核磁共振技术在水泥基材料中的应用进展VIP免费

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(2012CEM002);江苏省土木工程材料重点实验室开放基金(CM2013－01)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，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，Nanjing211816，China)Abstract:TheprinciplesusedinstrumentsofNMＲwereintroduced．Also，thefourmainpar－ametersofNMＲwerepresented．Theap-plicationstatusesofNMＲincementbasedmaterialswerereviewedandtheprospectsofapplicationswerediscussed．Atlast，recommen-dationsforthedevelopmentofNMＲincementi－tiousmaterialswerepresented．Keywords:NMＲ;cement－basedmaterials;cementhydration;porestructure;cementchemistry0引言1946年美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个核子(包含质子和中子)的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的射频场，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性质的高新技术。目前，核磁共振已在物理、化学、材料科学、生命科学和医学等领域中得到了广泛的应用［1］。本研究综述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借鉴。1核磁共振概述1．1核磁共振原理核磁共振(NuclearMagneticＲesonance简称NMＲ)是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过程［2－3］。根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，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，则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转，图1为核磁共振基本原理图。而实际应用的核磁共振也就是核磁共振波谱仪，图2为核磁共振波谱仪原理图［4－6］。1．2核磁共振的主要特征参数核磁共振主要包括四个特征参数:化学位移、耦合常数、谱峰强度和弛豫参数。图1核磁共振基本原理图·84·图2核磁共振波谱仪原理图1．2．1化学位移同一种核在分子中因所处的化学环境不同，使共振频率发生位移。而化学位移产生的原因是分子中运动的电子在外磁场下对核产生的磁屏蔽。屏蔽作用的大小可用屏蔽因子σ来表示。一般来说屏蔽因子σ是一个二阶张量，只有在液体中由于分子的快速翻滚，化学位移的各向异性被平均，屏蔽因子才表现为一常量。化学位移的大小受邻近基团的电负性、磁各向异性、芳环环流、溶剂、pH值、氢键等许多因素的影响。在实际测定中，化学位移是以某一参考物的谱线为标准...