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混凝土中水泥浆体与骨料界面过渡区的形成和改进综述
黄燕;胡翔;史才军;吴泽媚
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2023(37)1
【摘要】界面过渡区是水泥浆与骨料之间的薄层部分,具有孔隙率高、氢氧化钙晶体富集和定向排列等特点。
其形成机理主要包括边壁效应、微区泌水效应、离子迁移和成核效应、单边生长效应、絮凝成团效应及脱水收缩效应。
各种效应协同作用,导致界面过渡区成为混凝土最薄弱的环节。
提高界面过渡区的粘结性能有利于改善混凝土的力学性能和耐久性。
本文综述了常用的界面过渡区改进方法,即掺加矿物掺合料和纳米材料、改性骨料、生物矿化以及二氧化碳养护等,并比较了不同改进方法的优缺点,可为界面过渡区的形成机理和改进方法的研究及其在实际工程中的应用提供参考。
【总页数】12页(P102-113)
【作者】黄燕;胡翔;史才军;吴泽媚
【作者单位】湖南大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU528
【相关文献】
1.骨料表面化学预处理对界面区的组分梯度分布和混凝土力学性能的影响Ⅰ:骨料化学预处理对其表面特性与界面过渡区结构的影响
2.混凝土中骨料浆体界面过渡
区的力学性能研究综述3.混凝土集料-浆体界面过渡区微观结构表征技术综述4.老混凝土中骨料-水泥界面过渡区(ITZ)(Ⅰ)——元素与化合物在ITZ的富集现象5.老混凝土中骨料-水泥界面过渡区(ITZ)(Ⅱ)——元素在界面区的分布特征
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实验题目：水泥及原材料29Si固体核磁谱的测定实验目的了解固体核磁测试的原理，掌握一些相关的核磁信息。
能看懂固体核磁的基本图谱，会解一些基本的核磁图。
实验仪器：1.NMR（核磁共振）谱仪——AVANCEAV4OOMHZNMR2.样品管实验原理1、固体核磁共振基本原理固体核磁共振测试时，由于固体体系中的质子各向异性作用，相互偶极自旋耦合强度较高，表现在图谱上为宽线谱。
一般情况下，对固体样品测试会采用魔角旋转技术(MAS)与交叉极化技术(CP)来得到高分辨的固体杂核磁谱。
魔角旋转技术将样品填充入转子，并使转子沿魔角方向高速旋转，即使样品在旋转轴与磁场方向夹角β=θ=54°44 （魔角）的方向高速旋转来达到谱线窄化的目的。
在某些原子核的旋磁比较小的固体材料中使用交叉极化技术，由丰核(如1H)到稀核(如29Si)的交叉极化，使29Si的信号增强。
2、29SiNMR特征参数与结构的关系NMR的特征参数包括：谱线的数目、位置（化学位移）、宽度（峰形越锋利代表结晶性越好）、形状、面积和谱线的弛豫时间，现在主要通过化学位移来确定硅氧/铝氧多面体的聚合度，进而描述物质结构。
水泥矿物中，Si原子主要以硅氧四面体形式存在，以Q n (m Al)表示硅氧四面体的聚合状态，n为四面体的桥氧个数，m表示硅氧四面体相连的铝氧四面体个数。
Q0代表孤岛状的硅氧四面体[SO4]4−；Q1表示两个硅氧四面体相连的短链，表征C-S-H二聚体或高聚体中直链末端的硅氧四面体，通过29Si固体NMR研究可了解水泥的水化程度、C-S-H 结构及硅酸盐种类和水泥净浆的各种性能之间的相关性关系等信息。
实验内容1.制备样品2.插入样品管3.键入ej,将样品管放入磁体中，再键入ij。
4.建立新实验5.锁场6.调谐7.启动采集8.处理、打印图谱数据处理(到时打印出图谱再对应分析即可）图1 水泥的29Si-NMR图谱分析：图1是未水化硅酸盐水泥的29Si-NMR图谱，图谱中主要在化学位移为-71ppm左右存在一个较为尖锐的峰，在此位移的峰主要为孤立的岛状硅氧四面体结构。
水泥物理性能检验129题及答案
70. 试饼法测定水泥安定性，当两个试饼判别结果有矛盾时，该水泥的安定性为不合格。
71. 除24h龄期或延迟至48h脱模的试体外，任何到龄期的试体应在试验（破型）前15min从水中取出。
擦去试体表面沉积物，并用湿布覆盖至试验为止。
72. 水泥试体成型试验室的温度应保持在20℃±2℃，相对湿度应不低于 50%。
73. 测量水泥的凝结时间，在临近终凝时应每隔15min测定一次。
74. 水泥的体积安定性不良主要是由于游离氧化钙高造成的。
75. 用于水泥细度检验用的负压筛的负压调节范围为4000Pa-6000Pa。
76. 水泥细度检验时，负压筛析法、水筛法和手工筛析法测定的结果发生争议时，以负压筛析法为准。
77. 水泥胶砂搅拌时，标准砂是在低速搅拌30S后，在第二个30S开始的同时
均匀加入。
78. 水泥密度试验允许误差的范围是±0.02g/cm3。
79. 水泥比表面积试验允许误差的范围同一试验室是±3.0%，不同试验室是±
5.0%。
80. 凝结时间试验允许误差的范围同一实验室是初凝：±15min , 终凝: ±30min,不同试验室是初凝：±20min , 终凝: ±45min。
