本發(fā)明屬于水泥基材料檢測技術領域，尤其涉及一種未水化水泥微觀檢測用樣品的制備方法。

背景技術：

基于微觀結構研究水泥基材料宏觀性能已成為水泥基材料領域的最新研究熱點和發(fā)展趨勢。掃描電鏡(SEM)由于具有景深大、放大倍數(shù)范圍大(一般為20～200000倍)等特點，分辨率可達納米尺度，成像具有有立體感、真實感，易于辨別。適用于觀察分析多相組成的非均質材料。目前已經成為研究水泥基材料微觀結構的最主要工具之一。而利用掃描電鏡分析水泥微觀結構過程中最重要的莫過于水泥樣品的制備。只有制備高品質的初始未水化水泥樣品，使水泥顆粒充分分散均勻，顆粒微觀結構表面不被磨損，顆粒內部微觀結構完整，才能利用掃描電鏡獲取成像質量理想的未水化水泥背散射圖像，易于后續(xù)高精度識別及分析水泥初始物相，為模擬研究水泥水化過程奠定基礎。

根據制備的初始未水化水泥微觀檢測樣品可以獲取未水化水泥顆粒信息，從而重構出水泥顆粒的三維微觀結構，模擬水泥水化全過程，進而研究水泥水化微觀結構特征參數(shù)與宏觀性能之間的對應關系。因此，獲取未水化水泥顆粒信息是準確模擬水泥顆粒真實水化反應的基礎，也是掌握及提高水泥基材料性能的關鍵。綜上所述，制備初始未水化水泥微觀檢測樣品是基于微觀尺度研究水泥基材料性能的重要技術。

現(xiàn)有技術中，借助掃描電鏡觀察的樣品的制樣需要根據樣品特點和研究目的選用合適的制樣方法和試驗條件。目前針對水化后水泥樣品制備技術主要有Wood’s metAl浸漬法、環(huán)氧浸漬法、染料-環(huán)氧兩步浸漬法、液體取代法。但對初始未水化水泥樣品的制備仍缺少完善且易于操作的方法，國內外沒有標準的規(guī)范。用于SEM成像的樣品要求厚度在1cm以內，表面光滑，需經過切割、打磨、拋光等步驟處理。而制樣中浸漬劑與水泥的配合比、樣品養(yǎng)護制度、磨拋等工藝只能根據經驗，國內外沒有明確的規(guī)范，因此，亟待需要提供一套適用于我國水泥的高品質的未水化水泥微觀檢測樣品制備方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一套高品質的針對初始未水化水泥供掃描電鏡等微觀檢測手段觀察的樣品制備技術，制備過程中將參數(shù)定量化、操作規(guī)范化，解決了現(xiàn)有技術中尚無適用國產水泥的初始未水化水泥微觀檢測樣品制備方法的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種未水化水泥微觀檢測用樣品的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、稱取定量PII 52.5型硅酸鹽水泥粉末，并取適量環(huán)氧樹脂AB膠；

步驟二、將水泥粉末和環(huán)氧樹脂AB膠均勻混合，然后壓入硅膠模具中，在60-80℃下干燥養(yǎng)護5-40h，制成水泥試塊；

要模擬水泥顆粒剛放入水中但瞬時未發(fā)生水化反應的初始狀態(tài)，就要找到替代水的合適材料。環(huán)氧樹脂AB膠與水有相鄰似的粘度，可以提供與水泥顆粒懸浮在水中一樣的環(huán)境，并可保證水泥顆粒不與環(huán)氧樹脂AB膠發(fā)生化學反應。將環(huán)氧樹脂AB膠與水泥粉末攪拌混合成近似干的粘性膠體，可以得到水泥顆粒在水泥漿體中的實際分布情況。還可以利用環(huán)氧樹脂AB膠的特性使水泥粉末樣品形成穩(wěn)定的結構，便于進行SEM試驗。低粘度的環(huán)氧樹脂AB膠的相對分子質量不高，高溫環(huán)境下會固化，固化后強度提升，粘結性好，穩(wěn)定性好，可儲存1年以上，并且體積收縮率低。

要想與環(huán)氧樹脂AB膠混合的水泥顆粒在成像中顆粒清晰，需要讓顆粒充分分散，利用環(huán)氧樹脂AB膠的固化特性，在環(huán)氧樹脂的固化溫度60～80攝氏度條件下干燥養(yǎng)護，使環(huán)氧樹脂AB膠發(fā)生固化，保證水泥粉末中的水泥顆粒分散均勻，讓粉末里的顆粒之間的孔隙充滿硬的交叉結合的環(huán)氧樹脂AB膠，使微觀結構穩(wěn)定，防止在后續(xù)的拋光過程中被破壞。

