微波養護對水泥砂漿性能與微觀結構的影響

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A DOI： 10.7525/j.issn.1006-8023.2025.03.018

Abstract： Microwavecuring technology ofconcretecansignificantly improve theearly strength ofconcrete，butthere is no uniform design standard for microwavecuring method，resulting ingreat diffrences in material properties after curing.To explore the influence of microwave curing methods，this study employed the response surface methodology to systematicallyanalyze theinfluenceof microwavecuring methodon the compressivestrength ofcement mortar.Therelationship model between key microwave curing parameters and material properties was established，andthe optimal microwave curing method was determined when the heating temperature was under and the heating power was 1 Ooo W for 30 min.Chemical components and microstructure impacts were studied using X-ray diffaction （XRD），mercury intrusion porosimetry（MIP），and scaning electron microscope（SEM），and it was revealed thatareasonable microwave curing methodcan promote thehydration degreeof mortarand form adenser structure.The temperature variation in microwavecuring processwas analyzed bycombining experimentaldataand computer simulation，and it was found that microwavecuring temperature hadhotspot efect.Itisconcluded that microwave curing temperature is the most important factor affecting the strength of mortar.

Keywords：Response surface methodology；microwave curing；mortar； compressive strength；microstructure

0 引言

《2023年排放差距報告》顯示，2022年溫室氣體排放量和大氣中二氧化碳濃度創歷史新高，建筑行業作為主要來源，排放占比達 3 3 % ，預計2050年將超 。混凝土行業因此成為“碳減排\"策略研究的重點領域。在建筑行業碳排放問題日益嚴峻的背景下，快速養護技術憑借其在提升混凝土早期強度和施工效率方面的顯著優勢，成為研究重點之一。混凝土快速養護技術能夠顯著促進混凝土的水化反應，有效提升混凝土的早期強度，進而實現施工效率的大幅提高[3]。微波養護技術作為一種新興的混凝土快速養護技術，相較于蒸汽養護技術能夠在更短的養護周期內顯著提升混凝土的早期強度，并且具有更低的能耗[4]。此技術不僅與當前可持續建筑實踐的核心理念相契合，而且在減少碳排放方面也展現出了顯著成效，因此該技術被視為一種極具潛力且擁有廣闊應用前景的混凝土快速養護技術。

微波是一種頻率在 3 0 0 M H z～3 0 0 G H z 的電磁波，當微波作用于材料時，吸波材料吸收電磁能并將其轉化為熱能，從而實現對材料的加熱[5]。與從外部熱源向內傳導的常規加熱方式不同，微波加熱不受外部熱源對被加熱材料的熱傳導、輻射或對流的限制，加熱效果更加快速均勻[]，并能有效降低加熱過程中的能耗。有研究表明，微波加熱 1 m i n 就可達到常規加熱1 2 0 m i n 的效果[7]。當微波作用于混凝土時，水泥、水和骨料等混凝土的主要成分均屬于能夠吸收電磁波的介電材料，同時微波輻照會引發分子間的振動。因此，微波輻照為膠凝材料水化反應的進行創造了有利條件[8]。

研究發現，微波養護對水泥水化具有顯著的加速作用[9，能提高混凝土的早期強度，并且幾乎不會對長期性能造成損害[10]。然而，微波養護對混凝土性能的影響是存在爭議的。Wang等[i研究顯示，微波養護通過使漿體脫水來降低水灰比，快速提高混凝土早期強度。但含水量的減少可能在后期抑制水化反應，對混凝土的長期強度形成潛在威脅。Kong等12研究指出，微波養護生成的早期水化產物結構過于致密，這阻礙了進一步水化反應的發生及裂縫的自我修復，從而導致微觀結構最終變得更加疏松多孔。但Zhou等6研究則發現，微波能促進網狀水化硅酸鈣凝膠（C-S-H）和新型水化產物的形成，這不僅增強了骨料與水泥界面過渡區（ITZ）之間的黏結，還使得ITZ的微觀結構更加密實。此外，Makul等[13]研究結果表明，微波養護能在水泥基材料硬化前迅速去除混凝土中的游離水分子，引發毛細結構的坍塌，從而提高內部結構的致密程度。這些相互矛盾的研究結果顯示了微波養護過程的復雜性以及探索一種合理的混凝土微波養護體系的挑戰性及必要性。