81. 为了确保检验数据的准确性和可靠性, 化验室对各检验岗位人员要组织内部密码抽查和操作考核, 生产控制岗位每人每月不少于4 个样品。
82. GB175—2007标准规定，水泥可以袋装和散装，袋装水泥每袋净含量为 50kg，且不得少于标志质量的99%，随机抽取二十袋总质量不得少于1000kg。
水泥浆流变学水泥浆是由粉煤灰、石灰、砂子、水等原料经过拌合制成的糊状物，它在建筑施工中起着重要作用，是建筑的基础和主要组成部分。
水泥浆的流变学是指研究它的流动性和变形性。
在水泥浆流变学研究中，各种有关的物理参数都是很重要的。
一般来说，水泥浆的流动性取决于它的粘度、黏滞度、波动性、流变度、压缩度、疲劳性等因素。
这些因素各自影响着水泥浆的流动性，可以通过实验来测量和分析。
第一种流变性参数是粘度，它是指水泥流体在施加作用力后移动时所受的阻力程度。
一般来说，水泥浆的粘度是影响它的流动性和变形性的重要参数，可以通过实验来测定粘度值。
粘度越高，水泥浆的流动性就越差，反之亦然。
另一种流变性参数是黏滞度，它是指在施加强度作用下水泥流体受到的阻力程度。
黏滞度越高，水泥浆的变形性就越差，反之亦然。
通过实验可以测量水泥浆的黏滞度，以便对其有效性和变形性进行控制。
波动性是另一个重要的流变性参数。
波动性是指水泥浆在施加强度作用下时所产生的摆动变形，它对水泥浆的变形性有着很大的影响。
通过实验可以测量水泥浆的波动性，以便快速反映其流变性。
流变度是另一项常用的流变性参数，它是指水泥浆的流动性和变形性，可以通过实验测定其特性参数，如比重，摩阻系数等，从而衡量其变形性。
流变度越高，水泥浆的变形性就越差，反之亦然。
压缩度也是流变性参数，它是指水泥浆在施加强度作用时，它的体积大小是否会发生变化。
通过实验可以测量水泥浆的压缩度，以便快速反映其流变性。
最后，水泥浆的疲劳性也是一个重要的流变性参数，它是指水泥浆在经历了一次变形或变化后，再施加强度作用时所受到的阻力程度。
通过实验可以测定它的拉伸极限和塑性，以便了解它的疲劳性。
总之，水泥浆的流变学是一门深入的学科，它的流动性和变形性是受到诸多因素的影响，可以通过实验来研究和测定。
综上所述，也可以知道，水泥浆流变学为建筑施工提供了重要的参考，可以保证建筑施工的质量和安全。
《混凝土外加剂匀质性试验方法》GBT8077-2023测验试题（总分：100分）姓名：岗位：得分：一、单选题(共5题，每题10分，共50分)1.下列属于《混凝土外加剂匀质性试验方法》中新增材料种类的是（）。
A.早强剂B.防水剂C.防冻剂D.膨胀剂2.《混凝土外加剂匀质性试验方法》中规定经第一次灼烧或干燥、冷却、称量后，通过连续每次（）的灼烧或干燥，然后冷却、称量的方法来检查恒定质量，当连续两次称量之差小于0.0005g 时，即达到恒量。
A.30 minB.25 minC.20 minD.15 min3.《混凝土外加剂匀质性试验方法》中氯离子含量检测（电位滴定法），属于本次修订新增仪器设备为（）。
A.电位测定仪B.酸度仪C.全自动氯离子测定仪D.甘汞电极4.当进行外加剂pH值测定时仪器校正好后，先用水，再用测试溶液冲洗电极，然后再将电极浸入被测溶液中轻轻摇动试杯，使溶液均匀。
待到酸度计的读数稳定( )，记录读数。
测量结束后，用水冲洗电极，以待下次测量。
A.1 minB.1.5 minC.2.0 min.D.2.5 min5.《混凝土外加剂匀质性试验方法》中进行胶砂减水率试验时对水的温度要求为（）。
A.20±2℃B.23±2℃C.20±5℃D.23±5℃二、判断题(共5题，每题10分，共50分)1.《混凝土外加剂匀质性试验方法》中所有试验所用的水均应不低于GB/T 6682—2008规定的三级水的要求。
（）2.进行水泥净浆流动度试验时应先于搅拌锅中加入推荐掺量的外加剂及87g或105g水，加入水泥300g。
立即搅拌（慢速120 s，停15 s，快速120 s)。
（）3.外加剂碱含量试验时量出氢氟酸应使用玻璃量筒。
（）4.《混凝土外加剂匀质性试验方法》中本次外加剂含固量试验新增试验方法为稀释干燥法、真空干燥法（）5.《混凝土外加剂匀质性试验方法》规定试验中所有试剂应不低于分析纯（特殊说明的除外），用于标定的试剂应为基准试剂。
地质水泥固化体中Sr(Ⅱ)、Cs(Ⅰ)、U(Ⅵ)的长期浸出行为研究王文文;谢华;王烈林;桑培伦;苏伟;张霖涛【摘要】以深圳航天科技创新研究院研制的地质水泥为固化基材,通过考察Sr(Ⅱ)、Cs(Ⅰ)、U(Ⅵ)在地质水泥固化体中2.5a内的浸出率Rn、累积浸出分数Pt以及物相、显微结构等参量的变化,研究了模拟核素的浸出规律和机理,并构建了其长期浸出模型.在整个浸出周期内,浸出试验始终在碱性环境中进行,这对地质水泥吸附核紊有利;浸出液的电导率在核素浓度达到平衡后仍在缓慢变化,说明除核素外,水泥固化体中的其余离子也参与了溶浸,这也从XRD的测试结果得到了证实;第42 d时Sr(Ⅱ)、Cs(Ⅰ)、U(Ⅵ)的Rn和Pt值均低于国家限定标准,表明地质水泥对这3种核素均具有较好的固化能力,其中对U(Ⅵ)和Sr(Ⅱ)的滞留远高于Cs(Ⅰ);一维衰变浸出模型能很好地预测地质水泥固化体中Sr(Ⅱ)、Cs(Ⅰ)、U(Ⅵ)长达2.5a的浸出行为.