CN104569023A - 一种利用氢质子低场核磁共振技术测定水泥浆体泌水性的方法 - 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水泥浆体泌水性的方法，包括以下步骤：水泥加水后搅拌均匀，将所得浆体装入对核磁共振仪无干扰信号的测试试管中静置，然后进行横向弛豫时间(T₂)衰减曲线的测试；将采集得到的T₂衰减曲线经软件(InvFit)反演计算，得到T₂值在不同弛豫时间上的分布曲线，间接反映测试时刻浆体中不同弛豫时间位置的水的相对量；通过对T₂各个曲线峰值面积计算，得出水泥浆体的泌水系数。本发明可较简单地完成测试，较为准确、连续地反映水泥浆体泌水程度，使用本发明可对水泥浆体泌水性进行即时跟踪测试，方便快捷，省时高效，也可以对水泥浆体进行连续的原位测试。

Description

一种利用氢质子低场核磁共振技术测定水泥浆体泌水性的方法

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水泥浆体泌水性的方法。

背景技术

水泥基材料是以水泥为主要胶凝材料的工程材料，其中混凝土、砂浆作为最常见的水泥基材料被广泛应用于实际工程。以混凝土为例，其制备过程中搅拌，成型和养护等步骤均对其内部结构和宏观性能有着重要的影响，特别是塑性阶段的混凝土拌合物，往往由于胶凝材料体系本身与过度振捣等原因而导致泌水，对新拌混凝土的实际水灰比、实际体积以及体积稳定性产生不利影响，并引起混凝土硬化后薄弱层的出现和质量不均现象，进而导致抗渗、抗冻和抗腐蚀等性能的劣化。因此，泌水程度的大小，是影响水泥基材料质量好坏的重要指标，对水泥基材料泌水性的正确评价有着十分重要的工程意义。

近年来，低场核磁共振技术在水泥基材料中的应用取得了较大的发展，主要领域包括硬化水泥浆体孔径分布的测定，水化硅酸钙比表面积的测定，以及水泥水化过程的表征等。其快速、便利和可连续进行原位测试等优势引起越来越多业内人士的关注。核磁共振技术的四个主要参数是化学位移δ，耦合常数J，纵向弛豫时间T₁和横向弛豫时间T₂，均与氢质子所处的物理和化学环境相关，而水泥基材料的泌水现象是其离析的一种特殊形式，是胶凝体系内部自由水上浮而导致的水相不均匀现象，出现泌水现象的水泥浆体存在着不同物理与化学环境的水，主要包括胶凝体系内部的孔隙水，形成结构的化学结合水，以及脱离了胶凝体系的自由水。低场核磁共振信号中的横向弛豫时间T₂值可直接反映出水的自由程度，以及不同水相之间的相互作用与周围环境的离子浓度、聚合物状态、孔隙等情况，其对水泥浆体中水泥颗粒间水相的环境以及水相的自由程度具有敏感性，这些信息均可以明显地反映在核磁共振的H¹的弛豫信号中。

而目前，水泥浆体泌水率的测试方法是按JC/T 2153-2012《水泥泌水性测试方法》进行测试，方法如下：

1）准备一只500mL的量筒，称取其质量。将拌制好的水泥浆体放入该量筒内，用保鲜膜覆盖密封量筒口，以避免水泥浆体中的水分蒸发。

2）迅速将量筒置于天平，放在没有震动的试验台上静置，记录静置开始时间。自静置时间算起30min后，每隔5min 读取并记录浆体体积，直至读数不再变化为止，此时为泌水终止时间。

3）当水泥浆体泌水停止后，将泌出的游离水转移至25ml的量筒内，称量并记录出水的质量，然后按公式（1）计算水泥浆体的泌水率B _w 。

              （1）

式中：

B _w —水泥浆体泌水率，%；

W _b —泌出水的质量，g；

M ₂ —量筒和水泥浆体的总质量，g；

M ₁ —空量筒的质量，g；

W _s —制备标准流动度水泥浆体时的加水量，mL。

相对于现有的泌水率测定方法，本发明方法具有的快速、便捷、无损伤等优点。经检索，利用低场核磁共振技术对水泥浆体泌水性进行评估，在国内尚属首次。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用低场核磁共振技术测试水泥浆体泌水性的快速、便利方法。

本发明提出的利用低场核磁共振技术测试水泥浆体泌水性的方法，具体步骤如下：

(1) 水泥加水后搅拌均匀，将所得被测试浆体装入抗干扰信号的塑料试管中，用薄膜密封30min，将装有被测试浆体的塑料试管垂直置于低场核磁共振仪样品仓内，运用CPMG序列进行数据采集。分别对回波个数、回波时间以及重复采样等待时间等影响数据采集的参数进行调试，绘制T₂衰减曲线。

(2) 运用软件（InvFit）对绘制的T₂衰减曲线进行反演计算，得到T₂值在不同弛豫时间上的T₂值分布曲线，所述T₂值分布曲线用于反映测试时刻水泥浆体不同弛豫时间上的T₂位置的水的相对量。此时的T₂值分布曲线主要存在两个主要弛豫峰，第一个在6.14m-100ms之间，由处于水泥浆体之内的水产生；第二个在496.23ms-10000ms之间，由水泥浆体泌出的游离水产生。其中在496.23ms-10000ms之间的峰为主峰，此峰的位置和面积与水泥浆体的泌水性的关联性很强。

(3) 通过主弛豫的面积比值和加权的比值可得出水泥浆体的泌水系数。计算方法如下。

在496.23ms-10000ms之间的水泥浆体主峰的峰面积，其对应的是水泥浆体外的泌出的游离水的含量，通过对静置后的水泥浆体T₂弛豫峰分析计算评定水泥浆体的泌水性具有一定的可行性；水泥浆体的泌水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的比值来判断水泥浆体的泌水系数；

