CN113003988A - 一种海水拌合粉煤灰地质聚合物人工鱼礁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种海水拌合粉煤灰地质聚合物人工鱼礁及其制备方法，包括粉煤灰、矿渣、激发剂、贝壳和黄海海水。制备方法为：首先，将15‑50份的MgO和2～5份的NaOH加入100～450份的海水中，制得分散均匀的碱激发溶液。其次，将150～750份粉煤灰和50～300份矿渣倒入搅拌锅中，将碱激发剂均匀倒入搅拌锅内搅拌后成浆体。当浆体开始增稠时加入贝壳，得到鱼礁混凝土。最后将其倒入模具中，养护成型后拆模。本发明不仅有更高的耐久性和海洋生态相容性，同时兼顾人工鱼礁的早期强度和后期强度，能在长期服役中抵御海潮、海浪、海流的影响。鱼礁表面海洋生物附着能力更强，人工鱼礁对各类鱼群的诱集能力显著提高，并且在降低生产成本的同时节约淡水资源，解决工业废弃物的再生利用问题。
Description
技术领域
本发明属于固废资源综合利用领域，涉及生态混凝土人工鱼礁材料配比及 制作技术的改进，提供一种新型海水拌合粉煤灰地质聚合物人工鱼礁及其制备 方法。
背景技术
近二三十年来，全球海洋经济面临巨大的挑战，渔业专家和海洋生态学家 认为，建设海洋牧场是海洋渔业的根本出路，人工鱼礁的建设是改善海洋生态、 发展海洋经济的核心环节。但人工鱼礁的建设工作任务重、要求高，因其长期 处于海洋环境中，抗氯离子渗透性和耐硫酸盐侵蚀性面临着更为严峻的挑战。 目前人工鱼礁为淡水拌合，与海洋生态环境相容性不好，而且我国淡水资源短 缺，因此，人工鱼礁的快速建设迫切需要能使用海水拌和的建筑材料，以加强 人工鱼礁与海洋环境的相容性，同时节约淡水资料，降低生产成本，但海水对 普通水泥钢筋混凝土耐久性有严重的危害，不能被采用。
地质聚合物是由[SiO4]四面体和[AlO4]四面体构成的非晶体的三维网络结构。 该网络的—A1—O—Si—或—Si—O—Si—化学键结合力强，形成的网络结构十 分坚固，海水中SO2、Cl-和Mg2+等离子很难破坏其结构，所以无机聚合物可以 使用海水拌和。这种沸石结构能有效禁锢和吸附SO2、Cl-和Mg2+等离子，进而 使之成为有利于材料性能提升的有益成分。由于无机聚合物混凝土的合成机理 与水泥水化机理不同，碱离子固化程度高，无碱骨料固化风险，其致密的微观 结构可以阻碍氯离子的侵蚀，能够进一步提高混凝土构件对抗海洋环境腐蚀的 能力。
粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，粉煤灰的堆量之大已经严重威胁 大气、土壤和地下水环境，粉煤灰堆场是沙尘暴的主要源头，粉煤灰的综合利 用技术亟待开发。
本发明以海水为拌合用水，以粉煤灰为主要原材料，提供一种新型的海水 拌合粉煤灰地质聚合物人工鱼礁及其制备方法。海水拌合粉煤灰地质聚合物人 工鱼礁，不仅具有较高的强度、耐久性和海洋生态稳定性，延长人工鱼礁的寿 命，同时鱼礁表面海洋生物附着能力强，人工鱼礁对各类鱼群的诱集能力显著 提高，并且可以节约淡水资源，取材便捷，减少运输量，降低生产成本，更可 以解决工业废弃物的再生利用问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有人工鱼礁耐久性不足、海洋生态稳 定性不好、淡水资源稀缺以及生产成本较高等问题，提供一种新型海水拌合粉 煤灰地质聚合物人工鱼礁及其制备方法。
