謝子茜，劉桂賓，張?zhí)煊?，李秋義，王 亮

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，青島 266109；2.青島青建新型材料集團(tuán)有限公司，青島 266108； 3.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院，青島 266103)

0 引 言

粉煤灰是一種大宗固體工業(yè)廢棄物，常作為礦物摻和料加入混凝土拌合料中，其表面呈玻璃體結(jié)構(gòu)，具有良好的火山灰活性，適當(dāng)提高粉煤灰摻量能夠有效改善混凝土強(qiáng)度、抗氯離子滲透性等耐久性能[1]。但是，粉煤灰混凝土普遍存在早期活性低、強(qiáng)度差等缺陷，在早期無(wú)法有效發(fā)揮其作用，嚴(yán)重制約著大摻量粉煤灰混凝土的工程應(yīng)用，如何有效激發(fā)粉煤灰的早期活性問(wèn)題亟待解決。

目前，關(guān)于混凝土中粉煤灰的早期活性激發(fā)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究，大致可分為物理粉磨和化學(xué)復(fù)摻兩種激發(fā)方法。一是采用磨細(xì)加工的物理方式，增大粉體的比表面積，加速水化反應(yīng)，提升其早期強(qiáng)度[2]，但存在粉磨時(shí)間長(zhǎng)、能源消耗大、成本高、工序復(fù)雜，以及粉體表面與周圍水化產(chǎn)物界面結(jié)構(gòu)早期出現(xiàn)較多空隙等問(wèn)題，導(dǎo)致粉煤灰的活性微集料效應(yīng)無(wú)法充分體現(xiàn)。二是采用化學(xué)復(fù)摻的方式，通過(guò)加入適當(dāng)比例的堿性激發(fā)劑來(lái)活化粉煤灰，以獲得更高的早期強(qiáng)度。目前主要采用的堿性激發(fā)材料包括水玻璃、高鈣灰[3]、硅灰[4]、三乙醇胺-氫氧化鈣[5]、石膏[6]、高爐礦渣[7]等，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用多種活化劑對(duì)粉煤灰進(jìn)行早期強(qiáng)度試驗(yàn)，雖然在某種特定因素或環(huán)境下能夠活化粉煤灰的活性，提升其早期強(qiáng)度，但仍普遍存在著以下問(wèn)題：(1)堿性激發(fā)劑中部分游離的化合物后期水化情況難以得到有效控制，對(duì)混凝土的后期強(qiáng)度、收縮開(kāi)裂乃至其整體穩(wěn)定性造成不良影響。(2)活化粉體的摻量要根據(jù)其品質(zhì)、應(yīng)用環(huán)境、理化性質(zhì)、混凝土配合比情況確定，很大程度地增加操作施工的難度及工作量。(3)某些粉體(如石膏)在室溫下無(wú)法對(duì)粉煤灰進(jìn)行高效活化，需加熱固化后才能保證其活化效率。此外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還從含水率[8]、外加劑、養(yǎng)護(hù)條件[9]等方面做了大量研究，但并不具備普適性，無(wú)法從根本上解決粉煤灰的早期活性激發(fā)問(wèn)題。

堿性電解水是一種高活性離子水，能夠?yàn)榉勖夯业幕钚约ぐl(fā)提供堿性相對(duì)較高的環(huán)境。同時(shí)，不同于常見(jiàn)的堿性激發(fā)劑，堿性電解水不屬于苛性堿，沒(méi)有摻入任何化學(xué)試劑，不會(huì)造成人體皮膚損傷和環(huán)境污染，對(duì)混凝土性能無(wú)有害影響，是一種綠色無(wú)污染的清潔用水。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)堿性電解水在混凝土行業(yè)的有效應(yīng)用很少，主要用于殺菌消毒、工業(yè)清洗、衛(wèi)生保健等方面，附加值較低。孫炳全等[10-11]利用小型電解裝置制備弱堿性氧化還原電位水拌和混凝土，提高普通混凝土強(qiáng)度，但只進(jìn)行了初步探索；Kovtun等[12]研究證明了具有電荷特性的堿激發(fā)劑能更好地激發(fā)粉煤灰活性，提高混凝土強(qiáng)度；Mandal等[13]證明了堿性電解水可以促進(jìn)水泥水化反應(yīng)，加快水泥的凝結(jié)時(shí)間，對(duì)水泥砂漿的強(qiáng)度具有積極影響；Chakraborty等[14]證明了相比于普通自來(lái)水水泥砂漿，堿性電解水水泥砂漿的3 d和7 d強(qiáng)度分別提高了16%和13%；Wang等[15]對(duì)堿性電解水在混凝土強(qiáng)度改善方面進(jìn)行了研究，證明了強(qiáng)堿鹽類電解質(zhì)溶液產(chǎn)生的堿性電解水可提高普通混凝土早期強(qiáng)度，但并未進(jìn)一步研究其耐久性和水化反應(yīng)機(jī)理。上述研究成果為堿性電解水激發(fā)粉煤灰活性和改善粉煤灰混凝土耐久性能提供了重要的理論依據(jù)。

