一种基于微波加热的可拉伸混凝土固化装置的制作方法

1.本发明属于固化装置技术领域，具体涉及一种基于微波加热的可拉伸混凝土固化装置。


背景技术：

2.混凝土由水泥或沥青、水、粗细骨料等作为基本材料，再掺加适量外加剂、混合材料等制成的复合材料。混凝土固化本质上是由于水泥的水化物凝结和硬化的过程。微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电磁波，波长1毫米到1米。被加热介质物料中的水分子是极性分子，它在快速变化的高频电磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化，造成分子的运动和相互摩擦效应。此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。
3.已有的混凝土固化方式包括自然条件下的大气压蒸汽固化、通过高压釜进行高压蒸汽固化以及借助固化剂固化等，这些方法的固化时间较长、易受热不均匀且可能存在材料脆化的现象，故有必要开发一种低温快速的固化方式来满足混凝土固化需要。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于微波加热的可拉伸混凝土固化装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.本发明提供了一种基于微波加热的可拉伸混凝土固化装置，包括中空箱体、箱盖、多节推杆组件、微波反射弧面组件、微波发射装置、微波扩散装置和多个脚轮，其中，
6.所述箱盖覆盖在所述中空箱体上方，所述中空箱体的一个侧壁上开设有开口，所述微波反射弧面组件卡接在所述开口处且能够沿所述开口运动，所述多节推杆组件的一端安装在中空箱体的内壁上，另一端连接至所述微波反射弧面组件以控制所述微波反射弧面组件缩入所述中空箱体内部或从所述中空箱体内部伸出；
7.所述微波发射装置和所述微波扩散装置设置在所述微波反射弧面组件内部以在所述微波反射弧面组件内产生微波；
8.所述多个脚轮分散设在所述中空箱体的下侧。
9.在本发明的一个实施例中，所述微波反射弧面组件包括第一反射面、第二反射面和第三反射面，其中，
10.所述第一反射面卡接在所述开口内，所述第二反射面套设在所述第一反射面内且能够从所述第一反射面内伸出，所述第三反射面套设在所述第二反射面内且能够从所述第二反射面内伸出；
11.所述第一反射面、所述第二反射面和所述第三反射面均为向上拱起且下端敞开的拱形面；
12.所述微波发射装置和所述微波扩散装置安装在所述第三反射面的内表面。
13.在本发明的一个实施例中，所述第一反射面和所述第二反射面的两端均为敞口，
所述第三反射面沿缩回方向的一端为敞口，沿伸出方向一端为封口结构。
14.在本发明的一个实施例中，所述第一反射面靠近所述中空箱体的一侧设置有第一限位挡块，所述第一限位挡块设置在第一反射面的外表面上，能够卡接在所述开口的内侧；
15.所述第一反射面远离所述中空箱体的一侧设置有第二限位挡块，所述第二限位挡块设置在所述第一反射面的内表面上，能够与设置在所述第二反射面一端外表面上的第三限位挡块配合，以限制所述第二反射面相对于所述第一反射面的伸出位置。
16.在本发明的一个实施例中，所述多节推杆组件包括依次第一中空连杆、第二中空连杆、第三中空连杆和第四中空连杆，其中，
17.所述第一中空连杆的第一端连接在所述中空箱体的内表面，第二端套入所述第二中空连杆；
18.所述第三中空连杆套设在所述第二中空连杆内部，所述第四中空连杆套设在所述第三中空连杆内部；
19.所述多节推杆组件抵靠在所述微波反射弧面组件的下方，且所述第四中空连杆远离所述第三中空连杆的一端连接至所述第三反射面的内表面。
20.在本发明的一个实施例中，所述中空箱体的下方还设置有多个台阶状的脚轮导轨，一个脚轮对应设置在一个脚轮导轨内并且能够沿所述脚轮导轨滑动以抬高或降低所述脚轮的位置。
21.在本发明的一个实施例中，所述箱盖为镂空结构。
22.在本发明的一个实施例中，所述基于微波加热的可拉伸混凝土固化装置还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述微波扩散装置上。
23.在本发明的一个实施例中，所述微波发射装置的开关设置在所述第三反射面的上表面。
24.在本发明的一个实施例中，所述微波扩散装置呈弧面结构，所述微波发射装置的微波发射端位于所述微波扩散装置的弧面内部。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
