时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统应用领域

低场时域核磁共振技术用于土壤中的孔隙分布研究 土壤作为一种非稳态多孔介质，其在吸水过程中，孔隙状态发生变化，并形成新的孔隙分布状态。通常对土壤等多孔介质中的孔隙定性分为3大类：微孔（micropores）、中孔（mesopores）、大孔（macropores）。当孔隙中填充水时，由于水中的氢原子核在不同尺寸的孔隙中，受到的束缚强度不同。基于低场时域核磁共振技术原理，当氢原子在静磁场中，受静磁场作用，定向排列，形成宏观磁矩，被一特定交变磁场激发后，吸收能量，使宏观磁矩发生偏转（90°、180°等），当交变磁场撤除后，受静磁场作用，宏观此举恢复到初始状态，这一过程即共振。其中横向弛豫时间T2是描述氢原子核弛豫快慢的特征参数，其大小反应了氢原子核所处的环境，即束缚的越强烈，弛豫越快，T2越小。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。时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统应用领域

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。氢核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质孔径分布检测水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可对水泥基材料的水化过程进行分析。

低场核磁共振技术直接给出水泥浆体中水的信息，包括含量以及受限程度，因此可以用来反映水泥浆体在新搅拌阶段流动性的变化以及减水剂的作用，还可以半定量地表征水泥水化过程中水的消耗。 通过合成硅酸三钙和铁铝酸四钙单矿物，采用低场核磁共振对其水化进行表征，以及研究铁铝酸四钙含量对硅酸三钙核磁共振信号的影响。重要研究进展包括采用Pechini法合成硅酸三钙和铁铝酸四钙，采用横向弛豫时间-纵向弛豫时间（T1-T2）相关谱对水化进行表征

低场时域核磁共振技术（弛豫时间理论）以其无损、无侵入、检测时间短、可检测至更加微观的维度等特点，在土壤分析领域的应用越来越被科研工作者关注，尤其在土壤孔隙表征方面，包括孔径大小测量、孔径分布分析等。与X-Ray计算机断层扫描技术（X-Ray Computed tomography）相比，低场时域核磁共振技术检测更快，可对土壤中的纳米级孔隙进行定量分析，可用于研究土壤不同系统中的水动力学研究，如陶土/水系统、有机物/水系统等。MAGMED-Soil-2260高精度磁共振土壤分析仪是用于测试土壤等多孔介质的分析仪，该系统 主要用于对样品水分物性，自由与束缚水，以及水分迁移的测量分析，可用于对土壤等多 孔介质的孔隙度、孔隙大小分布的测量与分析，还可用于探测和研究样品中的固体有机质。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。

低场时域核磁共振用于土壤润湿性的检测 土壤润湿性（wettability）对土壤的性能参数之一，其表现为快速吸水，持水能力强。土壤的憎水性（repellency）是指土壤具有较差的润湿性，其表现为植物生长缓慢、表面多尘、因缺少图聚核而结构一致，这种现象增加了地下水污染的可能性。土壤憎水性的成因包括：自然发生的、因火灾或污染产生等。污染引起的土壤憎水性通常是由于土壤长期暴露在液相或气相的石油烃中。因此对于土壤润湿性的评价非常重要。 传统的评价方法包括乙醇滴定法（MED）和水分渗透时间法（WDPT），这两种方法虽然检测快速、易于操作，但也有着不可忽略的弊端。在MED法中：如果不忽略固-液分子相互作用性质的差异的情况，那么土壤/水/空气系统不能直接与土壤/乙醇水溶液/空气系统进行比较，且MED测试结果重复性较差。在WDPT法中：时间维度的选择过于随意，且无特定的物理意义。低场核磁共振弛豫分析仪软件是整个仪器的灵魂。主要完成射频脉冲发射和信号检测的控制。MAG-MED水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质有效孔隙度检测

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用低场核磁共振研究水泥浆体的孔隙结构，发现快速交换理论可以很好地解释各种弛豫现象。水泥浆体的T2分布呈现双峰，其对应的是两种不同孔径类型：凝胶孔和毛细孔。随着水化的进行,毛细孔减少，而凝胶孔增多。 用低场核磁共振的方法研究干燥效应对水泥浆体早期孔隙的影响，发现低场核磁共振T1分布峰正好与通过压汞法或者是氮吸附法测得的孔隙分布相对应。虽然T1分布能够定性表征水泥基材料中的孔径分布情况，但对纳米级别的孔径变化所表现出来的弛豫时间变化不够明显。时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统应用领域

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