прослеживаются максимумы фаз, которые возможно относятся к пикам
фаз воластонита 1А – 3,30; 3,04 и 2,87 Ǻ, Na2Ca3Si2O8 – 2,87; 2,74; 2,67 Ǻ и кальцита
(содержание последнего невелико, о чем свидетельствует слабая интенсивность
характерных для него пиков 3,04; 2,30 Ǻ) [2]
Присутствие в доменных гранулированных шлаках достаточно большого количества
активной аморфной стекловидной фазы, объясняется тем, что в процессе грануляции
происходит резкое охлаждение шлакового расплава водой. Расплавленные шлаки при
резком охлаждении, не успевая закристаллизоваться, переходят в стекловидную форму.
[1]
Дифрактограмма образца 3 представлена на рис.1. Сравнение дифрактограмм
образцов 4 и 3, показывает, что общая картина минералогического состава практически не
изменилась. Однако, на дифрактограмме появился дифракционный максимум
характерный для графита 3,36 Ǻ. Присутствие лишь одного наиболее характерного пика
графита может свидетельствовать о том, что он находится чрезвычайно тонкодисперсном
и деформированном состоянии. Таким образом, графит способен интенсифицировать
процесс помола за счет возможности проникновения в микродефекты частиц шлака, что и
способствует их разрушению.
При гидратации активной стеклофазы молотых шлаков, затворенных растворами
кальцинированной соды, (образец 2) происходит образование кристаллической фазы,
которая, скорее всего, относится к кальциту с характерными для него межплоскостными
расстояниями d= 3,04; 2,29; 1,91; 1,87 Ǻ (рис. 1). Здесь также достаточно многочисленны
наиболее интенсивные рефлексы, характерные для минералов группы цеолитов d= 3,85;
3,04; 2,86 Ǻ, лавсонита d= 3,25; 2,74;2,67 Ǻ, магнезита d= 2,74; 2,09; 1,91 Ǻ, жадеита d=
2,86; 2,50; 3,04 Ǻ и Na2Ca3Si2O8 d= 2,86; 2,84; 2,67; 1,91 Ǻ. [2] Однако интенсивность этих
пиков значительно ниже интенсивности наиболее яркого интерференционного максимума
кальцита, что свидетельствует о протекании реакции гидратации шлакощелочного
вяжущего.
При сравнении дифрактограмм образцов 2 и 1 (рис. 1) установлено, что практически
все максимумы дифрактограммы образца 2 повторились на дифрактограмме образца 1,
причем их интенсивность
практически не изменилась. Это согласуется с ранее
полученными данными, согласно которым, при проведении физико-механических
исследований данных составов изменение активности вяжущего незначительно, и
находится в пределах 5-10% прироста прочности.
Наличие на дифрактограмме образца 3 пика характерного для графита,
повторяющегося на дифрактограмме образца 1, свидетельствует о том, что графит, как
химически инертный компонент, не взаимодействует с минералами шлакощелочного
вяжущего.
На рис. 2 представлена рентгенограмма образца 5. Отсутствие дифракционных
рефлексов на малых углах отражения свидетельствует о значительном присутствии
стеклофазы, определяющей высокую активность вяжущего.
Сравнение рентгенограмм образцов 6 и 7 показывает, что наряду с пиками кальцита
и магнезита на дифрактограммах интенсивны пики вероятно высокоосновных цеолитовых
минералов, воластонита, лавсонита и Na2Ca3Si2O8. Причем интенсивность пиков образца 6
с добавкой сахарозы выше, чем у бездобавочного образца 7.
Появление на дифрактограмме образца 6 новых пиков возможно свидетельствует об
образовании в гидратированной системе соединений типа сахаратов кальция, что
приводит к росту активности вяжущего содержащего в составе в качестве
интенсификатора помола сахарозу, по сравнению с контрольным образцом.
Рис. 1. Дифрактограммы образцов 1, 2, 3 и 4
Рис. 2. Дифрактограммы образцов 5, 6 и 7
Таким образом, при абсолютно равных прочих условиях, введение добавки сахарозы
в качестве интенсификатора помола способствует увеличению количества
закристаллизованных фаз высокоосновных гидроалюмосиликатов щелочных и
щелочноземельных металлов, с развитыми пластинчатыми каркасами. Связывание
катионов Ca+2 в устойчивые в сильнощелочной среде сахараты кальция, вероятно
способствует образованию более упорядоченной структуры образующих минералов, за
счет уменьшения скорости гидратации.
Литература:
1. Глуховский В.Д. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях.
/В.Д. Глуховский // Учебн. пособие. - Киев: Вища школа, 1981.- С. 223.
2. Американская картотека минералов программы PDF