混凝土的微波養護過程受養護條件、水泥類型、水灰比、骨料質量與級配和外加劑等多種因素的共同影響。在早期的研究中，Leung等[14]利用家用微波爐，探究了微波功率、微波養護時間和微波養護齡期等參數的組合效應，提出可以通過調整離散功率來滿足不同強度需求。Mangat等[15]則研究了在現澆混凝土修復過程中功率、養護時間、養護溫度和養護體積之間的相互作用關系，發現微波養護溫度隨時間和功率輸人的增加而呈線性增長。Shen等[16]則專注于超高性能聚合物混凝土的最佳養護齡期和微波養護功率的研究。然而，在這些研究中，均未直接將微波養護溫度作為微波加熱條件下的養護參數，而是通過研究加熱功率和持續時間等參數間接研究養護溫度的影響。

本研究采用了響應面回歸模型進行分析，這是一種廣受認可的分析模型，能夠有效探究多變量對各類系統的影響，并進行優化處理[17-18]。基于響應曲面設計中的Box-Behnken試驗設計方法，在參數的變化范圍內，選取有代表性的參數組合進行試驗，利用響應面模型最大程度增加試驗參數變化的連續性，最終構建以二次多項式預測模型，并結合方差分析和響應曲面考察來確定各個試驗參數對響應目標的影響顯著性及影響規律。

本研究利用響應面回歸模型深入評估了微波加熱功率、養護時間和微波加熱溫度3個核心變量對微波養護水泥砂槳性能的具體影響規律，建立微波參數與水泥砂漿性能變化的關系模型。采用了掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）以及壓汞法（MIP）等手段進一步分析微波養護條件下砂槳的微觀結構和化學成分的變化。根據試驗結果試圖厘清微波養護工藝參數與砂槳強度、微觀結構和水化產物組成之間的關系，從而為微波養護技術的工程應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 原材料與砂漿制備

砂漿采用由河南珀潤鑄造材料有限公司生產的 質量分數高于 9 8 % 的硅灰、諸城市楊春水泥有限公司生產的P.O.52.5水泥和廈門ISO標準砂配制而成，樣品不含粗骨料。表1詳細列出了水泥與硅灰的具體化學成分。

采用JJ-5型水泥砂漿攪拌機，依據 8 0 0 g 水泥、2 0 0g 硅灰、 8 8 0 g 標準砂及 4 0 0g 水為一組的配比，將干料與水混合均勻，制備成砂漿。隨后，將該組砂漿澆鑄至3個尺寸為 4 0 m m×4 0 m m×1 6 0 m m 的硅膠模具中。選用硅膠模具，因其具有良好的微波穿透性，便于微波直接作用于試件，同時有利于脫模操作。為降低水分蒸發量，在模具表面覆蓋聚偏二氯乙烯（PVDC）保鮮膜以實施保水措施（預試驗表明，此措施可有效控制水分散失量在總水量的 0 . 5 % 以內）。依據設計的不同養護方案，將試樣置于特制的微波養護設備中進行處理。該微波設備配備有精密測溫裝置，用于實時監控溫度變化并調節微波發射器的工作狀態。在使用過程中，微波發生器首先以預設功率運行；一旦測溫裝置檢測到試樣表面溫度達到預設閥值，微波發射器即自動停正工作；而當溫度回落至預設值以下時，微波發射器則重新啟動。此循環過程持續進行，直至達到預定的養護時長。微波養護結束后，進行脫模處理，并分別對試樣進行 1 d， 7 d， 2 8 d 的標準養護。隨后，按照規范測定其抗壓強度。

