基于低场核磁共振技术的混凝土二氧化碳养护在线监测

孟想成真

随着社会和经济的不断发展，大量能源的使用，温室效应逐年加剧，为了应对气候变化，我国做出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”等庄严的目标承诺。

各行各业都在研究二氧化碳减排、捕捉与存储技术，其中利用二氧化碳养护混凝土，在封存二氧化碳的同时，进一步提高混凝土材料的性能，是颇具大规模工业化应用前景的二氧化碳利用方式。二氧化碳养护技术将二氧化碳回收、利用和固定这个全球性的课题和混凝土材料学结合，对混凝土材料性能的提升和缓解温室气体排放具有重要的意义[1]。
伴随发展的需要，混凝土二氧化碳养护的研究也在不断深入，各类混凝土发育过程监测以及孔隙结构测试方法层出不穷，低场核磁共振技术作为新晋的高新测试手段，凭借无损、绿色、可重复等优势，已在能源岩土测试领域大放异彩[2]。基于低场核磁共振技术的混凝土二氧化碳养护在线监测应用，集成养护与实时在线监测两部分内容，是领域内一种新的应用监测手段。

PART.1 什么是混凝土二氧化碳养护？

混凝土二氧化碳养护是利用二氧化碳与混凝土材料在成型后接触，使得二氧化碳与混凝土中的硅酸盐反应，产生碳酸盐，且进一步增强混凝土性能的发展过程。
有别于传统的自然养护和蒸汽养护，混凝土二氧化碳养护对混凝土的渗透性、化学组成、二氧化碳浓度、养护压力等方面有一定的标准。混凝土材料在经过二氧化碳养护后，材料的结构强度可以得到快速提高，成型时间也进一步加快[3]。

由于二氧化碳养护技术能耗低，能够有效地固化二氧化碳，以及能产生高性能的产品，受到了日益增长的关注[4]。


PART.2 低场核磁混凝土二氧化碳养护在线监测的意义？

在目前的混凝土二氧化碳养护研究中，对混凝土发育情况的测试手段主要有电镜扫描、压汞法、X射线等，这些方法或多或少对样品存在破坏性，影响测试重复性，且都是在混凝土养护的不同时间点离线进行测试，不能全过程监测混凝土二氧化碳的养护过程，给详细深入的研究带来不便，在一定程度上制约了科研工作的突破。
纽迈深耕低场核磁共振领域，把握科研需求，推出基于低场核磁共振技术的混凝土二氧化碳养护在线监测应用，集二氧化碳养护与在线实时监测为一体，助力科学研究。


PART.3 低场核磁如何对混凝土二氧化碳养护进行在线监测？

低场核磁混凝土二氧化碳养护在线监测方法及工艺如下：
预养护：按料配比水灰，搅拌固化成型，然后拆模，将拆模后的混凝土试样置于相对湿度在35-70%的环境中预养护30min起。
二氧化碳养护：将预养护的试样置于核磁夹持器探头中，连通核磁设备，调整试样环境，主要调整压力以及二氧化碳浓度，然后进行养护。在二氧化碳养护的过程中，同步进行低场核磁共振测试：一维弛豫时间、二维组分分布等测试，便于混凝土实时养护发育过程的动态研究。
低场核磁混凝土二氧化碳养护在线监测注意事项：
试样在进行二氧化碳养护前，需要先对养护室进行抽真空处理，使养护室内呈负压状态，并且可以抽除水泥基材料孔隙中的部分空气，使二氧化碳气体更顺利的渗透到混凝土内部，并可设置不同的压力梯度，研究压力对进一步快速固化的影响。
一般来说，二氧化碳浓度越大，在相同养护时间内，进入混凝土中的二氧化碳分子更多，因此二氧化碳养护速率更快、养护程度更高。不过二氧化碳浓度的影响存在上限，适宜的二氧化碳压力值应根据试件的水灰比、渗透性等条件确定。
由于是在核磁中测试，试样的铁磁性物质含量一般不超过5%，以免影响测试准确性。

混凝土二氧化碳养护在线监测核磁设备

参考文献：


[1]程雄飞,林忠财, 任鹏飞. 混凝土及再生混凝土的二氧化碳养护概述[J].  2020.

[2] Alfarisi O, Zhang H, Ouzzane D, et al. Quantum Dipolar Coupling Thermal Correction for NMR Signal during Natural Rock Flooding by Melding Experimentation and Numerical Simulation (Th-CENS)[J].  2022.[3]史才军, 王吉云, 涂贞军. CO2养护混凝土技术研究进展[J]. 材料导A：综述篇, 2017,134-138(31).[4] Fernandezbertos M, S S, Hills C, et al. A review of accelerated carbonation technology in the treatment of cement-based materials and sequestration of CO2[J]. Journal of Hazardous Materials, 2004,112(3):193-205.



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