CN110698154A - 钢渣粉人工鱼礁材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋牧场技术，旨在提供一种钢渣粉人工鱼礁材料及其制备方法。该钢渣粉人工鱼礁材料的原料配方的质量百分比关系如下：牡蛎壳粉15～40％；钢渣粉30～60％；粉煤灰5～10％；矿渣粉5～10％；硅酸盐水泥5～10％。本发明大量利用钢渣粉，成本较低，工艺简便，适合大规模生产，具有推广意义。所得产品兼顾人工鱼礁早期强度和后期强度，90d强度超过30MPa，能在长期服役中抵御海潮、海浪、海流的影响。本发明的人工鱼礁材料表面碱性近中性，有牡蛎壳生活的活性通道，富含铁、钙等元素，为海洋生物提供适宜的聚集生活场所。

Description

钢渣粉人工鱼礁材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢渣粉人工鱼礁材料及其制备方法，属于海洋牧场技术领域。

背景技术

随着海洋经济的快速发展，海洋牧场的建设成为海洋工程领域重要方向之一。目前已有大量深海网箱养殖报道，但养殖生物品种较单一、养殖规模有限，未形成群体性生物聚集场所。从山东、广东等地海洋牧场来看，利用材料仿制海洋生物生活环境的人工鱼礁是成为海洋牧场建设的主流方向，其中无机材料成为人工鱼礁主要制备材料之一。但是传统的水泥、混凝土体系，会产生大量碱性物质，对海洋环境中生物体产生不良刺激，导致海洋牧场中生物体聚集效果降低。CN106630789A专利中利用无机材料制备人工鱼礁时需要增加一道碳化工艺，才能降低材料表面碱度。

钢渣粉是炼钢过程中产生的废渣磨细得到的粉体。由于其活性较低，可以与硅酸盐水泥基材料的碱性产物发生水化反应，降低结构表面碱度。考虑到钢渣粉低廉的成本及潜在的活性，完全可以在人工鱼礁材料中应用。一方面，钢渣粉可以将其他胶凝材料反应的碱性产物消耗掉，降低表面碱度达到与海水相同的pH值,有利于海藻、微生物和水生植物的繁殖；同时潜在的水化活性，提供后期的反应强度，满足人工鱼礁在长期服役中抵御海潮、海浪、海流的影响。另外，钢渣粉中富含的铁元素可以补充到海洋环境中，对生物体起到聚集效果。

目前的钢渣粉制备人工鱼礁的研究较少，仅有的专利也只是把钢渣粉当做废弃资源考虑。CN103159448专利中利用不同粒径钢渣作粗细骨料及胶凝材料，会造成早期强度发展较慢等问题。CN101439939专利中利用各种无机胶凝材料复配，碱度有所降低，但钢渣粉掺量较低，成本较高。另外，缺乏系统的生物聚集设计也是人工鱼礁材料的缺陷之一。

所以，面向海洋生物成长的海洋牧场，具备低成本、低表面碱度、生物聚集设计等的人工鱼礁材料显得十分重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，针对水下藻类、鱼类等海洋生物生长场景提供一种钢渣粉人工鱼礁材料及其制备方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种钢渣粉人工鱼礁材料，其原料配方的质量百分比关系如下：牡蛎壳粉15～40％；钢渣粉30～60％；粉煤灰5～10％；矿渣粉5～10％；硅酸盐水泥5～10％。

本发明中，所述牡蛎壳粉是由天然牡蛎壳经干燥、破碎、筛选而得，粉体粒径在1mm～5mm之间；所述钢渣粉是由钢渣经磁选、粉磨、选粉而得，比表面积在300～500m²/kg之间；所述粉煤灰中CaO含量超过10％，细度≤二级灰；所述矿渣粉是粒化高炉矿渣粉，活性指数≥S75级灰；所述硅酸盐水泥是42.5级及以上的硅酸盐水泥。

本发明进一步提供了所述钢渣粉人工鱼礁材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照下述质量百分比关系称取各原料组分：牡蛎壳粉15～40％，钢渣粉30～60％，粉煤灰5～10％，矿渣粉5～10％，硅酸盐水泥5～10％；

(2)将各原料组分加入机械搅拌设备中，混合均匀得到胶凝材料；然后再加入自来水和减水剂，搅拌均匀得到浆料；其中，自来水的加入量占胶凝材料总质量的40％，减水剂的加入量占胶凝材料总质量的1～3％；

(3)将浆料浇筑成型，经脱模、覆膜和28天养护后，得到钢渣粉人工鱼礁材料。

本发明中，所述减水剂是市售的聚羧酸减水剂。

发明原理描述：

1、本发明通过利用矿渣粉、硅酸盐水泥等胶凝材料发生水化反应迅速发展强度、成型；利用钢渣粉、粉煤灰等与第一步碱性水化产物继续发生反应，生成低表面碱度人工鱼礁，减弱对海洋环境中生物体影响；各组分之间的特定比例的组合方式，让钢渣粉的活性发挥作用更显著；兼顾人工鱼礁早期强度和后期强度，满足人工鱼礁在长期服役中抵御海潮、海浪、海流的影响。