1. 2 響應面模型構建

本研究采用試驗設計（Design-Expert）軟件，設計了一個三因素三水平的響應曲面設計類型Box-BehnkenDeign（BBD）試驗，旨在優化砂漿的微波即時養護制度。試驗中，共規劃了17組不同的養護參數組合，包含加熱功率（A）、養護溫度 （ B ） 和養護時間 （ C ） 3個變量。將這些養護制度下測得的1d抗壓強度 抗壓強度 和28d抗壓強度 設定為響應值，以進行深人分析。

響應面法（RSM）作為一種科學且合理的試驗設計方法，其核心在于通過試驗獲取具體數據，并結合多元回歸方程來擬合因素與響應值之間的復雜關系。與傳統單因素研究方法相比，RSM在探究單因素對于響應值關系的同時兼顧分析了單因素間的交互作用[19]。RSM模型的構建過程具體分為以下3個步驟。

1）借助BBD方法，進行試驗因子設計和水平編碼，見表2。低、中和高水平的單因素分別被編碼為-1、0、1。基于這些單因素的范圍，設計17組三因素三水平的養護制度組合，以確保試驗的全面性和準確性。

2）根據不同養護參數組合進行試驗并測量抗壓強度，據此建立響應面回歸模型所建立的響應面可視化，如圖1所示，直觀地展示了各因素與響應值之間的關系。

3）利用RSM的優化結果，得到砂漿微波即時養護的最優工藝參數組合。

1.3 試驗方法

按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG3420—2020）進行強度試驗，以評估微波即時養護砂漿試件的力學性能。

采用YAW-300型自動強度測試儀對砂漿試件進行1、7、28d的抗折、抗壓強度測試。該儀器抗壓強度試驗的最大壓縮力為 3 0 0 k N ，最大彎曲力為 1 0 k N ，加載速率為 2 . 4k N / s 。在抗折試驗中，每組包含3個4 0 m m×4 0 m m×1 6 0 m m 的矩形試件。斷裂后，取3個試件左右兩部分進行抗壓測試，并將抗壓強度的平均值作為該組的最終結果。對所有試驗數據進行響應面分析，得到最佳微波養護制度。在強度試驗后選取具有代表性的試件并保留，以便深人分析研究微波養護后試件的水化產物特性。

將試樣粉碎后，取試樣的中心碎片，在異丙醇中浸泡 4 8 h 以終止水化，然后取出等待 2 4 h 使試樣干燥。從同一組標本的中心碎片樣本中隨機抽取3塊樣本，磨成細粉。采用日本ShimadzuXRD-6100x射線衍射儀對樣品進行XRD分析，掃描范圍為 ，步長為

，每步掃描時間為 0 . 1 5 s 。用JADE9軟件對所得衍射峰進行分析，并與物質標準衍射卡片進行對比，考察樣品中存在的物質，進行半定量分析。利用日立SU-70掃描電子顯微鏡對選取的樣品碎塊進行微觀結構觀察。采用MicroActiveAutoPoreV9600型壓汞儀，從同一組試樣中隨機選取3個邊長小于 1 0 m m 的樣本，以探究其總孔隙率及孔徑分布的特性。

1.4 有限元模擬

盡管微波加熱可以快速加熱混凝土，但是不同成分的不同介電性能導致了微波加熱不均勻。熱量在樣品和周圍環境之間形成對流。溫度的升高是由微波加熱和水泥水化釋放的熱量共同引起的。這些都是探索微波養護混凝土加熱機理不可避免的潛在干擾因素。因此，選擇COMSOLMultiphysics軟件進行微波加熱模擬。

通過耦合電磁學，使用COMSOLMultiphysics軟件中的熱傳遞和固體力學模擬微波加熱機制，研究在微波輻射條件下混凝土中溫度變化。模擬基于以下假設進行：材料的介電性能在微波養護過程中被認為是固定不變的；假定樣品中的各種成分的物理性質是各具相同性的。考慮混凝土中不同大小的集料域，選擇物理控制網格對整個模型進行網格劃分，如圖2所示，完整的網格包含\"386047\"域單元、33102邊界單元和3031邊緣單元。后續的模型是基于這個網格劃分進行的。

