CN110606715B - 一种网格状混凝土人工珊瑚礁体及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种网格状混凝土人工珊瑚礁体及其制备方法和应用，该人工珊瑚礁体为3D打印形成的网格状逐层叠加的结构，具体包括珊瑚礁本体(1)，珊瑚礁本体(1)上设有利于珊瑚幼虫、钙化藻孢子附着的粗糙表面(2)，珊瑚礁本体(1)上还设有固定孔(3)和模拟珊瑚(4)。与现有技术相比，本发明能有效保障移植的海洋生物正常生长，同时可为其他生物提供固着和栖息地。

Description

一种网格状混凝土人工珊瑚礁体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及珊瑚礁生态系统人工修复技术领域和土木工程材料技术领域，尤其是涉及一种网格状混凝土人工珊瑚礁体及其制备方法和应用。
背景技术
作为海洋生态系统的重要组成之一，珊瑚礁生态系统具有很高的生物多样性和丰富的资源，具有重要的经济价值，在海岸防护、海洋灾害防御、生态旅游等方面也具有重要的意义。然而，近几十年来，由于人类活动和全球气候变化等因素的影响，世界各地的珊瑚礁均出现不同程度的退化。日益变暖的气候和日渐酸化的海水对珊瑚礁的生存了产生严重威胁。
比如2007年我国滨海湿地总面积693万公顷，比1975年减少43万公顷，自然湿地总面积669万公顷，比1975年减少65万公顷，人工湿地总面积24万公顷，比1975年增加22万公顷。初步估算，与20世纪50年代相比，红树林面积丧失73％；珊瑚礁面积减少约80％，珊瑚礁生态系统已出现退化迹象。如何保护和修复珊瑚礁生态系统已引起了国内外广泛关注。
目前国内外在珊瑚礁生态系统保护和修复技术方面已取得了一定的成果，主要策略是将自然保护区的建立和人工干预相结合。通过管理手段消除或减弱对珊瑚礁有破环作用的因素，减少对珊瑚礁区的破坏，达到保护现有珊瑚礁的目的；在此基础上，进行人工繁殖生物学的研究和移植相关的工作，修复已受破坏的珊瑚礁生态系统或建造新的人工珊瑚礁，以期加快珊瑚礁生态系统修复进程。在珊瑚礁生态系统修复过程中，珊瑚礁体的选择至关重要，因为它对移植的海洋生物的后续生长起着关键性的作用。珊瑚礁体是由造礁珊瑚、钙化藻等生物历经生物和地质作用所形成的一种特殊的岩石介质类型，其主要成分是碳酸钙形成的文石或方解石，碳酸钙含量可高达97％。美国、澳大利亚、日本等发达国家已开展了投放人工礁体促进珊瑚礁生态系统修复相关的工作。相比而言，国内相关报道较少，而且人工珊瑚礁体与天然礁体有较大差别，投放时多是直接固定在海底，在修复初期难以形成立体环境，在一定程度上影响了珊瑚、海藻、砗磲等生物的生长和栖息，减缓了珊瑚礁生态系统的修复速度。因此，通过模拟天然礁体，建立人工拟态的珊瑚礁体具有重要意义。
近些年来，3D打印技术发展迅速，已被应用于各行各业，比如医疗、航天、汽车等领域。与此同时，建筑领域的3D打印也取得了快速的发展，主要是采用砂浆或混凝土材料作为油墨，根据三维建筑模型进行切片生成代码，然后进行打印。相比较传统的建筑施工，3D打印建筑的外形更加丰富，更加符合个性化、定制化的发展需求，非常适合人造珊瑚礁这种异形结构。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有技术在修复珊瑚礁生态系统时，礁体对抗大风浪时的能力差，无法为海洋生物提供庇护场所等问题而提供一种采用3D打印，能有效保障移植的海洋生物正常生长，同时可为其他生物提供固着和栖息地的网格状混凝土人工珊瑚礁体及其制备方法和应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明第一方面提供一种用于人工珊瑚礁体的混凝土及其制备方法：
一种用于人工珊瑚礁体的混凝土，以重量份计，包括以下组分：水泥：1.0份，细骨料：0.5-10.0份，高弹模聚乙烯纤维：0.0001-0.05份，纤维素醚：0.001-0.045份，聚羧酸减水剂：0.001-0.2份，消泡剂：0.001-0.1份，水：0.2-2.0份。
