时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质分析系统

低场时域核磁共振技术用于土壤中水分的运动机制研究 土壤作为一种包含多中成分：多种矿物质、多种有机质的复杂非稳态的多孔介质，其吸水后，水分的渗透机理与典型稳态多孔介质中水分的渗透机理相违背，而是先进入大孔，进入微孔则是一个缓慢、漫长的过程，这说明水分与土壤中的部分组分相互作用，从而改变了土壤的微观结构。典型的解释是：土壤吸水后，水分与土壤中的有机质相互作用，形成“凝胶相”，打开土壤中的微孔系，从而吸水膨胀。但内在机理有待进一步研究。 基于低场时域核磁共振技术，通过对土壤样品的各个单独组分（如蒙脱石、腐殖酸）及全土吸水后的弛豫时间测量和分析，得出：土壤中的水分进入微孔之所以是一个缓慢、漫长的过程，主要是因为土壤渗透如有机质和矿物颗粒的结合界面、破坏有机质和矿物颗粒之间的相互作用，从而使土壤中形成凝胶相，并打开矿物颗粒（蒙脱石粘土）的微孔系的时间较长。 MAGMED-Soil-2260磁共振土壤分析仪，能够精确、全力的采集土壤样品中所有孔径对应的弛豫时间信号，优化的软硬件配置，满足长时间在线测量要求，重复性好，为土壤中的水分运动机制研究提供一种精确、快速、方便的分析途径。低场核磁共振技术对仪器环境要求不高，具有操作简单快捷、检测速度快、对人体无辐射。时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质分析系统

MAG-MED核磁共振分析仪通过弛豫时间长短的测量能够有效区分样品中不同水分含量及比例、样品中孔径大小的分布及孔隙变化信息。 土壤、冻土、岩石材料中的自由水、束缚水、不同相态水。由于水分子中的氢原子核运动能力差异：束缚水相对自由水其氢原子核运动受到束缚强。固态水（冰）相较液态水其氢原子核运动受到的束缚强。所以其弛豫时间存在差异。束缚强的氢原子核弛豫时间短。运动相对自由的氢原子核弛豫长。同理。小孔中水分的氢原子核运动束缚强。弛豫时间短；而大孔中水分的氢原子核运动相对自由。弛豫时间长。NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质技术原理其内部有大量不规则、多尺度的孔隙，并且还存在不同状态和不同数量的水分。

核磁共振由哈佛大学Purcell教授和斯坦福大学Bloch教授在1946 年独自发现现象之后，该项技术在科学研究和工业领域的应用日益广阔。 在水泥基材料、土壤、岩芯等多孔介质研究领域，Brown 和 Fatt 于 1956 年首先研究了多孔介质中水的核磁共振弛豫特征，发现多孔介质中水的弛豫时间远小于其自由状态的体弛豫时间。 根据核磁共振机制，由于多孔介质中水的弛豫时间主要反映的是水的表面弛豫特征，即水与多孔介质孔隙表面之间的相互作用力强弱，液固之间的作用力越强则液体的弛豫时间越短，否则液体的弛豫时间越长。

将比表面积为380m2/kg的普通硅酸盐水泥与铁渣粉混合制成不同铁渣含量的试样。试样真空保水后使用PM-1030磁共振水泥基材料分析仪进行检测。将测试结果反演得到曲线图，观察各试件饱水样T2 谱相似，均有2~3个弛豫峰且均以短弛豫为主，弛豫时间绝大部分在0.01ms~1ms 之间，在10ms~100ms和100ms~1000ms之间存在比例很小的峰。每个弛豫峰表征一种状态的水（化学结合水、 吸附水、孔隙水与自由水）。研究表明 ：化学结合水的横向弛豫时间很短，试验无法采集到试件中化学结合水的信号，已知吸附水流动性＜孔隙水流动性＜自由水流动性。T2 值小孔 隙就小，T2 值大孔隙就大，T2 与 r 正相关，因此核 磁共振T2 谱测试结果可间接反映试件内部孔隙结构。 T2 时间越短，水的流动性越差。因此，T2 谱的3个峰依次对应饱水试件中吸附水、孔隙水和自由水中氢核的核磁共振信号。土壤和岩芯在多孔介质中起到支撑和稳定作用。

岩石中流体的扩散受到周围固体介质的限制，是一种受限扩散，其扩散系数、弛豫时间与岩石孔隙结构和表面性质有很大的关系，岩心流体中自旋核磁矩弛豫与扩散机理，对深入了解低渗透岩石孔隙结构和渗流特征有很大帮助．同时，岩心中表面润湿性与核磁共振参数的关系是润湿性研究的基础。岩心中弛豫时间测量基本的规律是：与孔壁表面接触越紧密，流体的弛豫时间越短．由于分子无规则热运动引起分子与孔壁的碰撞进而产生表面弛豫作用，孔径中的扩散和弛豫时间有非常紧密地联系．核磁共振测量方法一类是测量非均匀磁场中不同时间产生的回波串的信号衰减包络。时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质分析系统

水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质低场核磁共振技术主要采用永磁体结构，磁场强度一般在1.0 T以下。时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质分析系统

基于低场时域核磁共振技术的土壤润湿性评价标准的探索 土壤的憎水性是土壤润湿性差的直接体现，通常是由于土壤中的有机物在土壤表层形成一层覆层，从而阻碍水分在土壤中的吸收。 从低场时域核磁共振技术理论来看，土壤润湿性差主要表现为：土壤的水分以自由水的形式存在，其横向弛豫时间（T2）当量通常大于1000ms量级。土壤润湿性优主要表现为：土壤中的水分快速吸收，以束缚水形式存在，其横向弛豫时间（T2）反演谱图上有两个在在1ms-10ms，10ms-100ms当量的谱峰。因此，通过计算其弛豫时间的几何平均数，即加权平均T2弛豫时间，可定性评价土壤的润湿性：在土壤样品中加水后，短时间内（几天）持续测量其横向弛豫时间T2，并计算加权平均横向弛豫时间T2gm，如T2gm大于1000ms，那么该土壤样品润湿性差，表现为憎水性；如T2gm小于1000ms，且变化不大，那么该土壤样品润湿性好，持水能力强。 MAGMED磁共振土壤分析仪，以其优化的场强、探头系统等硬件配置，功能强大的软件分析系统，可对土壤样品中的水分信息进行全力精确的测量，可为土壤润湿性评价分析提供一种高效、快捷、精确分析途径。时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质分析系统