2 結果與分析

2.1抗壓強度及其響應面預測模型

抗壓強度是混凝土設計和評估中的關鍵參數，直接關系到結構的安全性和穩定性。且在混凝土養護初期，抗折強度過小，不易測得穩定可靠的試驗數據，抗壓強度相對于抗折強度更加準確穩定，因此本研究將抗壓強度作為砂槳力學性能分析的指標。表3為依據響應面模型構建獲得微波養護后砂漿抗壓強度的試驗結果 代表不同養護制度下1、2、28d抗壓強度的響應值）。

基于最小二乘法原理，利用Design-Expert軟件對上述各影響因素及其響應值之間的關系進行多項式擬合分析，獲得了響應值與諸因素間的相關性，相關性系數作為衡量各自變量對響應值影響程度與方向的指標，詳細數據參見表4。線性項系數的絕對值大小反映了自變量對響應值的影響強度；絕對值越高，意味著影響越顯著。系數的符號，無論正負，均指示了影響的方向：正系數表明自變量與響應值呈正相關，即自變量增大時，響應值亦隨之增大；負系數則表明二者呈負相關。具體而言，線性項系數表示了自變量對響應值的直接比例影響，假定其他所有變量均保持不變。相互作用項系數則揭示了多個自變量對響應值的綜合效應。最后，二次項系數展示了自變量對響應值的非線性影響，系數為正時表現為上凸的拋物線關系，系數為負時則呈現為下凹關系[20]。

通過方差分析來評估回歸模型精度與顯著性。回歸模型的顯著性判斷需結合 F 與 P 的共同分析，當模型展現出顯著的 F 且伴隨極小的 P 時，該模型被視為具有統計顯著性。 P 越小，意味著模型的顯著性水平越高[21-22]。模型的擬合缺失統計量（LOF）用于量化模型預測值與觀測數據之間的差異程度。LOF數值越小，表明模型與經驗數據吻合度越高[23]。表5展示了 和 這3個模型的方差分析結果。其中， 回歸模型的 F 為92.71，且 P 均小于0.0001，這證明了 模型響應相對于目標變量具有高度顯著性。盡管 和 回歸模型的 F 統計量稍低，分別為20.63與33.29，且 P 較高，但仍足以表明 模型對目標變量的響應具有顯著性。因此 和 模型均具有統計學顯著性，可有效地表達自變量與響應目標值之間的函數關系。同時，這些模型LOF值的不顯著性也進一步體現了模型在統計上的可接受性，表明模型能夠準確表征和預測數據。綜上所述，這些模型被認為適合于對試驗數據進行恰當的擬合與分析。

表5 R和 的方差分析（ANOVA）結果

P 是通過 檢驗計算得出的，用來評估自變量統計顯著性的度量。其量化了回歸系數與零的偏離程度。通常，采用0.05作為顯著性水平的閾值[24]。如果 P 低于這個閾值，說明自變量的系數對因變量的影響顯著，則將該系數視為非零。相反，如果 P 超過0.05，則自變量對因變量的影響在統計上不顯著，將其系數視為零。F 數值越大，表明變量在模型中的重要性越高，對響應面影響越明顯。由表5可以看出，在 模型中， 和 具有顯著性。同樣，在 模型中， 和 也具有顯著性。在 模型中， 和 都表現出顯著性。參考試驗結果，結合表4和表5，可以分別建立3個響應值的回歸模型