步驟三、將水泥試塊切割成厚度為6-10mm的薄片，然后用砂紙對薄片的切割表面進行打磨。由于進行SEM觀察的水泥檢測樣品的厚度不能大于1cm，且厚度越薄成像效果越理想，因此需要對水泥試塊進行切割，而切割后會導致薄片表面不光滑，需要通過打磨獲取光滑平行的上、下表面，使水泥顆粒輪廓清晰。

步驟四、對打磨后的薄片進行拋光，并鍍導電膜處理，制得水泥檢測樣品。由于干的水泥試樣近似絕緣體，而掃描電子顯微鏡是根據電子束的衍射和反射來反應材料的物相，因此要求待檢測試樣必須是導電的，所以在水泥檢測試樣的表面噴金，保證水泥試樣的導電性。

進一步改進，稱取25gPII 52.5型硅酸鹽水泥粉末，環(huán)氧樹脂AB膠為7-16ml；將環(huán)氧樹脂AB膠與25gPII 52.5型硅酸鹽水泥粉末均勻攪拌4分鐘，形成近似于干的粘性膠體，注入5cm×5cm的硅膠模具。

進一步改進，打磨薄片用的砂紙為400目、600目、800目、1000目、1200目或2000目中的一種或多種；當采用多種砂紙對一個薄片進行打磨時，依次采用目數(shù)從小到大的砂紙進行打磨，且相鄰兩次打磨的方向相垂直。

進一步改進，所述步驟四中，采用無水乙醇對打磨后的薄片進行拋光。

進一步改進，所述步驟四中，鍍導電膜可選用金粉或碳粉。

進一步改進，取25gPII 52.5型硅酸鹽水泥粉末和16ml環(huán)氧樹脂AB膠，混合后均勻攪拌4分鐘，注入5cm×5cm的硅膠模具，在60攝氏度條件下干燥養(yǎng)護24小時，然后用切割機將水泥試塊切割成厚度為7mm的薄片，再依次用400目、1000目的砂紙對薄片進行打磨，最后采用無水乙醇對打磨后的薄片進行拋光，并鍍金，最終制成水泥檢測樣品。

在20KV加速電壓，2nA探針電流的條件下獲取的BSE圖像，水泥顆粒在觀察區(qū)域內充分分散，并且顆粒形狀完整及邊緣輪廓清晰，圖像成像效果理想。因此，樣品經切割后依次只需用400目、1000目的砂紙將樣品表面打磨，并且打磨時在400目粗砂紙上磨的要輕一點，在同一張砂紙上的打磨方向應保持一致，然后換下道砂紙的打磨方向應與之前的打磨方向相垂直。這樣處理可有效減少切割時留下的鋸痕以及打磨產生的劃痕，避免樣品表面物理損傷。

本發(fā)明采用上述技術方案具有如下明顯的技術效果：

本發(fā)明所描述的未水化水泥微觀檢測用樣品的制備方法，很好地解決了未水化水泥微觀檢測樣品在制樣過程中無明確操作規(guī)范的問題，通過定量確定材料配合比、養(yǎng)護制度，完善磨拋工藝等，提高樣品質量，獲取的未水化水泥微觀檢測樣品的背散射圖像清晰；并且使用該方法制備樣品快速方便，無需增加額外成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述制備方法的流程示意圖。

圖2是實施例1中25g水泥粉末與7ml環(huán)氧樹脂AB膠混合制成的樣品所獲取的BSE圖像。

圖3是實施例1中25g水泥粉末與10ml環(huán)氧樹脂AB膠混合制成的樣品所獲取的BSE圖像。

圖4是實施例1中25g水泥粉末與16ml環(huán)氧樹脂AB膠混合制成的樣品所獲取的BSE圖像。

圖5是實施例2中干燥養(yǎng)護6小時制備樣品后獲取的未水化水泥微觀檢測樣品BSE圖像。

圖6是實施例2中干燥養(yǎng)護8小時制備樣品后獲取的未水化水泥微觀檢測樣品BSE圖像。

圖7是實施例2中干燥養(yǎng)護24小時制備樣品后獲取的未水化水泥微觀檢測樣品BSE圖像。

圖8是實施例3中試塊不進行切割，依次選用400目、600目、800目、1000目的砂紙對樣品表面各打磨2分鐘制得未水化水泥微觀檢測樣品的BSE圖像。

圖9是實施例3中用切割機將水泥樣品切割后依次選用400目、600目、800目、1000目、1200目、2000目的砂紙對樣品表面各打磨2分鐘制得未水化水泥微觀檢測樣品的BSE圖像。