优选地，水泥：1.0份，细骨料：0.5-2.0份，高弹模聚乙烯纤维：0.0001-0.01份，纤维素醚：0.001-0.01份，聚羧酸减水剂：0.001-0.1份，消泡剂：0.001-0.01份，水：0.2-1.0份。
更优选地，水泥：1.0份，细骨料：0.5-1.5份，高弹模聚乙烯纤维：0.0005-0.005份，纤维素醚：0.001-0.005份，聚羧酸减水剂：0.001-0.05份，消泡剂：0.001-0.005份，水：0.2-0.5份。
优选地，所述水泥选自硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥中的任意一种。
更优选地，所述水泥的强度等级≥32.5级。
进一步优选地，所述水泥的强度等级选自42.5级或52.5级中的一种。
优选地，所述细骨料粒径为0.15-5mm。
更优选地，所述细骨料粒径为0.15-3mm。
进一步优选地，所述细骨料粒径为0.15-1mm。
优选地，所述高弹模聚乙烯纤维的弹性模量为91-140N/tex。
优选地，所述高弹模聚乙烯纤维的长度范围为1-20mm。
更优选地，所述高弹模聚乙烯纤维的长度范围为3-10mm。
进一步优选地，所述高弹模聚乙烯纤维的长度范围为5-8mm。
优选地，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚。所述纤维素能够保证本发明中制备的再生粉体混凝土材料具有良好的工作性能和良好的外观性能。
优选地，所述聚羧酸减水剂为常规使用的聚羧酸减水剂。
优选地，所述消泡剂为常规使用的消泡剂。具体来说，所述消泡剂为德国明凌
Figure BDA0002218681620000031
-P803消泡剂。
优选地，所述水为自来水。
一种用于人工珊瑚礁体的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份，将水泥、细骨料、纤维素醚、消泡剂进行第一次搅拌，获得预拌合物；
(2)按重量份，将水与聚羧酸减水剂加入到步骤(1)中的预拌合物中进行第二次搅拌，在第二次搅拌过程中将高弹模聚乙烯纤维分批次投入，获得最终拌合物，即为用于人工珊瑚礁体的混凝土。
优选地，步骤(1)中，细骨料处于饱和面干状态。避免拌合过程中细骨料吸附自由水，进而影响混凝土拌合物的实际水灰比。
优选地，步骤(1)中，所述第一次搅拌的时间为1-3分钟。更优选地，所述第一次搅拌的搅拌时间为2分钟。
优选地，步骤(2)中，所述第二次搅拌的时间2-3分钟。更优选地，所述第二次搅拌的搅拌时间为3分钟。
优选地，步骤(2)中，所述高弹模聚乙烯纤维分批次投入的次数为3-5次。所述高弹模聚乙烯纤维经搅拌混合后均匀分散。
优选地，步骤(2)中，所述最终拌合物的坍落度为50-250mm。更优选地，所述最终拌合物的坍落度为100-200mm。进一步优选地，所述最终拌合物的坍落度为130-180mm。
本发明第二方面提供一种网格状混凝土人工珊瑚礁体及其制备方法和应用：
一种网格状混凝土人工珊瑚礁体的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照设计方案，利用通用商业3D建模软件，建立网格状人工珊瑚礁体的三维模型；
(2)将得到的三维模型输出，得到平板印刷的STL格式的文件；
(3)将得到的STL格式文件导入到通用商业切片软件，根据实际打印机相关的打印参数，比如打印头直径，打印速度，挤出速度等进行相关的切片设置，最后输出打印代码GCODE文件；
(4)对打印代码GCODE文件进行修改，删去多余代码和错误代码，并对部分代码进行修改；
(5)将修改好的打印代码GCODE文件导入到打印机中，再将用于人工珊瑚礁体的混凝土装入打印机中，开始3D打印，首先打印第一层的间隔状条带，之后打印第二层的间隔状条带，与第一层的条带相垂直，之后进行循环往复，向上逐层叠加；
(6)完成3D打印后，清洗3D打印机和其他相关设备，对打印好的人工珊瑚礁体进行养护；