1A+0.560 6B+0.017 1 C + 2 . 9 4 × 。 （1）

AB-0.000 1AC-0.000 1BC-5.49×10-7A2-0.011 （204號 。 （2）

AB-0.000 1 A C + 0 . 0 0 0 。 （3）

本研究構建了三維響應面模型來闡述因子間相互作用對響應值的具體影響，如圖3所示。響應面形狀代表了因子間相互作用的強度。若響應面較為陡峭，且其平面投影趨近于橢圓形，則表明因子間的相互作用較為強烈；相反，若投影更為圓潤，且響應面呈現出較為光滑的形態，則意味著各因子之間的相互作用較弱。因此，結合圖3的分析結果，可以推斷出因子B對 模型的影響最為顯著。

表6展示了回歸模型的決定系數 。 反映了因變量中可以從自變量中預測的方差的比例，其范圍為0到1。該值越接近1，表明模型預測值與實際觀測值的相關性越高，表明模型的可靠性越高[25]。3個模型的 調整決定系數 和預測決定系數 都接近于1，表明擬合優度良好。此外，充分精度是一項用來評價模型信噪比的指標，其值越高，說明模型對信號的捕捉能力越強，噪聲的干擾越小。通常當充分精度值超過4則被認為模型具有較好的預測能力和可靠性[26]。建立的回歸模型均 和 的差異小于0.2，且充分精度超過4，這意味著回歸模型與試驗數據之間的一致性很高。這表明預測精度高，可靠性強，模型擬合良好。因此建立的模型適用于微波養護制度的優化，表7展示了試驗測得的數據和模型預測數據。

在基于上述參數所構建的響應面模型中，當加熱功率為 1 0 0 0 ‰ 、養護溫度維持在 4 0 ℃且養護時間達到 3 0 m i n 時，抗壓強度展現出最優表現。試驗結果有力地支持了響應面法的預測結果，最優表現的微波養護試件通過響應面模型預測的28d抗壓強度為 5 0 . 3 M P a 通過實際測得的試驗強度為 4 9 . 1M P a ，預測結果與實際結果呈現出良好的一致性，誤差范圍控制在 5 % 以內，這充分符合預期，并驗證了模型預測的準確性。這表明了利用響應面法對微波養護制度進行優化的可行性，為砂漿微波養護技術在工業領域的應用奠定了理論基礎和提供了技術支撐。

2. 2 微觀結構分析

2.2.1XRD水化產物種類及半定量分析

將代表性試件分為3個養護組分別進行1d和28d的養護。具體分組如下：1）直接進行標準養護的試件，1d和28d的編號為S1和S28;2）按響應面法確定的最優微波養護后再進行標準養護的試件，編號為01和028；3）經 微波養護后再進行標準養護的試件，編號為H1和H28。

圖4展示了在不同養護條件下，1d和28d樣品所對應的X射線衍射圖譜。XRD衍射分析的結果表明，樣品主要由未水化的硅酸三鈣（ 、硅酸二鈣 ！石英（ ）、氫氧化鈣（CH）、鈣礬石（AFt）以及水化硅酸鈣凝膠（C-S-H）等組分構成。通過對不同樣品中未水化的膠凝物質及其反應產物的種類進行對比分析，可以發現各組樣品之間并未出現顯著的成分變化。這一觀察結果與Zhang等[27]的研究結論相吻合，即微波養護并不會導致水化反應出現新的產物類型。

然而，為了更深入地理解這一水化過程，仍需對各組分的質量分數進行更為詳盡分析。研究通過識別XRD衍射圖像中的衍射峰，依據黏土礦物定量分析中常用的Biscaye方法[28]，利用JADE軟件計算不同成分的衍射峰面積來對XRD譜圖進行半定量分析，以此評價各樣品的水化反應程度。水泥熟料的水化反應主產物C-S-H是一種高度復雜的無定形體系[29]，難以在XRD衍射圖像中出現顯著峰值，因此本研究通過 和CS的消耗量間接表示C-S-H的生成量。為了更清晰地對比不同樣品間物質數量的變化，選擇將樣品中不發生水化反應的 的衍射峰面積作為基準，計算CH、CSamp;CS和AFt等其他化學相衍射峰面積與 的峰面積的相對值。圖5展示了經過處理后砂漿中各成分與 的相對值結果。