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2018(052)010【总页数】8页(P1740-1747)【关键词】地质水泥固化体;Sr(Ⅱ);Cs(Ⅰ);U(Ⅵ);浸出行为;浸出模型【作者】王文文;谢华;王烈林;桑培伦;苏伟;张霖涛【作者单位】核废物与环境安全国防重点学科实验室,四川绵阳621000;核废物与环境安全国防重点学科实验室,四川绵阳621000;核废物与环境安全国防重点学科实验室,四川绵阳621000;中国工程物理研究院材料研究所,四川绵阳621907;中国工程物理研究院材料研究所,四川绵阳621907;绵阳诚创科技有限公司,四川绵阳621000【正文语种】中文【中图分类】TL941随着核电的快速发展，乏燃料后处理厂、放化实验室、核设施退役等过程均会产生含锶、铯、铀的低中放废液[1-5]。
由于90Sr、137Cs属于高释热、长寿命的放射性核素，核素238U具有强放射性特征，是低中放废液处理处置技术中重点关注的3种核素[6]。
新型干法水泥技术题解答第一章新型干法水泥技术概论1.1新型干法水泥定义：以悬浮预热和与预分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产成就广泛的应用于水泥干法生产全过程，使水泥生产具有高效、优质、节能、清洁生产、符合环境保护要求和大型化、自动化、科学管理特征的现代化水泥生产。
1..2新型干法水泥生产具有：均化、节能、环保、自动控制、长期安全运转和科学管理六大保证体系，是当代高新技术在水泥工业的集成。
1..3新型干法水泥生产的特征：①生料制备全过程广泛采用现代化均化技术②用悬浮预热及预分解技术改变传统回转窑内物料堆积态的预热和分解方法③采用高效多功能挤压粉磨技术和新型机械粉体输送装置④工艺装备大型化，使水泥工业向集约化方向发展⑤为清洁生产和广泛利用工业废渣、废料、再生燃料和降解有毒有害废弃物了有利条件⑥生产控制自动化⑦广泛采用新型耐热、耐磨、隔热和配套耐火材料；⑧应用IT技术，实行现代化科学管理等。
1.5“五稳一保”：生料化学成分稳定、生料喂料量稳定、燃料成分（包括热值、煤的细度、油的雾化等）稳定、燃料喂料量稳定和设备运转稳定（包括通风设备），从而保证窑系统最佳的稳定的热工制度（温度制度、压强制度、气氛制度）。
第二章原料的预均化2.6原料预均化的意义：①有利于稳定水泥窑入窑生料成分的稳定②有利于扩大资源利用范围③有利于利用矿山夹层矿石，扩大矿山利用年限④满足矿山储存及均化双重要求，节约建设投资。
2.7预均化基本原理：“平铺直取”，功能：保证取出物料的相对稳定（P8熟悉最后一段话）。
2.9预均化效果评价方法：①标准偏差②总体和个体③样本④样本均值⑤波动范围⑥正态分布；⑦均化效果：进料与出料的标准偏差之比。
两个指标：标准差、预均化效果2.10原料预均化堆场的选用条件：①根据生产工艺要求确定：生料CaCO3标准偏差不大于0.2%，出磨生料CaCO3标准偏差不大于2%，当CaCO3标准偏差大于3%时，应该考虑采用石灰石预均化堆场②按原料成分波动范围确定：标准偏差R<5%时，均匀性良好，不需要采用预均化；R=5%---10%时候，根据其他工艺条件综合考虑；R>10%时，应采用预均化堆场③结合原料矿山的具体情况提议考虑2.11预均化堆场布置形式：圆形均化堆场和矩形均化堆场2.11．1矩形预均化堆场：①场内一般有两个料堆，一个堆料，一个取料，相互交替进行堆、取作业。
水泥浆体化学收缩试验方法1．范围本文件规定了水泥浆体化学收缩试验方法的方法原理、试验室和设备、材料、试验方法、结果计算、试验报告、方法的重复性和再现性等。
水泥浆体化学收缩试验方法分为A法（体系绝对体积法）和B 法（外表体积法）。
本文件适用于硅酸盐水泥浆体的化学收缩试验。
2．规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 6682分析实验用水规格和试验方法JC/T 729 水泥净浆搅拌机JC/T 959 水泥胶砂试体养护箱3．名词和术语本文件没有需要界定的属于和定义。
4．方法原理在水泥的水化过程中，随着无水的熟料矿物结合液相中的水形成为水化产物，水泥-水体系中的固相绝对体积逐渐增加，但水泥-水体系的绝对总体积却在不断缩小。
当水泥浆体在有外界水存在的环境中硬化时，则会从外界吸入水分（A法）；当水泥浆体在无外界水存在的环境中硬化时，除引起硬化水泥浆体外表体积的收缩外，还在体系中生成气孔（B法）。
因此，通过测定本文件规定的测量装置中水的水位变化即可测定水泥浆体因化学反应所导致的化学收缩量。
5. 试验室和设备5.1 试验室试验室的温度应保持在20℃±2℃，相对湿度应不低于50%。
5.2 设备5.2.1 天平分度值分别不低于0.01g和0.1g。
5.2.2 恒温设备可采用符合JC/T 959的水泥胶砂试体养护箱，也可采用温度能够维持在20℃±1.0℃的恒温水浴。
采用水泥胶砂试体养护箱试验时，内置一装有适量水的平底容器以放置测试样品。
5.2.3 计时器分度值不低于1min。
5.2.4 移液管容量1.0mL，分度值0.01mL。
5.2.5 容器5.2.5.1 A法用称量瓶φ30mm⨯50mm的称量瓶。
