專利名稱：一種采用核磁共振技術(shù)測(cè)試減水劑塑化性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)試減水劑對(duì)水泥漿體塑化性能的方法。
背景技術(shù)：
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，簡(jiǎn)稱NMR)是交變磁場(chǎng)與物質(zhì)相互作用 的一種物理現(xiàn)象。目前，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的研究，在化學(xué)、食品、石油等工業(yè)領(lǐng) 域、生物醫(yī)學(xué)、以及材料科學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，低場(chǎng)核磁共振技術(shù)在水泥基 材料中的應(yīng)用也取得了較大的發(fā)展，主要有硬化水泥漿體的孔徑分布，水化硅酸鈣比表面 積的測(cè)定，以及水泥水化過程的研究等。其快速、便利，可連續(xù)測(cè)試的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越引起業(yè)內(nèi) 人士的關(guān)注。核磁共振中的H1的弛豫信號(hào)對(duì)多孔材料中的水分子周圍動(dòng)態(tài)的、化學(xué)、物理的環(huán) 境非常敏感。眾所周知，核磁共振技術(shù)的四個(gè)重要參數(shù)為化學(xué)位移S，耦合常數(shù)J，縱向弛 豫時(shí)間Tl和橫向弛豫時(shí)間T2。其中橫向弛豫時(shí)間T2值反映的是水的自由程度，以及不同 水相之間的相互作用和周圍環(huán)境的離子濃度、聚合物狀態(tài)、孔隙等等。由于減水劑對(duì)水泥 漿體的塑化作用的主要機(jī)理為吸附分散作用、潤(rùn)濕作用、潤(rùn)滑作用。減水劑的主要成分是 表面活性劑，且多為陰離子型表面活性劑。減水劑摻入水泥漿體后，首先會(huì)在水泥顆粒表面 形成定向的吸附，使水泥顆粒表面上帶有相同符號(hào)的電荷，這可大大增加水泥顆粒之間的 排斥力，從而阻止水泥顆粒凝聚。另外，還將水泥在加水初期形成的絮凝結(jié)構(gòu)分散解體，從 而將絮凝結(jié)構(gòu)體內(nèi)的游離水釋放出來(lái)，達(dá)到塑化或減水的目的。同時(shí)，減水劑還有利于降低 水溶液對(duì)水泥的潤(rùn)濕角，增加水向水泥顆粒表面毛細(xì)孔內(nèi)的滲透作用；還由于減水劑分子 吸附在水泥顆粒表面，呈極性的親水基指向水溶液，易和水分子以氫鍵形式締合，從而形成 一層穩(wěn)定的溶劑化水膜，增加了水泥顆粒間的滑動(dòng)能力。從以上減水劑作用機(jī)理來(lái)看，減水 劑的加入，對(duì)水泥漿體中的水泥顆粒間的水相的環(huán)境產(chǎn)生了較大的影響作用，這些信息可 以明顯地反映在核磁共振的H1的弛豫信號(hào)中。應(yīng)用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)對(duì)減水劑在水泥中的塑化性能進(jìn)行評(píng)估，國(guó)內(nèi)尚屬罕見。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種快速，便利的采用核磁共振技術(shù)測(cè)試減水劑塑化性的方法。本發(fā)明提出的方法主要通過測(cè)試采用核磁共振分析儀進(jìn)行實(shí)施，儀器參數(shù)為 永久磁體磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 53 T，質(zhì)子共振頻率為23MHz，磁體恒定控溫32°C。采集的弛豫時(shí)間 衰減數(shù)據(jù)經(jīng)IrwFit反演軟件進(jìn)行反演計(jì)算，獲得樣品橫向弛豫時(shí)間T2值分布曲線。本發(fā)明提出的采用核磁共振技術(shù)測(cè)試減水劑塑化性的方法，具體步驟是
(1)水泥加水后，攪拌均勻，然后將所得漿體裝入對(duì)儀器無(wú)干擾信號(hào)的塑料管中，將裝 有漿體的塑料管置于核磁共振分析儀內(nèi)，在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集，影響數(shù)據(jù)采集的參數(shù)包括回波個(gè)數(shù)、回波時(shí)間、每個(gè)CPMG信號(hào)平均掃描次數(shù)和重復(fù)采樣等待時(shí)間等，可根據(jù) 水泥漿體的具體情況進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定來(lái)制作T2衰減曲線；
