国家标准 GB/T40407一2021 硅酸盐水泥熟料矿相X射线衍射分析方法 X-raypowderdiractonanalysismethodfordeterminingthephasesin portlandcementclinker 2021-08-20发布 2022-03-01实施国家市场监督管理总局发布国家标涯花管理委员会国家标准
GB/40407一2021 前言本文件按照GB/T1.1一2020<标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草请注意本文件的某些内容有可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由建筑材料联合会提出本文件由全国水泥标准化技术委员会(SAC/TC184)归口本文件起草单位:建筑材料科学研究总院有限公司、华润水泥技术研发(广西)有限公司、安徽海螺建材设计研究院有限责任公司、理学电企仪器(北京)有限公司、长江三峡集团有限公司、阳江市大地环保建材有限公司河南省开元建筑劳务有限公司新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院、深圳大学、天津水泥工业设计研究院有限公司、嘉华特种水泥股份有限公司、四川峨胜水泥集团股份有限公司济南大学、上海思百吉仪器系统有限公司北京分公司江山市何家山水泥有限公司、山东鲁碧建材有限公司、北京科筑建筑工程质量监测有限公司、株洲宏信科技发展有限公司、中铁十八局集团有限公司、北京建筑材料科学研究总院有限公司、重庆建工市政交通工程有限责任公司、中建新疆建工集团)有限公司、中建新疆建工集团第一建筑工程有限公司、岛津企业管理()有限公司、京信瑞通科技北京)有限责任公司,浙江南方水泥有限公司、四川棉筑新材料有限公司、广州金蝉花科技有限公司本文件主要起草人;魏丽额.刘晨.任兵建,徐文样、劳里林,挥进进、李宁,王通、李文伟,陆超、梁坤跃黄敏荣、周全、刘汝海、李弘毅、邢锋、龙武剑,何小龙、高伟强、陈雪梅,邓磊、喻庆华、叶正茂、朱晓东钟煜、叶荣海、宁继荣、程洪亮、邓程鸿、马骏、李庆喜、李瑞、王图强、郭琳、郝玉锋、王红江、章斌、宋萍胡谨、石珍明、顾快、潘亚宏、郑旭、温培艳
GB/T40407一2021 硅酸盐水泥熟料矿相X射线衍射分析方法警示;本分析方法所使用的X射线衍射仪应有专门的辐射防护措施以避免辐射泄漏仪器厂家应保证X射线衍射仪的辐射剂量满足《放射性装置和射线装置管理条例》的要求 X射线是由高电压产生的,峰值高达55kV,操作X衍射仪时应时刻注意安全,避免发生操作人员受到严重电击范围本文件规定了硅酸盐水泥熟料矿相x射线衍射分析方法的原理,x射线衍射仪的校准和定量分析程序的确认、测定步骤和报告本文件适用于测定硅酸盐水泥熟料中各矿相[包括阿利特(硅酸三钙.C,s)贝利特(硅酸二钙 C)、铝酸盐(铝酸三钙.C,A)、铁铝酸盐(铁铝酸四钙.CAF].也可以测定水泥中的方镁石(氧化镁 Mgo),娜芒暗(碗肢娜,.KS)半水石膏(半水硫酸钙,csH.o),无水石膏(硫酸钙,cS)和方解石碳酸钙,CaCO) 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T2007.1散装矿产品取样、制样通则手工取样方法术语和定义下列术语和定义适用于本文件 3.1 x射线衍射X-raydfraetion;XRD X射线在晶体材料中被电子散射,相干散射光沿特定方向出现干涉加强的结果注:每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规律基于布拉格方程,当晶体组成元素,基团或结构有差异时,衍射谱图在衍射峰数目,角度位置、,相对强度以及衍射峰形上就会表现出来 XRD图谱可以作为晶体的定性分析和定量分析依据 3.2 择优取向prefered 0rientation 晶粒相对于样品表面的非随机取向注，择优取向导致某些xRD谱线强度的重大变化,是xRD分析中的误差来鄙之一择优取向可通过长时间粉磨减少取向程度,但不能消除 3.3 可靠性因子reliabilityfactor Rwp 反映总体拟合图谱与实测XRD图谱一致性程度的参数
GB/T40407一2021 原理从衍射强度理论可知,多相混合物中某一矿相的衍射强度,随该矿相的相对含量的增加而增加 X 射线衍射分析方法是通过被测样品的原始XRD图谱和各个矿相的晶体信息文件,定性分析样品中的矿相组成,然后通过定量分析拟合计算图谱峰强度,得到不同矿相的相对含量 XRD图谱适用于硅酸盐水泥熟料的矿相的定量分析 RRietveld定量分析是全谱拟合,直接使用最小二乘法精修结晶学参数和仪器参数对实测xRD图谱进行分析,这种数据分析方式最大限度地减少了计算图谱与实测图谱之间的差异,可以用于计算水泥熟料矿相的相对含量 X射线衍射仪的校准和定量分析程序的确认 S 5.1校准 5.1.1应按附录A中所述程序对X射线衍射仪进行校准校准标定物质包括硅粉、抛光的均密石英岩或氧化铝样品 x射线衍射仪正常运行时,应每6个月进行 5.1.2 一次校准 5.1.3X射线衍射仪在更换X射线管,改变探测器,添加或去除单色仪等涉及光路的调试后,应进行校准 