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水泥基材低场核磁共振实验-孔隙水研究

时间:2021-7-7 编辑:Rubin

水泥基材低场核磁共振实验-孔隙水研究

应用说明:

水泥基材料作为一种多相复合材料,其水化硬化过程中的相组成和转变一直是人们关注的热点。水作为水泥基材料的重要组分,与水泥粉体混合后初始以液相状态填充在水泥颗粒的间隙,在随后的水化硬化过程中,一部分参与水化反应变成化学结合水,成为凝胶产物微晶的一部分,这部分水通过干燥蒸发的方法也不能去除,因而也被称为不可蒸发水;其余可蒸发水则继续残留在硬化浆体微结构中,并根据所在孔的大小不同分为毛细水和凝胶水。

现代水泥基材料科学的研究表明,不可蒸发水的含量与材料水化反应的程度和产物的晶体结构相关,而可蒸发水的含量及其状态与材料的抗冻性、抗腐蚀性、徐变、干燥收缩等性能关系密切。由于水泥水化反应随时间变化的连续性,不可蒸发水和可蒸发水的含量及状态也在不断变化。

由此可见,研究水泥基材料中水的相转变,探索不同状态的水的演变规律,对于充分认识水泥基材料的组成和结构,揭示材料的劣化机理具有重要意义。

自然界中水为氢质子最多的一种物质,由于核磁共振的信号来源主要为氢质子,氢质子越多,说明含水率越多,反之则越低。因此通过信号量定标的方法,核磁共振技术可以被用来测量物质中水的质量。多孔介质经过真空饱和处理以后,内部孔隙大部分被水占据,核磁共振技术通过测定水的质量及已知水的密度,可计算出多孔介质内孔隙的体积,从而得到其孔隙度大小。

水泥基材低场核磁共振实验-孔隙水研究

实验过程:

将采集到的T2衰减曲线代入弛豫模型中拟合并反演可以得到样品的T2弛豫信息,包括弛豫时间及其对应的弛豫信号分量,如左图所示横坐标为范围从10-2ms到104ms对数分布的100个横向弛豫时间分量T2,纵坐标为各弛豫时间对应的信号分量Ai(为便于定量分析,该信号分量经质量及累加次数的归一化处理),已知信号量与其组分含量成正比关系,积分面积A即为样品的信号量。

水泥基材低场核磁共振实验-孔隙水研究

T2弛豫时间反映了样品内部氢质子所处的化学环境,与氢质子所受的束缚力及其自由度有关,而氢质子的束缚程度又与样品的内部结构有密不可分的关系。在多孔介质中,孔径越大,存在于孔中的水弛豫时间越长;孔径越小,存在于孔中的水受到的束缚程度越大,弛豫时间越短。

弛豫图谱分析:

水泥基材低场核磁共振实验-孔隙水研究

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