(2)將采集得到的T2衰減曲線經(jīng)InvFit軟件反演計(jì)算，得到T2值在不同弛豫時(shí)間上 的分布曲線，間接反映了測(cè)試時(shí)刻漿體中不同弛豫時(shí)間位置的水的量的比例；一般情況下， T2值分布曲線主要存在兩個(gè)主要弛豫峰，第一個(gè)在0.21-1. 20ms之間，認(rèn)為主要是由水泥 顆粒形成的絮凝結(jié)構(gòu)之間的水產(chǎn)生的；第二個(gè)在1. 21ms-20ms之間，認(rèn)為是由填充在水泥 顆粒之間的填充水產(chǎn)生的。其中在1.21ms-20ms之間的峰為主峰，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)此峰的位 置和面積與水泥漿體的流動(dòng)性的關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)；
(3)通過對(duì)比計(jì)算，得出減水劑對(duì)水泥漿體的作用效果，計(jì)算方法如下
1. 21ms-20ms之間的水泥漿體第二弛豫峰(主峰)面積占總面積約80%，其對(duì)應(yīng)的填充 水是水泥漿體中水的主要部分。根據(jù)國(guó)外學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，填充水對(duì)應(yīng)的弛豫峰峰面積與 水泥漿體的水灰比有很好的線性關(guān)系，即水泥漿體的主弛豫峰的特征可以反映不同漿體的 流動(dòng)性。依據(jù)《GB8076-2008混凝土外加劑》標(biāo)準(zhǔn)，減水劑的塑化效果的計(jì)算方法即為在 保持相同W/C情況下，摻減水劑凈漿流動(dòng)性與基準(zhǔn)凈漿流動(dòng)性差值與基準(zhǔn)凈漿流動(dòng)性的比 值。減水劑對(duì)水泥漿體的作用效果評(píng)定主要體現(xiàn)在對(duì)流動(dòng)性的改善程度上。因此，通過減 水劑對(duì)水泥漿體第二弛豫峰的T2值分布的影響來(lái)評(píng)定減水劑對(duì)水泥漿體的作用效果是具 有一定的可行性。。 由于，水泥漿體的流動(dòng)性與主弛豫峰的面積有一定的關(guān)聯(lián)性，通過主弛豫峰的面 積比值和加權(quán)T2的比值來(lái)判斷減水劑對(duì)水泥漿體的作用效果。
「。_ - _架體CJS的主弛豫峰面積 L」一漿體C的主弛豫峰面積 ⑴
C一減水劑對(duì)水泥漿體塑化作用影響因子。認(rèn)為C >1減水劑塑化作用明顯，C < 1減 水劑不具備塑化作用。數(shù)值大小則代表了作用效果的明顯與否。水泥漿體C一純水泥漿體，
水泥漿體CJS—同一水灰比下的摻有減水劑的水泥漿體。本發(fā)明中，步驟(1)中采用的CPMG序列采集數(shù)據(jù)，對(duì)核磁共振儀的參數(shù)設(shè)定有一 定的要求。主要參數(shù)范圍如下
回波時(shí)間2 τ 50-200 ； 回波個(gè)數(shù) η 10000-20000 ； 掃描次數(shù)m: 16-64。本發(fā)明中，對(duì)被測(cè)試漿體的制備有以下要求 水灰比0. 25-0. 4 ；
攪拌時(shí)間lmin-3min ； 裝樣品時(shí)間lmin-3min ； 試驗(yàn)容器四呋氫喃制品或特制石英容器； 試樣量同一系列試驗(yàn)保持相同體積
本發(fā)明可供為減水劑研發(fā)和應(yīng)用提供一種相對(duì)快速、便利、較為準(zhǔn)確地減水劑塑化性 能測(cè)試方法。


圖1為實(shí)施例1中水化時(shí)間為5 min時(shí)，純水泥漿體與摻減水劑水泥漿體的 T2值第二弛豫時(shí)間峰的對(duì)比圖。圖2為實(shí)施例1中水化時(shí)間為30 min時(shí)，純水泥漿體與產(chǎn)減水劑水泥漿體 的T2值第二弛豫時(shí)間峰的對(duì)比圖。圖3為實(shí)施例1中水化時(shí)間為60 min時(shí)，純水泥漿體與摻減水劑水泥漿體 的T2值第二弛豫時(shí)間峰的對(duì)比圖。圖4為實(shí)施例1中水化時(shí)間為90 min時(shí)，純水泥漿體與摻減水劑水泥漿體 的T2值第二弛豫時(shí)間的對(duì)比圖。圖5為實(shí)施例1中水化時(shí)間為120 min時(shí)，純水泥漿體與摻減水劑水泥漿體 的T2值第二弛豫時(shí)間峰的對(duì)比圖。圖6為實(shí)施例2中在水化5 min時(shí)，減水劑對(duì)水泥漿體的作用效果圖。圖7為實(shí)施例3中在水化5 min時(shí)，減水劑對(duì)水泥漿體的作用效果圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1，試驗(yàn)材料水泥為P. 0 42. 5級(jí)，減水劑聚羧酸減水劑A。水灰比為0. 3， 減水劑摻加比例為0. 2%。 經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定減水劑A的減水率為25%，120min擴(kuò)展度損失為 15%。試驗(yàn)儀器及參數(shù)為測(cè)試采用PQ-001型核磁共振分析儀，采用CPMG脈沖序列，回波 個(gè)數(shù)n=12000，回波時(shí)間為2 τ =100 μ s,每個(gè)CPMG信號(hào)平均掃描m=32次，且重復(fù)衰減。重 復(fù)采樣等待時(shí)間TR為1500ms。圖1-圖5為純水泥漿體與摻減水劑水泥漿體的T2值第二弛豫時(shí)間峰的對(duì)比圖。將圖中的數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式(1)和(2 )得 表1減水劑對(duì)第二弛豫峰的影響
