核磁共振数据分析混凝土孔隙率与抗盐冻关系

在北方地区路用混凝土结构物不仅承受着严重的汽车超载问题，还经受着此地区春冬季冻融以及昼夜温差大、冬季撒盐化雪造成盐冻的问题。因此这一区域水泥混凝土路面及其他混凝土结构物均破坏严重。但目前北方很多地区公路建设对高性能混凝土的研究尚不多见

根据前人研究，影响混凝土抗冻及抗盐冻性的主要因素包括: 含气量; 水灰比; 混凝土的饱水状态; 混凝土的受冻龄期; 水泥品种及集料质量; 外加剂的影响。国外大量实验和现场工程实践结果表明，在相同条件下，使用引气剂的混凝土耐久性或混凝土使用寿命可提高5 倍以上。

低磁场核磁共振分析是近几年新兴的快速测量水泥、岩石物性参数的一种新技术。自然界中水为氢质子最多的一种物质，又由于核磁共振的信号来源主要为氢质子，氢质子越多，说明含水率越多，反之则越低。因此通过信号量定标的方法，核磁共振技术可以被用来测量物质中水的质量。

多孔介质经过真空饱和处理以后，内部孔隙大部分被水占据，核磁共振技术通过测定水的质量及已知水的密度，可计算出多孔介质内孔隙的体积，从而得到其孔隙率
大小。该技术可研究不同水泥基材料在的孔隙结构变化情况等
　　

采用核磁共振方法，使用不同磁场强度分别测试了盐冻试件( C1、C2、C3、C4 组配合比) 的孔隙率与孔隙分布情况。为对照测试结果，还采用了称重法测孔隙率。

在不同的核磁强度的设备上测试出的孔隙率不同。通过12M 设备测出孔隙率结果最大，23M 设备孔隙率最小，2M 设备居中。23M 设备上测试出的孔隙率结果最小的原因在于，水泥混凝土样品的配合比中掺入了粉煤灰这种含顺磁性离子的物质，而这部分顺磁性的离子，会加速整个样品的弛豫，使得样品的弛豫缩短，而仪器本身的场强越高，对其影响越明显.

根据核磁法孔隙率测试相关结果，可以得到样品孔径分布图,如下图：

由上图的孔径分布图可以看出，12M 设备上的信号幅值最大，23M 设备上的信号幅值最小。原因同样在于样品中含有一定数量的顺磁性物质，导致其在相对高的场强下，其弛豫加快，使得部分样品的信号无法采集，因此磁场越高，信号幅值越小。而对于2M 设备采集数据的峰位置相对于12M设备采集的数据明显向右移动，这是由于2M 设备上的TE 回波时间较长所致，使得初始时刻的部分有效信号无法采集，针对这种混凝土中含有粉煤灰的情况，应该对2M 的设备进行必要的改进。总之，针对短弛豫的含有粉煤灰等矿物掺合料的水泥混凝土样品，12M 的设备能有效检测到短弛豫信号，大大提高信噪比。

参考文献：“核磁共振数据分析混凝土孔隙率与抗盐冻关系” 《电子显微学报》2015 年10 月 第34 卷第5 期