تعیین فازهای سیمان با استفاده از XRD ( مقاله درباره سیمان )

تعیین فازهای سیمان

استفاده از روش های مدرن آنالیز، همانند پراش پرتو ایکس و Rietveld امکان تشخیص سریع و کنترل مناسب تغییرات در ترکیب کلینگر(دانه‌های حرارت دیده‌ای است، که معمولا ۳-۲۵ میلی متر(قطر) دارند و از حرارت دادن به سنگ آهک و آلومینیوم سیلیکات (خاک رس) در طی مرحله کوره سیمان بوجود می‌آیند) سیمان را فراهم میکند. این روش به ما اطمینان میدهد که میتوان سیمانی با کیفیت یکنواخت علی رغم تغییر در شرایط تولید به مشتری تحویل دهیم.استفاده از تکنیک آنالیز XRD که یک ابزار تکمیلی در تعیین خصوصيات كمي وكيفي مواد مورد استفاده در توليد سيمان (شامل مواد خام، سوخت كوره، كلينگر، سيمان، غبار كوره،افزودنی هائی مانند پوزولان - سرباره - گچ - سنگ آهن و عيب زدايي از عمليات توليد سيمان) را با دقت قابل قبول فراهم میسازد. در واقع آنالیز XRD  یا همان پراش اشعه ایکس روشی غیرمخرب برای تعیین ترکیب و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مواد کریستالین در صنعت سیمان و بسیاری از صنایع دیگر می باشد

در بین تکنیک های متفاوت، روش تعیین فاز(Phase identification)  که کاربرد فراوانی در صنعت دارد، اساسی ترین کابرد XRD می‌باشد. در این روش مکان (زاویه پیکها) و شدت آنها هرکدام به نوبهی خود حاوی اطلاعاتی از نمونه می‌ باشد که با استفاده از آن می‌توان ساختار اتمی و فاز صفحات پراش کننده را تعیین کرد و از این طریق به جنس و ساختار نمونه پی‌برد. این کار از طریق مقایسه نمودار حاصل با نمودارهای استاندارد‌ انجام می‌شود.

تغییر در فاز کیلینگر و علاوه بر این تغییر در ساختمان طبیعی فازها با روش Rietveld  قابل تشخیص است.

در فرايند پخت كلينگر اكسيد هايSiO2وAl2O3وFe2O3وCaOو...با يكديگر تركيب  شده و فاز هاي كريستالي متفاوتي را تشكيل مي‌دهند .

سيمان پرتلند از چهار كريستال ‌اصلي تشكيل شده است:

1.تری‌کلسیم سیلیکات آلیت C3Se ) ۲۰-۷۵ درصد

2.دی‌کلسیم سیلیکات (  بلیت C2S ) ۱۵-۴۶ درصد

3.تری‌کلسیم آلومینات ( C3A ) ۴-۱۳ درصد

4.تتراکلسیم آلومینوفریت (  C4AF ) ۸-۱۲ درصد است

هرکدام از این فازها اثر متفاوتی روی خواص سیمان از جمله بروی مقاومت سيمان در ابتدا و یا  در دراز مدت وگيرش اوليه و نهائي دارند.

بطور مثال تشخیص در تغییر ساختار مکعبی C3A  و C2S امکان پذیر است. این دو فاز تفاوت های قابل ملاحظه ای در واکنش پذیری  با یکدیگر دارد. در نتیجه از نظر کارپذیری و میزان سولفات و خواص گیرش سیمان متفاوت هستند.

خواص شیمیائی و مینرالوژی کلینگر است که بستکی به ترکیبات شیمیائی و فاز تشکیل کلینگر در هنگام پخت و خنک شدن دارد. پس از تولید سیمان، خواص شیمیائی آن را می‌توان به سرعت با استفاده از آنالیزهای شیمیائی یا تجهیزاتی نظیر XRF یا XRD تعیین کرد. همچنین خواص فیزیکی اصلی سیمان را نیز می‌توان اندازه‌گیری کرد.

نمایی از فازهای سیمان

یک نمونه آنالیز توسط دستگاه XRD

 

فازهای سیمان