5.1.4如果在特定实验室中使用多个X射线衍射仪进行相同的分析,即使仪器基本相同也应分别进行校准 5.2定量分析程序的确认 5.2.1在进行硅酸盐水泥熟料矿相分析之前,应对所使用的XRD定量分析程序进行确认,并保留每次分析程序确认数据的记录生产方应根据合同或订单中的要求向购买方公开这些数据 5.2.2当测试数据不符合表1中允许差要求时,应重新确认定量分析程序表1测定结果的允许差同 -实验室的允许差不同实验室的允许差成分阿利特 3.00 6.00 贝利特 2.80 5.60 1.20 2,40 铝酸盐铁铝酸盐 1.50 3,00 5.2.3在对XRD定量分析程序进行确认时,应使用一个已知矿物组成的熟料样品确认时应对该熟料重复测定不少于3次,每次测定应重新制样装样,使用规定的定量分析程序以获得阿利特、贝利特铝酸盐和铁铝酸盐各矿相的比例通过重复测定的平均值与已知矿物组成值的差别,对XRD定量分析程序的结果进行修正
GB/40407一2021 测定步骤 6.1取样应按GB/T2007.1规定的方法取样所取的熟料样品应具有代表性,可连续取,也可从5个以上不同部位等量取样,总量不小于5kg 6.2制样按四分法取30g有代表性的样品,在转速为750r/min950r/min的振动磨上粉磨200s300s，滴加4~6滴无水乙醉助磨粉磨后的熟料样品全部通过45m筛将熟料粉置于密闭玻璃瓶中,放干燥器中保存 6.3压片用压片机将粉磨好的熟料样品压片后放置于样品台上 6.4设置XRD仪扫描参数扫描范围为10"一70",步宽不大于0.02",使最高峰计数值不低于1000o. 6.5矿相定性分析使用每个矿相的晶体信息文件(ef文件)计算该矿"相的含量,矿物特征峰按附录B中表B.1选取定性分析时宜对所有涉及的熟料矿相进行分析,并对所有涉及的同一矿相的不同晶型进行分析,分析后在报告中将不同晶型的同一矿相合并计算 6.6矿相定量分析使用XRD定量分析程序组合这些计算图谱拟合原始的实测图谱,得到最佳拟合[精修可靠性因子 Rwp)收敛,且Rwp<8%]时每个矿相的相对含量 6.7允许差本文件所列允许差均为绝对偏差同一试验室的允许差是指;同一分析试验室同一分析人员(或两个分析人员),采用本文件所列方法分析同一试样时,两次分析结果应符合表1中的规定如超出允许范围,应在短时间内进行第三次测定或第三者的测定) 若测定结果与前两次或任一次分析结果的差值符合允许差规定,则取其平均值,否则,应查找原因,重新按6.1一6.6规定进行分析不同试验室的允许差是指;两个试验室采用本文件所列方法对同一试样各自进行分析时,所得分析结果的平均值之差应符合表1的规定 7 报告在计算完成后,将报告中数据取整,以保持最终结果无计算错误应根据需要在报告后附加原始图谱,以便对矿相含量进行复核报告应包括以下信息矿相及含量; -原始图谱、精修结果图谱及精修结果可靠性因子(Rwp).
GB/T40407一2021 附录 A 规范性 x射线衍射仪的校准 A.1引言本附录给出了一种校准衍射仪的程序,以确保XR定量分析程序在较长时间内(几年或更长时间)的有效性 A.2概述 A.2.1只要程序的某些方面[例如,可靠性因子(Rwp)]没有改变,峰值强度比和质量比之间的关系是通用的在其他衍射仪上安装该程序或调整和更换x射线衍射仪的x射线管时,不用升级程序 A.2.2XRD定量分析过程标准化的基本要求如下样品无择优取向、消光和微量吸收多与衍射的样品体积恒定,且与衍射角无关单色器偏振效应得到校正采用衍射峰积分强度; 在使用标定物质时,用同一批次的标定物质进行标准化分析,因为相同材料批次之间的粒度分布差异会导致峰值强度的显著差异; 对衍射仪进行适当的几何校准实现标准化和分析注1:消光是由于连续晶面的干涉导致的衍射强度的降低，注2微量吸收指样晶中矿相的吸收对衍射信号强度的影响不同的矿相组成会导致测定的衍射强度变化,变化程度受矿相吸收系数和微晶尺寸的影响粒径小于104m的样品,微量吸收不显著 A.3校准 A.3.1适当校准的损失会导致峰值强度与20角的系统变化,从而使XRD定量分析程序无效 A.3.2每6个月应使用XRD定量分析程序对一个标定物质进行分析测试物质的20角尽量分散,覆盖较广的特征峰位置、强度和分辨率(即峰宽或部分重叠峰的峰谷强度的比值) 合适的标定物质包括抛光的均密石英岩、硅粉样品及氧化铝样品 A.3.3正确的校准应考虑以下指标正确的峰值位置; 合适的峰值强度; 个或多个峰的峰强度的合适比例合适的峰值分辨率这些指标均应用于确定适当强度的峰值正确的峰值位置应在其标称值20的十0.02(CuKa)范围内合适的峰强度取决于很多因素,因此应根据经验确定矿相的特征峰合适的峰值强度比应在标称值的5%以内基于经验，同样可以为特定的衍射仪确定合适的峰值分辨率 A.3.4当发现衍射仪不能正确校准时,应根据制造商的说明重新校准
