不同种类电解活化水对砂浆水化特性及强度的影响研究.pdf

2023年第6 期（总第40 4期）Number 6 in 2023(Total No.404)doi:10.3969/j.issn.1002-3550.2023.06.029混凝土Concrete预拌砂浆READYMIXEDMORTAR不同种类电解活化水对砂浆水化特性及强度的影响研究石端1，周厚峰1，杨尚夫1，谢子茜，王亮（1.中建八局第一建设有限公司，山东济南2 50 10 1；2.青岛农业大学建筑工程学院，山东青岛2 6 6 10 9)摘要：使用了4种不同种类电解活化水制备水泥砂浆，与普通自来水砂浆进行对比分析，系统研究了不同电解活化水对水泥砂浆水化特性及力学性能的影响规律。试验结果表明，与普通自来水砂浆相比,不同电解活化水均能一定程度地改善砂浆工作性能和力学性能,其中pH为9.5时的钾基碱性电解活化水对砂浆的强度改善效果最为明显，7、14d抗压强度分别提高了18.9%和10.3%,9 1d强度提高了6.1%。酸性电解活化水对砂浆的强度改善效果最差，7 d抗压强度仅提高了5.2%,9 1d强度下降了2.4%同时，不同碱性电解活化水均能促进水泥水化反应，使其Ca(OH)2含量明显高于普通自来水砂浆，并伴有多钙钾石膏和钾长石产生。此外，4种电解活化水砂浆的SEM图谱表现出明显的球形颗粒化，这对砂浆工作性和强度改善具有积极作用。关键词：电解活化水；水化特性；XRD；力学性能；Ca(OH)2含量中图分类号：TU528.01Effect of different kinds of electrolytic activated water on hydration characteristics and strength of cement mortars(1.No.1 Construction Co.,Ltd.,China Construction Eighth Engineering Bureau,Jinan 250101,China;2.College of Architectural Engineering,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China)Abstract:In this study,four kinds of electrolytic activated water were used to prepare different cement mortar,the effects of differentelectrolytic activated water on hydration characteristics and mechanical properties of cement mortar were systematically studied.The resultsshowed compared with ordinary tap water mortar,different electrolytic activated water all can improve the working and mechanicalproperties of mortar to a certain extent.The potassium based alkaline electrolytic activated water with pH of 9.5 has the most obvious effecton the strength of mortar.The compressive strength at 7 d and 14 d was increased by 18.9%and 10.3%respectively,and the strength at 91 dwas increased by 6.1%.The strength improvement effect of acid electrolytic activated water was the worst.The 7 d strength was onlyincreased by 5.2%,while the 91 d strength was decreased by 2.4%.Meanwhile,different alkaline electrolysis activated water could promotehydration reaction of cement so that the Ca(OH)2 content was significantly higherthan that ofordinary tap water mortar,and was accompaniedby calcium potassium gypsum and potassium feldspar.In addition,the SEM images of four activated water mortars show obvious sphericalgranulation,which play a positive role in improving the workability and strength of mortars.Key words:electrolytic activated water;hydration characteristics;XRD;mechanical property;Ca(OH)2 content文献标志码：ASHI Duan,ZHOU Houfeng,YANG Shangfu,XIE Zixi?,WANG Liang?文章编号：10 0 2-3 550(2 0 2 3)0 6-0 145-0 5研究表明相较于普通自来水混凝土，磁化水混凝土强度提高0引言约2 0%,且能够改善工作性能;WeiH.