(7)养护完成后，即得到建造好的网格状混凝土人工珊瑚礁体。
优选地，步骤(1)中，人工珊瑚礁体的三维模型是网格化叠加成型的。这样可以使得人工珊瑚礁体内部充满大量的孔洞，有利于礁栖生物的生长。
一种按上述方法制备的网格状混凝土人工珊瑚礁体，包括多孔结构的珊瑚礁本体，珊瑚礁本体以混凝土或者砂浆为原料，珊瑚礁本体是通过网格状逐层叠加建造而成。在珊瑚礁本体的上方和侧面设置不同直径的固定孔，为了方便观察和移动，固定孔之间安装有可拆卸的附着板；固定孔形状为球形、长方体或正方体，固定孔的表面积在4-20cm2之间，相邻两个固定孔的间距在2-10cm之间。珊瑚礁本体设置为多孔结构，珊瑚礁本体表面设有大小不一的孔洞，可为礁栖生物提供更多的生境。在珊瑚礁本体的下方四个角处设置支撑钩，将支撑钩完全插入海底固定珊瑚礁本体，从而增加人工珊瑚礁体的稳定性。
珊瑚礁本体设置成网格状逐层叠加的多孔结构，表面设置为粗糙型表面且有多孔洞，有利于珊瑚、钙化藻等生物附着。
由于混凝土材料价格便宜，耐腐蚀冲击能力强，易于推广，可以就地取材海水海砂，故选择作为制备人工珊瑚礁体的原料。
在珊瑚礁本体底部设置支撑钩，将其牢固地固定在海区，增强其抗风浪能力，提高其稳定性。人工珊瑚礁体在投放到海区前需浸泡处理，去除碱性物质或有毒物质。
固定孔内的附着板可以拆卸，便于对移植样品进行观察，也可待其生长良好后再移放到其它海域中。
一种按上述方法制备的网格状混凝土人工珊瑚礁体的应用，使用水下胶粘剂将所需移植海洋生物固定到附着板上，投放海区，进行海洋生物的增殖与移植
采用无毒水下胶粘剂将移植海洋生物固定在附着板上，将固定有移植生物的附着板移至人工珊瑚礁体内，放于原生态自然海区中。
选择多种海洋生物作为移植对象，包括造礁石珊瑚、钙化藻等，以期重构珊瑚礁生态系统。所述的造礁石珊瑚选择鹿角石珊瑚、杯形珊瑚等尽可能多种类的组合，钙化藻选择叉节藻属、水石藻属、仙掌藻属等尽可能多种类的组合。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明采用3D打印形成网格状混凝土人工珊瑚礁体，结构简单，又采用了网格状逐层叠加的多孔结构，底部安装支撑钩，具有简便、稳定性好；
(2)人工珊瑚礁体表面设有粗糙表面，有利于珊瑚幼虫、钙化藻孢子等附着；在粗糙表面上设置不同大小的孔洞，可为礁栖生物提供栖息地，对珊瑚礁生态修复具有重要意义；
(3)本发明的原料为价格便宜的混凝土材料，耐腐蚀冲击能力强，易于推广，可以就地取材海水海砂或天然砂，工艺简单，结合3D打印技术，适合快速大批量生产。
附图说明
图1为实施例1中网格状混凝土人工珊瑚礁体；
图中标号所示：珊瑚礁本体1、粗糙表面2、固定孔3、模拟珊瑚4。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种用于人工珊瑚礁体的混凝土，该混凝土包括以下重量份组分：水泥：1.0份；细骨料：10.0份；高弹模聚乙烯纤维：0.05份；纤维素醚：0.045份；聚羧酸减水剂：0.2份；消泡剂：0.1份；水：2.0份。
其中，水泥采用硅酸盐水泥，纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，水为自来水，细骨料采用再生砂，即由废混凝土破碎成粒径为0.15-5mm的颗粒，之后利用20目标准筛，筛得所需粒径的再生砂，高弹模聚乙烯纤维的弹性模量为91-140N/tex，长度范围为1-20mm。
一种用于人工珊瑚礁体的混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份，将水泥、细骨料、纤维素醚、消泡剂进行第一次搅拌1-3min，获得预拌合物；其中细骨料处于饱和面干状态；
(2)按重量份，将水与聚羧酸减水剂加入到步骤(1)中的预拌合物中进行第二次搅拌2-3min，在第二次搅拌过程中将高弹模聚乙烯纤维分3-5次投入，获得最终拌合物，其坍落度为50-250mm，即为用于人工珊瑚礁体的混凝土。
