麦格瑞水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测系统

时间:2024年04月30日 来源:

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 水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可用于研究非常规岩芯中液体驱替对岩芯的影响检测分析。麦格瑞水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测系统

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表层沃土商品土中腐殖酸(HA) 提取及HA覆层sand样品的制作;重油中沥青(Asphaltenes)提取及沥青覆层sand样品的制作; 标准样品0.002 M CuSO4溶液的弛豫时间当量240us(1MHz);Bulk蒸馏水的弛豫时间当量2500ms; 3.5cm直径、5cm高的样品管;承装样品的高度略小于1.5cm(磁场的MORE检测区域),加盖,特氟龙胶带缠绕,防止蒸发; 以1滴/秒的速度滴加蒸馏水,直至样品的上表面有一薄层液体,模拟下雨的情况; 如果不加水,NMR测得的都是噪音信号,这说明该文章中所使用的NMR设备和测量方法无法测得固体有机质信号; 前后两次测量土壤样品的幅值误差小于4%(验证重复性); 标准样品的幅值误差小于5%,整个实验周期内(约20天); NMR定量测量水含量与Mass balance方法(天平)误差小于5%,NMR定量测量含水量的精度达到0.01g;核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测原理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。

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通过不同含水量土壤在静置不同时间后的一维弛豫时间分析,可推断:水分进入土壤后,将立即渗透至不受约束的有机质中,形成凝胶相,不受约束矿物颗粒(粘土)的微孔中,这一过程很短。然而随着水分的进入,土壤的组分单元将与水分产生相互作用,如水分渗透进有机质与矿物颗粒的结合界面,从而阻断之间的氢键连接、离子键连接、共价键连接等,甚至还伴随着水解作用的产生,随着这些约束的破坏,其产物如分离出的有机质和矿物颗粒进一步吸水,从而终达到水分传输分布的平衡状态,反推,当如土壤失水干燥时,伴随着凝胶相失水坍塌、有机质与矿物质在界面作用下,重新分型聚集,封闭微孔等。这可有效表征土壤在吸水/失水过程中微观结构的变化,对土壤中水分的迁移、水分子动力学研究等提供依据,同时,这一微孔打开/封闭的过程,将极有可能使污染物在土壤中聚集,从而形成土壤污染。T2弛豫时间反演谱图累加值,可有效用于土壤总体含水量的测量,开展土壤持水能力的研究。

低场时域核磁共振技术用于土壤中的孔隙分布研究 土壤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。通常对土壤等多孔介质中的孔隙定性分为3大类:微孔(micropores)、中孔(mesopores)、大孔(macropores)。当孔隙中填充水时,由于水中的氢原子核在不同尺寸的孔隙中,受到的束缚强度不同。基于低场时域核磁共振技术原理,当氢原子在静磁场中,受静磁场作用,定向排列,形成宏观磁矩,被一特定交变磁场激发后,吸收能量,使宏观磁矩发生偏转(90°、180°等),当交变磁场撤除后,受静磁场作用,宏观此举恢复到初始状态,这一过程即共振。其中横向弛豫时间T2是描述氢原子核弛豫快慢的特征参数,其大小反应了氢原子核所处的环境,即束缚的越强烈,弛豫越快,T2越小。多孔介质在水利工程、土木工程等领域有广泛应用。

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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。核磁共振测量方法一类是测量非均匀磁场中不同时间产生的回波串的信号衰减包络。高精度NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质液体驱替对岩芯影响

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水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质核磁共振弛豫信号 T1弛豫信号 纵向弛豫时间T1:当射频脉冲撤销后。平行于外加磁场B0方向。宏观磁矩由0恢复到M0的时间 与样品中原子核所在的分子环境以及外加磁场强度有关; 磁场越高。宏观磁矩越大。T1信号越强。 主要测量脉冲:IR、SR脉冲 T2弛豫信号 横向弛豫时间T2:当射频脉冲撤销后。垂直于外加磁场B0方向。宏观磁矩由M0恢复到0的时间; 与样品中原子核的分子运动以及外加磁场强度有关; 分子运动越剧烈。 T2越长,反之T2就短; 磁场均匀性越好。分子运动一致性越高。信号衰减越缓慢; 磁场越高。宏观磁矩越大。T2信号越强。 主要测量脉冲:FID、CPMG。衍生的脉冲Solidecho等 低场核磁共振是一种正在兴起的快速无损检测技术。具有测试速度快。灵敏度高、无损、绿色等优点。已广阔应用在食品品质控制、非酒精性脂肪肝等代谢疾病、石油勘探、水泥水化过程分析、水泥基材料不同配方选择、土壤水分物性及孔隙物性研究、土壤固体有机质探测、非常规岩芯总体孔隙度及有效孔隙度检测、油水气饱等水泥基材料、土壤、岩芯等多孔介质领域。麦格瑞水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测系统

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