為研究堿性電解水對(duì)不同取代率粉煤灰混凝土性能的影響規(guī)律，本文利用隔膜式電解槽自制高活性鉀基堿性電解水，通過(guò)研究不同取代率條件下堿性電解水粉煤灰混凝土的工作性能、力學(xué)性能和抗?jié)B性能，并結(jié)合X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)等分析堿性電解水激發(fā)粉煤灰的早期活性效應(yīng)，改善粉煤灰混凝土性能的作用機(jī)理。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)所用的水泥為青島山水水泥廠生產(chǎn)的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，密度為3.06 g/cm3，比表面積為3 350 cm2/g，細(xì)度為2.3%，粉體粒徑主要集中在2～35 μm，其物理性能指標(biāo)與熒光分析(XRF)結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2。細(xì)骨料采用天然Ⅱ級(jí)河砂，級(jí)配良好，其具體性能指標(biāo)如表3所示。粗骨料采用5～31.5 mm連續(xù)級(jí)配的天然花崗巖碎石，其具體性能指標(biāo)見(jiàn)表4。試驗(yàn)用砂、石符合JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)指標(biāo)要求。粉煤灰采用Ⅰ級(jí)粉煤灰，密度為2.28 g/cm3，需水量比為0.95，燒失量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.1%，XRF分析結(jié)果見(jiàn)表5。采用山東省建筑科學(xué)研究院生產(chǎn)的高性能聚羧酸減水劑，摻量為水泥質(zhì)量的1.2%，減水率約為28%～30%。

試驗(yàn)利用堿性電解水作為拌合用水制備粉煤灰混凝土，采用煙臺(tái)方心水處理設(shè)備有限公司生產(chǎn)的鉑鑫BX-SQJ系列電解設(shè)備，通過(guò)直流電解方式制備堿性電解水。配置用水采用純凈水，K2CO3電解質(zhì)溶液經(jīng)過(guò)前期處理后進(jìn)入隔膜式電解槽進(jìn)行電解，在陰極區(qū)生成鉀基堿性電解水。電解水的性質(zhì)以pH值和ORP值進(jìn)行表征。ORP是氧化還原電位的縮寫，它代表了堿性電解水介質(zhì)的相對(duì)氧化或還原程度。K2CO3電解質(zhì)濃度為0.05%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，通過(guò)調(diào)整電流、電壓、進(jìn)水流量、通電時(shí)間等因素，制備出性能穩(wěn)定的目標(biāo)pH值堿性電解水。采用普通自來(lái)水作為拌合水進(jìn)行空白對(duì)比分析，采用pH測(cè)定儀和ORP測(cè)定儀分別測(cè)定pH值和ORP值，堿性電解水和普通自來(lái)水的pH值和ORP值見(jiàn)表6。

表1 硅酸鹽水泥的物理與力學(xué)性能指標(biāo)Table 1 Physical and mechanical properties of ordinary Portland cement

表2 硅酸鹽水泥XRF熒光分析結(jié)果Table 2 XRF analysis results of ordinary Portland cement

表3 天然細(xì)骨料性能指標(biāo)Table 3 Performance index of natural fine aggregate

表4 天然粗骨料性能指標(biāo)Table 4 Performance index of natural coarse aggregate

表5 粉煤灰XRF熒光分析結(jié)果Table 5 XRF analysis results of fly ash

表6 不同混凝土拌合用水的性能指標(biāo)Table 6 Performance index of different concrete mixing water

1.2 配合比設(shè)計(jì)

