一站式磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质弛豫分析

核磁共振由哈佛大学Purcell教授和斯坦福大学Bloch教授在1946 年独自发现现象之后，该项技术在科学研究和工业领域的应用日益广阔。 在水泥基材料、土壤、岩芯等多孔介质研究领域，Brown 和 Fatt 于 1956 年首先研究了多孔介质中水的核磁共振弛豫特征，发现多孔介质中水的弛豫时间远小于其自由状态的体弛豫时间。 根据核磁共振机制，由于多孔介质中水的弛豫时间主要反映的是水的表面弛豫特征，即水与多孔介质孔隙表面之间的相互作用力强弱，液固之间的作用力越强则液体的弛豫时间越短，否则液体的弛豫时间越长。低场核磁共振技术对仪器环境要求不高，具有操作简单快捷、检测速度快、对人体无辐射。一站式磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质弛豫分析

低场核磁共振是一种正在兴起的快速无损检测技术。具有测试速度快。灵敏度高、无损、绿色等优点。已广阔应用在食品品质控制、非酒精性脂肪肝等代谢疾病研究、石油勘探、水泥水化过程分析、水泥基材料不同配方选择、土壤水分物性及孔隙物性研究、土壤固体有机质探测、非常规岩芯总体孔隙度及有效孔隙度检测、油水气饱等水泥基材料、土壤、岩芯等多孔介质领域。 水泥水化反应几分钟后，核磁共振纵向弛豫时间分布呈现两个峰，一个是在100ms附近，反映水泥颗粒周围自由水的弛豫信息；另一个是在2ms附近，反映水泥凝结之前包裹在絮凝结构中水的弛豫信息。一站式磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质弛豫分析水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可对水泥基材料不同配方选择进行研究。

对于水泥中的结晶水，主要来自于水泥水化过程的产生的微晶相氢氧化钙中的羟基信号、钙矾石中的结晶水信号，其T2弛豫时间非常短~10us左右。常规的T1-T2测量方法能够重聚由于化学位移各向异性、潜在的磁场不均匀性以及异核偶极耦合相互作用造成的磁化损失，对于氢氧化钙中同核偶极耦合作用造成的信号损失无能为力，因此常规T1-T2测量方法检测到水泥基材料中的固体信号比较困难。而固体回波可以重聚氢氧化钙中孤立的1/2自旋对产生的同核偶极耦合作用造成的信号损失，因而可以检测到水泥基材料中的固体信号。我们将多固体回波序列用于T1-T2弛豫测量，多固体回波序列(图1)由标准二维弛豫序列结合固体回波组成。目前，该二维脉冲序列测量方法已用于岩芯、矿物等多孔介质材料。我们将二维固体脉冲测量方法应用于水泥样本的研究中，目的是使用低场核磁共振技术获得更完整的水泥材料中的固体信号。

基于低场时域核磁共振技术的土壤润湿性评价标准的探索 土壤的憎水性是土壤润湿性差的直接体现，通常是由于土壤中的有机物在土壤表层形成一层覆层，从而阻碍水分在土壤中的吸收。 从低场时域核磁共振技术理论来看，土壤润湿性差主要表现为：土壤的水分以自由水的形式存在，其横向弛豫时间（T2）当量通常大于1000ms量级。土壤润湿性优主要表现为：土壤中的水分快速吸收，以束缚水形式存在，其横向弛豫时间（T2）反演谱图上有两个在在1ms-10ms，10ms-100ms当量的谱峰。因此，通过计算其弛豫时间的几何平均数，即加权平均T2弛豫时间，可定性评价土壤的润湿性：在土壤样品中加水后，短时间内（几天）持续测量其横向弛豫时间T2，并计算加权平均横向弛豫时间T2gm，如T2gm大于1000ms，那么该土壤样品润湿性差，表现为憎水性；如T2gm小于1000ms，且变化不大，那么该土壤样品润湿性好，持水能力强。 MAGMED磁共振土壤分析仪，以其优化的场强、探头系统等硬件配置，功能强大的软件分析系统，可对土壤样品中的水分信息进行全力精确的测量，可为土壤润湿性评价分析提供一种高效、快捷、精确分析途径。非常规岩芯分析仪与石油岩芯领域国际科研机构合作，标准的非常规岩芯分析流程，全力的技术支持。

将比表面积为380m2/kg的普通硅酸盐水泥与铁渣粉混合制成不同铁渣含量的试样。试样真空保水后使用PM-1030磁共振水泥基材料分析仪进行检测。将测试结果反演得到曲线图，观察各试件饱水样T2 谱相似，均有2~3个弛豫峰且均以短弛豫为主，弛豫时间绝大部分在0.01ms~1ms 之间，在10ms~100ms和100ms~1000ms之间存在比例很小的峰。每个弛豫峰表征一种状态的水（化学结合水、 吸附水、孔隙水与自由水）。研究表明 ：化学结合水的横向弛豫时间很短，试验无法采集到试件中化学结合水的信号，已知吸附水流动性＜孔隙水流动性＜自由水流动性。T2 值小孔 隙就小，T2 值大孔隙就大，T2 与 r 正相关，因此核 磁共振T2 谱测试结果可间接反映试件内部孔隙结构。 T2 时间越短，水的流动性越差。因此，T2 谱的3个峰依次对应饱水试件中吸附水、孔隙水和自由水中氢核的核磁共振信号。水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可用于非常规岩芯的岩芯湿性检测分析。一站式磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质弛豫分析

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用核磁共振研究掺防冻剂的白水泥浆体的结冰抗冻行为，发现在－２℃时核磁共振信号出现突变，这是由于大于50nm孔隙里面的水出现结冰。同时还发现掺以硝酸钙为主的防冻剂会减少尺寸在3～10nm 范围内的孔隙数量，形成相对粗大的孔隙（尺寸不小于30nm的孔隙数量有所增加），这将促使防冻剂在混凝土内部孔隙中更好地渗透扩散，增强其作用效果。用核磁共振质子纵向弛豫研究了高效减水剂对白水泥浆体水化进程的影响，发现高效减水剂可以延长水泥浆体工作性的保持时间，并且明显加速水泥的水化。一站式磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质弛豫分析