GB/40407一2021 录附 B 规范性用于水泥熟料XRD定量分析的矿相XRD图谱 B.1概述 RD定量分析基于熟料矿相晶体结构参数的精细湖整将计算和测量的xRD图请的差值最小化. 矿相晶体结构参数包括每个矿相的化学(固溶体)和结构特性<晶格参数) 晶体结构数据描述了水泥熟料中可能发生的结晶相的结构和化学组成由于大量的矿相和大范围衍射峰的重叠,使得硅酸盐水泥熟料矿相的定量测定很难从XRD图谱谐中获得传统的峰面积测量方法相对不精确,因为难以分解高度重叠的图谱 Rietveld分析模型相对于这些传统的基于标准化的方法的优点是;可以全谱拟合XRD图谱多晶结构数据 Rietveld分析考虑了强度测量中的再现性、图谱中样品位移偏移、特征峰晶格参数以及受固溶掺杂影响的特征峰强度使用各矿物的标度因子,相密度和晶胞体积,根据公式(B.1)计算相对矿相含量: S,(ZMV (B.1 w' 习[S,(ZM), 式中: -矿相(力)的质量分数 w S Rietveld标度因子; 单个晶胞中包含化学式分子的数量 M 相对分子质量; -晶胞体积 B.2准确分析的最低要求准确分析的最低要求包括通过步进扫描收集准确的熟料样品衍射数据 a 具有与样品中发现的实际结构接近的晶体结构数据 b 准确反映XRD图谱和峰形的系统误差的模型 c B.3矿相定性鉴定可通过表B.1中列出的主要特征峰进行矿相定性鉴定,其中列出了可分辨的常见特征峰水泥熟料中矿相众多,且衍射峰之间重叠严重,传统的矿相鉴定方法在这里作用不大,应使用1CDD参考数据库的XRD图谱或其他参考图谱完成每个矿相的确认
GB/T40407一2021 表B.1常见水泥矿相特征峰强度和ICDD卡号间距d 矿相相对峰值强度 20(Cuka ICDD卡号 nm 石膏(100) 0.762" 1.593 33-31 0.7249 12.200 30-226 铁铝酸盐(457 重晶石(80) 0.599" 14.759 41-224 0.428" 石膏(100 20.717 0.,4235 20.959 38-1429 铝酸盐,立方(6) 0.4175 单钾芒硝28) 21.264 5-613 0.4158 单钾芒硝23) 21.352 .770 铝酸盐,立方(12 0.4079 21. 23.397 石膏(17) 0.3799 0.3670 钾芒硝20 24.231 20-928 铁铝酸盐(16) 0.3653 24.346 0.3497 37-1496 25,450 硬石膏(10o 0.3468 重晶石(40) 25,666 无水钾镁研(95 0.3313 26.889 19-975 无水钾钱引(80) 0,327l 27.241 0.3263 27.309 无水钾镁研(80) 无水钾镁研(100 0.3225 27.637 石膏75) 0.3065 29.1l1 阿利特,T型(55 0.3040 29.355 31-30 阿利特,M型(40 0.3036 29.395 42-551 阿利特,T型(65 0.3025 29.504 阿利特,M型(75) 0.3025 29,504 0.3002 29.736 重晶石(80 单钾芒硝77 0.3000 29,756 阿利特,T型(25 0.2985 29.909 0.2974 阿利特,T型(187 30.022 阿利特,T型(20) 0.2965 30.115 阿利特,M型(25 0,2961 30.157 钾芒硝(75) 0.2940 30.378
GB/T40407一2021 表B.1常见水泥矿相特征峰强度和ICDD卡号续间距d 2(Cuka) CDD卡号矿相(相对峰值强度 nm 单钾芒硝(100 0.2902 30.785 单钾芒硝(53) 0,2880 30,960 0.2886 31.026 无水钾镁矶(18) 6 贝利特,B型21 0,287 31.070 33-302 0.2838 钾芒硝(100 31.497 0.2784 32.124 铁铝酸盐(257 铝酸盐,正交(65 0.271 32.976 贝利特,a型(100) 0.2710 33.026 23-1042 178 铝酸盐,立方(100) 0,2698 33. 铝酸盐,正交(100) 0.2692 33.254 26-957 铁酸盐(100 0.2644 33.875 0 贝利特,8型(42) 0.261 34.330 0.2405 37.36o 37-1497 游离氧化钙(10o) 贝利特,a型(40 0,2220 40.605 方镁石(100) 0.2110 42.920 4-829 贝利特,a型(6o) 0.1940 46,788 0.1764 51.783 阿利特,M型(55) 阿利特,M型30 0.1757 52.004 B.4精修参数精修参数包括以下内容,应注意,相关矩阵的检查通常可以识别具有高相关性的变量,强相关的参数同时精修容易导致精修发散背景; 样品偏移标度因子; 晶格参数; -阿利特的择优取向如有必要); 峰形只有通过精修本附录中列出的参数才能获得合适的结果铁素体相的原子位置占有率(FeAl比的精修是可能的,但不是必需的,因为低含量矿相的影响通常较小此外,矿相含量和占位率因素可能是强相关的精修除阿利特之外的低浓度矿相的择优取向可能会导致相关问题,从而导致不正确的结果
GB/T40407一2021 B.5误差的评估仔细观察误差线,并评估误差线不平整的晶体学原因拟合度的数值测量包括可靠性因子(Rwp). 代表观测数据和计算数据的一致程度的度量值 Rw不仅与拟合好坏有关,还与XRD图谱谐的质量有关因此,误差线的平直程度是评估拟合质量的最佳方法
GB/40407一2021 参考文献 [1]放射性同位素与射线装置安全和防护条例环境保护部)

