CN101975789A - 一种采用核磁共振技术测试减水剂塑化性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种快速、便利的采用核磁共振技术测试减水剂塑化性的方法。具体步骤为：水泥加水后搅拌均匀，然后将所得浆体装入对核磁共振仪无干扰信号的塑料管仲，制作T2衰减曲线；将采集得到的T2衰减曲线经InvFit软件反演计算，得到T2值在不同弛豫时间上的分布曲线，间接反映了测试时刻浆体中不同弛豫时间位置的水的相对量；通过对比计算，得出减水剂对水泥浆体的作用效果。本发明可在较短的时间内完成测试，较为准确、连续的反映减水剂对水泥浆体的塑化性能及作用时效。使用本发明可对减水剂塑化性能进行即时测试节省时间，提供便利，提高工作效率，也可以对减水剂塑化性能进行连续，追踪测试，精确的判断减水剂的作用过程及时间效力。
Description
技术领域
本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种测试减水剂对水泥浆体塑化性能的方法。
背景技术
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR)是交变磁场与物质相互作用的一种物理现象。目前，已经广泛应用于多个学科领域的研究，在化学、食品、石油等工业领域、生物医学、以及材料科学等领域都有广泛的应用。近年来，低场核磁共振技术在水泥基材料中的应用也取得了较大的发展，主要有硬化水泥浆体的孔径分布，水化硅酸钙比表面积的测定，以及水泥水化过程的研究等。其快速、便利，可连续测试的优势越来越引起业内人士的关注。
核磁共振中的H1的弛豫信号对多孔材料中的水分子周围动态的、化学、物理的环境非常敏感。众所周知，核磁共振技术的四个重要参数为化学位移δ，耦合常数J，纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2。其中横向弛豫时间T2值反映的是水的自由程度，以及不同水相之间的相互作用和周围环境的离子浓度、聚合物状态、 孔隙等等。由于减水剂对水泥浆体的塑化作用的主要机理为：吸附分散作用、润湿作用、润滑作用。减水剂的主要成分是表面活性剂，且多为阴离子型表面活性剂。减水剂掺入水泥浆体后，首先会在水泥颗粒表面形成定向的吸附，使水泥颗粒表面上带有相同符号的电荷，这可大大增加水泥颗粒之间的排斥力，从而阻止水泥颗粒凝聚。另外，还将水泥在加水初期形成的絮凝结构分散解体，从而将絮凝结构体内的游离水释放出来，达到塑化或减水的目的。同时，减水剂还有利于降低水溶液对水泥的润湿角，增加水向水泥颗粒表面毛细孔内的渗透作用；还由于减水剂分子吸附在水泥颗粒表面，呈极性的亲水基指向水溶液，易和水分子以氢键形式缔合，从而形成一层稳定的溶剂化水膜，增加了水泥颗粒间的滑动能力。从以上减水剂作用机理来看，减水剂的加入，对水泥浆体中的水泥颗粒间的水相的环境产生了较大的影响作用，这些信息可以明显地反映在核磁共振的H1的弛豫信号中。
应用低场核磁共振技术对减水剂在水泥中的塑化性能进行评估，国内尚属罕见。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速，便利的采用核磁共振技术测试减水剂塑化性的方法。
本发明提出的方法主要通过测试采用核磁共振分析仪进行实施，仪器参数为：永久磁体磁场强度为0.53 T，质子共振频率为23MHz，磁体恒定控温32℃。采集的弛豫时间衰减数据经InvFit 反演软件进行反演计算，获得样品横向弛豫时间T2值分布曲线。
本发明提出的采用核磁共振技术测试减水剂塑化性的方法，具体步骤是：