一种采用上述混凝土制备网格状混凝土人工珊瑚礁体的方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照设计方案，利用通用商业3D建模软件，建立网格状人工珊瑚礁体的三维模型；
(2)将得到的三维模型输出，得到平板印刷的STL格式的文件；
(3)将得到的STL格式文件导入到通用商业切片软件，根据实际打印机相关的打印参数，比如打印头直径，打印速度，挤出速度等进行相关的切片设置，最后输出打印代码GCODE文件；
(4)对打印代码GCODE文件进行修改，删去多余代码和错误代码，并对部分代码进行修改；
(5)将修改好的打印代码GCODE文件导入到打印机中，再将用于人工珊瑚礁体的混凝土装入打印机中，开始3D打印，首先打印第一层的间隔状条带，之后打印第二层的间隔状条带，与第一层的条带相垂直，之后进行循环往复，向上逐层叠加；
(6)完成3D打印后，清洗3D打印机和其他相关设备，对打印好的人工珊瑚礁体进行养护；
(7)养护完成后，即得到建造好的网格状混凝土人工珊瑚礁体。
一种采用上述方法制备的网格状混凝土人工珊瑚礁体，如图1所示，该人工珊瑚礁体为网格状逐层叠加的结构，高0.6-0.8m，具体包括珊瑚礁本体1，珊瑚礁本体1上设有利于珊瑚等无脊椎动物幼虫、钙化藻孢子附着的粗糙表面2，珊瑚礁本体1上还设有固定孔3和模拟珊瑚4。人工珊瑚礁体的下方四个角处设置支撑钩，将支撑钩完全插入海底固定人工珊瑚礁体，从而增加人工珊瑚礁体的稳定性。
其中，固定孔3之间安装有用于固定移植海洋生物的可拆卸附着板；固定孔3形状为球体，其表面积在4-20cm2之间，相邻两个固定孔3的间距为10cm。
一种上述的网格状混凝土人工珊瑚礁体的应用，该人工珊瑚礁体在投放到海区前需浸泡处理，去除碱性物质或有毒物质。并可以作为移植海洋生物的栖息地，移植海洋生物包括造礁石珊瑚和钙化藻，造礁石珊瑚包括鹿角石珊瑚或杯形珊瑚；钙化藻包括叉节藻属、水石藻属、中叶藻属或仙掌藻属。
实施例2
一种用于人工珊瑚礁体的混凝土，该混凝土包括以下重量份组分：水泥：1.0份；细骨料：0.5份；高弹模聚乙烯纤维：0.0001份；纤维素醚：0.001份；聚羧酸减水剂：0.001份；消泡剂：0.001份；水：0.2份。
其中，水泥采用硅酸盐水泥，纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，水为自来水，细骨料采用海砂，即就地取材于海洋，运输费用低，经济效益好。若所取得的海砂中混杂有粒径较大的颗粒，则需要破碎为0.15-5mm的颗粒，之后再利用20目标准筛，筛得所需粒径的细骨料，高弹模聚乙烯纤维的弹性模量为91-140N/tex，长度范围为1-20mm。
一种用于人工珊瑚礁体的混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份，将水泥、细骨料、纤维素醚、消泡剂进行第一次搅拌1-3min，获得预拌合物；其中细骨料处于饱和面干状态；
(2)按重量份，将水与聚羧酸减水剂加入到步骤(1)中的预拌合物中进行第二次搅拌2-3min，在第二次搅拌过程中将高弹模聚乙烯纤维分3-5次投入，获得最终拌合物，其坍落度为50-250mm，即为用于人工珊瑚礁体的混凝土。
一种采用上述混凝土制备网格状混凝土人工珊瑚礁体的方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照设计方案，利用通用商业3D建模软件，建立网格状人工珊瑚礁体的三维模型；
(2)将得到的三维模型输出，得到平板印刷的STL格式的文件；
(3)将得到的STL格式文件导入到通用商业切片软件，根据实际打印机相关的打印参数，比如打印头直径，打印速度，挤出速度等进行相关的切片设置，最后输出打印代码GCODE文件；
(4)对打印代码GCODE文件进行修改，删去多余代码和错误代码，并对部分代码进行修改；
(5)将修改好的打印代码GCODE文件导入到打印机中，再将用于人工珊瑚礁体的混凝土装入打印机中，开始3D打印，首先打印第一层的间隔状条带，之后打印第二层的间隔状条带，与第一层的条带相垂直，之后进行循环往复，向上逐层叠加；
