低場核磁檢測新拌漿體水泥基材料

水泥基材料作為一種多相復(fù)合材料,其水化硬化過程中的相組成和轉(zhuǎn)變一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。水作為水泥基材料的重要組分,與水泥粉體混合后初始以液相狀態(tài)填充在水泥顆粒的間隙,在隨后的水化硬化過程中,一部分參與水化反應(yīng)變成化學(xué)結(jié)合水,成為凝膠產(chǎn)物微晶的一部分,這部分水通過干燥蒸發(fā)的方法也不能去除,因而也被稱為不可蒸發(fā)水;

其余可蒸發(fā)水則繼續(xù)殘留在硬化漿體微結(jié)構(gòu)中,并根據(jù)所在孔的大小不同分為毛細(xì)水和凝膠水。現(xiàn)代水泥基材料科學(xué)的研究表明,不可蒸發(fā)水的含量與材料水化反應(yīng)的程度和產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)相關(guān),而可蒸發(fā)水的含量及其狀態(tài)與材料的抗凍性、抗腐蝕性、徐變、干燥收縮等性能關(guān)系密切。由于水泥水化反應(yīng)隨時(shí)間變化的連續(xù)性,不可蒸發(fā)水和可蒸發(fā)水的含量及狀態(tài)也在不斷變化。

研究水泥基材料中水的相轉(zhuǎn)變,探索不同狀態(tài)的水的演變規(guī)律,對于充分認(rèn)識水泥基材料的組成和結(jié)構(gòu),揭示材料的劣化機(jī)理具有重要意義。

核磁共振是具有自旋特性的原子核所特有的物理現(xiàn)象,其基本原理可以表述為:對于被恒定外磁場B0磁化后的核自旋系統(tǒng),根據(jù)量子力學(xué)原理,核自旋系統(tǒng)將發(fā)生能級裂分,大部分核自旋處于低能態(tài),少部分處于高能態(tài),如果在垂直于B0的方向加一個(gè)射頻場B1,且該射頻場的頻率ω與特定原子核的Larmor頻率ω0相等,核自旋系統(tǒng)將發(fā)生共振吸收現(xiàn)象,即處于低能態(tài)的核自旋將通過吸收射頻場提供的能量,躍遷到高能態(tài),這種現(xiàn)象被稱為核磁共振。

低場核磁共振很早就被用來分析水泥的反應(yīng)的過程,通過測試混合水泥漿液在不同反應(yīng)時(shí)間下的弛豫時(shí)間譜,以水分布的變化反推水泥的反應(yīng)過程。借助低場核磁共振技術(shù),可研究新型水泥的水化反應(yīng)過程。

低場核磁共振技術(shù)可在非破壞條件下連續(xù)監(jiān)測水泥基材料孔結(jié)構(gòu)的發(fā)展。在水泥基材料的孔隙中,通常填充有水分。在一定的射頻能的激發(fā)下,處在磁場中的水分子會發(fā)生共振現(xiàn)象,進(jìn)而表現(xiàn)出弛豫行為,其弛豫時(shí)間的長短與水分子所在的孔隙尺寸有著定量的關(guān)系,因此能夠間接地得到孔結(jié)構(gòu)的信息。

受限流體的弛豫主要受制于表面弛豫的影響。對于特定介質(zhì)而言,t2與多孔介質(zhì)的比表面積相關(guān),在孔隙率相同時(shí),孔徑越小,比表面積越大,表面相互作用的影響越強(qiáng)烈,t2就越短。對多孔介質(zhì)流體弛豫的研究提供了孔結(jié)構(gòu)方面的信息。