權(quán)利要求
一種采用核磁共振技術(shù)測(cè)試減水劑塑化性的方法，其特征在于具體步驟是(1) 水泥加水后攪拌均勻，然后將所得漿體裝入對(duì)核磁共振分析儀無(wú)干擾信號(hào)的塑料管中，將裝有漿體的塑料管置于核磁共振分析儀內(nèi)，在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集；影響數(shù)據(jù)采集的參數(shù)包括回波個(gè)數(shù)、回波時(shí)間、每個(gè)CPMG信號(hào)平均掃描次數(shù)和重復(fù)采樣等待時(shí)間，根據(jù)水泥漿體的具體情況進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定；制作T2衰減曲線；(2) 將采集得到的T2衰減曲線經(jīng)InvFit軟件反演計(jì)算，得到T2值在不同弛豫時(shí)間上的分布曲線，間接反映了測(cè)試時(shí)刻漿體中不同弛豫時(shí)間位置的水的相對(duì)量；T2值分布曲線主要存在兩個(gè)主要弛豫峰，第一個(gè)在0.21 1.20ms之間，是由水泥顆粒形成的絮凝結(jié)構(gòu)之間的水產(chǎn)生的；第二個(gè)在1.21 20ms之間，由填充在水泥顆粒之間的填充水產(chǎn)生的；其中在1.21 20ms之間的峰為主峰，此峰的位置和面積與水泥漿體的流動(dòng)性的關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)；(3) 通過對(duì)比計(jì)算，得出減水劑對(duì)水泥漿體的作用效果，計(jì)算方法如下1.21 20ms之間的水泥漿體主峰的峰面積占總面積約80%，其對(duì)應(yīng)的填充水是水泥漿體中水的主要部分；通過減水劑對(duì)水泥漿體第二弛豫峰的T2值分布的影響來(lái)評(píng)定減水劑對(duì)水泥漿體的作用效果是具有一定的可行性；水泥漿體的流動(dòng)性與主弛豫峰的面積有一定的關(guān)聯(lián)性，通過主弛豫的面積比值和加權(quán)的比值來(lái)判斷減水劑對(duì)水泥漿體的作用效果； (1)C—減水劑對(duì)水泥漿體塑化作用影響因子；認(rèn)為C〉1減水劑塑化作用明顯，C<1減水劑不具備塑化作用；數(shù)值大小則代表了作用效果的明顯與否；水泥漿體C—純水泥漿體；水泥漿體CJS—同一水灰比下的摻減水劑的水泥漿體。dest_path_image002.jpg
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用核磁共振技術(shù)測(cè)試減水劑塑化性的方法，其特征在于步 驟(1)中采用的CPMG序列采集數(shù)據(jù)，控制核磁共振儀的參數(shù)范圍如下回波時(shí)間2 τ 50-200， 回波個(gè)數(shù) η 10000-20000， 掃描次數(shù)m: 16-64。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用核磁共振技術(shù)測(cè)試減水劑塑化性的方法，其特征在于對(duì) 被測(cè)試體的制備有以下要求水灰比0. 25-0. 4， 攪拌時(shí)間lmin-3min， 裝樣品時(shí)間lmin-3min， 試驗(yàn)容器四呋氫喃制品或特制石英容器， 試樣量同一系列試驗(yàn)保持相同體積。
全文摘要
本發(fā)明屬建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速、便利的采用核磁共振技術(shù)測(cè)試減水劑塑化性的方法。具體步驟為水泥加水后攪拌均勻，然后將所得漿體裝入對(duì)核磁共振儀無(wú)干擾信號(hào)的塑料管仲，制作T2衰減曲線；將采集得到的T2衰減曲線經(jīng)InvFit軟件反演計(jì)算，得到T2值在不同弛豫時(shí)間上的分布曲線，間接反映了測(cè)試時(shí)刻漿體中不同弛豫時(shí)間位置的水的相對(duì)量；通過對(duì)比計(jì)算，得出減水劑對(duì)水泥漿體的作用效果。本發(fā)明可在較短的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試，較為準(zhǔn)確、連續(xù)的反映減水劑對(duì)水泥漿體的塑化性能及作用時(shí)效。使用本發(fā)明可對(duì)減水劑塑化性能進(jìn)行即時(shí)測(cè)試節(jié)省時(shí)間，提供便利，提高工作效率，也可以對(duì)減水劑塑化性能進(jìn)行連續(xù)，追蹤測(cè)試，精確的判斷減水劑的作用過程及時(shí)間效力。
文檔編號(hào)G01N1/38GK101975789SQ20101050631
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者俞洋, 孫振平, 龐敏 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)