(1) 水泥加水后，搅拌均匀，然后将所得浆体装入对仪器无干扰信号的塑料管中，将装有浆体的塑料管置于核磁共振分析仪内，在相应时间内完成数据采集，影响数据采集的参数包括回波个数、回波时间、每个CPMG信号平均扫描次数和重复采样等待时间等，可根据水泥浆体的具体情况进行相应的设定来制作T2衰减曲线；
(2) 将采集得到的T2衰减曲线经InvFit软件反演计算，得到T2值在不同弛豫时间上的分布曲线，间接反映了测试时刻浆体中不同弛豫时间位置的水的量的比例；一般情况下，T2值分布曲线主要存在两个主要弛豫峰，第一个在0.21-1.20ms之间，认为主要是由水泥颗粒形成的絮凝结构之间的水产生的；第二个在1.21ms-20ms之间，认为是由填充在水泥颗粒之间的填充水产生的。其中在1.21ms-20ms之间的峰为主峰，通过试验发现此峰的位置和面积与水泥浆体的流动性的关联性很强；
(3) 通过对比计算，得出减水剂对水泥浆体的作用效果，计算方法如下：
1.21ms-20ms之间的水泥浆体第二弛豫峰（主峰）面积占总面积约80%，其对应的填充水是水泥浆体中水的主要部分。根据国外学者的研究发现，填充水对应的弛豫峰峰面积与水泥浆体的水灰比有很好的线性关系，即水泥浆体的主弛豫峰的特征可以反映不同浆体的流动性。依据《GB8076-2008 混凝土外加剂》标准，减水剂的塑化效果的计算方法即为：在保持相同W/C情况下，掺减水剂净浆流动性与基准净浆流动性差值与基准净浆流动性的比值。减水剂对水泥浆体的作用效果评定主要体现在对流动性的改善程度上。因此，通过减水剂对水泥浆体第二弛豫峰的T2值分布的影响来评定减水剂对水泥浆体的作用效果是具有一定的可行性。。
由于，水泥浆体的流动性与主弛豫峰的面积有一定的关联性，通过主弛豫峰的面积比值和加权T2的比值来判断减水剂对水泥浆体的作用效果。
C—减水剂对水泥浆体塑化作用影响因子。认为C＞１减水剂塑化作用明显，C＜１减水剂不具备塑化作用。数值大小则代表了作用效果的明显与否。
水泥浆体C—纯水泥浆体，
水泥浆体CJS—同一水灰比下的掺有减水剂的水泥浆体。
本发明中，步骤(1)中采用的CPMG序列采集数据，对核磁共振仪的参数设定有一定的要求。主要参数范围如下：
回波时间2τ：50-200；
回波个数n：10000-20000；
扫描次数m：16-64。
本发明中，对被测试浆体的制备有以下要求：
水灰比：0.25-0.4；
搅拌时间：1min-3min；
装样品时间：1min-3min；
试验容器：四呋氢喃制品或特制石英容器；
试样量：同一系列试验保持相同体积
本发明可供为减水剂研发和应用提供一种相对快速、便利、较为准确地减水剂塑化性能测试方法。
附图说明
图1为实施例1中水化时间为5 min时，纯水泥浆体与掺减水剂水泥浆体的T2值第二弛豫时间峰的对比图。
图2 为实施例1中水化时间为30 min时，纯水泥浆体与产减水剂水泥浆体的T2值第二弛豫时间峰的对比图。
图3为实施例1中水化时间为60 min时，纯水泥浆体与掺减水剂水泥浆体的T2值第二弛豫时间峰的对比图。
图4 为实施例1中水化时间为90 min时，纯水泥浆体与掺减水剂水泥浆体的T2值第二弛豫时间的对比图。
图5为实施例1中水化时间为120 min时，纯水泥浆体与掺减水剂水泥浆体的T2值第二弛豫时间峰的对比图。
图6为实施例2中在水化5 min 时，减水剂对水泥浆体的作用效果图。
图7 为实施例3中在水化5 min时，减水剂对水泥浆体的作用效果图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1，试验材料：水泥为P.O 42.5级，减水剂聚羧酸减水剂A。水灰比为0.3，减水剂掺加比例为0.2%。 经试验测定减水剂A的减水率为25% ，120min扩展度损失为15%。试验仪器及参数为：测试采用PQ–001 型核磁共振分析仪，采用CPMG脉冲序列，回波个数n=12000，回波时间为2τ=100μs，每个CPMG信号平均扫描m=32次，且重复衰减。重复采样等待时间TR为1500ms。
