水(shui)泥，作(zuo)為(wei)現代(dai)建(jian)築的骨(gu)骼，其硬化過(guo)程(cheng)並非(fei)簡單(dan)地“變(bian)幹"，而(er)是(shi)壹(yi)個復雜的化學反(fan)應(ying)——水(shui)化。傳(chuan)統(tong)研(yan)究方(fang)法(fa)往(wang)往(wang)在(zai)測(ce)試(shi)時(shi)會破(po)壞(huai)樣品(pin)，無法(fa)持續(xu)觀(guan)察同(tong)壹(yi)塊(kuai)樣(yang)品(pin)的變(bian)化，仿(fang)佛(fo)在(zai)通(tong)過(guo)研(yan)究碎(sui)片(pian)來(lai)猜(cai)測(ce)壹(yi)個完整生命體的(de)成(cheng)長。

而(er)低場核磁(ci)共振技術的出現，就(jiu)像為(wei)科學家們(men)提(ti)供(gong)了壹(yi)臺(tai)高(gao)精(jing)度(du)的(de)“無損顯(xian)微(wei)鏡(jing)"，能夠(gou)在(zai)不打擾水(shui)泥水(shui)化進(jin)程(cheng)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，實時(shi)、原位地窺(kui)探其微觀(guan)世界(jie)的演變(bian)。

壹(yi)、 什麽(me)是(shi)低場核磁(ci)共振？

首先，讓我(wo)們(men)簡單(dan)理(li)解壹(yi)下(xia)低(di)場(chang)核磁(ci)共振。它是壹(yi)種(zhong)基於(yu)原子核（如氫核）在磁場(chang)中的特(te)性(xing)進(jin)行(xing)分(fen)析的技(ji)術。

核心原理(li)：水(shui)中的氫原子核（質(zhi)子(zi)）就(jiu)像壹(yi)個個微小的磁針(zhen)。在磁(ci)場(chang)中，它們會被激(ji)發(fa)並產(chan)生信號(hao)。當它(ta)們恢(hui)復到(dao)平(ping)靜狀態(tai)時(shi)，會釋放(fang)出具有(you)特(te)定特(te)征(zheng)的(de)信(xin)號(hao)，這個(ge)恢(hui)復過(guo)程(cheng)稱(cheng)為(wei)“弛豫"。

“低場(chang)"的含義：相較於醫(yi)院裏(li)用的(de)高(gao)場(chang)核磁共振成像，低場(chang)核(he)磁共振的磁場(chang)強(qiang)度(du)較低，但(dan)其對於(yu)研(yan)究材(cai)料(liao)中的水(shui)分狀態(tai)、孔隙結構等具有獨(du)特(te)的(de)優(you)勢，而且設備成本更低(di)、更易(yi)於(yu)在線監測(ce)。

探測(ce)對象(xiang)：在水(shui)泥水(shui)化過(guo)程(cheng)中，LF-NMR不直(zhi)接(jie)探測(ce)固體顆(ke)粒(li)，而(er)是以(yi)無處不在的(de)水(shui)分子(zi) 作為(wei)“間諜(die)"或(huo)“探針(zhen)"。通(tong)過(guo)追(zhui)蹤水(shui)分子(zi)的狀態(tai)和(he)數(shu)量變(bian)化，就(jiu)能反(fan)推出水(shui)泥固相結(jie)構的形成與(yu)演(yan)變(bian)。

二(er)、 LF-NMR如(ru)何(he)窺探水(shui)泥水(shui)化？

水(shui)泥水(shui)化的本質(zhi)是(shi)水(shui)泥顆(ke)粒(li)與(yu)水(shui)反(fan)應(ying)，形成水(shui)化產物(wu)（如(ru)C-S-H凝(ning)膠），並逐(zhu)漸填(tian)充孔(kong)隙，形成堅(jian)固結構的過(guo)程(cheng)。LF-NMR通(tong)過(guo)以(yi)下(xia)關(guan)鍵(jian)指標來(lai)捕捉(zhuo)這(zhe)壹(yi)過(guo)程(cheng)：

1. 信(xin)號(hao)幅(fu)度(du)：追(zhui)蹤“水(shui)"的消(xiao)逝

LF-NMR信(xin)號(hao)的總幅(fu)度(du)與(yu)樣(yang)品(pin)中的總氫核數(shu)量，即總含水(shui)量成正(zheng)比。

隨著(zhe)水(shui)化反(fan)應(ying)的進(jin)行(xing)，自(zi)由(you)水(shui)被消(xiao)耗(hao)，轉(zhuan)化為(wei)水(shui)化產物(wu)的(de)壹(yi)部(bu)分。因(yin)此，通(tong)過(guo)監(jian)測(ce)信(xin)號(hao)幅(fu)度(du)的(de)衰(shuai)減(jian)曲線(xian)，可以(yi)精(jing)確(que)量化水(shui)化程度(du)，實時(shi)繪制(zhi)出水(shui)化反(fan)應(ying)動力(li)學曲線(xian)。