称量瓶配有一个能与其紧密装配的橡胶塞（事先用四氯化碳或丙酮清洗掉表面的石蜡），沿橡胶塞轴线插有一移液管（如图1所示），并用双组分环氧树脂或其他合适的粘合剂涂覆在橡皮塞的上下表面。
第３２卷第１期２０２１年２月中原工学院学报ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＺＨＯＮＧＹＵＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３２ Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０２１ 收稿日期：２０２０－１２－１５ 引文格式：王子文，傅超．水泥水化产物的介电弛豫现象研究［Ｊ］．中原工学院学报，２０２１，３２（１）：１９－２３．ＷＡＮＧ Ｚｉｗｅｎ，ＦＵ Ｃｈａｏ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，３２（１）：１９－２３（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． 文章编号：１６７１－６９０６（２０２１）０１－００１９－０５水泥水化产物的介电弛豫现象研究王子文，傅 超（安徽建筑大学材料与化学工程学院，安徽合肥２３００２２）摘 要： 为研究不同类型水分子对水化产物介电弛豫特性的影响，通过设置不同水灰比和烘干处理的方法，结合低频介电光谱、ＸＲＤ和ＴＧ测试方法进行介电弛豫现象研究。
结果表明：在水化产物内部水分子自身偶极矩作用引起的弛豫过程中存在Ｒ１、Ｒ２和Ｒ３ ３个弛豫峰；在水灰比为０．５的水泥样品中，Ｒ１、Ｒ２和Ｒ３的活化能为０．３９ｅＶ、０．５１ｅＶ和０．４２ｅＶ；当水灰比增加时，水化产物体系内Ｃａ（ＯＨ）２含量提高，Ｃ－Ｓ－Ｈ凝胶表面羟基减少、氧空位增加，弛豫峰Ｒ２的活化能增加；当样品烘干后，自由水完全蒸发，弛豫峰Ｒ１消失，Ｃ－Ｓ－Ｈ凝胶层间的受限水减少，弛豫峰Ｒ３活化能增加。
研究结论：水化产物内部水分子引起的弛豫峰Ｒ１、Ｒ２和Ｒ３分别受自由水极化、氧空位极化和受限水极化影响。
关 键 词： 弛豫峰；活化能；介电损耗；水灰比；受限水中图分类号： ＴＵ５２５ 文献标志码： Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６９０６．２０２１．０１．００４Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓＷＡＮＧ Ｚｉｗｅｎ，ＦＵ Ｃｈａｏ（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３００２２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｍｏｌｅ－ｃｕｌｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｂｙ ｓｅｔｔｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｃｅｍｅｎｔｒａｔｉｏｓ ａｎｄ ｄｒｙｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ＸＲＤ ａｎｄ ＴＧ ｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｔｈｒｅｅｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｐｅａｋｓ Ｒ１，Ｒ２ａｎｄ Ｒ３ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｄｉｐｏｌｅ ｍｏｍｅｎｔ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ．Ｉｎ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔ ｓａｍｐｌｅ ｗｉｔｈ ａ ｗａｔｅｒ ｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏ ｏｆ ０．５，ｔｈｅ ａｃｔｉｖａ－ｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｉｅｓ ｏｆ Ｒ１，Ｒ２ａｎｄ Ｒ３ｗｅｒｅ ０．３９ｅＶ，０．５１ｅＶ ａｎｄ ０．