2、选择低成本的牡蛎壳粉，提供海洋生物相容的物理通道。将牡蛎壳粉中钙元素、钢渣粉中铁元素设计补充到海洋环境中，能够提高生物聚集效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明大量利用钢渣粉，成本较低，工艺简便，适合大规模生产，具有推广意义。

2、本发明的人工鱼礁材料兼顾人工鱼礁早期强度和后期强度，90d强度超过30MPa，能在长期服役中抵御海潮、海浪、海流的影响。

3、本发明的人工鱼礁材料表面碱性近中性，有牡蛎壳生活的活性通道，富含铁、钙等元素，为海洋生物提供适宜的聚集生活场所。

具体实施方式

本发明中提供的钢渣粉人工鱼礁材料，其原料配方的质量百分比关系如下：牡蛎壳粉15～40％；钢渣粉30～60％；粉煤灰5～10％；矿渣粉5～10％；硅酸盐水泥5～10％。

其中，牡蛎壳粉是由天然牡蛎壳经干燥、破碎、筛选而得，粉体粒径在1mm～5mm之间；钢渣粉是由钢渣经磁选、粉磨、选粉而得，比表面积在300～500m²/kg之间；粉煤灰中CaO含量超过10％，细度≤二级灰；矿渣粉是粒化高炉矿渣粉，活性指数≥S75级灰；硅酸盐水泥是42.5级及以上的硅酸盐水泥。

该钢渣粉人工鱼礁材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照下述质量百分比关系称取各原料组分：牡蛎壳粉15～40％，钢渣粉30～60％，粉煤灰5～10％，矿渣粉5～10％，硅酸盐水泥5～10％；

(2)将各原料组分加入机械搅拌设备中，混合均匀得到胶凝材料；然后再加入自来水和减水剂(如市售的聚羧酸减水剂)，搅拌均匀得到浆料；其中，自来水的加入量占胶凝材料总质量的40％，减水剂的加入量占胶凝材料总质量的1～3％；

(3)将浆料浇筑成型，经脱模、覆膜和28天养护后，得到钢渣粉人工鱼礁材料。

各实施例中的试验数据见下表(单位％)：

使用方法：

根据海洋牧场养殖规模和方案，结合水下海流等条件设计人工鱼礁的位置和尺寸。按相应尺寸制备模具，浇筑渣粉人工鱼礁材料。养护完成后将成型的人工鱼礁材料移至预定海域并投放，放置深度可在80米以内。间隔300天后下潜观察，可见表面附着藻类、鱼类、虾类、螃蟹类、贝类等海洋生物，表明本发明提供的人工鱼礁材料能够满足海底生物多样性生存和发展的需要。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种钢渣粉人工鱼礁材料，其特征在于，该钢渣粉人工鱼礁材料的原料配方的质量百分比关系如下：

牡蛎壳粉15～40％

钢渣粉30～60％

粉煤灰5～10％

矿渣粉5～10％

硅酸盐水泥5～10％。

2.根据权利要求1所述的钢渣粉人工鱼礁材料，其特征在于，所述牡蛎壳粉是由天然牡蛎壳经干燥、破碎、筛选而得，粉体粒径在1mm～5mm之间。

3.根据权利要求1所述的钢渣粉人工鱼礁材料，其特征在于，所述钢渣粉是由钢渣经磁选、粉磨、选粉而得，比表面积在300～500m²/kg之间。

4.根据权利要求1所述的钢渣粉人工鱼礁材料，其特征在于，所述粉煤灰中CaO含量超过10％，细度≤二级灰。

5.根据权利要求1所述的钢渣粉人工鱼礁材料，其特征在于，所述矿渣粉是粒化高炉矿渣粉，活性指数≥S75级灰。

6.根据权利要求1所述的钢渣粉人工鱼礁材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥是42.5级及以上的硅酸盐水泥。

7.权利要求1所述钢渣粉人工鱼礁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照下述质量百分比关系称取各原料组分：牡蛎壳粉15～40％，钢渣粉30～60％，粉煤灰5～10％，矿渣粉5～10％，硅酸盐水泥5～10％；

(2)将各原料组分加入机械搅拌设备中，混合均匀得到胶凝材料；然后再加入自来水和减水剂，搅拌均匀得到浆料；其中，自来水的加入量占胶凝材料总质量的40％，减水剂的加入量占胶凝材料总质量的1～3％；

(3)将浆料浇筑成型，经脱模、覆膜和28天养护后，得到钢渣粉人工鱼礁材料。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述减水剂是市售的聚羧酸减水剂。