26.1、本发明的可拉伸混凝土固化装置基于微波加热原理，通过特殊电磁屏蔽体的界面反射，通过拱形弧面设计使微波均匀分布于混凝土，使混凝土中的极性水分子快速运动升温最终实现混凝土快速固化，通过控制加热箱内温度避免混凝土快速固化所导致的脆化问题。本发明具有构造简单、安全可靠、可重复使用和施工快速等特点，为混凝土固化的发展提供了新思路，在桥面养护等方面具有使用价值和社会效益。
27.2、本发明的可拉伸混凝土固化装置内置温度传感器，可监测装置内温度并通过调节装置内温度实现混凝土低温固化，避免了高温加热固化方法造成的混凝土脆化问题。
28.3、本发明采用可拉伸结构，可调节单次固化面积且便于装置的运输。本发明采用可折叠的脚轮，在使用时可将脚轮折叠至箱体外侧，使装置贴合于路面，避免微波泄露。
29.以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
30.图1是本发明实施例提供的一种基于微波加热的可拉伸混凝土固化装置的结构示意图；
31.图2是本发明实施例提供的一种基于微波加热的可拉伸混凝土固化装置的右视图；
32.图3是本发明实施例提供的一种基于微波加热的可拉伸混凝土固化装置的展开视图；
33.图4是本发明实施例提供的一种基于微波加热的可拉伸混凝土固化装置的缩回视图；
34.图5是本发明实施例提供的一种多节推杆组件的结构示意图；
35.图6是本发明实施例提供的一种第一反射面的结构示意图；
36.图7是本发明实施例提供的一种脚轮导轨的结构示意图；
37.图8是金属铝对不同电磁波的吸收强度图。
38.图9a至图9d是fdtd软件仿真模拟下，具有不同形状和不同高度反射面中的电磁场分布。
39.图10是本发明实施例的可拉伸混凝土固化装置在不同微波功率下混凝土的温度随时间变化结果图。
40.附图标记说明：
41.1-中空箱体；2-箱盖；3-多节推杆组件；31-第一中空连杆；32-第二中空连杆；33-第三中空连杆；34-第四中空连杆；4-微波反射弧面组件；41-第一反射面；411-第一限位挡块；412-第二限位挡块；42-第二反射面；43-第三反射面；5-微波发射装置；6-微波扩散装置；7-脚轮；8-开口；9-脚轮导轨；91-上横向部；92-竖向部；93-下横向部；10-温度传感器。
具体实施方式
42.为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种基于微波加热的可拉伸混凝土固化装置进行详细说明。
43.有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
44.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
45.本实施例提供了一种基于微波加热的可拉伸混凝土固化装置，请参见图1至图4，该可拉伸混凝土固化装置包括中空箱体1、箱盖2、多节推杆组件3、微波反射弧面组件4、微波发射装置5、微波扩散装置6和多个脚轮7，其中，箱盖2覆盖在中空箱体1上方，中空箱体1的一个侧壁上开设有开口8，微波反射弧面组件4卡接在开口8处且能够沿开口8运动，多节推杆组件3的一端安装在中空箱体1的内壁上，另一端连接至微波反射弧面组件4以控制微
波反射弧面组件4缩入中空箱体1内部或从中空箱体1内部伸出；微波发射装置5和微波扩散装置6设置在微波反射弧面组件4内部以在微波反射弧面组件4内产生微波；多个脚轮7分散设在中空箱体1的下侧。
46.中空箱体1为整个装置提供壳体结构，优选的为长方体，其开口8可与微波反射弧面组件4装配，与开口8相对的另一侧开设有小孔结构，可与多节推杆组件3进行装配，中空箱体1的上侧无封口，可与箱盖2装配；箱盖2为镂空设计，具有散热功能。
47.进一步地，如图1和图3所示，本实施例的微波反射弧面组件4包括第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43，其中，第一反射面41卡接在开口8内，第二反射面42套设在第一反射面41内且能够从第一反射面41内伸出，第三反射面43套设在第二反射面42内且能够从第二反射面42内伸出；第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43均为向上拱起且下端敞开的拱形面；微波发射装置5和微波扩散装置6安装在第三反射面43的内表面。
