一种低成本绿色人工鱼礁混凝土材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低成本绿色人工鱼礁混凝土材料及其制备方法，由以下重量份的原料组成：胶凝材料10～30份、细骨料30～35份、粗骨料40～55份，其中，凝胶材料由石膏、石灰、稻壳灰组成，建筑废石作为粗、细骨料。相比普通混凝土，该人工鱼礁混凝土制备原料由胶凝材料和骨料组成。胶凝材料非普通波特兰水泥，而是采用稻壳灰，石膏、石灰三种低成本、易获得的天然绿色原料制成。且胶凝材料制备过程不需要高温烧制，只需进行常温下的混合粉磨。混凝土骨料也非天然砂石，而是循环利用建筑物拆除产生的建筑废石。这种建筑废石已经在人类生活及生产中长时间使用，其安全性已经得到了较好地检验。骨料制备方法也为工艺成熟的破碎和筛分工艺。

A Low Cost Green Artificial Reef Concrete Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种低成本绿色人工鱼礁混凝土材料及其制备方法
本专利技术属于人工鱼礁建造领域，涉及人工鱼礁用混凝土材料制备和建筑废石综合利用两个领域，具体涉及一种低成本绿色人工鱼礁混凝土材料及其制备方法。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。人工鱼礁是人类有意识地设置于预定海域的构造物，其主要作用是为海洋生物提供生存场所。人工鱼礁特有的“人工洞穴”能够为小型海洋动物提供良好的生存、避敌、繁殖环境；海洋植物和小型海洋动物数量和种群的增多又能够吸引更多的中、大型海洋生物，从而形成以人工鱼礁为中心和基础的海洋人工礁群生态系统。另外，由大量人工鱼礁礁石组成的人工鱼礁群不但能够抵御海流冲击，为海洋生物提供稳定的居所，而且还能够在一定程度上影响海流流向，特别是促进上升流的形成。上升流能够把海底营养盐运输到海洋中上层，为海洋生物创造更优越的生存条件。人工鱼礁群的建设不仅要求制备原材料安全、环保、适用于海洋环境；而且对礁体数量和制备成本提出了较高要求。这主要是由于人工鱼礁群的构建需要大量人工礁石，只有大量礁石形成人工鱼礁群，才能最大程度发挥其引鱼、聚鱼、抵抗海流冲击的作用。因此，人工鱼礁原料成本和制备成本很大程度上决定了人工鱼礁群建设的实际可行性。目前，人们常利用废弃的船舶、军舰、油桶、木材、混凝土等原料建造人工鱼礁。近年，也有研究用污泥、冶金渣(例如，矿渣、钢渣)等废弃物制备人工鱼礁混凝土。制备过程中多利用废弃物代替混凝土中的砂石或水泥。但是，每年报废的船舶和军舰数量有限，其数量远远不能满足建设大型人工鱼礁群的需求。此外，这些材料虽然成本较低，但是船舶、油桶里面的废机油、重金属会在海洋中慢慢渗出，造成海洋环境的污染。木材也是人类建造人工鱼礁的主要材料之一，这种材料的缺点是海洋环境中的耐久性较差。木材会随着海流的冲击逐渐腐蚀和消融。另外，木材人工鱼礁群建设需要砍伐大量的天然树木，这与保护陆地环境的要求背道而驰。普通混凝土也可用于制备人工鱼礁。这种材料可塑性强，耐久性好，可以满足制备形式多样、结构复杂的人工鱼礁的需求，但是其成本较高，制备过程也会消耗大量水泥、砂石等不可再生资源。此外，混凝土制备过程能耗较高，不符合当今节能减排的社会发展趋势。因此，普通混凝土也非建设大型人工鱼礁群的最佳材料。此外，国内专利CN106135080A提出了利用池塘污泥和贝壳为原料制备人工鱼礁。但是，池塘污泥成分复杂，有些池塘污泥还可能含有污染物，更不适合制备大型人工鱼礁。更重要的是，该专利也没有提及混凝土骨料的原料。若全部采用粉料制备人工鱼礁，不仅对粉料需求量巨大，而且制备的人工鱼礁还可能存在开裂、强度低等问题。专利CN103833322A、专利CN103159448B、专利CN107759174A都提出利用钢渣制备人工鱼礁混凝土的方法。但是，无论采用碳酸化预处理方法还是热闷方法处理钢渣，钢渣中Pb、Cr、Cd等重金属始终存在。重金属始终可能进入海洋生态系统。另外，钢渣无害化处理效果也有待进一步检验，只有满足无毒无害，才能投入使用。因此，利用冶金渣制备人工鱼礁，需要对原料性状和海洋环境影响做长期深入地研究，确保人工鱼礁材料安全、环保，才能进行人工鱼礁建设。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术提供了一种低成本绿色人工鱼礁混凝土材料及其制备方法。相比普通混凝土，该人工鱼礁混凝土制备原料由胶凝材料和骨料组成。胶凝材料非普通波特兰水泥，而是采用稻壳灰，石膏、石灰三种低成本、易获得的天然绿色原料制成。且胶凝材料制备过程不需要高温烧制，只需进行常温下的混合粉磨。混凝土骨料也非天然砂石，而是循环利用建筑物拆除产生的建筑废石。这种建筑废石已经在人类生活及生产中长时间使用，其安全性已经得到了较好地检验。骨料制备方法也为工艺成熟的破碎和筛分工艺。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种低成本绿色人工鱼礁混凝土材料，由以下重量份的原料组成：胶凝材料10～30份、细骨料30～35份、粗骨料40～55份，其中，凝胶材料由石膏、石灰、稻壳灰组成，建筑废石作为粗、细骨料。