４２ｅＶ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｃａ（ＯＨ）２ｉｎ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ Ｃ－Ｓ－Ｈ ｇｅｌ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｘｙｇｅｎ ｖａｃａｎｃｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｐｅａｋ Ｒ２ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｗａｓ ｄｒｉｅｄ，ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｍ－ｐｌｅｔｅｌｙ ｅｖａｐｏｒａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｐｅａｋ Ｒ１ｄｉｓａｐｐｅａｒｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｎｅｄ ｗａｔｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｃ－Ｓ－Ｈ ｇｅｌｌａｙｅｒｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｐｅａｋ Ｒ３ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅ－ｌａｘａｔｉｏｎ ｐｅａｋｓ Ｒ１，Ｒ２ａｎｄ Ｒ３ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｗａｔｅｒ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｉｎ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｒｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｆｒｅｅｗａｔｅｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ，ｏｘｙｇｅｎ ｖａｃａｎｃｙ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｗａｔｅｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｐｅａｋ；ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ；ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏｓｓ；ｗａｔｅｒ ｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏ；ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｗａｔｅｒ中原工学院学报２０２１年 第３２卷 硅酸盐水泥是目前社会上大量使用的建筑材料之一，其与水搅拌后发生水化反应，生成Ｃ－Ｓ－Ｈ凝胶、Ｃａ（ＯＨ）２以及少量的ＡＦｔ和ＡＦｍ［１］。
低场核磁共振技术在水泥基材料研究中的应用及展望*孙振平1,俞 洋1,庞 敏1,杨培强2,俞文文2,曹红婷2(1 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海200092;2 上海纽迈电子科技有限公司,上海200333)摘要 阐述了低场核磁共振技术在水泥基材料研究中的应用现状,认为现有的研究主要集中于水泥水化进程和水在硬化浆体中的扩散特征,也包括对硬化水泥浆体孔结构和比表面积的测试。
分析了低场核磁共振技术在实际应用中面临的挑战,展望了该技术在新拌水泥浆体结构性能研究中的应用前景。
关键词 低场核磁共振 孔径分布 横向弛豫时间 硬化水泥浆体中图分类号:T Q172 文献标识码:AA pplications and Outlook of 1H Low Field NM R Probinginto Cement based M at erialsSUN Zhenping 1,YU Yang 1,PAN G M in 1,Y ANG Peiqiang 2,YU Wenw en 2,CAO H ongting 2(1 K ey L abo rato ry of A dv anced Civil Eng ineering M aterials,M inistry of Educatio n,T o ng ji U niversit y,Shang ha i 200092;2 Shanghai N iumag Co rpor atio n,Shanghai 200333)Abstract T he cur rent applications o f lo w f ield N M R in cement based mater ials ar e demo nstr ated.It is found that researches are focused o n cement hydration and w ater diffusio n in har dened cement paste,as well as por e size dis tributio n and specific surface area o f hy dr ated cement paste.Challenges in the curr ent resear ch are analyzed and