核磁共振技术在水泥基材料中的应用进展

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1、2015年第1期(总第303期)混凝土理论研究Number1in2015(TotalNo．303)ConcreteTHEOＲETICALＲESEAＲCHdoi:10．3969j．issn．1002-3550．2015．01．013核磁共振技术在水泥基材料中的应用进展魏剑，韩建德，王曙光，刘伟庆(南京工业大学土木工程学院，江苏南京211816)摘要:介绍了几种核磁共振仪以及核磁共振技术的测试原理，同时介绍了核磁共振的四个主要参数，详细地论述了核磁共振在水泥基材料中的应用现状，分析了该技术的优势以及存在的问题

2、，展望了其发展的趋势和应用前景，最后对这种技术进一步的发展提出了建议。关键词:核磁共振;水泥基材料;水泥水化;孔结构;水泥化学中图分类号:TU528．01文献标志码:A文章编号:1002-3550(2015)01-0048-06ApplicationsofNMＲprobingintocement－basedmaterialsWEIJian，HANJiande，WANGShuguang，LIUWeiqing(CollegeofCivilEngineering，NanjingTechUniversity，Nan

3、jing211816，China)Abstract:TheprinciplesusedinstrumentsofNMＲwereintroduced．Also，thefourmainpar－ametersofNMＲwerepresented．Theap-plicationstatusesofNMＲincementbasedmaterialswerereviewedandtheprospectsofapplicationswerediscussed．Atlast，recommen-dationsforthede

4、velopmentofNMＲincementi－tiousmaterialswerepresented．Keywords:NMＲ;cement－basedmaterials;cementhydration;porestructure;cementchemistry原子核，自旋量子数为0、质量数为奇数的原子核，自旋量子数0引言为半整数、质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数1946年美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个为整数。而迄今为止，只有自旋量子数等于12的原子核，其核核子(包含质子和中子

5、)的原子核置于磁场中，再施加以特定磁共振信号才能够被人们利用。由于原子核携带电荷，当原子频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这是核自旋时，会由自旋产生一个磁矩，这一磁矩的方向与原子核人们最初对核磁共振现象的认识。核磁共振现象被人们发现的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。将原子之后很快就产生了实际用途，用于探索、研究物质微观结构和核置于外加磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向不同，则原性质的高新技术。目前，核磁共振已在物理、化学、材料科学、子核磁矩会绕外磁场方向旋转，图1为核磁共振基本

6、原理图。［1］生命科学和医学等领域中得到了广泛的应用。本研究综述而实际应用的核磁共振也就是核磁共振波谱仪，图2为核磁共了国内外核磁共振技术在水泥基材料中的应用进展，主要是低振波谱仪原理图［4－6］。场核磁共振技术和固体高分辨率核磁共振技术在水泥基材料1．2核磁共振的主要特征参数中的应用进展，可为该技术在水泥基材料中的应用提供更好的核磁共振主要包括四个特征参数:化学位移、耦合常数、谱借鉴。峰强度和弛豫参数。1核磁共振概述1．1核磁共振原理核磁共振(NuclearMagneticＲesonance简称NMＲ)是

7、磁矩不为零的原子核在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理［2－3］过程。根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动图1核磁共振基本原理图量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，不同类型的原子核自旋量子数不同:质量数和质子数均为偶数的收稿日期:2014-07-12基金项目:国家973计划项目(2011CB013800);国家自然科学基金(51308290);江苏省自然科学基金(BK20130947);高性能土木工程材料国家重点实验室开放基金(2012CEM0

8、02);江苏省土木工程材料重点实验室开放基金(CM2013－01)·48·性取决于分子运动的性质。由于分子运动是无规则的，局部涨落磁场也是一个随机过程。此外，弛豫速率(即弛豫时间的倒数)，具有可加和性。当存在多种弛豫机制时，总的弛豫速率是各种机制弛豫速率的总和。弛豫主要的两个特性:①自旋－晶格弛豫时间(纵向弛豫时间)T1，核系统与周围晶格相互作用，交换能量，使核系统恢复平衡，这一过程被称为自旋－晶格弛豫图2核磁共