Элементный состав и методы его определения. Все вещества состоят из атомов. Перечень атомов, входящих в состав объекта – это и есть элементный состав. В большинстве случаев исследователей интересует не только вид элементов, но и их относительное содержание в массе (%). Поэтому обычно слова «элементный состав» означают как перечень элементов в объекте, так и их относительное содержание. Далее различают основной состав (основа материала) и примесный состав (элементы, содержание которых <=1%). Основные элементы в строительных материалах: Si(29), Ca (40), Al(30), Fe(56), O(16), Mg(24), H(1), C(12). Примесные элементы: Na, K, Mg, S, Mn(марганец), Ti(титан), Cr, Zn, C. Для определения элементного состава веществ существует арсенал химических, физико-химических и физических (инструментальных) методов анализа. Существует целая наука – аналитическая химия, которая содержит теоретические основы различных методов элементного анализа и описание различных экспериментальных методик. В химических методах анализа используют различные химические реакции между анализируемым веществом и другим реагентом. Аналитическими сигналами являются масса осадка, объем выделившегося газа, изменение окраски индикатора и т.д. Физический метод анализа – это различные спектроскопические методы, которые основаны на взаимодействии с веществом различных видов излучений. Аналитическими сигналами в этих методах являются спектральные линии, которые всегда характеризуются положением и интенсивностью. По положению устанавливают вид элемента, а по интенсивности – его концентрацию.
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 определениях их относительного содержания в объекте (%) решаются при помощи методов фазового анализа. В случае природных объектах, фазы – это природные химические соединения – минералы, в этом случае говорят о минеральном составе.
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 CaSO42Н2О, но этот двухводный гипс не пригоден для строительных целей. Вяжущими свойствами обладает полуводный гипс, который получают из природного обжигом при 110-1180С по реакции: CaSO42Н2О= CaSO40,5Н2О+1,5Н2О. строительный гипс можно назвать лишь условно монофазным по той причине, что наряду с основной формой он содержит частицы неразложившегося сырья и некоторое количество CaSO4. основные минералы в других названных материалах: песок – кварц (SiO2), мрамор - кальцит (CaCO3), волластонит (CaSiO3). 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 3Ca0·SiO2 (C3S) 45-60%, белит 2CaO·SiO2 (C2S) 20-30%, трехкальциевый алюминат 3CaO·Al2O3 (C3A) 4-12%, четырехкальциевый алюмоферрит 4CaO·Al2O3·Fe2O3 10-20%.
Универсального метода фазового анализа не существует. На практике применяют методы химического фазового анализа, термического анализа, спектральные методы, микроскопию.
Химический состав и методы его определения. В сфере строительных материалов под химическим составом понимают совокупность виртуальных, т.е. реально не существующих оксидов, из которых состоит вещество или материал. Во многих случаях химический анализ не позволяет установит вид минерала, но позволяет определить содержание того или иного металла в оксидной форме. Подобная информация о содержании виртуальных оксидов в сырье вполне устраивает технологов, т.к. она входит в расчеты по определению состава шихты, идущей на приготовление материалов. Так, например, химический состав клинкера можно записать в следующем виде: CaO – 63-66%, SiO2 – 21-24%, Al2O3 – 4-8%, Fe2O3 – 2-4%, при этом суммарное количество данных оксидов равно 95-97%. Остальное составляют примеси MgO, Na2O, TiO2, Cr2O3, P2O5.
Методы определения химического состава – это те же методы, которые используются для определения элементного или фазового состава. Возможно, что уже изначально при помощи химического анализа найдено содержание всех элементов в оксидной форме. Если же в эксперименте определен элементный или фазовый состав, то химический состав легко рассчитать на этой основе, используя сведения об атомных массах.