图1-图5为纯水泥浆体与掺减水剂水泥浆体的T2值第二弛豫时间峰的对比图。
将图中的数据代入计算公式（1）和（2）得：
表1减水剂对第二弛豫峰的影响
实施例2，
试验材料：水泥为P.O 42.5级，减水剂聚羧酸减水剂B。水灰比为0.3，减水剂掺加比例为0.25%。经试验检测减水剂B的减水率为10%。减水剂B的试验仪器及参数为：测试采用PQ–001 型核磁共振分析仪，采用CPMG脉冲序列，回波个数n=12000，回波时间为2τ=100μs，每个CPMG信号平均扫描m=32次，且重复衰减。重复采样等待时间TR为1500ms。
将图6中的数据经公式（1）和（2）计算得，减水剂B的T为：1.16 C为：1.12
实施例3，
试验材料：水泥为P.O 42.5级，减水剂聚羧酸减水剂C。水灰比为0.3。经试验测定减水剂C的减水剂率为40%。试验仪器及参数为：测试采用PQ–001 型核磁共振分析仪，采用CPMG脉冲序列，回波个数n=10000，回波时间为2τ=200μs，每个CPMG信号平均扫描m=16次，且重复衰减。重复采样等待时间TR为1500ms。
将图7中数据代入公式（1）、（2）计算得，减水剂C的T为1.56，C为1.45。
Claims (3)
1.一种采用核磁共振技术测试减水剂塑化性的方法，其特征在于具体步骤是：
(1) 水泥加水后搅拌均匀，然后将所得浆体装入对核磁共振分析仪无干扰信号的塑料管中，将装有浆体的塑料管置于核磁共振分析仪内，在相应时间内完成数据采集；影响数据采集的参数包括回波个数、回波时间、每个CPMG信号平均扫描次数和重复采样等待时间，根据水泥浆体的具体情况进行相应的设定；制作T2衰减曲线；
(2) 将采集得到的T2衰减曲线经InvFit软件反演计算，得到T2值在不同弛豫时间上的分布曲线，间接反映了测试时刻浆体中不同弛豫时间位置的水的相对量；T2值分布曲线主要存在两个主要弛豫峰，第一个在0.21-1.20ms之间，是由水泥颗粒形成的絮凝结构之间的水产生的；第二个在1.21-20ms之间，由填充在水泥颗粒之间的填充水产生的；其中在1.21-20ms之间的峰为主峰，此峰的位置和面积与水泥浆体的流动性的关联性很强；
(3) 通过对比计算，得出减水剂对水泥浆体的作用效果，计算方法如下：
1.21-20ms之间的水泥浆体主峰的峰面积占总面积约80%，其对应的填充水是水泥浆体中水的主要部分；通过减水剂对水泥浆体第二弛豫峰的T2值分布的影响来评定减水剂对水泥浆体的作用效果是具有一定的可行性；
水泥浆体的流动性与主弛豫峰的面积有一定的关联性，通过主弛豫的面积比值和加权的比值来判断减水剂对水泥浆体的作用效果；
C—减水剂对水泥浆体塑化作用影响因子；认为C〉1减水剂塑化作用明显，C<1减水剂不具备塑化作用；数值大小则代表了作用效果的明显与否；
水泥浆体C—纯水泥浆体；
水泥浆体CJS—同一水灰比下的掺减水剂的水泥浆体。
2.根据权利要求1所述的采用核磁共振技术测试减水剂塑化性的方法，其特征在于步骤(1)中采用的CPMG序列采集数据，控制核磁共振仪的参数范围如下：
回波时间2τ：50-200，
回波个数n：10000-20000，
扫描次数m：16-64。
3.根据权利要求1所述的采用核磁共振技术测试减水剂塑化性的方法，其特征在于对被测试体的制备有以下要求：
水灰比：0.25-0.4，
搅拌时间：1min-3min，
装样品时间：1min-3min，
试验容器：四呋氢喃制品或特制石英容器，
试样量： 同一系列试验保持相同体积。
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