本发明提供一种新型海水拌合粉煤灰地聚合物人工鱼礁及其制备方法，以 工业固废资源粉煤灰为主要原材料，利用MgO和NaOH为激发剂激发其活性， 通过海水拌合的方式制备粉煤灰基地聚物胶凝材料，辅以海岸固废资源贝壳为 骨料制备人工鱼礁。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种海水拌合粉煤灰地聚合物人工鱼礁，是一种以海水作为拌合用水，固 废资源粉煤灰为主要原材料，辅以矿渣进行改性，在MgO和NaOH的激发下， 添加贝壳作为骨料，制备的新型海水拌合粉煤灰地质聚合物人工鱼礁。所用材 料主要包括：粉煤灰、矿渣、激发剂(MgO和NaOH)、贝壳和海水，该人工鱼 礁在降低生产成本的同时可以很大程度上缓解环境污染压力；并且能够进一步 提高混凝土构件对抗海洋环境腐蚀的能力和生物聚集效果，海洋生态相容性更 好。
原材料各组分要求如下：
粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，平均粒径为12.88μm，比表面积为389m2/kg；
矿渣：S95级磨细矿渣，密度2.99g/cm3，比表面积499m2/kg；
MgO：M型MgO，活性为130s。
NaOH：分析纯级别的NaOH，白色半透明结晶状固体，纯度≥96％；
拌合水：黄海海水；
贝壳：选用黄海海滩贝壳，1-5mm细粒扇贝壳和5-20mm粗粒扇贝壳，采 取连续级配；
其材料配方的百分比如下：
粉煤灰：150～750份；
矿渣：50～300份；
MgO：15-50份；
NaOH：2-5份；
拌合水：100～450份；
细粒扇贝壳(1-5mm)：100～350份；
粗粒扇贝壳(5-20mm)：180～600份。
上述原材料的质量允许误差：粉煤灰：±1％；矿渣：±1％；贝壳：±1％；激 发剂：±0.5％；海水：±1％。
本发明进一步提供了所述海水拌合粉煤灰地质聚合物人工鱼的制备方法， 包括以下步骤：
第一步：制备碱激发剂：将15-50份的MgO和2～5份的NaOH作为激发剂 加入100～450份拌合用水中，在360W的超声功率条件下超声、搅拌处理2～5min 制得分散均匀的碱激发溶液。将搅拌均匀的混合溶液取出，杯口封上聚乙烯薄 膜(防止蒸发流失)，放置在安全处，陈化至常温备用。
第二步：将提前150～750份粉煤灰和50～300份矿渣倒入干燥的搅拌锅中， 随后将第一步中陈化好的碱激发剂均匀倒入搅拌锅内搅拌3-6min后成浆体。
第三步：当浆体开始增稠时，加入贝壳，该骨料包括100～350份粒径为1-5mm 的细粒扇贝壳和180～600份粒径为5-20mm的粗粒扇贝壳，继续搅拌3-5min， 得到人工鱼礁所用鱼礁混凝土；
第四步：将第二步中的鱼礁混凝土注入人工鱼礁模具内，标准养护条件下 (温度为20±2℃，相对湿度＞95％)养护24h，拆模后制得生态人工鱼礁；
本发明原理描述：
(1)本发明通过利用粉煤灰、矿渣原材料，辅以激发剂制备粉煤灰地质聚 合物，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，加入矿渣使粉煤灰火山灰活性发挥作用更显著，人工 鱼礁强度提高；缩短凝结时间的同时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)选择低成本的海水和贝壳提供海洋生物相容的物理通道，能够提高生 物聚集效果，海洋生态稳定性更好。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
(1)本发明充分利用海岛优势，将海水作为拌合用水，节约淡水资源，就 地取材便捷，降低生产成本，并减少运输量加快工程建设；
(2)本发明利用海水和贝壳，不仅可以提供海洋生物相容的物理通道，降 低人工鱼礁的PH值，更能够提高生物聚集效果，海洋生态相容性更好。
(3)本发明大量利用固废材料粉煤灰，并辅以矿渣作为原材料，不仅可以 缩短凝结时间，兼顾人工鱼礁早期强度和后期强度，28d强度超过40MPa，能在 长期服役中抵御海潮、海浪、海流的影响，并且在降低生产成本的同时可以很 大程度上缓解环境污染压力；
