高精度TD-NMR水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質應用研究

(1)    相比其他年限大棚耕層土壤，8 a大棚土壤吸持自由水比重高，吸持束縛水的比重低，在轉化時間序列上，呈現(xiàn)出了相反的變化趨勢。本文認為這可能與有機肥的施用有關，施肥量調查結果顯示：2、6、8 a大棚土壤有機肥的年均施用量分別為 46.5、36、144 t/hm2，8 a大棚的有機肥年均施用量高，分別是 2、6 a的 3.1 和 4 倍，有機肥的高投入保證了好的耕層質量，提高了土壤中自由水的比重，提升了土壤大孔隙的持水能力，有利于蔬菜作物對土壤水分的吸收利用，已有的研究也證實了這一說法。有研究表明，長期施用有機肥增加了土壤大孔隙的數(shù)量，拓寬了孔隙分布范圍，進而提高了土壤水分的吸持性能和供釋能有研究指出，田間持水量狀態(tài)的土壤每提高 1%的土壤有機質含量可以增加 1.5%的土壤水分。核磁共振測量方法一類是測量非均勻磁場中不同時間產生的回波串的信號衰減包絡。高精度TD-NMR水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質應用研究

核磁共振技術作為一種無損的、非侵入式且可定量的檢測方法，已經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晶水、層間水、凝膠孔水和毛細孔水等四種成分，隨著水化反應的進行，上述四種成分含量也會發(fā)生變化。1H核磁共振技術利用H原子作為探針，可以在不需要預處理、不破壞水泥樣本結構的情況下，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、成分變化等相關信息。高精度TD-NMR水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質應用研究多孔介質的研究有助于提高工程結構的穩(wěn)定性和耐久性。

水泥基材料是一種非常復雜的材料。 未水化的水泥以晶體礦物為主，但水化后的水泥基材料既含有晶態(tài)的鈣礬石、氫氧化鈣及未水化的水泥礦物，又有Ｃ-Ｓ-Ｈ凝膠及其它非晶態(tài)相，且水化產物以非晶態(tài)物質為主。同時其結構中既含有固態(tài)物質，又有液態(tài)的孔溶液及氣孔。由于水泥基材料組份和結構的復雜性，大部分的現(xiàn)代測試分析方法在研究水泥水化及其它過程時所能得到的信號不清晰（Ｘ射線衍射為典型），而核磁共振技術無此方面限制，它可表征水分在水泥基材料中的分布及傳輸，極大地促進水泥基材料的研究。

水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質核磁共振弛豫信號 T1弛豫信號 縱向弛豫時間T1：當射頻脈沖撤銷后。平行于外加磁場B0方向。宏觀磁矩由0恢復到M0的時間 與樣品中原子核所在的分子環(huán)境以及外加磁場強度有關； 磁場越高。宏觀磁矩越大。T1信號越強。 主要測量脈沖：IR、SR脈沖 T2弛豫信號 橫向弛豫時間T2：當射頻脈沖撤銷后。垂直于外加磁場B0方向。宏觀磁矩由M0恢復到0的時間； 與樣品中原子核的分子運動以及外加磁場強度有關； 分子運動越劇烈。 T2越長，反之T2就短； 磁場均勻性越好。分子運動一致性越高。信號衰減越緩慢； 磁場越高。宏觀磁矩越大。T2信號越強。 主要測量脈沖：FID、CPMG。衍生的脈沖Solidecho等 低場核磁共振是一種正在興起的快速無損檢測技術。具有測試速度快。靈敏度高、無損、綠色等優(yōu)點。已廣闊應用在食品品質控制、非酒精性脂肪肝等代謝疾病、石油勘探、水泥水化過程分析、水泥基材料不同配方選擇、土壤水分物性及孔隙物性研究、土壤固體有機質探測、非常規(guī)巖芯總體孔隙度及有效孔隙度檢測、油水氣飽等水泥基材料、土壤、巖芯等多孔介質領域。水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質低場核磁共振技術主要采用永磁體結構，主要采集被檢測樣品的弛豫信息。

隨著種植年限的增長，小峰面積呈現(xiàn)消減的趨勢，主峰面積呈現(xiàn)增加的趨勢。綜合研究區(qū)各類型土壤吸持自由水和束縛水比重隨轉化時間的變化特征可知，總體來講，耕層土壤吸持自由水的性能降低，吸持束縛水的性能提高，土壤吸持水分的有效性下降。這可能是由于大棚土壤耕作次數(shù)較少，且多為淺耕，肥料多為表施，灌水次數(shù)多，土壤長期保持濕潤狀態(tài)，使得土壤非水穩(wěn)性團粒結構遭受破壞，通透性變差；無降水、高蒸發(fā)量的環(huán)境條件導致鹽分上升累積，造成土壤板結退化，繼而降低了耕層土壤水分的吸持性能。多孔介質具有高滲透性和良好的力學性能。高精度TD-NMR水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質應用研究

水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質磁共振分析儀可用于非常規(guī)巖芯的可動與不可動固體有機質含量檢測分析。高精度TD-NMR水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質應用研究

土壤潤濕性（wettability）對土壤的性能參數(shù)之一，其表現(xiàn)為快速吸水，持水能力強。土壤的憎水性（repellency）是指土壤具有較差的潤濕性，其表現(xiàn)為植物生長緩慢、表面多塵、因缺少圖聚核而結構一致，這種現(xiàn)象增加了地下水污染的可能性。土壤憎水性的成因包括：自然發(fā)生的、因火災或污染產生等。污染引起的土壤憎水性通常是由于土壤長期暴露在液相或氣相的石油烴中。因此對于土壤潤濕性的評價非常重要。 低場時域核磁共振法通過直接測量土壤樣品中的水分的弛豫時間信息，能夠有效表征水分在土壤樣品中的分布，通過對弛豫時間的分析，從而對土壤樣品的潤濕性進行評價。同時，其無損、非侵入的檢測過程，可對同一樣品進行重復檢測。 MAGMED-Soil-2260磁共振土壤分析儀，以其優(yōu)化的場強、探頭系統(tǒng)等硬件配置，功能強大的軟件分析系統(tǒng)，可為廣大科研工作者提供一種高效、快捷、精確的土壤潤濕性評價分析途徑。高精度TD-NMR水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質應用研究