圖10是實施例3中用切割機將水泥樣品切割后依次選用400目、1000目的砂紙將樣品表面各打磨30秒制得未水化水泥微觀檢測樣品的BSE圖像。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述。

受掃描電鏡專用樣品座的尺寸限制，水泥樣品合適的長寬為5～30mm，厚度為10mm以內。選取25g國產江南-小野田有限公司生產的PII 52.5型硅酸鹽水泥。出廠報告如下表1，表2所示。

表1水泥原材料的化學組成

表2其他項目檢測結果

如圖1所示，采用本發(fā)明所述的一種未水化水泥微觀檢測用樣品的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、稱取定量PII 52.5型硅酸鹽水泥粉末，并取適量環(huán)氧樹脂AB膠；

步驟二、將水泥粉末和環(huán)氧樹脂AB膠均勻混合，然后壓入硅膠模具中，在60-80℃下干燥養(yǎng)護5-40h，制成水泥試塊；

步驟三、將水泥試塊切割成厚度為6-10mm的薄片，然后用砂紙對薄片的切割表面進行打磨；

步驟四、對打磨后的薄片進行拋光，并鍍導電膜處理，制得水泥檢測樣品。

實施例1

選定三種摻量的環(huán)氧樹脂AB膠，分別為7ml、10ml和16ml，分別與25gPII52.5型硅酸鹽水泥攪拌均勻后注入5cm×5cm的硅膠試模中，采用相同的養(yǎng)護時間和切割打磨工藝，制得1、2、3三組樣品。

由于預備試驗時，發(fā)現(xiàn)混合的25gPII 52.5型硅酸鹽水泥粉末與環(huán)氧樹脂AB膠在60攝氏度條件下干燥養(yǎng)護8小時(環(huán)氧樹脂AB膠的固化時間)后，樣品就已經由近似干的粘性膠體變?yōu)橛幸欢ㄓ捕鹊墓腆w。因此，為了節(jié)省時間，設定樣品高溫時間為8小時。養(yǎng)護完成取出樣品，切割成厚度約為7mm的立方體，依次用400目、800目、1000目的砂紙分別對三組樣品表面進行打磨，獲取兩個平行的光滑表面，最后一次打磨后用乙醇清洗，噴上金粉完成樣品的制備。

在20KV加速電壓、2nA探針電流的條件下獲取樣品的BSE圖像，其中，圖2是由25gPII 52.5型硅酸鹽水泥粉末與7ml環(huán)氧樹脂AB膠混合制成的樣品所獲取的BSE圖像，樣品在高溫下養(yǎng)護了8個小時，但由于環(huán)氧樹脂AB膠的摻量較少，圖像中水泥顆粒并沒有分散均勻，不同粒徑的顆粒絕大部分都是緊挨著，并且水泥顆粒的輪廓不清晰，不利于后續(xù)精確識別水泥顆粒中各礦物組分。因此，圖像成效效果較差。

圖3是由25gPII 52.5型硅酸鹽水泥粉末與10ml環(huán)氧樹脂AB膠混合制成的樣品所獲取的BSE圖像，環(huán)氧樹脂AB膠的量相對增多，圖像中可相對清晰地看出大粒徑的水泥顆粒的輪廓，大粒徑顆粒的外圍由環(huán)氧和小顆粒包裹。

圖4是由25gPII 52.5型硅酸鹽水泥粉末與16ml環(huán)氧樹脂AB膠混合制成的樣品所獲取的BSE圖像，不同粒徑的顆粒在圖像中分散的相對均勻，水泥顆粒的輪廓相對清晰，圖像中各物相的亮度對比明顯，因此圖像的成像效果相對較好。所以25gPII 52.5型硅酸鹽水泥粉末定量選取16ml環(huán)氧混合。