(6)完成3D打印后，清洗3D打印机和其他相关设备，对打印好的人工珊瑚礁体进行养护；
(7)养护完成后，即得到建造好的网格状混凝土人工珊瑚礁体。
一种采用上述方法制备的网格状混凝土人工珊瑚礁体，参考图1，该人工珊瑚礁体为网格状逐层叠加的结构，高0.6-0.8m，具体包括珊瑚礁本体1，珊瑚礁本体1上设有利于珊瑚等无脊椎动物幼虫、钙化藻孢子附着的粗糙表面2，珊瑚礁本体1上还设有固定孔3和模拟珊瑚4。人工珊瑚礁体的下方四个角处设置支撑钩，将支撑钩完全插入海底固定人工珊瑚礁体，从而增加人工珊瑚礁体的稳定性。
其中，固定孔3之间安装有用于固定移植海洋生物的可拆卸附着板；固定孔3形状为球体，其表面积在4-20cm2之间，相邻两个固定孔3的间距为10cm。
一种上述的网格状混凝土人工珊瑚礁体的应用，该人工珊瑚礁体在投放到海区前需浸泡处理，去除碱性物质或有毒物质。并可以作为移植海洋生物的栖息地，移植海洋生物包括造礁石珊瑚和钙化藻，造礁石珊瑚包括鹿角石珊瑚或杯形珊瑚；钙化藻包括叉节藻属、水石藻属、中叶藻属或仙掌藻属。
实施例3
一种用于人工珊瑚礁体的混凝土，该混凝土包括以下重量份组分：水泥：1.0份；细骨料：5份；高弹模聚乙烯纤维：0 01份；纤维素醚：0.01份；聚羧酸减水剂：0.01份；消泡剂：0.01份；水：0.2份。
其中，水泥采用硅酸盐水泥，纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，水为自来水，细骨料采用粒径为0.15-5mm的天然砂颗粒，高弹模聚乙烯纤维的弹性模量为91-140N/tex，长度范围为1-20mm。
一种用于人工珊瑚礁体的混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份，将水泥、细骨料、纤维素醚、消泡剂进行第一次搅拌3min，获得预拌合物；其中细骨料处于饱和面干状态；
(2)按重量份，将水与聚羧酸减水剂加入到步骤(1)中的预拌合物中进行第二次搅拌2min，在第二次搅拌过程中将高弹模聚乙烯纤维分4次投入，获得最终拌合物，其坍落度为150mm，即为用于人工珊瑚礁体的混凝土。
一种采用上述混凝土制备网格状混凝土人工珊瑚礁体的方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照设计方案，利用通用商业3D建模软件，建立网格状人工珊瑚礁体的三维模型；
(2)将得到的三维模型输出，得到平板印刷的STL格式的文件；
(3)将得到的STL格式文件导入到通用商业切片软件，根据实际打印机相关的打印参数，比如打印头直径，打印速度，挤出速度等进行相关的切片设置，最后输出打印代码GCODE文件；
(4)对打印代码GCODE文件进行修改，删去多余代码和错误代码，并对部分代码进行修改；
(5)将修改好的打印代码GCODE文件导入到打印机中，再将用于人工珊瑚礁体的混凝土装入打印机中，开始3D打印，首先打印第一层的间隔状条带，之后打印第二层的间隔状条带，与第一层的条带相垂直，之后进行循环往复，向上逐层叠加；
(6)完成3D打印后，清洗3D打印机和其他相关设备，对打印好的人工珊瑚礁体进行养护；
(7)养护完成后，即得到建造好的网格状混凝土人工珊瑚礁体。
一种采用上述方法制备的网格状混凝土人工珊瑚礁体，参考图1，该人工珊瑚礁体为网格状逐层叠加的结构，高0.7m，具体包括珊瑚礁本体1，珊瑚礁本体1上设有利于珊瑚等无脊椎动物幼虫、钙化藻孢子附着的粗糙表面2，珊瑚礁本体1上还设有固定孔3和模拟珊瑚4。人工珊瑚礁体的下方四个角处设置支撑钩，将支撑钩完全插入海底固定人工珊瑚礁体，从而增加人工珊瑚礁体的稳定性。
其中，固定孔3之间安装有用于固定移植海洋生物的可拆卸附着板；固定孔3形状为球体，其表面积在10cm2，相邻两个固定孔3的间距为2cm。
一种上述的网格状混凝土人工珊瑚礁体的应用，该人工珊瑚礁体在投放到海区前需浸泡处理，去除碱性物质或有毒物质。并可以作为移植海洋生物的栖息地，移植海洋生物包括造礁石珊瑚和钙化藻，造礁石珊瑚包括鹿角石珊瑚或杯形珊瑚；钙化藻包括叉节藻属、水石藻属、中叶藻属或仙掌藻属。