硅酸盐水泥熟料矿相X射线衍射分析方法GB/T40407-2021解读

硅酸盐水泥是一种广泛应用于建筑、水利、交通等领域的重要材料，其主要成分是熟料。而熟料的矿相组成是决定水泥物理性能和化学稳定性的关键因素之一。因此，了解硅酸盐水泥熟料矿相的X射线衍射分析方法，具有重要的实际意义。

1. 标准概述

GB/T40407-2021标准规定了硅酸盐水泥熟料矿相X射线衍射分析方法的基本原理、仪器设备、试样制备、操作步骤、结果计算和报告等内容。该标准适用于水泥熟料矿相的定性和定量分析。

2. 分析方法

X射线衍射是研究物质结构的重要手段之一，也是硅酸盐水泥熟料矿相分析的主要方法之一。GB/T40407-2021标准规定采用平行光束法进行X射线衍射分析，其基本原理是通过对物质中晶体结构的研究，利用X射线的衍射现象，推断出物质中的各种晶体相的组成和比例。

3. 实验流程

在实际操作中，需要先选择合适的仪器设备，并按照标准要求制备试样，包括粉碎、过筛、烘干等步骤。随后按照标准规定的操作步骤，如调整仪器参数、扫描范围和速度、绘制曲线等，进行X射线衍射分析。最后根据标准要求，对分析结果进行计算和报告。

4. 结果解释

通过X射线衍射分析，可以得到物质中各种晶体相的组成和比例，并可以利用相关的数据库进行比对和检验。根据分析结果，可以评估水泥熟料矿相的品质和性能，为工程实践提供依据。

总之，GB/T40407-2021标准规定了硅酸盐水泥熟料矿相X射线衍射分析方法的详细步骤和要求，对于专业人士来说非常实用。通过本文的解读，相信读者已经对该标准有了更深入的理解。