Методы оценки состава и структуры строительных материалов

  Свойства материалов в значительной степени определяются его составом и поровой структурой. Поэтому для получения материалов с заданными свойствами важно иметь четкие представления о процессах формирования структуры и возникающих новообразований, что изучается на микро и молекулярно-ионном уровне.

   Ниже рассмотрены наиболее распространенные физико-химические методы анализа.

Петрографический метод

   Петрографический метод используется для исследования различных материалов: цементного клинкера, цементного камня, бетонов, стекла, огнеупоров, шлаков, керамики и т.д. Методика световой микроскопии направлена на определение характерных для каждого минерала оптических свойств, которые определяются его внутренним строением. Главные оптические свойства минералов – показатели светопреломления, сила двойного преломления, осность, оптический знак, цвет и др. Существует несколько модификаций данного метода: поляризационная микроскопия предназначена для изучения образцов в виде порошков в специальных иммерсионных аппаратах (иммерсионные жидкости обладают определенными показателями светопреломления); микроскопия в приходящем свете – для изучения прозрачных шлифов материалов; микроскопия в отраженном свете – полированных шлифов. Для проведения этих исследований применяют поляризационные микроскопы.

Электронная микроскопия

   Электронная микроскопия применяется для исследования тонкокристаллической массы. Современные электронные микроскопы имеют полезное увеличение до 300000 раз, что позволяет видеть частицы размером 0,3-0,5нм. Такое глубокое проникновение в мир малых частиц стало возможным благодаря использования в микроскопии электронных лучей, волны которых во много раз короче видимого света.

   С помощью электронного микроскопа возможно определить: форму и размеры отдельных субмикроскопических кристаллов; рост и разрушение кристаллов; процессы диффузии; фазовые превращения при термической обработке и охлаждении; механизм деформации и разрушения.

   В последнее время применяются растровые (сканирующие) электронные микроскопы. Это прибор в основу которого положен телевизионный принцип развертки тонкого пучка электронов (или ионов) на поверхности исследуемого образца. Пучок электронов взаимодействует с веществом, следствием чего возникает целый ряд физических явлений, регистрируя датчиками излучения и подавая сигналы на кинескоп, получают рельефную картину изображения поверхности на экране.

Рентгенографический анализ

   Рентгенографический анализ – это методика исследования строения и состава веществ методом экспериментального изучения дифракции рентгеновских лучей в этом веществе. Рентгеновские лучи представляют собой такие же поперечные электромагнитные колебания, как видимый свет, но с более короткими волнами. Получают их в рентгеновской трубке в результате столкновения катодных электронов с анодом при большой разности потенциалов. Применение рентгеновского излучения для исследования кристаллических веществ основано на том, что его длина волны может соответствовать межатомными расстояниям в кристаллической решетке вещества, которая является естественной дифракционной решеткой для рентгеновских лучей.

   Каждое кристаллическое вещество характеризуется своим набором определенных линий на рентгенограмме. На этом основан качественный рентгенофазовый анализ, задача которого состоит в определении (идентификации) природы кристаллических фаз, содержащихся в материале. Порошковая рентгенограмма полиминерального образца сопоставляется либо с рентгенограммами исходных минералов.

   Рентгенофазовый анализ используется для контроля сырья и готовой продукции, для наблюдения технологических процессов, также для дефектоскопии.

Дифференциально-термический анализ

   Дифференциально-термический анализ используется для определения минерально-фазового состава строительных материалов (ДТА). Основа метода в том, что о фазовых превращениях, происходящих в материале, можно судить по сопровождающим эти превращения тепловым эффектам. При физических и химических процессах превращения вещества энергия в виде тепла поглощается или выделяться из него. В процессе поглощения тепла идут, например, такие процессы, как дегидратация, диссоциация плавление – это эндотермические процессы. Выделение тепла сопровождают окисление, образование новых соединений, переход из аморфного состояния в кристаллическое – это экзотермические процессы. Прибором для ДТА являются дериватографы, которые в процессе анализа записывают четыре кривых: простую и дифференциальную кривые нагревания, и соответственно кривые потери массы. Суть ДТА в том, что поведение материала сопоставляется с эталоном, веществом не испытывающим никаких тепловых транформаций. Эндотермические процессы дают на термограммах впадины, а экзотермические – пики.

Спектральный анализ

   Спектральный анализ – физический метод качественного и количественного анализа веществ, основанный на изучении их спектров, при изучении строительных материалов используется в основном инфракрасная (ИК) спектроскопия, которая основана на взаимодействии вещества, подвергаемого исследованию, с электромагнитным излучением в инфракрасной области. ИК – спектры связаны с колебательной энергией атомов и энергией вращения молекул и являются характерными для определения групп и сочетаний атомов. Приборы-спектрофотометры позволяют автоматически регистрировать инфракрасные спектры.

   Кроме указанных методов существуют и другие, позволяющие определить специальные свойства веществ. Современные лаборатории оснащены многими компьютеризированными установками, позволяющими производить многофакторный комплексный анализ практически всех материалов.

Авторы: редакционная статья ТехСтройЭкспертизы

Техническая строительная экспертиза

Узнать стоимость и сроки online, а также по тел.: +7(495) 641-70-69; +7(499) 340-34-73; e-mail: manager@tse-expert.ru