Claims (8)

1.一种网格状混凝土人工珊瑚礁体，其特征在于，该珊瑚礁体由混凝土通过3D打印制得，为逐层叠加形成的网格状多孔结构，开始3D打印时，首先打印第一层的间隔状条带，之后打印第二层的间隔状条带，与第一层的条带相垂直，之后进行循环往复，向上逐层叠加，该结构表面凹凸不平并分布有大量固定孔，在固定孔内安装有可拆卸的附着板，附着板用于固定不同种类的海洋生物；
所述混凝土包括以下重量份组分：
Figure FDA0002742754140000011
所述的细骨料包括天然砂、再生砂或海砂中的一种或几种，细骨料粒径范围为0.15-5mm；所述的高弹模聚乙烯纤维的弹性模量为91-140N/tex，所述的高弹模聚乙烯纤维的长度范围为1-20mm；
该珊瑚礁体利用通用商业3D建模软件，建立网格状人工珊瑚礁体的三维模型，人工珊瑚礁体的三维模型是网格状叠加成型的，充满大量的孔洞，表面为粗糙型表面，有利于珊瑚、钙化藻生物附着。
2.根据权利要求1所述的一种网格状混凝土人工珊瑚礁体，其特征在于，所述的水泥包括硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；所述的纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚；所述的水为自来水。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种网格状混凝土人工珊瑚礁体，其特征在于，所述的混凝土通过以下制备方法制备得到：
(1)按重量份，将水泥、细骨料、纤维素醚、消泡剂进行第一次搅拌，获得预拌合物；
(2)按重量份，将水与聚羧酸减水剂加入到步骤(1)中的预拌合物中进行第二次搅拌，在第二次搅拌过程中将高弹模聚乙烯纤维分批次投入，获得最终拌合物，即为用于人工珊瑚礁体的混凝土。
4.根据权利要求3所述的一种网格状混凝土人工珊瑚礁体，其特征在于，步骤(1)中，所述的细骨料处于饱和面干状态，所述第一次搅拌的时间为1-3min。
5.根据权利要求3所述的一种网格状混凝土人工珊瑚礁体，其特征在于，步骤(2)中，所述第二次搅拌的时间2-3min；所述高弹模聚乙烯纤维分批次投入的次数为3-5次，所述最终拌合物的坍落度为50-250mm。
6.根据权利要求1所述的一种网格状混凝土人工珊瑚礁体，其特征在于，所述固定孔(3)形状为球体、长方体或正方体，固定孔(3)的表面积在4-20cm2之间，相邻两个固定孔(3)的间距在2-10cm之间。
7.如权利要求1所述的一种网格状混凝土人工珊瑚礁体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按照设计方案，利用通用商业3D建模软件，建立网格状人工珊瑚礁体的三维模型；
(2)将得到的三维模型输出，得到平板印刷的STL格式的文件；
(3)将得到的STL格式文件导入到通用商业切片软件，根据实际打印机相关的打印参数，最后输出打印代码GCODE文件；
(4)对打印代码GCODE文件进行修改，删去多余代码和错误代码，并对部分代码进行修改；
(5)将修改好的打印代码GCODE文件导入到打印机中，再将用于人工珊瑚礁体的混凝土装入打印机中，开始3D打印，首先打印第一层的间隔状条带，之后打印第二层的间隔状条带，与第一层的条带相垂直，之后进行循环往复，向上逐层叠加；
(6)完成3D打印后，清洗3D打印机和其他相关设备，对打印好的人工珊瑚礁体进行养护；
(7)养护完成后，即得到建造好的网格状混凝土人工珊瑚礁体。