(4)本发明中低聚物的三维立体网状硅铝氧四面体结构，碱离子固化程度 高，无碱骨料固化风险，能够进一步提高混凝土构件对抗海洋环境腐蚀的能力。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
(1)制备碱激发剂：称量15份MgO和2份NaOH加入至100份的拌合水 中，置于360W的超声功率条件下超声、搅拌处理3min制得分散均匀的碱激发 剂溶液。将搅拌均匀的混合溶液取出，杯口封上聚乙烯薄膜(防止蒸发流失)， 放置在安全处，陈化至常温备用。
(2)称量150份粉煤灰和50份矿渣倒入干燥的搅拌锅中，随后将(1)中 陈化好的碱激发剂均匀倒入搅拌锅内，搅拌3min后成浆体。
(3)当浆体开始增稠时，加入100份的细粒扇贝壳和180份的粗粒扇贝壳， 继续搅拌5min，得到人工鱼礁所用鱼礁混凝土；
(4)将(2)中的鱼礁混凝土注入人工鱼礁模具内，标准养护条件下(温 度为20±2℃，相对湿度＞95％)养护24h，拆模后制得生态人工鱼礁；
实施例2
(1)制备碱激发剂：称量20份MgO和3份NaOH加入至225份拌合水中， 置于360W的超声功率条件下超声、搅拌处理4min制得分散均匀的碱激发剂溶 液。将搅拌均匀的混合溶液取出，杯口封上聚乙烯薄膜(防止蒸发流失)，放置 在安全处，陈化至常温备用。
(2)称量375份粉煤灰和125份矿渣倒入干燥的搅拌锅中，随后将(1) 中陈化好的碱激发剂均匀倒入搅拌锅内，搅拌4min后成浆体。
(3)当浆体开始增稠时，加入160份细粒扇贝壳和300份的粗粒扇贝壳， 继续搅拌4min，得到人工鱼礁所用鱼礁混凝土；
(4)将(2)中的鱼礁混凝土注入人工鱼礁模具内，标准养护条件下(温 度为20±2℃，相对湿度＞95％)养护24h，拆模后制得生态人工鱼礁；
实施例3
(1)制备碱激发剂：称量30份MgO和4份NaOH加入至320份的拌合水 中，置于360W的超声功率条件下超声、搅拌处理5min制得分散均匀的碱激发 剂溶液。将搅拌均匀的混合溶液取出，杯口封上聚乙烯薄膜(防止蒸发流失)， 放置在安全处，陈化至常温备用。
(2)称量525份粉煤灰和175份矿渣倒入干燥的搅拌锅中，随后将(1) 中陈化好的碱激发剂均匀倒入搅拌锅内，搅拌5min后成浆体。
(3)当浆体开始增稠时，加入220份细粒扇贝壳和450份的粗粒扇贝壳， 继续搅拌3min，得到人工鱼礁所用鱼礁混凝土；
(4)将(2)中的鱼礁混凝土注入人工鱼礁模具内，标准养护条件下(温 度为20±2℃，相对湿度＞95％)养护24h，拆模后制得生态人工鱼礁；
实施例4
(1)制备碱激发剂：称量50份MgO和5份NaOH加入至450份拌合水中， 置于360W的超声功率条件下超声、搅拌处理2min制得分散均匀的碱激发剂溶 液。将搅拌均匀的混合溶液取出，杯口封上聚乙烯薄膜(防止蒸发流失)，放置 在安全处，陈化至常温备用。
(2)称量750份粉煤灰和300份矿渣倒入干燥的搅拌锅中，随后将(1) 中陈化好的碱激发剂均匀倒入搅拌锅内，搅拌6min后成浆体。
(3)当浆体开始增稠时，加入350份的细粒扇贝壳和600份的粗粒扇贝壳， 继续搅拌5min，得到人工鱼礁所用鱼礁混凝土；
(4)将(2)中的鱼礁混凝土注入人工鱼礁模具内，标准养护条件下(温 度为20±2℃，相对湿度＞95％)养护24h，拆模后制得生态人工鱼礁；
本发明中提供的海水拌合粉煤灰地质聚合物人工鱼礁，实施例试件测试数 据如下：
表1海水拌合粉煤灰地质聚合物人工鱼礁测试数据
以下为本发明的对比例：
对比例1至对比例4中配比和制备方法均分别与实施例1-实施例4相同， 将原材料中的拌合用水由海水换为淡水。对比例1-对比例4中强度、PH值进行 测试并记录，具体数据详见表2。