隨著養護時間的延長，不同養護制度樣品中 和CS的質量分數均有所下降，表明水化反應仍在繼續。此外，不同養護制度樣品中不同物質質量分數的變化程度不同，反映了養護條件對水化反應的不同影響。S組樣品中，S1和S28樣品中 和 的質量分數差異很小，CH和AFt的質量分數幾乎沒有變化，說明S組發生的主要反應是硅酸鈣的水化反應。在0組樣品中，01與028的 和 殘留量均是相同養護齡期中最低的，這證明微波養護提高了砂漿的水化程度。

同時，CH和AFt質量分數隨齡期的增加而降低。說明除了硅酸鈣的水化反應外，硅灰的火山灰反應也消耗了CH。Zhan等[27]的研究也驗證了這一發現。如 S u n 等[30]的研究所述，AFt的減少可能是由于其結構不穩定和高溫分解所致。通常情況下AFt需要在 以上才發生分解，在本研究中設定的4 0"℃養護條件下，這一現象的發生可能與微波輻照樣品的“熱點\"現象有關，即電磁場強度的不均勻分布會導致樣品內出現區域性高溫[31]，這使得O組樣品中部分區域達到AFt分解溫度。在H組樣品中，H1和H28的 和 質量分數差異也很顯著。而H28的 和 殘留量是28d樣品中最高的。此外，CH和AFt的質量分數幾乎沒有變化，這表明H組在28d時水化反應不充分。 X u 等[32]在研究中也注意到高溫會影響微波養護混凝土的水化程度和強度性能。

根據圖5中展示的砂槳中各成分與 的相對值結果，0組樣品的CS和CS質量分數明顯少于其他養護制度，這證明了更多的 和 在水化反應中被消耗，適宜的微波養護工藝能夠有效提升水泥熟料的水化程度，促進膠凝材料的充分利用，促進CH的二次水化，最終提高C-S-H的生成量。然而，H組樣品的 和CS質量分數最高，28d時樣品內CS和 的剩余質量分數仍和0組樣品1d時的質量分數相似，這意味著過高的微波固化溫度并不能持續地促進水化反應，反而會對水化反應的進行起阻礙作用。

2.2.2 MIP孔結構分析

圖6展示了3組樣品養護 1 d 時的樣品表面形貌，其中0組與S組樣品表面較完整、無裂痕，僅有少數孔洞，而H組表面則具有明顯的孔洞和細小裂縫。

混凝土的孔隙率一般在 2 0 %～3 0 % [33]。由圖7中的MIP結果顯示，養護1d的3組試件的孔隙率差距不大，都在 20 % ～ 3 0 % 。隨著齡期的增加，各組試件的孔隙率均呈下降趨勢。但養護28d后，3組試樣間孔隙率的差異增大。在 微波養護的樣品孔隙率最高，最佳微波養護制度下的樣品孔隙率明顯低于標準養護樣品。這證明隨養護時間的增長，3組樣品都繼續進行水化反應。然而，在 條件下微波養護試樣的水化程度相對較低，而在最佳養護制度和標準養護下，試樣的水化反應更徹底，形成的水化產物有效地填充了孔隙。

圖7反映了不同養護條件下試樣的孔徑分布及變化。通常，混凝土孔隙根據其孔徑 （ d ） 大小可分為4類：凝膠孔（ dlt;1 0 n m 、過渡孔 1 0n m 和微孔 [34]。值得注意的是，孔徑分布隨養護溫度的變化有明顯的改變。在標準養護和最佳微波養護試驗中，隨著養護時間的延長，峰值孔徑減小。

在S組樣品中，S1樣品的峰值孔徑約為 。經過28d的標準養護后，S28樣品顯示出兩個明顯的孔徑峰值：一個在 1 0～1 0 0 n m ，另一個在 1 0 0～1 0 0 0 n m 。隨著養護時間的增長，標準養護樣品表現出從過渡孔為主到過渡孔和毛細孔共同存在的轉變。這種轉變意味著孔隙結構得到了優化，在受壓時試樣內的應力分布可以更加均勻，從而提高試樣的抗壓強度。