the fu tur e applications of low field N M R in r esear ch o n fr esh cement paste are fo recast.Key words low field nuclear mag net ic r eso nance,por e size distributio n,tr ansver se relaxation time,hydrated cement paste*国家973基础研究项目(2009CB623104 5)孙振平:男,1969年生,博士,副教授 T el:021 ******** E mail:g rtszhp@自1945年美国物理学家Bloch 和Purcell 发现核磁共振现象以来,核磁共振作为一种重要的现代分析手段已广泛应用于多个领域,如物质结构分析、医学成像和油气资源的勘探等[1]。
混凝土水泥熟化过程中晶体形态变化研究一、研究背景和意义混凝土是建筑工程中广泛应用的一种建筑材料，其主要成分是水泥、砂、石等，在加水后可以形成一种坚硬的材料。
水泥是混凝土中最重要的成分之一，它的主要作用是使混凝土硬化，并且增强其强度和耐久性。
水泥的硬化过程是一个复杂的物理化学过程，涉及到很多因素。
其中最重要的是水泥中的晶体形态变化。
在水泥熟化过程中，水泥中的硬化物质会发生晶体形态变化，从而影响混凝土的性能和使用寿命。
因此，深入研究混凝土水泥熟化过程中晶体形态变化的机理和规律，对于提高混凝土的性能和使用寿命具有重要意义。
二、水泥硬化过程中晶体形态变化的机理水泥硬化过程中晶体形态变化的机理主要涉及到以下几个方面：1. 水化反应水泥硬化的过程是一种化学反应，主要包括水化反应和水化产物的析出反应。
水化反应是指水泥中的水化物与水反应，生成硬化产物。
水化反应的主要反应物是水泥中的主要成分——矿物质，包括硅酸盐、铝酸盐和铁酸盐等。
2. 晶体生长水泥硬化的过程中，硬化产物会逐渐形成晶体。
晶体生长是指硬化产物分子在水泥中逐渐聚集，形成晶体的过程。
晶体生长的速度受到晶体核心的影响，晶体核心越大，晶体生长的速度越快。
3. 晶体形态变化晶体形态变化是指晶体在生长过程中形态的变化。
晶体形态变化受到晶体生长的速度、硬化产物的浓度、温度等因素的影响。
当晶体生长速度较快时，晶体形态会发生变化；当硬化产物浓度较高时，晶体形态也会发生变化；当温度变化较大时，晶体形态也会发生变化。
三、混凝土水泥熟化过程中晶体形态变化的影响因素混凝土水泥熟化过程中晶体形态变化的影响因素主要包括以下几个方面：1. 水泥品种不同品种的水泥中含有不同的硬化产物，因此，不同品种的水泥中晶体形态变化的机理和规律也不同。
2. 水泥用量水泥的用量对混凝土中晶体形态变化的影响比较大。
当水泥用量较大时，混凝土中的硬化产物浓度也会相应增加，从而导致晶体形态的变化。
3. 水泥的质量水泥的质量对混凝土的性能和使用寿命有着重要的影响。
实验题目：水泥及原材料29Si固体核磁谱的测定实验目的了解固体核磁测试的原理，掌握一些相关的核磁信息。
能看懂固体核磁的基本图谱，会解一些基本的核磁图。
实验仪器：1.NMR（核磁共振）谱仪——AVANCEAV4OOMHZNMR2.样品管实验原理1、固体核磁共振基本原理固体核磁共振测试时，由于固体体系中的质子各向异性作用，相互偶极自旋耦合强度较高，表现在图谱上为宽线谱。
一般情况下，对固体样品测试会采用魔角旋转技术(MAS)与交叉极化技术(CP)来得到高分辨的固体杂核磁谱。
魔角旋转技术将样品填充入转子，并使转子沿魔角方向高速旋转，即使样品在旋转轴与磁场方向夹角β=θ=54°44 （魔角）的方向高速旋转来达到谱线窄化的目的。
在某些原子核的旋磁比较小的固体材料中使用交叉极化技术，由丰核(如1H)到稀核(如29Si)的交叉极化，使29Si的信号增强。
2、29SiNMR特征参数与结构的关系NMR的特征参数包括：谱线的数目、位置（化学位移）、宽度（峰形越锋利代表结晶性越好）、形状、面积和谱线的弛豫时间，现在主要通过化学位移来确定硅氧/铝氧多面体的聚合度，进而描述物质结构。
水泥矿物中，Si原子主要以硅氧四面体形式存在，以Q n (m Al)表示硅氧四面体的聚合状态，n为四面体的桥氧个数，m表示硅氧四面体相连的铝氧四面体个数。
Q0代表孤岛状的硅氧四面体[SO4]4−；Q1表示两个硅氧四面体相连的短链，表征C-S-H二聚体或高聚体中直链末端的硅氧四面体，通过29Si固体NMR研究可了解水泥的水化程度、C-S-H 结构及硅酸盐种类和水泥净浆的各种性能之间的相关性关系等信息。
实验内容1.制备样品2.插入样品管3.键入ej,将样品管放入磁体中，再键入ij。
4.建立新实验5.锁场6.调谐7.启动采集8.处理、打印图谱数据处理(到时打印出图谱再对应分析即可）图1 水泥的29Si-NMR图谱分析：图1是未水化硅酸盐水泥的29Si-NMR图谱，图谱中主要在化学位移为-71ppm左右存在一个较为尖锐的峰，在此位移的峰主要为孤立的岛状硅氧四面体结构。
