高精度NMR水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)孔徑分布檢測

土壤中的水分傳輸機制與土壤污染 水分進入土壤后，將立即滲透至水分不受約束的區(qū)域，如不受約束的有機質(zhì)中，形成凝膠相，不受約束礦物顆粒（粘土）的微孔中，顆粒與顆粒之間的孔隙中（中孔、大孔/毛細(xì)孔中），這一過程很短。然而隨著水分的進入，土壤的組分單元將與水分產(chǎn)生相互作用，如水分滲透進有機質(zhì)與礦物顆粒的結(jié)合界面，從而阻斷之間的氫鍵連接、離子鍵連接、共價鍵連接等，甚至還伴隨著水解作用的產(chǎn)生，隨著這些約束的破壞，其產(chǎn)物如分離出的有機質(zhì)和礦物顆粒進一步吸水，從而極終達到水分傳輸分布的平衡狀態(tài)，當(dāng)如土壤失水干燥時，上述過程使可逆的，伴隨著凝膠相失水坍塌、有機質(zhì)與礦物質(zhì)在界面作用下，重新分型聚集，封閉微孔等。這一微孔打開/封閉的過程，將極有可能使污染物在土壤中聚集，從而形成土壤污染。水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)低場核磁共振技術(shù)主要采用永磁體結(jié)構(gòu)，主要采集被檢測樣品的弛豫信息。高精度NMR水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)孔徑分布檢測

潤濕性

自吸：已飽油巖樣放入吸水儀中，如果巖石親水，毛細(xì)作用下，水將自動吸入巖石將巖石中的油驅(qū)替出來，驅(qū)替出的油浮于儀器頂部，體積能夠直接讀出；如果巖石有親油能力，則使用飽水巖樣，置入油中，倒置讀出驅(qū)出水量；由于巖石具有非均質(zhì)性，既親油又親水，一般同一巖樣重復(fù)做吸水驅(qū)油和吸油驅(qū)水實驗；自吸離心法：除自吸外，利用離心機產(chǎn)生離心力將巖心毛管中可流動的液體排除，得到總的可流動毛管體積：水排比=自動吸水量/（自動吸水量+離心吸水（排油）量）；油排比=自動吸油量/（自動吸油量+離心吸油（排水）量）；自吸驅(qū)替法：與自吸離心法相似，不同在于將離心機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力改為將巖心裝入巖心夾持器中加壓進行驅(qū)替；實驗步驟：飽油（含束縛水）巖樣自吸水，測排油量C，巖心放入夾持器，水驅(qū)油測油量D；水驅(qū)后（含殘余油）自吸油，測排水量A，巖心放入夾持器，油驅(qū)水測水量B。油潤濕指數(shù)=A/（A+B）水潤濕指數(shù)=C/（C+D） 高精度NMR水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)孔徑分布檢測水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)磁共振分析儀可用于土壤孔隙物性研究（孔隙變化及微觀結(jié)構(gòu)分析）。

水泥基材料仍然是世界上極重要的工程材料之一。盡管水泥基材料廣闊應(yīng)用到工程建設(shè)中已有很長 時間，然而鑒于測試手段的限制，人們對水泥的水化進程、水化過程中微觀結(jié)構(gòu)的形成及其與水泥基材料宏觀性能間的關(guān)系等內(nèi)容并不完全清楚。自核磁共振這一物理現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來，核磁共振測試技術(shù)已經(jīng)廣闊應(yīng)用到生物制藥、食品安全和材料表征等領(lǐng)域。 近年來，隨著低場核磁共振技術(shù)的發(fā)展，其逐漸被應(yīng)用到水泥基材料的研究中，它可以提供關(guān)于水泥基材料的孔隙率、 孔徑分布和水化動力學(xué)等方面的信息，成為表征水泥基材料的一種重要手段。