在0組樣品中，01試樣具有3個不同的峰值孔徑，其中，兩個明顯的峰值分別位于 1 0～1 0 0 n m 和100＼～ ，另外在 1 0 0 0 0～1 0 0 0 0 0 n m 還有一個相對較小的峰值。標準養護28d后，028試樣的峰值孔徑和相應高度均明顯減小。結合028樣品的孔隙率最低，說明在最佳微波養護條件下，微波有利于水化反應進行，有效填充孔隙，降低了孔隙率，增強了孔隙結構。與其他研究結果一致，適當的微波養護可以優化孔隙結構，提高樣品的密度[35]。

在H組樣品中，H1樣品在 1 0 0～1 0 0 0 n m 出現了兩個峰值孔徑。盡管養護時間增長，H28試樣在此范圍內仍保持兩個峰值孔徑，只有峰值高度略有下降。028樣品的孔隙率最高，這表明，在 微波養護條件下，隨著時間的推移，孔隙大小的改善并不顯著，這可能是最初的快速失水導致大量裂縫和孔隙的形成，加上缺水導致的水化反應不足。在關于高溫養護的研究中，已經觀察到在 的養護溫度下試件就會出現明顯的裂縫[36]。

綜上所述，標準養護和最佳微波養護溫度均能有效優化樣品的孔隙結構，而高溫微波養護反而會破壞樣品孔隙結構。

2.2.3 SEM微觀結構觀察

由圖8的SEM圖像可知，相較于1d樣品，不同養護制度的28d樣品的孔隙率均有降低。但在H28樣品的SEM圖像中孔隙依然清晰可見，這表明與S28和028樣品相比，H28樣品的微觀結構更疏松、水化程度更低。不同樣品中C-S-H凝膠的形態以及水化產物的分布也存在顯著差異。在S1和S28樣品中，C-S-H凝膠主要呈現出網狀的分布模式，而S28樣品水化產物穿插排布、內部結構更加致密且均勻。028樣品則展現出C-S-H凝膠的簇狀分布，這是復合養護條件下凝膠形態的典型特征[27]。在H1和H28樣品中，過高的固化溫度導致了大量水分的蒸發，使得C-S-H凝膠呈現出與干熱養護相似的纖維形態[37]，而這些樣品中裂紋的顯著存在進一步加劇了其多孔和松散的內部結構特征。

2.2.4微波養護期間樣品的溫度變化

圖9顯示了樣品溫度隨時間的變化。微波加熱產生不均勻的溫度分布，隨著時間的推移，溫度分布顯著變化。由圖9可知，表面熱點最明顯地出現在試樣的邊角處，中間層的熱點首先出現在上部區域，隨著時間的推移逐漸向下邊角擴展。根據圖像還可以觀察到，大多數內部區域的溫度遠高于表面區域。

熱交換過程中，熱量沿著溫度梯度從高溫區域向低溫區域傳遞，從中心到邊緣，再到角落。混凝土具有較低導熱性，這限制其熱量的有效傳導。熱傳導的過程相對緩慢，隨著時間的推移，不同區域之間的溫差逐漸顯現。因此，快速微波加熱會加劇溫度場分布不均勻。

此外，在試驗工作中，材料和環境條件并非一成不變。水化反應會釋放熱量，并且環境溫度可能會波動，輸入電壓也可能不穩定。這些因素會導致模擬結果與實際試驗情況產生偏差。

3討論

通常將混凝土的養護周期從澆筑至28d劃分為3個不同的階段：第1階段為澆筑后至第1天，此階段漿體逐漸固化，但試樣強度尚處于較低水平；第2階段為第1天至第7天，此期間混凝土強度迅速增長，達到設計強度的 6 0 % ～ 7 0 % ；第3階段則從第7天持續至第28天，此階段強度增長趨于平緩，并最終達到設計強度。

