一种基于水泥基材料中石膏矿物的xrd定量分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于检测分析技术领域，具体涉及一种水泥基材料中石膏矿物的XRD定量 分析方法。
【背景技术】
[0002] 水泥作为基础建材，在时下乃至今后仍是最重要的建筑材料之一，它将继续在城 市、道路建设以及国防等方面发挥着不可替代的重要作用。石膏作为水泥中一种重要的矿 物组分可以有效调节水泥的凝结时间，同时在水泥水化过程中可以与铝酸盐矿物形成钙矾 石，在水泥水化初期起到填充孔洞的骨架作用而赋予水泥较好的力学性能。水泥中石膏的 掺入种类、比例不同对水泥性能有较大的影响，为了满足不同的应用领域内所使用水泥制 品的性能要求，不同类型的石膏掺入量有一定的比例要求，与此同时，合适的石膏掺量也随 不同的水泥基体系而异。因此在水泥工业中，快速、稳定和准确地测出水泥中石膏的类型和 含量对于有效监控水泥质量、科学分析水泥基材料性能和合理发挥不同水泥类型制品使用 效能等方面有着重大的意义。
[0003] 当前，水泥中石膏含量的测定方法主要有硫酸钡重量法、离子交换法、碘滴定法和 分光光度法等。离子交换法、碘滴定法和分光光度法相对硫酸钡重量法准确度较低，而硫酸 钡重量法最大的缺点为程序繁锁，测定周期较长。并且以上方法都是仅仅检测样品中存在 的S〇4 21S03)的含量，推导计算石膏的相对含量，这在准确定量各类石膏含量和科学分析水 泥基材料性能方面存在以下不足:一方面若体系中存在其他物相含有S〇4 21 S〇3)组分，这必 然造成石膏的定量结果偏大；另一方面，相同掺量下不同种类石膏因为其晶体结构和化学 组成的不同对于水泥基材料的作用也各不相同。因此研究一种可以准确定量不同类型石膏 含量的方法十分重要。基于晶体学理论的X射线粉末衍射技术可以有效的进行矿物的定性 和定量分析，理论上可以用于定量分析水泥基材料中各类石膏的含量，但保证此方法分析 结果准确性和精确性的重要前提条件是获得一组准确的X射线衍射数据。由于石膏矿物的 结晶特点，以二水石膏(CaS〇4,2H 20)为例，其矿物的（010)晶面族衍射峰表现出明显的择优 取向，因而采用恰当的制样方法是准确获取XRD图谱的关键条件。目前常用的X射线粉末衍 射制样方法主要有正压法、背压法和撒样法等，以上制样方法在XRD定量分析水泥基材料中 石膏的含量过程中，存在一定的局限性： (1)传统的正压法和背压法制样或多或少引入了外力，导致其样品择优取向程度较大， 因此在扫描的XRD图谱上表现为在某些特定角度的强度值较真值发生较大的波动，此图谱 用于该晶体定量分析必然会导致较大的定量误差。
[0004] (2)撒样法制备待测样品过程中粘性载体引入的无定型物质使XRD背底复杂多变， 容易掩盖较小的有效衍射峰信号，引入的无定型物质与水泥材料自身所含有的无定型矿物 衍射峰部分重合，无法区分，使图谱不适于Rietveld全谱拟合;其次，该制样方法所制备样 品待测表面平整度较难控制。以上不足都容易产生定量误差。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于水泥基材料中石膏矿 物的XRD定量分析方法，获得理想的X射线衍射图谱，结合Rietveld方法可以对具有明显择 优取向性质的石膏矿物进行准确的定量分析。
