低场磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质水泥基材料配方选择

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。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。低场磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质水泥基材料配方选择

基于低场时域核磁共振技术的土壤润湿性评价标准探索 土壤的润湿性其本质机制是水分进入土壤后所发生的一系列化学反应。水分进入土壤后，其有两个进程，first个为快速吸收，这主要是由于干燥的有机物吸水、膨胀，形成凝胶，并产生微孔；第二个进程主要体现在具有憎水性的土壤中，即土壤颗粒表面的憎水性有机物覆层与载体-土壤颗粒之间的连接，因水分的渗透作用而发生破坏，该过程伴随少量的吸水量，且持续时间较长。基于低场时域磁共振技术，通过测量土壤样品中的水分的横向弛豫时间及其分布发现：当憎水性土壤暴露在水分中足够长的时间，其与同类型的润湿性能优异的土壤将达到相同或相似的水分分布平衡状态。基于此，低场时域核磁共振技术，为评价土壤的润湿性提供了一条可行的途径：通过计算土壤样品的加权平均T2横向弛豫时间T2gm，即当土壤样品暴露于水中足够长的时间后，其T2gm持续降低，并在3周后，降低一个数量级，则说明该土壤为憎水性土壤，润湿性能较差。 磁共振土壤分析仪，采用优化的磁场强度、探头系统、温控系统等硬件配置，功能强大的软件分析系统，可对土壤样品进行长时间在线精确测量，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。一体式水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质应用研究水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可用于非常规岩芯的产油产气过程模拟等检测分析。

土壤是一种具有复杂成分的多孔介质系统，包括粘土（伊利石、高岭石、蒙脱石等）、有机质（腐殖酸、酯等）等，作为一种非稳态多孔介质，其在吸水过程中孔隙状态发生变化，并形成新的孔隙分布状态。土壤中水分的渗透机理/水分迁移、水分子动力学等是一个复杂的过程，其对土壤微观结构的影响，直接影响土壤的相关特性，如土壤的持水能力、吸湿量、土壤污染等。水作为一种典型的含氢组分，是低场时域磁共振技术主要的检测目标物，通过对土壤吸水/失水过程中，土壤中水分弛豫时间的测量分析，可有效表征土壤的微观结果，土壤中水分的迁移情况、渗透机理、水分子动力学等，为土壤性能分析，如土壤的孔隙分布、土壤的污染研究等提供支撑。

孔隙结构：单重、双重、三重孔隙介质；共六种孔隙结构类型

1、单重孔隙介质

1）粒间孔隙结构：由大小形状不同的颗粒组成，颗粒间间隙被胶结物质填充；（等效球体-等直径/变截面微毛细管-网络模型）

2）纯裂缝结构：不规则、不渗透；（裂缝网络分隔）

2、双重孔隙介质

1）裂缝-孔隙结构：粒间孔隙介质又被裂缝分隔为多个块状单元；（双重孔隙度、渗透率）

2）溶洞-孔隙结构：粒间孔隙岩石中分布着大的溶洞，尺寸超过毛细管大小；（两种流动规律：粒间孔渗流规律、溶洞孔纳维斯托克斯方程）

3、三重孔隙介质

1）孔隙-微裂缝-大洞穴

2）孔隙-微裂缝-大裂缝 多孔介质在水利工程、土木工程等领域有广泛应用。

(1) 土壤水作为水资源的一个重要组成部分，是一切陆生植物赖以生存的基础，同时也是溶质和热量在土壤中传输的主要载体。所以，土壤水的数量和相态分布极大 地影响着土壤中其他环境因子，进而影响植物和土壤生物的生存状况[1]。在中国长江中下游地区，城市化的快速扩张使得分布在城郊的肥沃老蔬菜地被迫转化为城市用地。为满足人们对蔬菜产品日益增加的需求，城郊原有的水稻田转成新蔬菜地。水稻田转成设施菜地后，耕作方式由季性水-旱轮作转变为常年旱耕，常年大强度的 耕作和施肥以及无降水、高蒸发量的环境条件致使土壤环境在短时间内发生剧烈变化：土壤水的数量和形态迅速改变，盐分表聚现象频现，土壤板结退化严重。因此，研究水稻田转化为设施菜地后土壤持水性能的演变，尤其是土壤水分的相态分布的演变，对实现设施菜地土壤可持续管理具有重要意义。水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可用于可动与不可动（固体）有机质随温度和压力的变化分析。低场磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质分析设备

多孔介质中水分和气体的传输是研究的重要内容。低场磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质水泥基材料配方选择

气体、轻质油、水和一些中等粘度的油表现出明显的扩散诱导当它们处于梯度磁场和长回波间隔的CPMG序列时，会发生弛豫。对于这些流体，与扩散机制相关的弛豫时间常数的Tdison成为检测它们的重要工具。当静磁场中存在***的梯度时，分子扩散会引起附加减相，因此增加了弛豫速率(1/T2)。这种失相是由分子移动到磁场强度不同的区域，因此其中岁差率不同。扩散弛豫对弛豫时间T1没有影响率(1/T)。与自由弛豫一样，物理性质如粘度和分子组成控制着扩散系数。同样，环境条件、温度和压力都会影响扩散。由式3.12~3.14可知，气、油、水的扩散系数随温度的升高而增大(粘度n随温度的升高而减小)。气体的扩散系数随压力的增加而减小，因为气体密度随压力的增加而增加。油的扩散系数差别很大，因为不同的油表现出***的分子组成，这导致了***的粘度范围。低场磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质水泥基材料配方选择