為了研究堿性電解水對(duì)粉煤灰混凝土性能的影響規(guī)律，在堿性電解水粉煤灰混凝土試驗(yàn)的配合比設(shè)計(jì)中，水泥用量為430 kg/m3，聚羧酸外加劑摻量為水泥用量的1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，減水率為28%～30%，砂率統(tǒng)一確定為40%，通過(guò)控制混凝土拌合物坍落度在180～220 mm范圍內(nèi)來(lái)確定實(shí)際用水量。將普通自來(lái)水混凝土作為空白對(duì)照組，代號(hào)為PT；堿性電解水混凝土中粉煤灰的取代率分別為取代水泥用量的0%、20%、30%和40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，代號(hào)依次為DJ、DJ-F1、DJ-F2、DJ-F3，具體試驗(yàn)配合比見(jiàn)表7。

表7 堿性電解水混凝土試驗(yàn)配合比Table 7 Experimental mix proportion of alkaline electrolyzed water concrete

1.3 試驗(yàn)方法

利用鉑鑫BX-SQJ系列電解設(shè)備生產(chǎn)試驗(yàn)所需的堿性電解水，室溫(20±2) ℃下在混凝土攪拌機(jī)中制備堿性電解水混凝土。將配制好的混凝土倒入規(guī)定模具中，表面抹平處理后放在振動(dòng)臺(tái)上(2 000 r/min)壓實(shí)振搗成型。24 h后進(jìn)行拆模，然后放入養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

參照GB/T 50081—2016《普通混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，混凝土試件尺寸統(tǒng)一采用100 mm×100 mm×100 mm，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后分別測(cè)試7 d、28 d和56 d的抗壓強(qiáng)度。按照GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能與耐久性能試驗(yàn)方法》，選用快速氯離子遷移系數(shù)法(RCM法)測(cè)定混凝土的抗氯離子滲透性能，通過(guò)電流加速氯離子在混凝土中的滲透侵蝕，記錄氯離子的滲透深度。將所測(cè)得的數(shù)值及其他相關(guān)參數(shù)代入式(1)進(jìn)行擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算。

DRCM,0=2.872×10-6Th(xd-αxd)t(α=3.338×10-3Th)

(1)

式中：DRCM,0為混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；T為陽(yáng)極電解池初始和最終溫度平均值，K；h為試件高低，m；xd為氯離子擴(kuò)散深度，m；t為通電試驗(yàn)時(shí)間，s；α為輔助變量。

利用XRD分析不同混凝土水化產(chǎn)物的礦物組成，通過(guò)SEM觀察不同混凝土的微觀結(jié)構(gòu)及孔隙分布情況。同時(shí)，對(duì)不同混凝土試件進(jìn)行TG/DTA分析，將混凝土試樣破碎成2.5～5.0 mm的顆粒后置于60 ℃烘干箱中烘干12 h，烘干后放入振動(dòng)磨中粉磨，收集通過(guò)40 μm篩的20 mg微粉作為最終測(cè)試樣品。根據(jù)水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2在450～500 ℃發(fā)生脫水反應(yīng)，通過(guò)該區(qū)間內(nèi)水化產(chǎn)物質(zhì)量損失率可計(jì)算得到不同混凝土樣品中水化產(chǎn)物Ca(OH)2的含量，具體見(jiàn)式(2)，計(jì)算得到的含量乘以50即可得到1 g微粉中所含Ca(OH)2的含量。

MCa(OH)2=Tloss×m1m2

(2)

式中：MCa(OH)2為20 mg微粉中Ca(OH)2的含量；Tloss為450～500 ℃時(shí)的質(zhì)量損失率,%；m1為Ca(OH)2的分子量,值為74.09；m2為H2O的分子量，值為18.02。

2 結(jié)果與討論

2.1 工作性能

不同堿性電解水混凝土達(dá)到所需坍落度(180～220 mm)用水量的變化情況如圖1所示。由圖1可知，不同堿性電解水混凝土的用水量差異明顯，由大到小依次為：普通自來(lái)水混凝土>堿性電解水水泥混凝土>堿性電解水粉煤灰混凝土。對(duì)于堿性電解水粉煤灰混凝土來(lái)說(shuō)，隨著粉煤灰取代率的增加，堿性電解水混凝土的用水量隨之降低。這可能是因?yàn)閴A性電解水的高活性和強(qiáng)離子性等特點(diǎn)，在與水泥拌和過(guò)程中能夠加速水泥水化反應(yīng)，產(chǎn)生更多的膠凝性水化產(chǎn)物包裹骨料，降低含泥量對(duì)外加劑的吸附，從而使用水量下降。同時(shí)，由于粉煤灰表面為玻璃體結(jié)構(gòu)，趨近于球形，“滾珠效應(yīng)”改善了混凝土的工作性能，隨著粉煤灰取代率的增加，堿性電解水粉煤灰混凝土的用水量進(jìn)一步減小。

