核磁共振巖土分析儀
型 號：LMR系列
原產地：中國
用 途：利用核磁共振時域技術，通過測量材料中水分的核磁共振弛豫行為，來得到巖土等多孔材料的孔隙結構信息，是一種測量微觀孔隙結構和水分賦存狀態，研究建筑材料水化進程和水分遷移變化規律的新型無損檢測設備。
核磁共振巖土分析儀
LMR系列
時域核磁共振微觀孔隙表征技術
Time-Domain NMR Technology
技 術 原 理
核磁共振巖土分析儀：利用核磁共振時域技術，通過測量材料中水分的核磁共振弛豫行為，來得到巖土等多孔材料的孔隙結構信息，是一種測量微觀孔隙結構和水分賦存狀態，研究建筑材料水化進程和水分遷移變化規律的新型無損檢測設備。
具體的測量原理如下所示：
（1）將樣品放置在試管中，放入到設備樣品腔中，水中的氫質子在靜磁場B0中被逐漸磁化，氫質子做定向進動，能級發生分裂。
（2）在天線中施加一個與氫質子進動頻率相同，方向與B0正交的射頻場B1，引發氫質子從低能級向高能級發生共振躍遷。
（3）將天線中的射頻場B1撤掉后，激發到高能級的氫質子會自發恢復到平衡態，這一過程稱為弛豫，儀器檢測弛豫過程中的核磁信號。然后將核磁衰減信號轉換為T2弛豫譜。
（4）孔隙尺寸越小，比表面積越大，孔隙中水分的弛豫時間越短；孔隙尺寸越大，比表面積越小，孔隙中水分的弛豫時間越長。通過T2弛豫譜可定量研究材料的微觀孔隙結構。
應 用 案 例
水泥材料的孔隙測量及干濕循環研究：
如左下圖所示，為一種泡沫型水泥材料的實物及CT掃描的切面圖。該材料富含各種尺寸的孔隙，對其進行真空飽水，測量該材料的核磁共振T2譜，如右下圖所示，T2譜反映了材料的孔隙結構分布。大孔中的水，受孔隙表面弛豫的影響小，弛豫時間T2 較大；小孔中的水，受孔隙表面弛豫的影響大，弛豫時間T2 較小。
將飽水后的樣品在不同溫度下做不同時間的干燥，每次處理后都測量T2譜， 根據T2譜的變化，研究水分的蒸發規律。實驗發現：在40℃干燥時，大孔中的水分先蒸發，而小孔和中孔的水分幾乎不變；60℃干燥時，大孔中的水急劇減少，中孔的水分也開始減少，小孔的水分仍幾乎不變；80℃干燥時，大孔中的水大量減少，大孔的T2譜向左移動，中孔的水分也大量減少，而小孔的水分仍保持不變。
通過核磁共振無損檢測技術，能準確且原位地研究巖土材料的吸水和失水過程，探尋水分遷移變化的微觀機制。
水分交換與內養護：
多孔陶瓷骨料是一種水泥內養護材料，它內部富含孔隙，對骨料進行真空飽水，測量它的T2譜，如左下圖所示，骨料的T2譜分布很廣（1~2000ms）， 說明其孔徑分布也很廣，其中大孔的占比很大。而水泥砂漿中的孔隙以中小孔為主，將骨料拌入新鮮砂漿中，然后測量整個樣品的T2譜。如圖所示，骨料貢獻了絕大部分大孔信號（~1000ms）和大部分中孔信號（~100ms），而砂 漿貢獻了絕大部分小孔信號（<10ms）。
將摻骨料的砂漿在密閉條件下進行養護，在不同時刻測試樣品的T2譜，根據T2譜圖的變化，分析和研究水分從骨料向砂漿遷移的過程。實驗發現：在早期水化中（1~7天），砂漿小孔中的水分消耗很快，中大孔的水分消耗不是很多，說明水化過程是首先消耗砂漿自身的水分，然后水分再從中大孔遷移出， 繼續滿足砂漿水化的需求。到15天和17天，無論是小孔還是中孔的水分剩下 的都不多，大孔的信號則完全消失，說明骨料的水分完成了遷移，達到了內養護的目的。
水泥的水化過程需要很長的一段時間，而對水分的需求也是持續的。通過核磁共振方法能安全無損地監測水泥水化和養護的全過程，對于研究和提升水泥的養護質量具有重要的意義。
巖土材料的凍融研究：
巖土材料在高低溫下會發生凍融現象，熱脹冷縮導致材料表面和內部會產生微觀裂隙。水汽則通過這些裂隙進入到巖石內部，當巖石再次冰凍后，裂隙中的水分結冰后體積迅速膨脹，于是會進一步加劇對巖土材料的破壞。如下圖所示，為一種水泥材料在養護28天后，進行不同次數的凍融循環實驗，在第0 次，20次，40次和60次時，對樣品進行真空飽水，測試T2譜。
實驗發現，樣品在未凍融時，只存在小孔和中孔的信號，其中小孔的信號占主導。隨著凍融次數的增加，出現了大孔（~1000ms），大孔和中孔的信號不斷增加，而小孔的信號卻逐漸減小。這說明裂隙的產生是從小孔開始，小孔逐漸變大而成為中孔和大孔，因此小孔的含量也就減小了。
核磁共振方法可動態完整地跟蹤巖石孔隙變化的全過程，通過核磁共振技術研究不同孔徑結構的材料在凍融循環實驗下的孔隙演化規律，可總結出相關的規律，獲取提高巖土材料抗凍性的方法和技術，對于提高材料的耐久性具有十分重要的意義。此外，對于酸化、海水侵蝕等對巖石孔隙具有破壞性的實驗條件，都可以采用核磁共振技術來進行研究。
技 術 指 標
- 2022-11-02核磁共振巖土分析儀-拉莫爾