實施例2

盡管混合的水泥粉末與環(huán)氧在溫度為60攝氏度條件下干燥養(yǎng)護8小時(環(huán)氧樹脂AB膠的固化時間)后，環(huán)氧樹脂AB膠已固化使樣品變硬，但養(yǎng)護時間越長，環(huán)氧樹脂AB膠越接近完全固化，更有利于環(huán)氧樹脂AB膠包裹中的水泥顆粒分散均勻，讓顆粒之間的孔隙充滿環(huán)氧樹脂，使水泥顆粒的微觀結構更穩(wěn)定，防止在切割打磨工藝中受到損傷，因此制備了4、5、6三組樣品，25gPII 52.5型硅酸鹽水泥粉末與16ml環(huán)氧樹脂AB膠混合，攪拌均勻后注入試模。

樣品4在60攝氏度條件下干燥養(yǎng)護6小時，樣品5在60攝氏度條件下干燥養(yǎng)護8小時，樣品6在60攝氏度條件下干燥養(yǎng)護24小時。養(yǎng)護完成后用切割機將水泥樣品切割成厚度約為7mm的薄片，然后依次用400目、800目、1000目的砂紙分別對4、5、6三組樣品進行打磨，最后一次打磨后，用乙醇清洗拋光并噴上金粉，在20KV加速電壓，2nA探針電流的條件下獲取的BSE圖像，其中由圖5、圖6可以看出，水泥粉末混合后在60攝氏度條件下干燥養(yǎng)護幾小時后已變硬，但水泥顆粒分散不夠均勻，BSE圖像成像效果不夠理想。因此需要更長的養(yǎng)護時間才能讓顆粒分散均勻，使圖像更清晰。如圖7所示，BSE圖像中水泥顆粒棱角分明，且分散的很均勻，圖像中各物相對比明顯，圖像成像效果較理想。因此，確定了水泥粉末與環(huán)氧混合后的樣品養(yǎng)護時間為24小時。

實施例3

在本實施例中開展切割打磨工藝對水泥圖像成像效果的研究。擬定三種試驗方案進行比較，將25gPII 52.5型硅酸鹽水泥粉末混合16ml環(huán)氧樹脂AB膠攪拌均勻后注入試模，制得7、8、9三組樣品。

樣品7在60攝氏度條件下干燥養(yǎng)護24小時后，不進行切割，依次選用400目、600目、800目、1000目的砂紙對樣品表面各打磨2分鐘，打磨后樣品厚度約為7mm。在20KV加速電壓，2nA探針電流的條件下獲取的BSE圖像，由圖8可看出，水泥顆粒大部分為粒徑較小的細小顆粒，部分粒徑較大的顆粒受到不同程度的破壞，且顆粒表面有打磨的劃痕，顆粒邊緣不清晰，圖像成像效果很不理想。因為選取的模具為5cm×5cm，樣品僅通過砂紙打磨，可能會因打磨過多，使水泥顆粒的表面發(fā)生物理損傷。因此，切割是必不可少的一步。

樣品8在相同條件下養(yǎng)護24小時后，用切割機將水泥樣品切割成厚度約為7mm的薄片，然后依次選用400目、600目、800目、1000目、1200目、2000目的砂紙對樣品表面各打磨2分鐘。在20KV加速電壓，2nA探針電流的條件下獲取的BSE圖像，由圖9看出，過多的砂紙打磨，不利于消除切割留下的鋸痕。

樣品9在相同條件下養(yǎng)護24小時，切割后依次選用400目、1000目的砂紙將樣品表面各打磨30秒。最后一次打磨后，用乙醇清洗拋光并噴上金粉，在20KV加速電壓，2nA探針電流的條件下獲取的BSE圖像。由圖10看出，水泥顆粒在觀察區(qū)域內充分分散，并且顆粒形狀完整及邊緣輪廓清晰，圖像成像效果理想。因此，樣品經切割后依次只需用400目、1000目的砂紙將樣品表面打磨，并且打磨時在400目粗砂紙上磨的要輕一點，在同一張砂紙上的打磨方向應保持一致，然后換下道砂紙的打磨方向應與之前的打磨方向相垂直。這樣處理可有效減少切割時留下的鋸痕以及打磨產生的劃痕，避免樣品表面物理損傷。

本發(fā)明中未做特別說明的均為現(xiàn)有技術或者通過現(xiàn)有技術即可實現(xiàn)，而且本發(fā)明中所述具體實施案例僅為本發(fā)明的較佳實施案例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內容所作的等效變化與修飾，都應作為本發(fā)明的技術范疇。