48.进一步地，第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43均为向上拱起的弧面结构，其中，第一反射面41和第二反射面42的两端均为敞口，第三反射面43沿缩回方向的一端为敞口，沿伸出方向一端为封口结构。优选的，第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43均由铝材料制成。
49.在本实施例中，开口8为拱形结构，以与微波反射弧面组件4进行配合。进一步地，第一反射面41靠近中空箱体1的一侧设置有第一限位挡块411，第一限位挡块411设置在第一反射面41的外表面上，能够卡接在开口8的内侧。优选地，如图6所示，在第一反射面41的拱形结构的两侧和中间均设置有一个突出的第一限位挡块411，当将第一反射面41通过开口8向外拉伸时，三个第一限位挡块411分别卡在开口8的内侧，以防止第一反射面41从中空箱体1中完全被拉出。类似地，在第一反射面41远离中空箱体1的一端的拱形结构的两侧和中间均设置有一个向内突出的第二限位挡块412，对应的，在第二反射面42靠近第一反射面41的一端的拱形结构的两侧和中间对应位置处均设置有一个向外突出的第三限位挡块(附图中未示出)，当第二反射面42沿着第一反射面41向外延伸时，第二反射面42上的第三限位挡块能够抵靠在第一反射面41上的第二限位挡块412的内侧，从而防止第二反射面42从第一反射面41中完全抽出。类似地，第二反射面42和第三反射面43通过相同的方式来限制延伸的位置，这里不再赘述。
50.进一步地，请参见图3和图5，本实施例的多节推杆组件3包括依次第一中空连杆31、第二中空连杆32、第三中空连杆33和第四中空连杆34，其中，第一中空连杆31的第一端连接在中空箱体1的内表面，第二端套入第二中空连杆32；第三中空连杆33套设在第二中空连杆32内部，第四中空连杆34套设在第三中空连杆33内部；多节推杆组件3抵靠在微波反射弧面组件4的下方，且第四中空连杆34远离第三中空连杆33的一端连接至第三反射面43的内表面。
51.具体地，本实施例的多节推杆组件3为四节设计，彼此套设在一起可伸长和缩短，其中，第一中空连杆31，即最外侧的连杆的一端穿过开口8连接在中空箱体1的内壁上，第四中空连杆34，即最内侧的连杆的自由端固定在第三反射面43的内表面，并且，第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43均被支撑在多节推杆组件3的上方。
52.可以通过多节推杆组件3中连杆之间的伸长和收缩来控制微波反射弧面组件4中多个反射面的展开和叠放。具体地，在未使用状态下，通过多节推杆组件3的收缩将微波反
射弧面组件4中的三个反射面叠放在一起并尽可能的收入中空箱体1内部，如图4所示，以便于运输。当需要使用时，通过多节推杆组件3的收缩将微波反射弧面组件4中的三个反射面展开，此时由于反射面之前的限位块的作用，使得相邻的反射面不会完全脱离。并且将待进行加热固化的混凝土路面罩在由第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43形成的加热罩的下方，每个反射面均为半圆拱形结构，其弧面可实现内部微波的反射，使其所覆盖的混凝土能够被均匀加热。
53.进一步地，请参见图2和图3，本实施例的微波发射装置5设置在第三反射面43上，微波发射装置5包括磁控管和微波电源两部分，为整个装置提供微波源。微波发射装置5的开关设置在第三反射面43的上表面，以方便在需要时手动打开或关闭微波发射装置5。微波扩散装置6呈弧面结构，通过螺旋结构与微波发射装置5装配。微波发射装置5的微波发射端位于微波扩散装置6的弧面内部，微波发射装置5发射的微波能够在微波扩散装置6的弧面内表面进行反射和扩散，随后进入由第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43围成的微波反射空间内，从而能够形成均匀的微波能量分布，以对下方的混凝土路面进行均匀加热。
54.进一步地，该可拉伸混凝土固化装置还包括温度传感器10，温度传感器10设置在微波扩散装置6的弧面内部上，用于监测装置内温度。温度传感器10可实现装置内温度的实时监测，具体实施时，当温度传感器10检测到所述加热罩内的温度过高时，关闭微波发射装置，待降到合适温度时重新打开微波发射装置，由此可将装置内温度控制在一定范围内，能够避免快速高温加热导致的脆化问题，实现混凝土的快速固化。