2.2 力學(xué)性能

不同取代率條件下堿性電解水粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度隨齡期變化情況如圖2所示。由圖2可知，在水化早期(7 d)時(shí)，相較于普通自來(lái)水混凝土，當(dāng)粉煤灰取代率為0%時(shí)，堿性電解水混凝土的抗壓強(qiáng)度增加了15.4%，堿性電解水加速了水泥的水化進(jìn)程，對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度改善效果顯著；當(dāng)粉煤灰取代率為20%和30%時(shí)，堿性電解水粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度分別增加10.2%和1.4%；當(dāng)粉煤灰取代率為40%時(shí)，堿性電解水粉煤灰混凝土的強(qiáng)度接近于普通自來(lái)水混凝土，僅降低了6.4%，這說(shuō)明堿性電解水對(duì)激發(fā)粉煤灰早期活性效應(yīng)具有積極作用，在一定程度上提高了粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度。而在混凝土水化后期(56 d)，當(dāng)粉煤灰取代率為0%、20%和30%時(shí)，堿性電解水粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度較普通自來(lái)水混凝土分別增加了6.2%、8.7%和3.5%。當(dāng)粉煤灰取代率為20%時(shí)，堿性電解水混凝土的強(qiáng)度達(dá)到最高；當(dāng)粉煤灰取代率為40%時(shí)，堿性電解水粉煤灰混凝土的強(qiáng)度略低于普通自來(lái)水混凝土，具有一定的活性激發(fā)效果。

上述表果表明堿性電解水可以促進(jìn)混凝土中水泥的早期水化反應(yīng)，加快凝結(jié)和硬化過(guò)程，降低孔隙率和提高密實(shí)度，改善混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，從而提高了混凝土的力學(xué)性能。同時(shí)，對(duì)于堿性電解水粉煤灰混凝土來(lái)說(shuō)，在堿性電解水的高活性及溶液中Na+、K+、OH-等離子和小分子團(tuán)的作用下，粉煤灰玻璃體表面的Si-O和Al-O鍵會(huì)加速斷裂，導(dǎo)致粉煤灰顆粒中的SiO2和Al2O3大量溶出，有效激發(fā)粉煤灰的早期活性效應(yīng)，容易與混凝土中的水化產(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生二次反應(yīng)生成更多的膠凝性產(chǎn)物，使混凝土孔隙率下降，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，從而進(jìn)一步改善粉煤灰混凝土的力學(xué)性能。但是當(dāng)粉煤灰取代率過(guò)高時(shí)，堿性電解水對(duì)混凝土的強(qiáng)度改善效果出現(xiàn)明顯降低。

圖1 不同堿性電解水混凝土用水量的變化情況Fig.1 Changes in water consumption of different alkaline electrolyzed water concretes

圖2 不同堿性電解水混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化Fig.2 Compressive strength changes of different alkaline electrolyzed water concretes with curing age

2.3 抗氯離子滲透性能

RCM法所測(cè)的具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)值和計(jì)算得到的28 d氯離子滲透系數(shù)見(jiàn)表8。由表8可知，不同混凝土的氯離子滲透系數(shù)由大到小依次為：普通自來(lái)水混凝土>堿性電解水水泥混凝土>堿性電解水粉煤灰混凝土。普通自來(lái)水混凝土的抗氯離子滲透性能最差，28 d時(shí)的氯離子滲透系數(shù)為3.672×10-12m2/s；當(dāng)粉煤灰取代率為20%時(shí)，堿性電解水粉煤灰混凝土的抗氯離子滲透性能最好，28 d的氯離子滲透系數(shù)僅為2.458×10-12m2/s。隨著粉煤灰取代率的增加，堿性電解水粉煤灰混凝土的氯離子滲透系數(shù)隨之增加。然而，當(dāng)粉煤灰取代率提高到40%時(shí)，堿性電解水粉煤灰混凝土的氯離子滲透系數(shù)仍低于普通自來(lái)水混凝土。不同堿性電解水混凝土的抗氯離子滲透性能結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，混凝土的抗氯離子滲透性能變化規(guī)律與強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律基本一致。

表8 堿性電解水混凝土28 d RCM試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 8 28 d RCM testing data of alkaline electrolyzed water concrete

圖3 不同堿性電解水混凝土的抗氯離子性能對(duì)比Fig.3 Comparison of anti-chloride ion permeability performance of different alkaline electrolyzed water concretes

