Рентгеноструктурные методы исследования строительных

Материалов

Рентгеноструктурный анализ широко применяется для исследования строительных материалов и является весьма универсальным и современным методом. При проведении такого анализа в соответствии с формулой Вульфа-Брэггов получают запись дифракционных максимумов – рентгенограмму вещества. Измеряя расстояния между полученными на рентгенограммах линиями, вычисляют межплоскостные расстояния d, а по интенсивности линий судят о распределении атомов в элементарной ячейке соединения. Размытость рентгенографических линий

свидетельствует о том, в каком состоянии находится кристаллическая решетка исследуемого образца. Чем больше степень отклонения решетки от равновесного состояния, тем больше напряженность решетки, тем больше колебания значений межплоскостных расстояний d и тем больше степень размытости линий на рентгенограмме. Поэтому рентгеновский структурный анализ характеризует не только конкретный тип строения вещества, но и его фазу.

В случае механической смеси двух или нескольких фаз в строительном материале их линии на рентгенограммах остаются на своих местах, однако в зависимости от относительного содержания фаз в смеси соответственно изменится интенсивность этих линий на рентгенограмме. Рентгеновский фазовый анализ позволяет обнаружить серию линий примесной фазы при ее содержании не менее 1-3 атомных процента. Рентгенограмма эвтектической смеси сходна с рентгенограммой механической смеси, но по ней можно судить о прошедшей реакции при растворении одной компоненты в другой или наоборот. Если образуется эвтектическая смесь с твердым раствором, то на рентгенограмме остаются линии обеих фаз исходных веществ, смещенные в той или иной мере. При образовании растворов не только смещаются линии растворителя, но и число их и внешний вид могут изменяться. Так, в зависимости от наличия напряжений в решетке появляются размытые уширенные линии, или может не происходить расщепления дублетов линий под большими углами.

При проведении рентгенофазового анализа исследуемого вещества возможен как качественный, так и количественный анализ. В случае качественного анализа сравнивают отвечающий данному веществу набор измеренных межплоскостных расстояний и интенсивностей соответствующих линий рентгенограммы с данными для эталонных веществ, собранных в справочниках-определителях. Совпадение экспериментально определенного набора межплоскостных расстояний d и интенсивностей линий с табличными данными является критерием правильности определения вещества и его модификации. Присутствие данного вещества в смеси можно считать установленным достаточно надежно, если все яркие и большинство слабых линий, приводимых в карточке определителя для данного вещества, присутствуют на рентгенограмме образца. Для облегчения идентификации веществ с помощью рентгенометрической картотеки и повышения ее точности рентгенографический анализ часто сочетают с химическим анализом.

Для количественного рентгенофазового анализа необходимо точное измерение интенсивностей линий на рентгенограммах. Наилучшие результаты получаются в таком анализе при использовании специальных дифрактометров. Определение содержания отдельных фаз в многофазных поликристаллических строительных материалах основано на зависимости интенсивности дифракционных линий от содержания определяемой фазы. Для определения содержания той или иной фазы или минерала в исследуемом композиционном материале строится калибровочный график. Для этого определяют соотношение интенсивности линий эталонного вещества и образца с известным содержанием фазы. При проведении точного количественного анализа учитывают также степень ослабления рентгеновских лучей при прохождении через данное вещество.