一站式核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测设备

时间:2024年04月05日 来源:

核磁共振技术作为一种无损的、非侵入式且可定量的检测方法,已经用于水泥基材料的水化过程的测量。大量研究表明,水泥基材料水化过程中存在结晶水、层间水、凝胶孔水和毛细孔水等四种成分,随着水化反应的进行,上述四种成分含量也会发生变化。1H核磁共振技术利用H原子作为探针,可以在不需要预处理、不破坏水泥样本结构的情况下,对水泥水化过程进行实时检测。目前,大多数用于水泥基材料的低场核磁共振分析方法都依赖于一维T1、T2测量方法,使用一维核磁共振测量方法对于准确解释水泥系统可能存在困难。因此,为了提高分辨率以及同时获得水泥样本的T1、T2弛豫信息,二维T1-T2相关测量方法开始用于水泥基材料的检测中,可获得清晰的水分子动力学、成分变化等相关信息。低场核磁共振弛豫分析仪软件用在计算机上的上位机部分,实现向仪器通信发送控制指令。一站式核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测设备

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纵向弛豫(T1)和横向弛豫(T2)是由质子之间的磁相互作用引起的。从原子的角度来看,当一个进动的质子系统将能量传递给周围环境时,弛豫就发生了。供体质子弛豫到它的低能态,在低能态中质子沿着B0的方向进动。同样的转移也有助于T2弛豫。此外,消相有助于T2松弛,而不涉及向周围环境转移能量。因此,横向弛豫总是比纵向弛豫快;因此,T2总是小于等于T1。·对于固体中的质子,T2比T1小得多。·对于流体中的质子:(1)当流体处于均匀静磁场时,T1近似等于T2。(2)当流体处于梯度磁场并采用CPMG测量过程时,T2小于T1,其差异主要受磁场梯度、回波间距和流体扩散率的控制。当润湿流体填充多孔介质(如岩石)时,T1和T2都急剧减小,并且弛豫机制不同于固体或流体中的质子。MAG-MED水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统原理水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可对水泥基材料对水分的吸收及酸腐蚀进行研究。

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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。

水泥基材料仍然是世界上极重要的工程材料之一。尽管水泥基材料广阔应用到工程建设中已有很长 时间,然而鉴于测试手段的限制,人们对水泥的水化进程、水化过程中微观结构的形成及其与水泥基材料宏观性能间的关系等内容并不完全清楚。自核磁共振这一物理现象被发现以来,核磁共振测试技术已经广阔应用到生物制药、食品安全和材料表征等领域。 近年来,随着低场核磁共振技术的发展,其逐渐被应用到水泥基材料的研究中,它可以提供关于水泥基材料的孔隙率、 孔径分布和水化动力学等方面的信息,成为表征水泥基材料的一种重要手段。核磁共振磁场温度的稳定性主要从材料和磁体的工作环境两个方面改进,钐钴材料能更好。

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孔径分布:岩石的孔隙分类一般按孔隙的等效毛细管半径划分:

1)超毛细管孔隙:流体重力作用下可自由流动(大裂缝、溶洞、未胶结或胶结疏松的砂岩)【孔隙直径>0.5mm;裂缝宽度>0.25mm】

2)毛细管孔隙:流体在外力作用下可自由流动(一般砂岩)【孔隙直径[0.2μm,0.5mm];裂缝宽度[0.1μm,0.25mm]】

3)微毛细管孔隙:流体在自然压差下无法流动(泥岩)【孔隙直径<0.2μm;裂缝宽度<0.1μm】孔隙大小分布曲线及孔隙大小累积分布曲线: 水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质弛豫分析技术可获得物质中与分子动力学特性相关的弛豫信号。MAG-MED水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统原理

水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可用于岩芯弛豫时间T1和T2、T1-T2 二维分布检测。一站式核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测设备

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。研究发现,水泥水化进程中极长弛豫时间随时间的变化呈现出5个阶段,正好与水泥水化反应的初始反应、诱 导期、加速期、减速期和稳定期相对应。 通过质子横向弛豫来反映白水泥浆体的水化进程,发现从加水开始15min到200h,水泥浆体水化过程中出现5种不同的自旋质子群。研究中用自旋-自旋弛豫时间和信号量百分比来表征不同种类的自旋质子群,以此来监测水泥浆体的水化进程,观测研究结果与通过其它途径测得的结果呈现良好一致性,证明了用核磁共振来研究水泥水化的可靠性。一站式核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测设备

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