本专利技术研究发现：采用上述配方，建筑废石不仅起到骨架作用，而且粒级分布更加广泛的建筑废石具有更好的充填作用；建筑废石表面粘连的水泥二次水化作用也能进一步提高混凝土材料的整体强度；与一般的废弃物制备人工鱼礁混凝土相比，该混凝土材料的海洋生物附着量高，能够更好地发挥人工鱼礁对海洋生物的保护作用。研究发现：若胶凝材料的用量过小，则混凝土的密实性不好，若凝胶材料的用量过大，易因收缩和水化热过大而产生裂缝，因此，在一些实施例中，由以下重量份的原料组成：胶凝材料10～30份、细骨料30～35份、粗骨料40～55份，以获得较好的混凝土的凝固时间和强度。在一些实施例中，由以下重量份的原料组成：胶凝材料10～20份、细骨料30～32.5份、粗骨料40～47.5份，在一些实施例中，由以下重量份的原料组成：胶凝材料20～30份、细骨料32.5～35份、粗骨料47.5～55份。为了保障胶凝材料具有较高强度的同时，还具有较低的碱性，能够更有利于海洋藻类植物的附着，本申请对石灰和稻壳灰的比例进行了多次试验摸索，发现：在一些实施例中，所述石膏、石灰、稻壳灰的质量比为1～2：4～6：4～6，可以使胶凝材料同时具有较高强度和较低的碱性，能够更有利于海洋藻类植物的附着。在一些实施例中，所述石膏为天然二水石膏、硬石膏、半水石膏、脱去部分结晶水的石膏，或者是工业废气脱硫工艺产生的无害脱硫石膏。在一些实施例中，稻壳灰为农业生产及生活中稻壳燃烧后的灰烬。其中，SiO2含量大于80％(质量百分数)。在一些实施例中，石灰为天然生石灰，其中，CaO质量百分数大于90％。本申请研究发现：将建筑废石破碎后，经过分级、清洗和配比可以制成再生骨料(即再生砂石)，再用其全部代替天然骨料制成混凝土(即再生混凝土)，不仅替代率高，而且混凝土的强度、生物附着性好，符合新型混凝土材料节能减排和绿色发展的技术要求。因此，在一些实施例中，所述建筑废石为城市建设中普通建筑物拆除后产生的建筑废石，包括建筑砂石、不规则的混凝土石块、水泥石块等。其中，建筑废石特性表征：骨料表观密度为2500～2600kg/m3，堆积密度为1200～1400kg/m3，吸水率为5～12％，制备出的混凝土强度高、耐久性好、生物附着量大。本专利技术还提供一种低成本绿色人工鱼礁混凝土材料的制备方法，包括：将石膏粉料、石灰粉料与稻壳灰粉料混合，粉磨成比表面积500m2/kg～800m2/kg的胶凝材料；将建筑废石进行破碎、筛分，取0.15mm～5mm粒级的建筑废石作为人工鱼礁混凝土细骨料，5mm～25mm粒级的建筑废石作为人工鱼礁混凝土粗骨料；将人工鱼礁混凝土粗骨料进行二次筛分，分成5mm～10mm、10mm～15mm、15mm～25mm三个粒级；将上述胶凝材料、细骨料、粗骨料混合均匀，加入水和减水剂，浇筑成型、养护，即得人工鱼礁用混凝土材料。改善胶凝材料粉体颗粒的级配也是减少混凝土中毛细孔隙的一种途径，粗细骨料的配合能很好地填充水泥在凝结和硬化过程中形成的空隙，改善水泥的微孔结构，改善本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本绿色人工鱼礁混凝土材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：胶凝材料10～30份、细骨料30～35份、粗骨料40～55份，其中，凝胶材料由石膏、石灰、稻壳灰组成，建筑废石作为粗、细骨料。

【技术特征摘要】
1.一种低成本绿色人工鱼礁混凝土材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：胶凝材料10～30份、细骨料30～35份、粗骨料40～55份，其中，凝胶材料由石膏、石灰、稻壳灰组成，建筑废石作为粗、细骨料。2.如权利要求1所述的低成本绿色人工鱼礁混凝土材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：胶凝材料10～20份、细骨料30～32.5份、粗骨料40～47.5份。3.如权利要求1所述的低成本绿色人工鱼礁混凝土材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：胶凝材料20～30份、细骨料32.5～35份、粗骨料47.5～55份。4.如权利要求1所述的低成本绿色人工鱼礁混凝土材料，其特征在于，所述石膏、石灰、稻壳灰的质量比为1～2：4～6：4～6。5.如权利要求1所述的低成本绿色人工鱼礁混凝土材料，其特征在于，所述石膏为天然二水石膏、硬石膏、半水石膏、脱去部分结晶水的石膏，或者是工业废气脱硫工艺产生的无害脱硫石膏。6.如权利要求1所述的低成本绿色人工鱼礁混凝土材料，其特征在于，稻壳灰为农业生产及生活中稻壳燃烧后的灰烬。7.如权利要求1所述的低成本绿色人工鱼礁混凝土材料，其特征在于，所述建筑废石为城...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中杰，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37