孔隙度是材料微观结构特征的重要参数，对材料的物理、化学及力学性能有着显著影响。在土木工程、石油工程和环境科学等领域，准确测定孔隙度对于评估材料性能和设计安全、高效的工程结构至关重要。低场核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance, LF-NMR）技术作为一种无损、快速且有效的检测手段，已被广泛应用于孔隙度的测定。以下案例详述了LF-NMR技术在不同材料孔隙度测试中的应用，并探讨了其在冻融作用下孔隙特征变化研究中的潜力。
低场核磁共振技术基于氢原子核（质子）在外部磁场中的磁化和弛豫过程。当样品置于低场磁场中，氢原子核发生磁化；移除外部磁场后，这些磁化的核会经历弛豫过程返回到平衡状态。
弛豫时间（T2）与样品中孔隙的大小和形状有关，通过分析T2谱可以获取孔隙分布信息。LF-NMR技术能够提供关于孔隙结构的定量数据，包括孔隙尺寸、孔隙体积和孔隙连通性等。
水泥基材料的孔隙结构对其耐久性和力学性能有重要影响。研究表明，通过LF-NMR技术可以有效地测定水泥砂浆中的孔隙分布和孔隙度[1]。
图1 T2谱变化
图2 孔隙含量变化
如图1所示，可根据核磁共振图T2谱弛豫时间以及峰面积变化间接观测到水化过程中孔径及孔隙水含量变化；图2展示了水化过程中各种孔隙对应峰面积随时间的变化，将图1和图2结合起来可详细分析水化期间各种孔径数量变化[1]。
冻融循环对材料孔隙结构的影响是材料耐久性研究的重要内容。通过LF-NMR技术可以研究不同水泥掺量的粉质黏土在冻融作用下的未冻水含量和孔隙特征变化[2]。
1、不同水泥掺量粉质黏土的NMR信号量与温度关系
2、不同水泥掺量改良粉质黏土正融过程未冻水含量－温度关系曲线
3、不同水泥掺量的改良粉质黏土冻融前后孔隙水T2分布
4、不同水泥掺量改良粉质黏土冻融前后孔隙特征参数变化曲线
图1 冻融前后孔隙率变化
图2 冻融前后T2LM变化
在环境工程中，孔隙度的测定对于评估污染物的传输和存储能力至关重要。LF-NMR技术已被用于研究土壤、沉积物等环境工程材料的孔隙结构，为环境修复和污染控制提供了重要数据。
低场核磁共振技术作为一种先进的孔隙度测试手段，其在水泥基材料测试方面应用日益广泛。通过LF-NMR技术，研究者能够深入理解水泥基材料的孔隙结构，评估水泥基材料性能，并优化工程设计。随着技术的发展，LF-NMR技术有望在更多领域展现其独特的价值。
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