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低场核磁检测新拌浆体水泥基材料

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。

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。

核磁共振是具有自旋特性的原子核所特有的物理现象,其基本原理可以表述为:对于被恒定外磁场B0磁化后的核自旋系统,根据量子力学原理,核自旋系统将发生能级裂分,大部分核自旋处于低能态,少部分处于高能态,如果在垂直于B0的方向加一个射频场B1,且该射频场的频率ω与特定原子核的Larmor频率ω0相等,核自旋系统将发生共振吸收现象,即处于低能态的核自旋将通过吸收射频场提供的能量,跃迁到高能态,这种现象被称为核磁共振。

低场核磁共振很早就被用来分析水泥的反应的过程,通过测试混合水泥浆液在不同反应时间下的弛豫时间谱,以水分布的变化反推水泥的反应过程。借助低场核磁共振技术,可研究新型水泥的水化反应过程。

低场核磁共振技术可在非破坏条件下连续监测水泥基材料孔结构的发展。在水泥基材料的孔隙中,通常填充有水分。在一定的射频能的激发下,处在磁场中的水分子会发生共振现象,进而表现出弛豫行为,其弛豫时间的长短与水分子所在的孔隙尺寸有着定量的关系,因此能够间接地得到孔结构的信息。

受限流体的弛豫主要受制于表面弛豫的影响。对于特定介质而言,t2与多孔介质的比表面积相关,在孔隙率相同时,孔径越小,比表面积越大,表面相互作用的影响越强烈,t2就越短。对多孔介质流体弛豫的研究提供了孔结构方面的信息。