Микроволновый нагрев является привлекательным новым методом обработки бетона благодаря его высокой эффективности и низкому энергопотреблению. В данной статье представлен всесторонний обзор научных и технических достижений в области обработки бетона с помощью микроволн. Ход исследований подразделяется на механизм микроволнового нагрева, экспериментальные исследования и численные исследования. Подробно исследуются теоретические основы процесса нагревания бетона с помощью микроволн, охватывающие такие области, как характеристики микроволнового нагрева, основные уравнения, диэлектрические свойства и эффекты связи нескольких полей. Обобщены несколько привлекательных применений микроволн для обработки бетона, в том числе рециркуляция бетона с помощью микроволн, отверждение бетона с ускорением микроволн, сверление бетона с помощью микроволн и неразрушающий мониторинг с помощью микроволн. Обсуждаются будущие усилия, а также теоретические и технические проблемы промышленного применения микроволн для обработки бетона, что дает рекомендации по развитию применения микроволн для обработки бетона.
Введение Строительная отрасль удовлетворяет основные потребности человеческого выживания. Бетон является одним из наиболее важных строительных материалов и широко используется в зданиях, дорогах, туннелях, мостах и других инфраструктурных сооружениях. Непрерывное развитие строительной отрасли приводит к производству большого количества бетона и цемента по всему миру. Это увеличение производства цемента и бетона приводит к увеличению потребления энергии. Экологичные и устойчивые новые технологии необходимы для решения энергетических и экологических проблем на протяжении всего жизненного цикла бетона. Микроволновый нагрев привлекает внимание инженеров, особенно специалистов по бетону, с 1980-х годов [1–8]. С тех пор эта технология применялась ко многим аспектам жизненного цикла бетона, включая производство, снос и переработку. Микроволны — это электромагнитные волны в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц [9]. Микроволновый нагрев — это процесс, при котором материалы взаимодействуют и соединяются с микроволнами. Электромагнитная энергия поглощается материалами, поглощающими микроволновое излучение, и затем преобразуется в тепловую энергию [10–15]. Таким образом, тепловыделение основано на взаимодействии молекул с электромагнитным полем. По сравнению с обычными методами нагрева, микроволновый нагрев не ограничивается теплопроводностью, излучением или конвекцией от внешних источников тепла к нагретым материалам. В обычном процессе нагрева поверхность материала сначала нагревается источником нагрева, а затем тепловая энергия передается внутренним материалам [16,17]. Однако микроволны объемно нагревают материалы из Индии, что представляет собой изменение направления нагрева по сравнению с обычным нагревом [18,19]. Эффективность микроволнового нагрева зависит от свойств материала, то есть от характеристики селективного микроволнового нагрева. Когда микроволновое излучение воздействует на композитный материал с различными диэлектрическими свойствами, оно выбирает материал с более высокими потерями для реакции с ним в первую очередь. Микроволновый нагрев, как правило, является эффективным процессом с высокой скоростью нагрева, коротким временем обработки и низким потреблением энергии. Благодаря этим преимуществам для нагрева и многолетним исследовательским усилиям во всем мире, микроволновые приложения стали возможными кандидатами для обработки бетона [20-26]. Микроволновое отверждение имеет большой потенциал революционизировать процесс отверждения бетона. По сравнению с обычным отверждением паровым нагревом, микроволновый нагрев может улучшить раннюю прочность бетона за более короткое время отверждения [27]. Другая область применения может включать необходимость точного удаления определенного компонента или части бетона, то есть рециркуляция бетонного заполнителя [28–30]. Утилизация бетона эффективна для утилизации строительного мусора.
Избирательное нагревающее свойство микроволн обеспечивает источник переработанного заполнителя для повторного использования в дальнейших процессах производства бетона [31–35]. Бурение бетона с помощью микроволн зарекомендовало себя как экологически чистый и устойчивый метод с низким уровнем загрязнения и высокой управляемостью. С помощью этого метода можно эффективно получить отверстие в бетоне определенного размера. Кроме того, микроволновый неразрушающий контроль (МНК) привлек значительное внимание благодаря своему промышленному потенциалу. Это приложение основано на способности бетона поглощать микроволны. Свойство микроволновой диагностики может выявить трещины и дефекты и использоваться для оценки содержания влаги и ранней прочности бетона. В этой статье мы подводим итоги развития микроволнового нагрева для обработки бетона. Соответствующие достижения обобщаются в отношении следующих трех аспектов: (а) прогресс в исследованиях процесса нагревания бетона с помощью микроволнового излучения, включая теоретические, численные и экспериментальные результаты; (б) разработка применения микроволнового излучения для обработки бетона, включая переработку бетона с помощью микроволнового излучения, ускорение отверждения, сверление бетона и неразрушающий контроль; (c) теоретические и технические задачи для будущих разработок, включая физический механизм процесса нагрева бетона под действием микроволнового излучения, характеристики микроволнового нагрева и новые системы нагрева с более высокой эффективностью и меньшим потреблением энергии.
……………
Заключение
Микроволновый нагрев — это высокоэффективный подход к объемному нагреву, подходящий для диэлектрических материалов. По сравнению с обычными методами нагрева, микроволновые печи являются отличными кандидатами для обработки бетона. С растущим вниманием к устойчивому развитию и экологически безопасным процессам обработка бетона с помощью микроволн постепенно завоевывает популярность и признание. Представлен обзор экспериментальных, теоретических и численных результатов по технологии микроволнового нагрева, полученных за последние десятилетия. (а) Были обсуждены механизм, характеристики и теоретические основы микроволнового нагрева. (b) Был изучен прогресс применения микроволнового излучения для обработки бетона, включая рециркуляцию бетона с помощью микроволнового излучения, отверждение бетона с помощью микроволнового излучения, сверление бетона с помощью микроволнового излучения и неразрушающий микроволновый мониторинг. (c) Были окончательно определены проблемы инженерных приложений, связанных с обработкой бетона с помощью микроволн, включая реакцию на нагрев, характеристики нагрева и систему нагрева. Можно сделать вывод, что инженерные применения обработки бетона с помощью микроволн теоретически возможны и охватывают практически весь жизненный цикл бетона. Такие приложения постепенно внедряются в практическое и коммерческое использование. Необходимы дополнительные усилия для обеспечения безопасности, качества и экономичности этой экологически чистой технологии. Таким образом, для масштабного применения микроволн в технике необходима значительная работа.