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微波加热在岩土工程中的应用(3)

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在国内，方琳等(2008)以哈尔滨某城市污水处理厂的脱水污泥为研究对象，分别添加SiC 及污泥本身的高温热解固体残留物到污泥中，以实现污泥在微波场中的快速升温及高温热解，采用相应化学分析设备分析其热解液态、气态和固态产物的基本特性，为促进污泥微波热解产物的资源化奠定基础，为其再生用作吸附剂和燃料提供依据。

微波技术回收建筑垃圾以及热解污泥、淤泥等，利用了微波场作用下，在垃圾、污泥等介质中添加良好的吸波物质和吸附剂，以实现介质的快速升温、高温，达到热解效果；微波作用后的温度梯度，有助于分解液态物质、气态物质和固体残留物，并回收有用资源，进行资源的再循环。

目前，我国在矿物采矿和隧道开挖中所采用岩石破碎的主要方法是爆破破岩或机械破岩法(田玉新等，2010)。爆破破岩存在对原岩的扰动大，存在硐室支护困难，且施工工序多，影响施工效率；机械破岩遇硬岩无优势，一次性投资费用高，寻求新的高效经济的破岩技术也是相关技术人员关心的问题。一方面则是通过研究新的岩石破碎机理来提高破岩效率(谭耀麟，1979)。微波加热，具有升温快、加热均匀、选择性加热、过程易于控制等特点，已成为一种重要的辅助破岩手段。微波破岩的作业原理是微波作用下对岩体进行加热，进而改变其物理特性(李文成等，2010)。除此，微波加热技术对于加工矿石、处理和回收有价值的矿物等，亦值得探讨，特别是对于难选矿物，微波能处理法颇具前景(卢军，1989)。对于微波技术是近代刚兴起的新技术，对于微波破岩技术，最近几年国内外专家开始研究并取得了一定的成果(Viktorovetal.，1998；Nekoovaght，2009 )。

日本铁道研究所利用微波加热的方式，开展微波照射岩石测定岩石破裂的试验，采用不同的加热功率进行岩石的破碎，试验研究表明岩石在微波照射破碎试验中，微波照射岩石的功率越大，岩石所达到的破碎效果越好(张强，1996)

英国Kingmanetal.(2000；2004)、Kingman S W(2006)、Whittlesetal.(2003)通过微波照射铅锌矿石进行破碎试验，发现不同类型的岩石对微波的响应特性不同，并且各自存在达到最好破碎状态的最佳照射条件。研究表明，微波照射时间和照射强度对矿石强度影响极大。

Olubambietal.(2007)分析在微波照射下，对硫化矿的强度变化、处理和回收硫化矿进行研究，实验表明微波加热对于硫化矿的加热特性、破碎响应、硫酸盐酸的溶出都具积极影响。说明硫化矿作为一种电介质，对微波具有一定敏感性，能够被矿石本身吸收，并将能量转化为热能，实现微波对矿石进行加热，这对某些矿石的开采、处理和回收提供了新的思路。

美国Scottetal.(2008)对微波照射下影响矿石强度的原因进行研究，认为微波间断形式照射矿石，矿石强度变化会更明显，并且证实了矿物的性质也影响到矿石强度的变化。同时，实验还表明微波照射会改变碳酸盐岩矿的破裂形态以及矿物解离，这将有利于矿石中有价值的铜矿物的回收。

美国矿山局也对微波辅助破岩方式进行探讨，采用的试验方式是水力破岩和微波破岩相结合进行破岩(Lin Y Eetal.，1995)。试验表明在微波的热裂和水力切割共同促进破碎岩石，提高了破岩效率。但综合破岩法对环境温度和湿度有负面影响，还需改进。

国内对微波照射破碎岩石的研究还比较少。西安科技大学戴俊等(2014)对微波照射岩石下其强度的变化进行试验。通过改变微波照射强度和时间，测得不同情况下岩石强度,最后得出微波照射对岩石强度的影响规律：微波对岩石的照射时间越长、微波的强度越大,对岩石强度的影响也就明显；刘洪林等(2010)利用微波加热提出了一种微波开采地下页岩油的新技术，其中一方面也利用了微波加热油页岩使其裂缝增加，将有利于页岩油的排采。

采用微波加热修复高速公路、桥梁和道路等是微波加热的新应用，微波加热系统的微波发生器是装在具有平板的卡车上，此平板式卡车带有一组旋转叶片和一台为微波加热系统提供电能的柴油机，用该微波加热系统，能用最少的材料对道路进行快速而有效地修补，并且不必从工厂来回运输材料(马文珍，1986)。利用微波再生沥青修补技术，节能、高效且符合环保要求，能够修复公路沥青路面沟槽和坑洼，具有开阔的市场前景。

因微波对土壤具有较好的穿透能力、加热效率高，微波解冻土也成为了研究课题。郭永山等(1995)从理论上给出微波解冻深度的计算方法，并设计实验，采用915MHZ、20KW的微波源，利用喇叭天线对不同土质和不同含水量的土壤进行不同时间照射，数据分析结果证实了实际解冻深度与计算深度较好吻合，并且也说明了利用微波加热解冻土的可行性。而基于微波加热的碎冰机是一个新应用，该碎冰机具有便携性，能安全有效地应用于室外冻土的解冻，还能对其它冰冻物件(管道等)进行解冻(张天琦等，2008)，这对于解决特殊岩土工程问题冻土问题有一定的价值，具体应用还有待深入研究。

文章来源：《岩土工程学报》网址: http://www.ytgcxb.cn/qikandaodu/2021/0324/553.html