核磁共振巖土分析儀
型 號(hào)：LMR系列
原產(chǎn)地：中國(guó)
用 途：利用核磁共振時(shí)域技術(shù)，通過(guò)測(cè)量材料中水分的核磁共振弛豫行為，來(lái)得到巖土等多孔材料的孔隙結(jié)構(gòu)信息，是一種測(cè)量微觀孔隙結(jié)構(gòu)和水分賦存狀態(tài)，研究建筑材料水化進(jìn)程和水分遷移變化規(guī)律的新型無(wú)損檢測(cè)設(shè)備。
核磁共振巖土分析儀
LMR系列
時(shí)域核磁共振微觀孔隙表征技術(shù)
Time-Domain NMR Technology
技 術(shù) 原 理
核磁共振巖土分析儀：利用核磁共振時(shí)域技術(shù)，通過(guò)測(cè)量材料中水分的核磁共振弛豫行為，來(lái)得到巖土等多孔材料的孔隙結(jié)構(gòu)信息，是一種測(cè)量微觀孔隙結(jié)構(gòu)和水分賦存狀態(tài)，研究建筑材料水化進(jìn)程和水分遷移變化規(guī)律的新型無(wú)損檢測(cè)設(shè)備。
具體的測(cè)量原理如下所示：
（1）將樣品放置在試管中，放入到設(shè)備樣品腔中，水中的氫質(zhì)子在靜磁場(chǎng)B0中被逐漸磁化，氫質(zhì)子做定向進(jìn)動(dòng)，能級(jí)發(fā)生分裂。
（2）在天線中施加一個(gè)與氫質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率相同，方向與B0正交的射頻場(chǎng)B1，引發(fā)氫質(zhì)子從低能級(jí)向高能級(jí)發(fā)生共振躍遷。
（3）將天線中的射頻場(chǎng)B1撤掉后，激發(fā)到高能級(jí)的氫質(zhì)子會(huì)自發(fā)恢復(fù)到平衡態(tài)，這一過(guò)程稱為弛豫，儀器檢測(cè)弛豫過(guò)程中的核磁信號(hào)。然后將核磁衰減信號(hào)轉(zhuǎn)換為T2弛豫譜。
（4）孔隙尺寸越小，比表面積越大，孔隙中水分的弛豫時(shí)間越短；孔隙尺寸越大，比表面積越小，孔隙中水分的弛豫時(shí)間越長(zhǎng)。通過(guò)T2弛豫譜可定量研究材料的微觀孔隙結(jié)構(gòu)。
應(yīng) 用 案 例
水泥材料的孔隙測(cè)量及干濕循環(huán)研究：
如左下圖所示，為一種泡沫型水泥材料的實(shí)物及CT掃描的切面圖。該材料富含各種尺寸的孔隙，對(duì)其進(jìn)行真空飽水，測(cè)量該材料的核磁共振T2譜，如右下圖所示，T2譜反映了材料的孔隙結(jié)構(gòu)分布。大孔中的水，受孔隙表面弛豫的影響小，弛豫時(shí)間T2 較大；小孔中的水，受孔隙表面弛豫的影響大，弛豫時(shí)間T2 較小。
將飽水后的樣品在不同溫度下做不同時(shí)間的干燥，每次處理后都測(cè)量T2譜， 根據(jù)T2譜的變化，研究水分的蒸發(fā)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在40℃干燥時(shí)，大孔中的水分先蒸發(fā)，而小孔和中孔的水分幾乎不變；60℃干燥時(shí)，大孔中的水急劇減少，中孔的水分也開(kāi)始減少，小孔的水分仍幾乎不變；80℃干燥時(shí)，大孔中的水大量減少，大孔的T2譜向左移動(dòng)，中孔的水分也大量減少，而小孔的水分仍保持不變。
通過(guò)核磁共振無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，能準(zhǔn)確且原位地研究巖土材料的吸水和失水過(guò)程，探尋水分遷移變化的微觀機(jī)制。
水分交換與內(nèi)養(yǎng)護(hù)：