響應面分析結果表明微波養護溫度是影響混凝土強度的主導因素。在初始硬化期，盡管微波養護能加速脫模進程，但在 的研究范圍內，抗壓強度并未隨溫度升高而持續增強。相反，微波加熱引發的內部急劇升溫與環境溫度之間的較大差異，導致了圖

6的表面開裂，反而削弱了整體強度。特別是與標準養護樣品相比，盡管在微波養護剛結束時 微波養護的樣品更快地達到脫模標準，但是在通過第1天的樣品檢測中發現 微波養護的樣品具有比標準樣品更高的孔隙率。當溫度升至 時，結合圖5的半定量分析與圖8的SEM圖像，H1樣品顯示出更低的水化程度和更疏松的微觀結構，這主要歸因于過度水分蒸發阻礙了水化進程，對強度發展產生了顯著的不利影響。進入第2階段（表3），除 下養護的樣品表現出強度增長受到限制外，其余樣品均實現了其 強度的 5 0 % 以上的增長。至第3階段，不同微波養護溫度下的樣品強度差異進一步擴天。根據表5的 P ，養護溫度與加熱功率對該階段的抗壓強度具有顯著影響。過高的養護溫度會促進水分蒸發，對強度發展構成不利影響；同時，高功率加熱導致混凝土溫度迅速攀升至大量水分蒸發的水平，增加了內部孔隙，并因快速升溫引發的膨脹而加劇裂縫形成，同時內部水分的缺失亦阻礙了養護過程中細裂紋的愈合。

研究發現，養護溫度對混凝土強度具有顯著影響，圖10展示了養護溫度對砂漿水化過程的影響。高溫環境能夠加速分子、離子擴散，有效促進化學反應，從而加速水化進程并縮短水化誘導期。然而，只有適宜的微波養護溫度才能避免水分過度蒸發或水灰比發生劇烈變動，進而為形成有利的水化環境提供保障。相反，高溫微波養護可能會干擾水化進程與微觀結構的正常形成，從而阻礙混凝土強度的發展。其負面影響主要體現在以下幾個方面：加劇分子振動，導致微觀結構不均勻并生成有害孔隙；形成厚凝膠層，阻礙水泥與水的持續接觸，延緩水化反應的進一步進行；加速水分蒸發，引起缺水現象并阻礙水化反應進行，進而影響混凝土的整體性能。

4結論

本研究通過響應面法研究了微波養護制度對水泥砂漿材料抗壓強度與微觀結構的影響。研究結果顯示，不合理的微波養護會降低砂槳的抗壓強度并導致內部結構的不均勻。主要結論如下。

1）確定了微波養護的最佳條件為加熱功率 /加熱溫度 $4 0 ＼ { ^ ＼circ ＼mathrm { C } }$ 和微波養護時間 3 0 m i n ，能夠有效提高水泥砂漿的早期強度，同時確保28d后的抗壓性能。這一結果表明，合理的微波參數組合經過優化可實現快速強度發展與長期性能保持的雙重目標。

2）合理的微波養護制度有助于促進氫氧化鈣的二次水化，降低孔隙率并優化孔徑分布，形成密實的水泥石結構，這種致密的微觀結構有助于材料的力學性能的提升。

3）加熱溫度是影響水化過程和材料性能的關鍵因素，當養護溫度過高時，混凝土內部的水分大量蒸發，可能出現孔隙率增大、界面過渡區變弱等現象，進而降低材料的整體密實性。同時過高溫度還可能導致未水化顆粒被快速生成的水化產物包裹，抑制水化反應的正常進行，進而影響長期強度發展。

4）受砂漿內不同物質介電性質不同的影響，劇烈微波養護會導致樣品內部受熱不均勻，出現局部高溫的“熱點”。局部可能達到AFt等物質的分解溫度，影響水化產物的穩定性。

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