2. 弛豫時(shi)間：聆聽“水(shui)"的處(chu)境

這(zhe)是LF-NMR技術的核心(xin)。水(shui)在材(cai)料(liao)中的物理(li)狀態(tai)決定了其弛豫時(shi)間的快慢(man)：

自(zi)由水(shui)：存在(zai)於大(da)孔(kong)隙中，運動(dong)自(zi)由，弛(chi)豫時(shi)間較長。

束(shu)縛(fu)水(shui)：被吸(xi)附(fu)在固體表(biao)面或(huo)存在(zai)於微(wei)小孔隙中，運動(dong)受限，弛(chi)豫時(shi)間較短(duan)。

化學結合水(shui)：已成為(wei)水(shui)化產物(wu)化學結構的壹(yi)部(bu)分，弛豫時(shi)間極(ji)短(duan)，通(tong)常(chang)無法(fa)被直(zhi)接(jie)檢測(ce)。

水(shui)化過(guo)程(cheng)的(de)“實況轉(zhuan)播(bo)"：

初(chu)始(shi)期(qi)：漿(jiang)體中充滿(man)自由水(shui)，LF-NMR檢測(ce)到(dao)長弛(chi)豫時(shi)間信號(hao)。

加速(su)期(qi)與(yu)減(jian)速期(qi)：隨著(zhe)C-S-H凝(ning)膠等(deng)產(chan)物(wu)大(da)量形成，孔(kong)隙被細(xi)化，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)自(zi)由(you)水(shui)轉(zhuan)變(bian)為(wei)束(shu)縛(fu)水(shui)，表現為(wei)弛豫時(shi)間信號(hao)峰明(ming)顯(xian)左(zuo)移(yi)（變(bian)短(duan)），並且(qie)信號(hao)幅(fu)度(du)開始(shi)下(xia)降。

硬化期(qi)：體系(xi)內部(bu)形成復(fu)雜的多(duo)孔結(jie)構，水(shui)分被禁(jin)錮(gu)在納米(mi)級的凝(ning)膠孔(kong)隙中，弛豫時(shi)間進(jin)壹(yi)步縮短(duan)，分布也趨於穩(wen)定。

通(tong)過(guo)分(fen)析弛豫時(shi)間分布的變(bian)化，研(yan)究人員可(ke)以(yi)非侵入式(shi)地繪(hui)制(zhi)出水(shui)泥孔(kong)隙結構的演化圖譜(pu)，從(cong)毫米(mi)孔(kong)到(dao)納米(mi)孔，壹(yi)覽(lan)無余。

三、 LF-NMR在水(shui)泥研(yan)究中的獨特(te)優(you)勢(shi)

無損與(yu)原位：最大(da)的(de)優勢。可以(yi)對同(tong)壹(yi)個樣品(pin)從(cong)液態(tai)跟蹤到(dao)完--全(quan)硬化，獲(huo)得(de)連(lian)續(xu)、完整(zheng)的(de)數(shu)據(ju)，排(pai)除(chu)了樣(yang)品(pin)差異(yi)帶(dai)來(lai)的誤差。

高(gao)分(fen)辨(bian)率與(yu)敏(min)感性(xing)：對水(shui)分狀態(tai)和(he)孔隙結構的變(bian)化極(ji)其敏感(gan)，能夠(gou)區分(fen)不同(tong)尺(chi)度的孔隙，甚至(zhi)能研(yan)究外(wai)加劑(ji)（如減(jian)水(shui)劑(ji)）、礦物(wu)摻(chan)合料等(deng)對水(shui)化過(guo)程(cheng)的(de)影響。

定量化分析：能夠(gou)提(ti)供(gong)水(shui)化程度(du)、孔(kong)隙率、孔徑分布等關(guan)鍵(jian)參數(shu)的(de)定量數(shu)據(ju)。

操(cao)作便(bian)捷(jie)：樣(yang)品(pin)制(zhi)備簡單(dan)，測(ce)試(shi)過(guo)程(cheng)自(zi)動(dong)化程度(du)高(gao)。

應(ying)用案(an)例(li)：定量表征(zheng)水(shui)泥水(shui)化程度(du)

低(di)場核(he)磁共振技術，以其無損、原位、精(jing)準的(de)特(te)性(xing)，徹(che)-底(di)改(gai)變(bian)了我(wo)們研(yan)究水(shui)泥水(shui)化過(guo)程(cheng)的(de)方(fang)式(shi)。它將(jiang)壹(yi)個原本只能依靠(kao)結(jie)果來(lai)推測(ce)的(de)過(guo)程(cheng)，變(bian)成(cheng)了壹(yi)個可以實時(shi)觀(guan)察的(de)動(dong)態(tai)電(dian)影。

這不僅深(shen)化了我(wo)們對基礎(chu)理(li)論的理(li)解，也為(wei)開發(fa)新型(xing)高(gao)性(xing)能、低(di)碳水(shui)泥材(cai)料(liao)提(ti)供(gong)了強(qiang)大(da)的(de)工(gong)具，推(tui)動著(zhe)建(jian)築材(cai)料(liao)科學向(xiang)著(zhe)更綠(lv)色(se)、更智(zhi)能的(de)未來邁(mai)進(jin)。