核磁共振技術(shù)作為一種無損的、非侵入式且可定量的檢測方法，已經(jīng)用于水泥基材料的水化過程的測量。大量研究表明，水泥基材料水化過程中存在結(jié)晶水、層間水、凝膠孔水和毛細(xì)孔水等四種成分，隨著水化反應(yīng)的進行，上述四種成分含量也會發(fā)生變化。1H核磁共振技術(shù)利用H原子作為探針，可以在不需要預(yù)處理、不破壞水泥樣本結(jié)構(gòu)的情況下，對水泥水化過程進行實時檢測。目前，大多數(shù)用于水泥基材料的低場核磁共振分析方法都依賴于一維T1、T2測量方法，使用一維核磁共振測量方法對于準(zhǔn)確解釋水泥系統(tǒng)可能存在困難。因此，為了提高分辨率以及同時獲得水泥樣本的T1、T2弛豫信息，二維T1-T2相關(guān)測量方法開始用于水泥基材料的檢測中，可獲得清晰的水分子動力學(xué)、成分變化等相關(guān)信息。水泥基材料與土壤、巖芯的相互作用影響多孔介質(zhì)的性能。

粘土結(jié)合水、毛細(xì)管結(jié)合水和可動水具有不同的孔隙大小和位置。烴類流體在孔隙空間中的位置與鹽水不同，通常占據(jù)較大的孔隙。它們在粘度和擴散系數(shù)上也與鹵水不同。核磁共振測井利用這些差異來表征孔隙空間中的流體。圖1.13定性地表示了巖石孔隙中不同流體的核磁共振性質(zhì)。一般來說，結(jié)合流體的T1和T2時間都很短，擴散速度也很慢(小D)，這是由于分子在小孔隙中的運動受到限制。游離水通常具有中等的T1、T2和D值。碳?xì)浠衔?，如天然氣、輕質(zhì)油、中粘度油和重油，也有非常不同的核磁共振特征。天然氣表現(xiàn)出很長的T1時間，但很短的T2時間和單指數(shù)型弛豫衰減。油的核磁共振特性變化很大，很大程度上取決于油的粘度。較輕的油具有高度的擴散，具有較長的T1和T2時間，并且通常表現(xiàn)為單指數(shù)衰減。隨著黏度的增加和碳?xì)浠衔锘旌衔镒兊酶訌?fù)雜，擴散減少，就像T1和T2時間一樣，弛豫伴隨著越來越復(fù)雜的多指數(shù)衰減?；诳紫读黧w信號的獨特核磁共振特征，已經(jīng)開發(fā)出應(yīng)用程序來識別并在某些情況下量化存在的碳?xì)浠衔镱愋?。其?nèi)部有大量不規(guī)則、多尺度的孔隙，并且還存在不同狀態(tài)和不同數(shù)量的水分。高精度NMR水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)孔徑分布檢測

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縱向弛豫(T1)和橫向弛豫(T2)是由質(zhì)子之間的磁相互作用引起的。從原子的角度來看，當(dāng)一個進動的質(zhì)子系統(tǒng)將能量傳遞給周圍環(huán)境時，弛豫就發(fā)生了。供體質(zhì)子弛豫到它的低能態(tài)，在低能態(tài)中質(zhì)子沿著B0的方向進動。同樣的轉(zhuǎn)移也有助于T2弛豫。此外，消相有助于T2松弛，而不涉及向周圍環(huán)境轉(zhuǎn)移能量。因此，橫向弛豫總是比縱向弛豫快;因此，T2總是小于等于T1?！τ诠腆w中的質(zhì)子，T2比T1小得多?！τ诹黧w中的質(zhì)子：(1)當(dāng)流體處于均勻靜磁場時，T1近似等于T2。(2)當(dāng)流體處于梯度磁場并采用CPMG測量過程時，T2小于T1，其差異主要受磁場梯度、回波間距和流體擴散率的控制。當(dāng)潤濕流體填充多孔介質(zhì)(如巖石)時，T1和T2都急劇減小，并且弛豫機制不同于固體或流體中的質(zhì)子。高精度NMR水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)孔徑分布檢測