水泥浆体中可蒸发水的1H核磁共振弛豫特征及状态演变姚武1，佘安明1，杨培强2(1. 同济大学，先进土木工程材料教育部重点实验室，上海 200092；2. 上海纽迈电子科技有限公司，上海 200333)摘要：利用低场质子核磁共振方法研究了硬化水泥浆体中可蒸发水的横向弛豫特征及其状态演变。
结果表明：随着龄期的增长，可蒸发水的弛豫时间分布逐渐趋向于短弛豫时间，主峰平均弛豫时间降低，凝胶水相对含量不断增大，毛细水含量降低。
由于浆体内部水化产物的填充使得孔结构细化，可蒸发水集中在小孔隙中，并主要以凝胶水的形式存在。
关键词：水泥浆体；可蒸发水；核磁共振；弛豫时间中图分类号：TU5 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)10–1602–051H-NMR RELAXATION AND STATE EVOLVEMENT OF EV APORABLE WATER IN CEMENT PASTESYAO Wu1，SHE Anming1，YANG Peiqiang2(1. Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials, Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092;2. Shanghai Niumag Corporation, Shanghai 200333, China)Abstract: Transverse relaxation time t2 and state evolvement of evaporable water in hardened cement pastes were investigated by means of low field 1H-nuclear magnetic resonance. The results show that as the curing time increases, the t2 distribution peaks shift gradually to the short t2 values combined with the weighted mean t2 of predominance peaks decrease. In addition, the relative content of gel water increases in correlation with the decrease of capillary water. As the results of hydration production filled the space be-tween particles in the hardened cement pastes, the evaporable water became concentrated in the micropores and existed mostly as gel water.Key words: cement paste; evaporable water; nuclear magnetic resonance; relaxation time水泥基材料作为一种多相复合材料，其水化硬化过程中的相组成和转变一直是人们关注的热点。
水作为水泥基材料的重要组分，与水泥粉体混合后初始以液相状态填充在水泥颗粒的间隙，在随后的水化硬化过程中，一部分参与水化反应变成化学结合水，成为凝胶产物微晶的一部分，这部分水通过干燥蒸发的方法也不能去除，因而也被称为不可蒸发水；其余可蒸发水则继续残留在硬化浆体微结构中，并根据所在孔的大小不同分为毛细水和凝胶水。
现代水泥基材料科学的研究表明，不可蒸发水的含量与材料水化反应的程度和产物的晶体结构相关，而可蒸发水的含量及其状态与材料的抗冻性、抗腐蚀性、徐变、干燥收缩等性能关系密切。
[1–2]由于水泥水化反应随时间变化的连续性，不可蒸发水和可蒸发水的含量及状态也在不断变化。
由此可见，研究水泥基材料中水的相转变，探索不同状态的水的演变规律，对于充分认识水泥基材料的组成和结构，揭示材料的劣化机理具有重要意义。
对于硬化浆体中的不可蒸发水，可以采用将样品高温灼烧的办法精确测定，而现有的对可蒸发水的研究方法，诸如对样品进行真空干燥、热处理或进行冷冻的方法，虽然可以测定可蒸发水的总量，[3]但从对样品的非破坏性、[4]连续测量、操作便利性考虑缺陷明显。
近年来，低场核磁共振技术对多孔介质中水的研究应用已逐步从生命科学、地球物理等领域扩展到建筑材料领域，[5–7]该方法可在不破坏样品的前提下，利用水分子中质子的弛豫特性研究水含量及其分布的变化，具有快速、连续、无损的优势。
收稿日期：2009–04–28。
修改稿收到日期：2009–06–18。
基金项目：国家“973”计划(2009CB623105)资助项目。
第一作者：姚武(1966—)，男，博士，教授，博士研究生导师。