2.4 XRD分析

圖4 不同堿性電解水混凝土養(yǎng)護(hù)28 d的 XRD譜對(duì)比Fig.4 Comparison of XRD patterns of different alkaline electrolyzed water concretes for 28 d

不同堿性電解水混凝土養(yǎng)護(hù)28 d的XRD譜如圖4所示。由圖4可以看出，普通自來(lái)水混凝土XRD譜中Ca(OH)2和SiO2的峰值比較明顯，除了水化膠凝性產(chǎn)物以外還有少量鈣礬石產(chǎn)生。相較之下，當(dāng)粉煤灰取代率為0%時(shí)，堿性電解水混凝土XRD譜中除了Ca(OH)2、SiO2和鈣礬石的峰值相對(duì)較明顯以外，還有一定含量的鉀長(zhǎng)石(K2O·Al2O3·SiO2)產(chǎn)生。這是由于早期堿性電解水中一定濃度的氫氧化鉀與水泥中的CaO·Al2O3·SiO2發(fā)生反應(yīng)，生成少量的鉀長(zhǎng)石和氫氧化鈣。當(dāng)堿性電解水混凝土中加入粉煤灰后，除了SiO2、鈣礬石相和鉀長(zhǎng)石(K2O·Al2O3·SiO2)產(chǎn)生以外，還有明顯的水化硅鋁酸鈣(CaO·Al2O3·2SiO2·4H2O)衍射峰。這是由于堿性電解水中的堿性環(huán)境在水泥硬化過(guò)程中起催化劑的作用(堿激發(fā))，使得水泥和粉煤灰中的硅、鋁化合物比較容易溶解而形成硅酸鈉和偏鋁酸鈉，再進(jìn)一步與Ca(OH)2反應(yīng)形成硅酸鈣和鋁酸鈣礦物，這時(shí)水泥的硬化產(chǎn)物為硅鋁酸鈣，可以改善混凝土的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，提高粉煤灰混凝土的強(qiáng)度。

2.5 TG/DTA分析

圖5為混凝土差熱分析曲線，圖6為不同混凝土的28 d Ca(OH)2含量。從圖5和圖6可以看出，相較于普通自來(lái)水混凝土中的Ca(OH)2含量，堿性電解水混凝土中Ca(OH)2含量明顯增加，堿性電解水可以促進(jìn)混凝土中的水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生更多的C-S-H凝膠體和Ca(OH)2，從而降低混凝土結(jié)構(gòu)孔隙率，提高混凝土的致密性。隨著粉煤灰取代率的增加，混凝土中的Ca(OH)2含量不斷降低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因有以下兩點(diǎn)：一是粉煤灰取代率的增加，水泥用量減少，使相應(yīng)的水泥水化產(chǎn)物含量降低；二是堿性電解水可以激發(fā)粉煤灰的活性效應(yīng)，容易使得水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2在早期和粉煤灰發(fā)生二次反應(yīng)形成硅酸鈣和鋁酸鈣礦物，Ca(OH)2含量不斷被消耗，隨著粉煤灰取代率的增加而不斷降低。

2.6 SEM分析

不同混凝土養(yǎng)護(hù)7 d后漿體中礦物的SEM照片如圖7所示。一方面，可以觀察到普通自來(lái)水混凝土漿體的微觀形貌主要呈片狀，但堿性電解水混凝土漿體的微觀形貌具有明顯的團(tuán)簇和顆?；F(xiàn)象。這可能是因?yàn)樵谠缙谒^(guò)程中，由于水泥顆粒(C3A、C3S等)表面有許多帶正電荷的吸附位置，具有強(qiáng)負(fù)電荷的高活性電解水可以充分吸附在水泥顆粒表面，靜電斥力作用下顆粒均勻分散成顆粒狀。另一方面，顆粒的聚集和絮凝速度減慢，釋放出更多自由水促進(jìn)水泥水化，因此在堿性電解水混凝土漿體的微觀形貌中更容易觀察到Ca(OH)2和AFt相。當(dāng)粉煤灰取代率為20%時(shí)，產(chǎn)生的針棒狀鈣礬石嵌入C-S-H凝膠體中，使水泥漿體結(jié)構(gòu)更加致密，有利于強(qiáng)度的提高。

