Фазовый состав и методы его определения

Атомы, входящие в вещество и материалы, находятся в них в виде тех или иных химических соединений (фаз). Число их может быть разным – 1, 2, 3 и т.д. Вопросы идентификации фаз и определения их относительного содержания в объекте (в масс.%) решаются при помощи методов фазового анализа.

Когда мы имеем дело с природными объектами, фазы – это природные химические соединения – минералы. Вместо слов фазовый состав в этом случае говорят о минеральном составе. В дальнейшем будем использовать эти слова как синонимы.

Рассмотрим фазовый состав основных строительных материалов. Самые простые по фазовому составу строительные материалы– это гипс, песок, мрамор, волластонит. О них в первом приближении можно говорить как о монофазных материалах.

Природный материал гипс имеет химическую формулу CаSO₄^.2H₂O, но этот двухводный гипс не пригоден для строительных целей. Вяжущими свойствами обладает полуводный гипс, который получают из природного обжигом при 110-180° по реакции:

CаSO₄^.2H₂O = CаSO₄^.0,5H₂O + 1,5Н₂О.

Строительный гипс мы можем назвать лишь условно монофазным по той причине, что наряду с основной формой он содержит частицы неразложившегося сырья и некоторое количество CаSO₄.

Основные минералы в других названных материалах: песок – кварц (SiO₂), мрамор – кальцит (CаCO₃), волластонит (CаSiO₃). Содержание этих минералов в природном сырье составляет обычно 95-98%.

К многофазным образцам относятся глины и цементы. Основными глинистыми минералами являются каолинит Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈ и монтмориллонит (сложный состав, содержит Si, Al, Mg, Fe). Помимо этого в глинах всегда много кварца и целый ряд (порядка пяти) других природных минералов. Цементный клинкер содержит такие фазы как

Алит 3CaO× SiO₂ (C₃S), 45-60%

Белит 2CaO× SiO₂ (C₂S), 20-30%

Трехкальциевый аллюминат 3CaO×Al₂O₃ (C₃A), 4-12%

Четырехкальциевый алюмоферрит 4CaO×Al₂O₃×Fe₂O₃, 10-20%.

Сам цемент наряду с клинкером содержит добавки, в частности, гипс, который вводят для замедления процесса схватывания цементного теста.

Фазовый анализ является часто очень сложной задачей. Универсального метода анализа не существует. На практике применяют методы химического фазового анализа, термического анализа, спектральные методы, микроскопию. Одним из основных является метод рентгеноструктурного или рентгенофазового анализа. В основе метода лежит явление отражения рентгеновских квантов от атомных плоскостей кристаллов (закон Вульфа-Брэгга).