等研究发现，磁化水作为混凝土中水泥水化反应的主要载体,拌和水的性能够减小混凝土收缩;WangYX.等研究证明磁化水能够质对混凝土的凝结硬化、工作性、力学性能和耐久性均有提高混凝土的抗渗性;JouzdaniB.E.证明了磁化水能够有着很大影响。然而,国内外学者大多通过掺加矿物掺合效提高混凝土的抗压、抗弯及抗拉强度；李贵民等表明磁料、降低水胶比、采用高效外加剂等方式来制备高性能混化水对水泥石早期强度发展有一定的促进作用9;段懿航等凝土 2-3 ,但是从改变拌和水性质的角度来改善混凝土的各人用磁化水搅拌的水泥净浆的屈服应力增大,塑性黏度先增项性能的研究相对较少，主要集中在磁化水混凝土方面。大后减小,水泥浆体初期水化更加充分。然而,磁化水混凝自来水经过磁化处理后，能够提升水化放热速率，混凝土土存在的缺陷也比较明显。磁水器在较大磁场强度范围内的和易性、抗压抗折强度均有一定程度的提高 4。Nan S.等易受限制,在温度较高或长时间的使用状态下,磁水器性能收稿日期：2 0 2 2-0 3-2 9基金项目：国家自然科学基金面上项目（518 7 8 3 6 6,519 7 8 3 53）；国家自然科学基金青年科学基金项目（518 0 8 3 10）；山东省自然科学基金项目(ZR2019PEE007,ZR2020ME036)145.也不稳定。此外，由于可选取的磁场参数较少，研究获得的规律具有一定的局限性,不具有普适性,工业推广应用困难。电解活化水主要是电解液通过隔膜式电解槽以电解方式生成,在电解槽阳极生成具有氧化性的酸性电解活化水,在阴极则生成具有还原性的碱性电解活化水。由于电解作用，电解活化水自身具有高活性、强酸碱性、吸附性、分散性、小分子团渗透性等优点叫。同时，电解设备性能稳定、性价比高、性能可调节性好，能够弥补磁化水存在的缺陷。张天宇等发现低碱性电解水粉煤灰砂浆的早期抗压强度发展速率较普通自来水砂浆提高了11.7%2 ;谢子茜等研究发现当粉煤灰取代率为2 0%和30%时，电解水混凝土的56d抗压强度较自来水混凝土增长了8.7%和3.5%13 李长江等研究结果表明碱性电解水在一定程度上能够提高矿粉砂浆的抗折强度和抗压强度 14。ChakrabortyS.等证明了碱性电解水能够加速水泥水化反应，促进早期凝结硬化，形成更加致密的孔隙结构,有效提高水泥砂浆的抗渗性和抗硫酸盐侵蚀性 15;刘桂宾等表明利用电解水有可能实现约50%的混凝土矿物掺合料用量的有效利用，而不会造成水泥细度品种/%P042.52.3表2普通硅酸盐水泥的化学组成（XRF分析）CaoSiO2Al,O,Fe,O,SO;MgO62.7317.806.385.832.981.940.860.580.52 0.38通过定制的隔膜式电解水设备进行电解，制备不同系列电解活化水。以普通自来水作为对照组，记为PT；对普通自来水进行通电电解，在电解槽阴极侧产生碱性电解活化自来水，记为PT-DJ;由于碳酸钾（K,CO，)具有高水溶性、耐蚀性、小分子团渗透性、性价比高等优良特性，故本试验采用碳酸钾作为电解质溶液，在隔膜式电解水设备中进编号pH值PT7.5PT-DJ8.8DJ-16.7DJ-29.5DJ-310.5HKOH图1酸性和碱性电解水的生产原理图146强度损失,具有良好的经济效益和环境效益。因此,采用不同种类的电解活化水制备水泥砂浆,通过与普通自来水水泥砂浆的对比分析,研究了不同电解活化水对水泥砂浆工作性能、抗压强度和抗折强度的影响规律,并通过TG/DTA、X R D 和SEM等微观试验，揭示了不同种类电解活化水对水泥砂浆的水泥水化反应和性能的影响机理,为电解活化水在混凝土中的推广应用提供一定的理论支撑。1试验概况1.1原材料本研究采用P042.5级水泥（青岛山水水泥有限公司），符合国家标准GB1752007通用硅酸盐水泥的规定要求，其物理性能与化学成分XRF分析分别如表1、2 所示。采用细骨料的表观密度为2 6 30 kg/m,体积密度为17 10 kg/m、吸水率为1.40%和细度模量为2.7 8。采用NC-J型聚羧酸系高效减水剂（产自山东省建筑科学研究院），减水剂掺量为胶凝材料用量的1.5%1.2%，减水率为2 8%，以质量分数计，以此控制砂浆扩展度在18 0 2 2 0 mm目标范围内。表1普通硅酸盐水泥的物理与力学性能指标凝结时间/min抗压强度/MPa初凝终凝165260Na.0K,0TiO2Loss表3不同电解活化水的基本参数OPR值K,CO;浓度/%343一241一4570.051790.052070.08通电电解02OHK,CO,电解质抗折强度/MPa3d28d18.546.8%行电解，电解槽中的交换隔膜渗透率为0.2 0 cc/（c m/min），进水温度控制在为2 0 2 5,通电时间为15min。K,C O 3电解质溶液经过电解，在电解槽的阳极侧产生碳酸，水分子分解成氧气和氢离子，故阳极溶液呈酸性，即酸性活化水，记为DJ-1；在阴极侧则产生KOH,水分子分解成氢气和游离的羟基离子，故溶液呈碱性，即碱性活化水，记为DJ-2,通过调控K,CO;电解质浓度，可以得到更高pH值的碱性电解活化水，记为DJ-3。电解生产原理如图1所示。总进水量/(L/h）碱性电解水/(L/h)一一40204020402040201.2配合比设计不同电解活化水水泥砂浆的详细配合比如表4所示。采用P042.5级水泥，水胶比统一设定为0.5，水泥与砂子的比例为1:3,减水剂掺量为水泥用量的1.2%,以质量分数计。普通自来水砂浆的编号为PT,钾基酸性电解活化水砂浆的编号为DJ-1,钾基碱性电解活化水砂浆(pH值为9.5)的编号为DJ-2,钾基碱性电解活化水砂浆(pH值为10.5)的编号为DJ-3,砂浆的目标扩展度控制在(2 0 0 10）mm范围之内。1.3试验方法将原材料充分拌和后，以不同电解活化水作为砂浆拌H,CO;和用水，利用水泥胶砂搅拌机制备尺寸为40 mmx40mmx安定性3d28d4.67.0电流/mA一0