CN102023175A - 一种利用氢质子低场核磁共振技术测定硬化水泥浆体结合水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种利用氢质子低场核磁共振技术测定硬化水泥浆体结合水的方法，包括以下步骤：1)采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)序列测定水泥质量相同、用水量不同的水泥净浆样品的第一回波峰核磁信号幅度(A_echo，1(t))；2)建立A_echo，1(t)与用水量关系曲线，作为定标曲线；3)采用CPMG序列测定经密闭养护到不同龄期的样品的A_echo，1(t)，根据定标曲线即可求出浆体中的非结合水；4)根据水泥浆体的用水量就可以求出指定龄期的结合水。

Description

一种利用氢质子低场核磁共振技术测定硬化水泥浆体结合水的方法

技术领域

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种利用氢质子低场核磁共振技术测定硬化水泥浆体结合水的方法。

背景技术

自1945年美国物理学家Bloch和Purcell发现核磁共振现象以来，核磁共振作为一种重要的现代分析手段已广泛应用于各个领域，如物质结构分析、医学成像、油气资源的勘探，低场核磁共振分析仪采用价格低廉的钕铁硼永磁材料作为场源，大大降低了仪器和运行成本，进一步扩展了核磁共振的应用。近年来，低场核磁共振技术的应用已逐步从生命科学、地球物理等领域扩展到建筑材料领域，该方法可在不破坏样品的前提下，利用水分子中质子的弛豫特性研究水含量及其分布的变化，具有快速、连续、无损的优势。

低场核磁共振技术包含三方面要素：原子核的自旋、静磁场B₀和射频场B₁。在没有磁场的情况下，核自旋方向各异，即微观磁矩是杂乱无章的，因此就一个原子核的宏观集体而言，净磁矩为零。在施加静磁场B₀后，微观磁矩在一定的时间(自旋-晶格弛豫时间，T₁)内沿磁场方向排列，从无序变成有序，这样就在宏观上形成的净磁矩M₀，

$M_0=N\frac{r^2{h}^{2}I(I+1)}{3\left({4\mathrm{\π}}^2\right)\mathrm{kT}}{B}_0---\left(\text{1}\right)$

式中k——波尔兹曼常数；

T——绝对温度，K；

h——普朗克常数；

I——原子核的自旋量子数；

N——原子核的数量，

在实验中近似认为第一回波峰核磁信号幅度A_echo，1(t)正比于样品中氢核的数量。

目前，测定硬化水泥浆体结合水的方法为马弗炉法，步骤如下：1)制备水泥浆体，在一定温度下密闭养护到规定龄期，取出一部分破碎成小块浆体，用无水乙醇终止水化，并在玛瑙研钵中将其研磨至规定细度；2)将研磨好的粉末在105℃下烘干，置于干燥器中冷却；3)将带盖的坩埚在马弗炉950℃下烧至恒重，置于干燥器中冷却，然后用电子天平称量，坩埚的质量为m₁，将样品加入坩埚，称其质量为m₂，然后在马弗炉950℃下烧至恒重，置于干燥器中冷却，然后用电子天平称量，质量为m₃，定义ω_muff＝(m₃-m₂)/(m₃-m₁为样品结合水质量占烧后样品质量的比例。

相对于传统的方法，核磁共振测定结合水具有试验周期短、不破坏硬化水泥浆体和操作简单等优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用氢质子低场核磁共振技术测定水泥凝结时间的方法。

本发明提出的利用氢质子低场核磁共振技术测定水泥凝结时间的方法，具体步骤如下：1)采用CPMG序列测定水泥质量相同、用水量不同样品的第一回波峰核磁信号幅度A_echo，1(t)；2)建立A_echo，1(t)与用水量关系曲线，作为标定曲线；3)采用CPMG序列测定经密闭养护，不同龄期水泥净浆的A_echo，1(t)，根据标定曲线即可求出浆体中的非结合水；4)根据水泥浆体的用水量就可以求出指定龄期的结合水。

本发明中，所述标定曲线的建立即将不同水灰比的水泥浆体的用水量与其在拌合后首次测得的A_echo，1(t)拟合。

本发明中，由于从水泥加水开始到开始测试所消耗的水量远小于浆体中水的总量，所以这部分消耗的水忽略不计。

本发明为了与传统的方法进行比较，引入了结合水比例这一概念，即硬化水泥浆体结合水的质量占其在950℃下烧至恒重的质量的百分比，后者为硬化水泥浆体的水泥用量与其950℃烧失量的差值。

本发明的有益效果在于：相对于传统的马弗炉法，采用本发明可以在不损伤材料的情况下对材料进行检测，即结合水的测试不会影响到水泥浆体其他性能的测试；采用本方法可以极大减少操作和所用的时间，采用马弗炉法测定结合水要对水泥净浆进行终止水化、粉磨、烘干、冷却、高温煅烧、再冷却和称量等一系列步骤，而采用本方法仅需要将水泥净浆密闭养护到规定的龄期并测试即可，同时，与传统方法测得结果的相对误差较小，保证了本发明所述方法的精确性。

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水灰比为0.30和0.40，水化3d的硬化水泥浆体的结合水。采用如表1中所列出的水泥浆体建立定标曲线，得到Y＝50060X-8061.6，R²＝0.998，其中Y代表A_echo，1，X代表水泥浆体中物理结合水与自由水的总量。

低场核磁共振测得的结合水数据如表2和表3所示，对于水灰比为0.30的硬化水泥浆体来说，低场核磁共振测得的结合水比例为0.1255，马弗炉法测得的结合水比例为0.1357，相对误差为7.52％；对于水灰比为0.30的硬化水泥浆体，低场核磁共振测得的结合水比例为0.1459，马弗炉法测得的结合水比例为0.1509，相对误差为3.33％。

实施例2水灰比为0.30和0.40，水化7d的硬化水泥浆体的结合水。采用如表1中所列出的水泥浆体建立定标曲线，得到Y＝50060X-8061.6，R²＝0.998，其中Y代表A_echo，1，X代表水泥浆体中物理结合水与自由水的总量。

低场核磁共振测得的结合水数据如表4和表5所示，对于水灰比为0.30的硬化水泥浆体来说，低场核磁共振测得的结合水比例为0.1459，马弗炉法测得的结合水比例为0.1610，相对误差为9.38％；对于水灰比为0.30的硬化水泥浆体来说，低场核磁共振测得的结合水比例为0.1848，马弗炉法测得的结合水比例为0.1743，相对误差为6.06％。

表1制定定标曲线所用的水泥浆体及其特征

表2低场核磁共振测定水灰比为0.30和0.40，水化3d样品结合水数据(一)

表3低场核磁共振测定水灰比为0.30和0.40，水化3d样品结合水数据(二)

表4低场核磁共振测定水灰比为0.30和0.40，水化7d样品结合水数据(一)

表5低场核磁共振测定水灰比为0.30和0.40，水化7d样品结合水数据(二)

Claims (1)

1.一种利用氢质子低场核磁共振技术测定硬化水泥浆体结合水的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)采用CPMG序列测定水泥质量相同、用水量不同的水泥净浆样品的第一回波峰核磁信号幅度A_echo，1(t)；

(2)建立A_echo，1(t)与用水量关系曲线，作为定标曲线；

(3)采用CPMG序列测定经密闭养护到不同龄期的样品的A_echo，1(t)，根据定标曲线即可求出浆体中的非结合水；

(4)根据水泥浆体的用水量就可以求出指定龄期的结合水。