多孔陶瓷骨料是一種水泥內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，它內(nèi)部富含孔隙，對(duì)骨料進(jìn)行真空飽水，測(cè)量它的T2譜，如左下圖所示，骨料的T2譜分布很廣（1~2000ms）， 說(shuō)明其孔徑分布也很廣，其中大孔的占比很大。而水泥砂漿中的孔隙以中小孔為主，將骨料拌入新鮮砂漿中，然后測(cè)量整個(gè)樣品的T2譜。如圖所示，骨料貢獻(xiàn)了絕大部分大孔信號(hào)（~1000ms）和大部分中孔信號(hào)（~100ms），而砂 漿貢獻(xiàn)了絕大部分小孔信號(hào)（<10ms）。
將摻骨料的砂漿在密閉條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在不同時(shí)刻測(cè)試樣品的T2譜，根據(jù)T2譜圖的變化，分析和研究水分從骨料向砂漿遷移的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在早期水化中（1~7天），砂漿小孔中的水分消耗很快，中大孔的水分消耗不是很多，說(shuō)明水化過(guò)程是首先消耗砂漿自身的水分，然后水分再?gòu)闹写罂走w移出， 繼續(xù)滿足砂漿水化的需求。到15天和17天，無(wú)論是小孔還是中孔的水分剩下 的都不多，大孔的信號(hào)則完全消失，說(shuō)明骨料的水分完成了遷移，達(dá)到了內(nèi)養(yǎng)護(hù)的目的。
水泥的水化過(guò)程需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間，而對(duì)水分的需求也是持續(xù)的。通過(guò)核磁共振方法能安全無(wú)損地監(jiān)測(cè)水泥水化和養(yǎng)護(hù)的全過(guò)程，對(duì)于研究和提升水泥的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量具有重要的意義。
巖土材料的凍融研究：
巖土材料在高低溫下會(huì)發(fā)生凍融現(xiàn)象，熱脹冷縮導(dǎo)致材料表面和內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生微觀裂隙。水汽則通過(guò)這些裂隙進(jìn)入到巖石內(nèi)部，當(dāng)巖石再次冰凍后，裂隙中的水分結(jié)冰后體積迅速膨脹，于是會(huì)進(jìn)一步加劇對(duì)巖土材料的破壞。如下圖所示，為一種水泥材料在養(yǎng)護(hù)28天后，進(jìn)行不同次數(shù)的凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)，在第0 次，20次，40次和60次時(shí)，對(duì)樣品進(jìn)行真空飽水，測(cè)試T2譜。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，樣品在未凍融時(shí)，只存在小孔和中孔的信號(hào)，其中小孔的信號(hào)占主導(dǎo)。隨著凍融次數(shù)的增加，出現(xiàn)了大孔（~1000ms），大孔和中孔的信號(hào)不斷增加，而小孔的信號(hào)卻逐漸減小。這說(shuō)明裂隙的產(chǎn)生是從小孔開(kāi)始，小孔逐漸變大而成為中孔和大孔，因此小孔的含量也就減小了。
核磁共振方法可動(dòng)態(tài)完整地跟蹤巖石孔隙變化的全過(guò)程，通過(guò)核磁共振技術(shù)研究不同孔徑結(jié)構(gòu)的材料在凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)下的孔隙演化規(guī)律，可總結(jié)出相關(guān)的規(guī)律，獲取提高巖土材料抗凍性的方法和技術(shù)，對(duì)于提高材料的耐久性具有十分重要的意義。此外，對(duì)于酸化、海水侵蝕等對(duì)巖石孔隙具有破壞性的實(shí)驗(yàn)條件，都可以采用核磁共振技術(shù)來(lái)進(jìn)行研究。
技 術(shù) 指 標(biāo)
- 2022-11-02核磁共振巖土分析儀-拉莫爾