Received date:2009–04–28. Approved date: 2009–06–18. First author: YAO Wu (1966–), male, Ph.D., professor.E-mail: yaowuk@第37卷第10期2009年10月硅酸盐学报JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol. 37，No. 10October，2009姚 武 等：水泥浆体中可蒸发水的1H 核磁共振弛豫特征及状态演变· 1603 ·第37卷第10期运用低场1H 核磁共振方法测定了不同水灰比、不同龄期、不同养护方式的硬化水泥浆体中可蒸发水的弛豫时间，并进一步研究了硬化浆体内可蒸发水的分布状态和演变规律。
1 测试原理1.1 核磁共振弛豫理论核磁共振(nuclear magnetic resonance ，NMR)是具有自旋特性的原子核所特有的物理现象，其基本原理可以表述为：对于被恒定外磁场B 0磁化后的核自旋系统，根据量子力学原理，核自旋系统将发生能级裂分，大部分核自旋处于低能态，少部分处于高能态，如果在垂直于B 0的方向加一个射频场B 1，且该射频场的频率ω与特定原子核的Larmor 频率ω0相等，核自旋系统将发生共振吸收现象，即处于低能态的核自旋将通过吸收射频场提供的能量，跃迁到高能态，这种现象被称为核磁共振。
在射频场施加以前，核自旋系统处于低能级的平衡状态，所有核自旋对外表现出来的宏观磁化矢量M 与静磁场B 0方向相同。
射频场作用期间，磁化矢量M 偏离静磁场方向而处于高能级的非平衡状态。
射频场作用结束后，核自旋从高能级的非平衡状态恢复到低能级的平衡状态。
磁化矢量恢复到平衡状态的过程叫做弛豫，弛豫分为2种：纵向弛豫和横向弛豫。
平行于外磁场B 0方向的纵向磁化矢量恢复到平衡态的过程称为纵向弛豫过程(又称自旋–晶格弛豫)，其恢复过程的快慢可用纵向弛豫时间t 1表征；垂直于外磁场B 0方向的横向磁化矢量从非平衡态恢复到平衡态的过程称为横向弛豫过程(又称自旋–自旋弛豫)，其恢复过程的快慢可用横向弛豫时间t 2表征。
1.2 多孔介质中受限流体的横向弛豫对于水泥浆体中的可蒸发水可以归结为多孔介质中的受限流体问题。
由于t 1的测量时间很长，在多孔介质流体的研究中广泛采用t 2。
多孔介质中的流体的横向弛豫t 2来自于3方面的贡献，[9] 如下式所示：22S 2D 2B 1111t t t t =++(1) 其中：2S 1t 来自于颗粒表面的弛豫贡献；2D1t 来自于分子扩散的弛豫贡献；2B1t 来自于流体本身的弛豫贡献。
扩散弛豫和表面弛豫可进一步表示为：2E 2D1()12D GT t γ=(2)其中：D 是扩散系数；γ是旋磁比；G 是磁场梯度；T E 为回波时间。
22S 1St V ρ= (3) 其中：ρ2是表面弛豫强度；S /V 是比表面积。
式(1)中t 2B 的数值通常在2～3 s ，要比t 2大得多，即t 2B >>t 2，因此式(1)等号右边第三项可忽略；当磁场很均匀(即磁场梯度G 很小)，且回波时间t E 足够小时，式(1)等号右边第二项也可忽略，于是有：222S 11St t V ρ≈≈(4) 因此，受限流体的弛豫主要受制于表面弛豫的影响。
对于特定介质而言，t 2与多孔介质的比表面积相关，在孔隙率相同时，孔径越小，比表面积越大，表面相互作用的影响越强烈，t 2就越短。
由此而见，对多孔介质流体弛豫的研究提供了孔结构方面的信息。
对t 2的测量，主要任务是去除磁场不均匀的影响，一般采用CPMG 脉冲序列来实现。
[10] 由于临近原子核之间的强烈作用，化学结合水的t 2信号衰减很快，实际测得的是物理结合水即可蒸发水的弛豫信号。
介质中单个孔道内的弛豫可以看作是单指数弛豫，对于由大小不同孔道组成的多孔介质，每种尺寸的孔隙有其自己的特征t 2i ，因此，总弛豫M (t )为这些弛豫的叠加：2()exp i i i t M t A t ⎛⎞−=⎜⎟⎝⎠∑(5)其中：A i 为第i 组分所占的比例；t 2i 为第i 组分的弛豫时间。
采用适当的数学反演技术，可以由式(5)得到不同大小孔隙中流体的t 2分布曲线。
2 实 验2.1 原材料与样品的制备水泥采用海螺P ·Ⅱ52.5硅酸盐水泥，比表面积为377 m 2/kg ，化学组成见表1。
按水灰比0.3，0.4，0.5制备水泥净浆，其中水灰比0.4和0.5的浆体在加水后的1 h 内不间断搅拌以尽量减少浆体的沉降泌水。
浆体随后分2次注入内径10 mm ，高15 mm 的圆柱体塑料模具中，并稍加振动以排除空气，每个配比各成型8个试样。
成型好的样品连模放入带盖小玻璃瓶中密闭保存12 h 后取出，迅速褪去所有小圆柱体试样外表的塑料模具，其中一半试样继续采用密闭养护，按照水灰比0.3，0.4，0.5的顺序分硅酸盐学报· 1604 ·2009年表1水泥化学组成Table 1 Chemical compositions of cement w/% SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3K2O MnO TiO2SrO 20.3 5.65 2.70 66.5 1.01 2.45 0.80 0.08 0.270.20别标记为S03，S04，S05；另一半样品采用饱水养护，样品标记为W03，W04，W05。
所有养护温度均为20℃。
在规定龄期1，3，7，28d分别取出样品做NMR分析，其中饱水养护样品统一用湿毛巾擦去表面自由水后测试。
