路面水泥混凝土质量检测的x射线衍射分析

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1、第12卷广西工学院学报2001年JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVolD.-1220N0o1文童组号1004-6410(2001)01-0029-04路面水泥混凝土质量检测的X射线衍射分析张季如‘，陈超敏2，管昌生’(1.武仅理工大学土木工程与建筑学院。湖北武汉430070;2长江水利委员会设计院，湖北武汉430010)摘要:介绍X射线衍射分析路面水泥混凝土的微观组构和宏观结构的基本原理。通过对某水泥混凝土路面质量检侧的X射线衍射分析.查明水泥混凝土中各元素的含量和

2、存在状态，并分析了产生质量问颐的具休原因.关铃词:X射线;衍射;水泥混凝土路面;质量检侧中圈分类号:U416.216.06文献标识码:A1前言在常规水泥混凝土路面质量检测方法中，采用回弹仪、射钉法和超声回弹法等只能确定水泥混凝土的宏观强度.所反映的是一个综合的评定值I'l，而引起材料强度或耐久性不足的具体原因则无法确定本文首先介绍X射线衍射和物相分析的基本原理，分析水泥混凝土微观组构和宏观结构的特征，最后针对某实际工程的水泥混凝土路面质量事故，采用化学方法和X射线衍射技术分析路面水泥混凝上的材料性能.找出产生

3、问题的症结所在。2X射线衍射原理和物相分析当一束X射线照射到晶体上时，电子将产生相干射线和非相干射线，成为晶体内的散射波源。在晶体原子系统中，所有电子的散射波都可近似看成由原子中心发出，原子的周期排列使发出的散射波互相干涉，其结果是某些方向加强而出现衍射线，另一些方向因相互抵消而没有衍射线产生。因而，X射线通过晶体时的衍射现象实质上是大量原子散射波干涉的结果。X射线照射到晶体上产生的衍射花样，除与X射线有关外，主要受晶体结构的影响Lz1。如衍射线束的方向和形状大小与晶体的形状大小有关而衍射线束的强度则取决于晶

4、胞中原子的位置和种类。因此，通过分析衍射花样即可测定晶体结构和研究与结构相关的一系列问题。材料的性质决定于其元素组构和存在状态。化学分析方法(如容重、比色、极谱和光谱等)虽可确定材料所含元素和每种元素的含量，但不能说明其存在的状态。每种物质的晶体都有特定的结构参数，因而衍射花样具有唯一性。因此，根据材料样品的衍射花样，不仅可知其化学成分，还能分析某元素是以单质或以化合物、混合物及同素异构体的形式存在。水泥和混凝土为多相混合物，其衍射花样为各组分衍射花样的叠加。如果事先对每种单相物质均测定一组d值〔面距离)和相

5、应的衍射强度，并制成JCPDS卡片，那么在测定多相物质的物相时，只需将待测样品测定的一组d值和相应的衍射强度.与JCPDS卡片的一组d值和衍射强度进行比较.一旦其中部分线条的d值和衍射强度与卡片记载数据完全吻合。则多相混合物就含有卡片记载的物相。同理，可对多相混合物的其余各相逐一进行鉴定。虽然材料样品中每相衍射线条的强度随该相含量的增加而提高，X射线也会O6以964-男(汉夕.湖雨淑浦人，武汉理土大学土木工程与建设学院副教授.在职博十研究生万方数据广西工学院学报2001年12月受到试样吸收的影响，物相的含量与

6、其衍射强度并非呈严格的线性关系但X射线衍射仪测量衍射强度精度高、速度快，而且强度公式中的吸收因素不随X射线人射角B的变化而改变，故可采用衍射仪法进行物相定量分析。3水泥混凝土微观组构和宏观结构混凝土是由水泥、砂和石子三种材料及水按一定配合比拌和，经凝固硬化形成的人工石材是一种多相复合材料。其微观组构可分为水泥石组构和水泥砂浆组构。水泥石组构由水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成，其物理力学性能取决于水泥的化学矿物成分、粉磨细度、水灰比和硬化条件。水泥砂浆组构可看作以水泥石为基相，砂子为分散相的二

7、组分体系，二相的结合面为薄弱面。因此，影响水泥砂浆组构性质除上述水泥石组构的因素外，还包括砂浆的配合比、砂粒的形状、颗粒级配、比表面特性和矿物组成，砂粒中的杂质含量也是重要的因素之一。混凝土的宏观结构(即砂浆和粗骨料二种分体系)与水泥砂浆组构有许多共同之处，此时可将水泥砂浆视为基相，粗骨料为分散相，砂浆与粗骨料的结合面也是薄弱面。影响宏观结构性能的除基相和分散相的自身特性外、还与骨料的分布和基相之问的结合面强度有关。从以上分析看出，混凝土是一种复杂的多相复合材料。其组分中的砂、石、水泥胶块中的晶体、未水化的水

8、泥颗粒组成了错综复杂的弹性骨架，主要用于承受外力并使混凝土具有弹性变形的特点;而水泥胶块中的凝胶、孔隙和结构面初始微裂缝等，在外荷载作用下则使混凝土产生塑性变形由混凝土材料的结构特点可看出。水泥石组构取决于水泥的矿物成分(即各元素的组成)和水化条件(即各元素的存在状态)。水泥砂浆组构和宏观结构与砂、石的矿物组成和杂质含量有着密切的关系。而结合面初始微裂缝的多少与养护条件有关。因此可认为，混凝土组分中