8.如权利要求1所述的一种网格状混凝土人工珊瑚礁体的应用，其特征在于，该人工珊瑚礁体作为移植海洋生物的栖息地，所述的移植海洋生物包括造礁石珊瑚和钙化藻，所述的造礁石珊瑚包括鹿角石珊瑚或杯形珊瑚；所述的钙化藻包括叉节藻属、水石藻属、中叶藻属或仙掌藻属。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4286349A1 (en) * 2022-06-01 2023-12-06 Holcim Technology Ltd Method of building a concrete element for marine or river applications

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111153646A (zh) * 2019-12-30 2020-05-15 同济大学 一种3d打印用海水海砂混凝土材料
CN113493334B (zh) * 2020-03-18 2023-10-17 博湃建筑科技（上海）有限公司 制备珊瑚砂基体的方法、3d打印建筑油墨及制备方法
WO2022214841A1 (en) 2021-04-06 2022-10-13 Totalenergies Onetech Artificial reef

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150071697A (ko) * 2015-06-08 2015-06-26 한상관 점오염원과 비정오염원에서 유입되는 하천수에 함유된 미립자성 오염물질들과 각종 쓰레기들과 유체성 오염물질분자들을 완벽하게 제거함과 동시에 깨끗한 물로 정수하여 주면서 전기를 생산 하는 자연친화적인 수질 정화기 겸용 친환경 발전 시스템과 여기에 적용되는 빗물 저장고
KR101870741B1 (ko) * 2016-10-06 2018-06-25 한국해양과학기술원 3차원 콘크리트 프린팅을 이용한 소파블록 및 어초 시공방법
CN107500687B (zh) * 2017-10-19 2020-03-06 万玉君 一种用于3d打印的高延性纤维增强水泥基复合材料及其制备方法
CN109006617A (zh) * 2018-07-31 2018-12-18 中国科学院南海海洋研究所 一种中空拟态人工珊瑚礁体
CN109020369B (zh) * 2018-08-10 2020-06-23 同济大学 一种用于3d打印的混凝土材料及制备方法
KR102016558B1 (ko) * 2019-02-18 2019-09-03 전진용 3d 프린터를 이용한 인공어초 및 그 제조 방법
CN109650825A (zh) * 2019-02-22 2019-04-19 广州建筑产业研究院有限公司 一种混凝土及其制备方法和应用
CN110185193A (zh) * 2019-04-30 2019-08-30 同济大学 一种结构功能一体化混凝土的组合方法
CN110143798A (zh) * 2019-06-06 2019-08-20 山东大学 一种硫铝酸盐水泥基3d打印材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"生态混凝土鱼礁的应用及发展趋势";徐丹等;《山西建筑》;20200415;第90-91页 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4286349A1 (en) * 2022-06-01 2023-12-06 Holcim Technology Ltd Method of building a concrete element for marine or river applications
WO2023233315A1 (en) * 2022-06-01 2023-12-07 Holcim Technology Ltd Method of building a concrete element for marine or river applications

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