[0006] 本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为： 本发明提供了一种基于水泥基材料中石膏矿物的XRD定量分析方法，包括以下步骤： (1) 将待测水泥样品粉磨至4_8μπι制成水泥粉末样品； (2) 称取3_6g水泥粉末样品，加入溶剂，揽摔后制备成悬池液； (3) 将悬浊液倒入自制的样品架中的凹槽处，烘干处理后再次倒入悬浊液，连续操作直 至样品高度距凹槽的顶端〇. 5-1.5mm; 所述样品架是由镂空样品架（l)、Kapton薄膜(2)、载玻片(3)及样品夹(4)组成； (4) 另取水泥粉末样品3-6g，置于200目筛中，过筛处理，使样品颗粒填满整个凹槽，擦 除落入凹槽外的颗粒； (5) 用一块面积大于样品架凹槽的胶带平覆于样品架的上端凹槽处； (6) 拆除样品夹并翻转样品架，小心移除载玻片，制备完成待测样品，利用X射线衍射仪 进行定量分析检测。
[0007]进一步的，步骤(2)中，所述粉末样品同溶剂的料液比为lg: lmL。
[0008] 上述溶剂为无水乙醇同乙酸乙酯按照体积比为6:1组成。
[0009]进一步的，本发明所使用的自制的样品架中所述Kapton薄膜（2)的一面同镂空样 品架（1)紧密贴合，另一面同载玻片(3)贴合，利用样品夹(4)沿镂空样品架长度方向将三者 固定，打开样品夹的尾柄弹簧钢丝卡即可。
[0010] 进一步的，步骤(3)中，所述烘干处理的温度为30-40°C。
[0011] 进一步的，步骤(6)中，所述定量分析检测的条件为：电压电流为30-40kV/150-250mA，光阑系统狭缝设定为发散狭缝=1°，防扩散狭缝=1°，接收狭缝=0.3mm，扫描范围设定 为2θ=5-70°，扫描速度设定为1-3°/min，采集XRD图谱。
[0012] 本发明在制样过程中，需要注意的是在将待测样品倒入样品架的凹槽时，悬浊液 样品不能高于凹槽顶端防止样品溢出，另外，在用胶带平覆于凹槽处时不能挤压凹槽处即X 射线照射区域。
[0013] 本发明所选择的溶剂为与样品不会发生化学反应且不会溶解样品的无水乙醇和 乙酸乙酯，通过本发明复配的溶剂，能够得到均匀沉积的样品，样品颗粒在低密度的复配溶 剂中沉积速度较快，且沉积高度较小，在制样时不易改变方向，因此，减少择优取向。
[0014] 本发明的优点为： (1) 本发明提供的制样方法，可以有效的降低具有择优取向性矿物择优取向程度，减小 X射线衍射图谱强度偏差，获得理想的适于Rietveld精修定量的X射线衍射图谱，本发明自 制的样品架，制作过程简单、易操作； (2) 本发明提供的检测分析条件结合该制样方法制备的样品能够有效的定量分析基于 水泥基材料中石膏矿物，可以得到准确的具有择优取向性矿物的定量结果。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明所制样品架示意图。
[0016] 图2为本发明所制样品架各部分打开后示意图。
[0017] 其中，1、镂空样品架;2、Kapton薄膜;3、载玻片;4、样品夹。
[0018]图3为实施例1得到的XRD图谱。
[0019] 图4为采用正压法得到的XRD图谱。
[0020] 图5为采用背压法得到的XRD图谱。
【具体实施方式】
[0021] 为了更好地理解本发明的实质，下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行进 一步的阐述。
[0022] 实施例1 一种基于水泥基材料中石膏矿物的XRD定量分析方法，包括以下步骤： (1) 将固定比例的石膏掺入普通硅酸盐水泥熟料中并加入一定量的α-Α1203作为标样 制成待测水泥样品，其中普通硅酸盐水泥熟料、石膏、氧化铝的质量百分比为： 普通硅酸盐水泥熟料 70wt % 石膏 10wt % 氧化错 20wt% (2) 将待测水泥样品粉磨至4-8μπι; 粉磨的具体方法为:首先将待测水泥样品置于玛瑙研钵中手工研磨lOmin后，转移至氧 化锆球磨罐中并加入球磨罐体积三分之一的无水乙醇试剂，共同置于微型行星式高能球磨 机中以700-1000r.p.m的转速粉磨5-10min，停止后用玻璃棒搅动样品，并按照以上模