                     (2)

式中：K---水泥浆体的泌水系数，认为K值越大，水泥浆体的泌水性越大；水泥浆体MS主弛豫峰面积---水泥浆体游离水弛豫峰的积分面积；水泥浆体主弛豫峰面积和---各个弛豫曲线的积分面积之和。

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：4-16。

本发明中，对被测试浆体的制备有以下要求：

搅拌时间：1min-3min。

装样品时间：1min-3min。试样静停时间：30min。

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。

本发明可为水泥基材料的应用提供一种相对快速、便利和较为准确地检测水泥浆体泌水性的测试方法。

附图说明

图1为实施例1中不同水化时间的水泥浆体的T₂值分布曲线。

图2为实施例1中不同水化时间的表示泌水峰的T₂值分布曲线。

图3为实施例2中水泥浆体的T₂值分布曲线。

图4为实施例3中水泥浆体的T₂值分布曲线。

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 52.5级，比表面积为396.5 kg/m³，标准稠度用水量141g，初凝为1h20min，终凝为3h42min，用于实例测试的水灰比为0.5，120min扩展度损失为32%，300min扩展度损失为67%。试验仪器及参数为：测试采用MICRO-MR20型核磁共振分析仪，运用CPMG脉冲序列，回波个数n=18000，回波时间为2τ=100μs，每个CPMG信号平均扫描m=8次，且重复衰减。重复采样等待时间TW为18000ms。根据前文所述的计算方法，可得出泌水系数。

图1与图2为不同水化时间的水泥浆体的T₂分布与表示泌水峰的T₂曲线。

将图中的数据代入计算公式（2）得到水泥浆体的泌水系数，如表1：

表1水泥浆体的泌水系数

实施例2，

试验材料：水泥为P.O 52.5级，比表面积为396 m³/kg，标准稠度用水量为141g，实验通过控制流动度（200mm±5mm），调整泌水测试的浆体的水灰比，进行泌水测试的浆体的水灰比为0.44。核磁共振试验仪器及参数为：测试采用MICRO-MR20 型核磁共振分析仪，采用CPMG脉冲序列，回波个数n=18000，回波时间为2τ=100μs，每个CPMG信号平均扫描m=8次，且重复衰减。重复采样等待时间TW为18000ms。将图3中的数据经公式（2）计算得泌水系数K为1.65%。根据JC/T 2153-2012《水泥泌水性测试方法》进行泌水率的测试，得到泌水率B _w为1.61%。

实施例3，

试验材料：水泥为P.O 32.5级，比表面积为384 m³/kg，标准稠度用水量为113g，实验通过控制流动度（200mm±5mm），调整泌水测试的浆体的水灰比，进行泌水测试的浆体的水灰比为0.41。核磁共振试验仪器及参数为：测试采用MICRO-MR20 型核磁共振分析仪，采用CPMG脉冲序列，回波个数n=18000，回波时间为2τ=100μs，每个CPMG信号平均扫描m=8次，且重复衰减。重复采样等待时间TW为18000ms。将图4中的数据经公式（2）计算得泌水系数K为2.25%。根据JC/T 2153-2012《水泥泌水性测试方法》进行泌水率的测试，得到泌水率B _w为2.18%。

Claims (5)

1.一种利用氢质子低场核磁共振技术测定水泥浆体泌水性的方法，其特征在于具体步骤如下：

(1) 水泥加水后搅拌均匀，将所得被测试浆体装入抗干扰信号的塑料试管中，用薄膜密封30min，将装有被测试浆体的塑料试管垂直置于低场核磁共振仪样品仓内，运用CPMG序列进行数据的采集；分别对回波个数、回波时间以及重复采样等待时间影响数据采集的参数进行调试，绘制横向弛豫时间(T₂)衰减曲线；

(2) 运用InvFit软件对绘制的T₂衰减曲线进行反演计算，得到T₂值在不同弛豫时间上的T₂值分布曲线，所述T₂值分布曲线用于反映测试时刻水泥浆体不同弛豫时间上的T₂位置的水的相对量；此时的T₂值分布曲线主要存在两个主要弛豫峰，第一个在6.14m-100ms之间，由处于水泥水化产物体系之内的水产生；第二个在496.23ms-10000ms之间，由水泥浆体泌出的游离水产生；其中在496.23ms-10000ms之间的峰为主峰，此峰的位置和面积与水泥浆体的泌水性的关联性很强；

(3) 通过主弛豫的面积比值和加权的比值，可得出水泥浆体的泌水系数；计算方法如下：

在496.23ms-10000ms之间的水泥浆体主峰的峰面积，其对应的是水泥浆体外泌出的游离水的含量，通过对静置后的水泥浆体T₂弛豫峰分析计算评定水泥浆体的泌水性具有可行性；水泥浆体的泌水性与主弛豫峰的面积有关联性，通过主弛豫峰的面积比值和加权的比值来判断水泥浆体的泌水系数；

                     (2)

式中：K为水泥浆体的泌水系数；水泥浆体MS主弛豫峰面积为水泥浆体游离水弛豫峰的积分面积；水泥浆体主弛豫峰面积和为各个弛豫曲线的积分面积之和。

2.根据权利要求1所述的利用氢质子低场核磁共振技术测定水泥浆体泌水性的方法，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如下：

回波时间2τ：50-200。

3.回波个数n：10000-20000。

4.重复次数m：4-16。

5.根据权利要求1所述的利用氢质子低场核磁共振技术测定水泥浆体泌水性的方法，其特征在于对被测试浆体的制备有以下要求：

搅拌时间：1min-3min；

装样品时间：1min-3min；试样静停时间：30min；

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。