55.此外，中空箱体1的下方还设置有多个台阶状的脚轮导轨9，其形状如图7所示，一个脚轮7对应设置在一个脚轮导轨9内并且能够沿脚轮导轨9滑动以抬高或降低脚轮7的位置，可通过在脚轮导轨9中滑动脚轮7使装置(具体地加热罩)贴合路面。具体地，脚轮导轨9为开设在中空箱体1侧壁上的台阶状的通孔，包括彼此连通的上横向部91、竖向部92以及下横向部93，当需要移动该装置时，将脚轮7的轮轴移动到下横向部93的末端，此时脚轮7与地面接触可以自由移动，当启动到适当的位置需要对混凝土路面进行加热固化时，将脚轮7的轮轴移动到上横向部91的末端，此时脚轮7离开地面并贴在中空箱体1的侧壁上，中空箱体1的底部与地面接触，从而可以使得第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43形成的加热罩更接近混凝土路面，加速固化速度并且避免微波泄露。
56.本实施例的可拉伸混凝土固化装置的工作过程为：
57.在进行加热固化之前，首先将装置移动至待固化的混凝土路面旁边，通过多节推杆组件3将第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43拉伸展开并罩在待固化的混凝土上方；将脚轮7的轮轴移动到上横向部91的末端，此时脚轮7离开地面并贴在中空箱体1的侧壁上，中空箱体1的底部与地面接触，从而可以使得第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43形成的加热罩更接近混凝土路面，随后，开启开启微波发射装置5，发射出的微波经微波扩散装置6扩散及第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43反射后产生大量热，持续且均匀到达混凝土，使混凝土中的极性水分子快速运动升温，最终实现快速固化。
58.在加热固化结束之后，关闭微波发射装置5，通过多节推杆组件3的收缩将第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43重新叠放并收纳到中空箱体1内部，将脚轮7的轮轴移动到下横向部93的末端，此时脚轮7与地面接触可以自由移动。
59.进一步地，以下对本实施例基于微波加热的可拉伸混凝土固化装置的电磁场分布仿真过程进行说明。
60.本实施例通过fdtd软件进行仿真，得到了金属铝(第一反射面41、第二反射面42和第三反射面43的制备材料)对不同电磁波(1mm-10mm)的吸收强度，结果参见图8，曲线峰值对应的横坐标约为1000-1500μm，即1-1.5mm，意味着对这个波段的吸收效果最好，即可见当电磁波的波长为1-1.5mm时，铝金属对电磁波的吸收效果最佳，即防泄漏效果最好。
61.进一步地，本实施例通过fdtd软件进行仿真，在电磁场为1mm时，对具有不同形状(长方体、半拱形)和不同高度反射面中的电磁场分布做了分析，结果参见图图9a至图9d，其中，图9a是反射面为长方体且高度为25mm时的磁场分布；图9b是反射面为拱形面且高度为25mm时的磁场分布；图9c是反射面为拱形面且高度为20mm时的磁场分布；图9d是反射面为拱形面且高度为15mm时的磁场分布。可以看出，当所有反射面的形状为半拱形且高度(指反射面最高点(拱形的中间)垂直到地面的高度)为25mm时，电磁场分布最为均匀。本实施例还对该可拉伸混凝土固化装置的不同微波功率下混凝土的温度随时间变化的过程进行了测试，本实施例在不同功率的微波下对混凝土加热不同时间，通过热成像仪记录温度变化并绘制曲线。结果参见图4，当微波功率为560w时固化时间短且功率相对较低。
62.综上，本发明实施例的可拉伸混凝土固化装置基于微波加热原理，通过特殊电磁屏蔽体的界面反射，通过拱形弧面设计使微波均匀分布于混凝土，使混凝土中的极性水分子快速运动升温最终实现混凝土快速固化，通过控制加热箱内温度避免混凝土快速固化所导致的脆化问题。本发明具有构造简单、安全可靠、可重复使用和施工快速等特点，为混凝土固化的发展提供了新思路，在桥面养护等方面具有使用价值和社会效益。该可拉伸混凝土固化装置内置温度传感器，可监测装置内温度并通过调节装置内温度实现混凝土低温固化，避免了高温加热固化方法造成的混凝土脆化问题。采用可拉伸结构，可调节单次固化面积且便于装置的运输。本发明采用可折叠的脚轮，在使用时可将脚轮折叠至箱体外侧，使装置贴合于路面，避免微波泄露
63.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。