圖5 不同混凝土的差熱分析曲線Fig.5 Differential thermal analysis curves of different concretes

圖6 不同混凝土的28 d Ca(OH)2含量Fig.6 28 d Ca(OH)2 content of different concretes

圖7 不同堿性電解水混凝土養(yǎng)護(hù)7 d的SEM照片F(xiàn)ig.7 SEM images of different alkaline electrolyzed water concretes for 7 d

2.7 經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，在混凝土制品中有效使用堿性電解水，普通水泥混凝土的7 d強(qiáng)度增量可以達(dá)到15%左右，28 d可達(dá)到10%左右且不會(huì)對(duì)混凝土性能產(chǎn)生不利影響。因此，在目標(biāo)強(qiáng)度相同的條件下，在混凝土中使用堿性電解水可實(shí)現(xiàn)水泥減量化，減少約10%的水泥用量及相關(guān)的二氧化碳排放量，每立方米混凝土可節(jié)省約40 kg的水泥用量，降低了35元左右的混凝土生產(chǎn)成本。對(duì)于堿性電解水混凝土的生產(chǎn)成本，在電解濃度為0.05%的條件下，每立方米堿性電解水混凝土僅需要電解質(zhì)費(fèi)用約為0.012元；以中國(guó)居民用電價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，每立方米混凝土生產(chǎn)堿性電解水費(fèi)用大約為1.5元。因此，使用堿性電解水可以使得每立方米混凝土成本降低30元以上。同時(shí)，當(dāng)粉煤灰取代率為30%時(shí)，堿性電解水粉煤灰混凝土的28 d強(qiáng)度與普通混凝土相差不大，以Ⅰ級(jí)粉煤灰350元/噸計(jì)算的話，每立方米混凝土的成本可以減少約45元，經(jīng)濟(jì)效益顯著，可為將來(lái)的工業(yè)應(yīng)用提供一定參考。表9為不同混凝土的生產(chǎn)成本計(jì)算對(duì)比分析。

表9 不同混凝土的生產(chǎn)成本計(jì)算對(duì)比分析Table 9 Comparative analysis of production cost calculation of different concrete

3 結(jié) 論

(1)堿性電解水對(duì)激發(fā)粉煤灰早期活性效應(yīng)具有積極作用，在一定程度上可以提高粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度。相較于普通自來(lái)水混凝土，粉煤灰取代率為0%、20%和30%時(shí)，堿性電解水粉煤灰混凝土的7 d強(qiáng)度分別增加15.4%、10.2%、1.4%。當(dāng)粉煤灰取代率為40%時(shí)，堿性電解水粉煤灰混凝土的強(qiáng)度僅降低了6.4%。

(2)堿性電解水能夠促進(jìn)混凝土中水泥水化反應(yīng)進(jìn)程，在高活性堿性電解水中的Na+、K+、OH-等離子和小分子團(tuán)作用下，粉煤灰玻璃體結(jié)構(gòu)表面的Si-O和Al-O鍵會(huì)加速斷裂溶解，容易與Ca(OH)2進(jìn)行二次反應(yīng)生成更多的膠凝性產(chǎn)物，激發(fā)了粉煤灰活性效應(yīng)，降低孔隙率，提高致密度，從而改善粉煤灰混凝土的性能。

(3)堿性電解水使得混凝土中產(chǎn)生更多C-S-H等膠凝性產(chǎn)物和Ca(OH)2，總孔隙率降低，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)更加致密，同時(shí)改善混凝土的抗氯離子滲透性能。隨著粉煤灰取代率的增加，堿性電解水混凝土的氯離子滲透系數(shù)增加。當(dāng)粉煤灰取代率達(dá)到40%時(shí)，堿性電解水混凝土的抗?jié)B性能仍優(yōu)于普通自來(lái)水混凝土。

(4)堿性電解水在粉煤灰混凝土硬化過(guò)程中可以起堿激發(fā)的作用，在堿性電解水粉煤灰混凝土的XRD譜中，除了產(chǎn)生更多的氫氧化鈣、鈣礬石等水化產(chǎn)物外，還有少量的鉀長(zhǎng)石產(chǎn)生，同時(shí)還有明顯的水化硅鋁酸鈣相，有利于提高堿性電解水粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度。

(5)普通自來(lái)水混凝土漿體結(jié)構(gòu)的微觀形貌主要呈板片狀，而堿性電解水混凝土漿體結(jié)構(gòu)的微觀形貌具有明顯的團(tuán)簇和顆?；F(xiàn)象，鈣礬石相與氫氧化鈣相比較明顯，同時(shí)水泥漿體結(jié)構(gòu)更加致密。