表2淡水拌合粉煤灰地质聚合物人工鱼礁测试数据
通过表1和表2可知：本发明由海水拌合的粉煤灰地质聚合物人工鱼礁28d 的抗压强度均高于淡水拌合的粉煤灰地质聚合物人工鱼礁，PH值更接近海水， 进一步证实了用海水拌合粉煤灰地质聚合物人工鱼礁在节约淡水资源减少生产 成本的同时，能够提升人工鱼礁的生物聚集效果，海洋生态相容性更好。
以上所述的实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，只是基于本发明整体 构思下的某种实现方式，并不用来限定本发明的保护范围。任何熟悉本技术领 域的技术人员在本发明展现的技术范围内做出的的任何修改、改进或替换，均 应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种海水拌合粉煤灰地聚合物人工鱼礁，其特征在于，是一种以海水作为拌合用水，固废资源粉煤灰为主要原材料，辅以矿渣进行改性，在MgO和NaOH的激发下，添加贝壳作为骨料，制备的新型海水拌合粉煤灰地质聚合物人工鱼礁；
结合其试验性能指标，原材料各组分的要求及重量份如下：
粉煤灰：150～750份；Ⅱ级粉煤灰；
矿渣：50～300份；S95级磨细矿渣；
MgO：15-50份；M型MgO；
NaOH：2-5份；
拌合水：100～450份；海水；
贝壳：1-5mm细粒扇贝壳和5-20mm粗粒扇贝壳，采取连续级配；其中，细粒扇贝壳100～350份，粗粒扇贝壳180～600份；
上述原材料的质量允许误差：粉煤灰：±1％；矿渣：±1％；贝壳：±1％；激发剂：±0.5％；海水：±1％。
2.根据权利要求1所述的一种海水拌合粉煤灰地聚合物人工鱼礁，其特征在于，所述的粉煤灰的平均粒径为12.88μm，比表面积为389m2/kg。
3.根据权利要求1所述的一种海水拌合粉煤灰地聚合物人工鱼礁，其特征在于，所述的矿渣的密度2.99g/cm3，比表面积499m2/kg。
4.根据权利要求1所述的一种海水拌合粉煤灰地聚合物人工鱼礁，其特征在于，所述的NaOH为分析纯级别的NaOH，白色半透明结晶状固体，纯度≥96％。
5.一种权利要求1-4任一所述的海水拌合粉煤灰地聚合物人工鱼礁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：制备碱激发剂：
将MgO和NaOH作为激发剂加入拌合水中，超声、搅拌处理制得分散均匀的碱激发溶液；将搅拌均匀的混合溶液取出，杯口封上聚乙烯薄膜，陈化至常温备用；
第二步：将粉煤灰和矿渣倒入干燥的搅拌锅中，随后将第一步中陈化好的碱激发剂均匀倒入搅拌锅内搅拌3-6min后成浆体；
第三步：当浆体开始增稠时，加入贝壳作为骨料，骨料包括粒径为1-5mm的细粒扇贝壳和粒径为5-20mm的粗粒扇贝壳，继续搅拌3-5min，得到人工鱼礁所用鱼礁混凝土；
第四步：将第二步中的鱼礁混凝土注入人工鱼礁模具内，标准养护条件下养护24h，拆模后制得生态人工鱼礁。
6.根据权利要求5所述的一种海水拌合粉煤灰地聚合物人工鱼礁的制备方法，其特征在于，所述第一步中，超声功率为360W，搅拌处理时间2～5min。
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| CN115140967A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-10-04 | 华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司 | 一种单组份地聚物注浆料及其制备方法 |
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