微波照射下不同湿度混凝土热力响应研究

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微波辅助混凝土骨料回收是一项污染少、能耗低的新型绿色技术,是近年来国内外研究的热点方向。水分作为一种优良的微波吸收材料,在微波加热过程中起着重要的作用,探讨水分含量对微波破碎混凝土技术的影响具有十分重要的意义。本文以微波破碎混凝土技术为背景,采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方法,分析了不同湿度混凝土在微波照射下的温升规律、加热效果、微观结构演化规律、力学损伤等,并与传统加热方式相对比,阐述了混凝土在微波场内的低温破碎机理,为微波辅助混凝土再生技术的进一步发展提供参考与借鉴,具体如下:(1)基于微波加热混凝土机理,在COMSOL Multiphysics中实现传热场、电磁场、力学场和传质场的多场耦合数值分析,探究混凝土随机骨料模型在微波场内的热力响应特征和混凝土内部水分迁移规律。微波选择性加热的特点和骨料砂浆介电性能的差异使混凝土内部呈现冷热分区的现象,骨料与砂浆界面处会形成明显的温度和应力梯度。(2)探究微波照射下不同湿度混凝土的热效应。通过试验手段对不同含水率混凝土试块进行微波照射,获取不同湿度混凝土在微波场内的温升规律,探讨水分对混凝土加热效果的影响。研究表明,含水率相对较高时,高功率微波可以使混凝土试块在较低温度下快速破碎,破坏形态为沿晶断裂,骨料与砂浆分离界面明显,砂浆附着率低。(3)探究微波场内微波功率和水分对混凝土力学特性的影响。以微波照射系统为基础,借助单轴压缩实验,分析微波功率和水分对微波照射混凝土强度弱化的影响规律,阐述微波照射下混凝土低温破碎机理。增加微波输入功率或水分含量可以显著提高混凝土内裂纹的扩展速率,使混凝土强度折减有更好的效果。(4)对比常规加热与微波加热两种方法,借助理论分析、物理实验等手段,对不同加热条件下的混凝土试样热破坏规律、温升特性、微观结构演化规律等进行分析。基于饱和混凝土与干燥混凝土试块对比试验,探讨水分对混凝土热破坏效率和骨料砂浆分离效果的影响。相比常规加热法,微波选择性加热的特点对骨料与砂浆界面分离更加有效。
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