CN113105183A - 一种低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，所述方法具体如下：a、配料，选用如下质量比的原料：胶凝材料、拌合用水、细骨料和粗骨料1.7~2.5:1:3.4:3.8的比例进行配料，所述配料还包括减水剂；所述减水剂其用量为胶凝材料用量的0.1~0.2%；b、混凝土试块制备，c、在碳化养护制度进行养护，d、混凝土浇筑应用。本发明的低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，不仅能够有效降低海洋人工鱼礁用混凝土表层海水浸出液pH值，有利于海洋生物的栖息生长，提高海洋人工鱼礁用混凝土生物附着性能，还能满足海洋人工鱼礁用混凝土对力学性能和耐久性能基本要求。

Description

一种低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法
技术领域
本发明涉及一种海洋人工鱼礁用水泥制备方法，具体涉及一种低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，属于建筑材料和海洋工程技术领域。
背景技术
近年来，随着海水环境污染严重，全球海洋渔业资源衰退明显；在海水中设置海洋人工鱼礁可以有利于海洋渔业资源健康可持续发展；海洋人工鱼礁是指用于修复和优化海水生态环境，建设海洋生物生息场的人工设施；目前制作海洋人工鱼礁材料多种多样，其中混凝土材料应用最为广泛，其中，海洋人工鱼礁其生物附着性能不仅是海洋人工鱼礁重要性能之一，也是海洋人工鱼礁用混凝土重要的性能之一，海洋生物栖息生长与海洋人工鱼礁用混凝土周边pH值相关，过高的pH值不利于海洋人工鱼礁和海洋人工鱼礁用混凝土生物附着性能，混凝土胶凝材料多种多样，其中普通硅酸盐水泥应用最为广泛，但是普通硅酸盐水泥水化时，会产生大量的Ca(OH)2，导致混凝土孔溶液pH值较大，混凝土孔溶液pH值通常大于12.7，从而进一步导致海洋人工鱼礁用混凝土表层海水浸出液pH值升高，海水pH值约为8.3；为了能够使海洋人工鱼礁用混凝土表层海水浸出液pH值接近于海水pH值，现有技术中，通过采用低碱度胶凝材料，使海水浸出液pH值接近海水pH值，采用低碱度胶凝材料在满足稳定性和耐久性同时会提高造价成本，在降低造价成本的同时，稳定性和耐久性是未知的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，以普通硅酸盐水泥、河砂和碎石为原材料，制备出低碱度海洋人工鱼礁用混凝土；经过碳化养护制度养护至规定龄期，不仅能够有效降低海洋人工鱼礁用混凝土表层海水浸出液pH值，有利于海洋生物的栖息生长，提高海洋人工鱼礁用混凝土生物附着性能，还能满足海洋人工鱼礁用混凝土对力学性能和耐久性能基本要求。
本发明的低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，所述方法具体如下：
a、配料，选用如下质量比的原料：胶凝材料、拌合用水、细骨料和粗骨料1.7～2.5:1:3.4:3.8的比例进行配料，所述胶凝材料为P·O42.5普通硅酸盐水泥，所述拌合用水为普通自来水，所述细骨料为细度模数为2.6的河砂，所述粗骨料为5～20mm连续级配的普通石灰岩碎石，所述配料还包括减水剂；所述减水剂其用量为胶凝材料用量的0.1～0.2％；所述减水剂聚羧酸高效减水剂；
b、混凝土试块制备，根据所述配料比例将原料进行混合，然后浇筑成型制备出海洋人工鱼礁用混凝土试块；
c、在碳化养护制度进行养护，将所述海洋人工鱼礁用混凝土试块在浇筑1d后拆模，并在碳化养护制度进行养护；
d、混凝土浇筑应用。
进一步地，所述碳化养护制度具体如下：
将所述海洋人工鱼礁用混凝土试块拆模后，在阴凉通风处风干2d，加速混凝土内部水分蒸发，使CO2进入到海洋人工鱼礁用混凝土试块内部，然后放在温度为20±2℃，相对湿度为70±5％，CO2浓度为20±3％的快速碳化试验箱中进行碳化养护，将海洋人工鱼礁用混凝土试块碳化养护至14d。
进一步地，所述海洋人工鱼礁用混凝土试块其pH值测试如下：
采用混凝土有效碱的原位置溶出法测定，将海洋人工鱼礁用混凝土试块表层浸出液pH值，即将碳化养护的海洋人工鱼礁用混凝土试块放入大为110mm×110mm×110mm模具中并注满人工海水，每24h将模具中的表层浸出液，倒入干净的烧杯中并用pHS-3C仪器测定其pH值。
进一步地，所述海洋人工鱼礁用混凝土试块其模拟海水流动测试如下：
模拟海洋人工鱼礁用混凝土试块表层海水流动情况，每次测定完表层海水浸出液pH值后，注入同种成分人工海水继续浸泡海洋人工鱼礁用混凝土试块。
进一步地，所述碳化养护制度为不同水胶比海洋人工鱼礁用混凝土试块碳化深度提供一种预测模型，该模型为y＝axb；
其中，a为43.98，b为2.7，x代表水胶比，y代表碳化养护至14d的碳化深度，单位为mm。
本发明与现有技术相比较，本发明的低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，能够制备出满足海洋人工鱼礁用混凝土稳定性和耐久性、碱度降低的要求，在碳化养护过程中，固定普通硅酸盐水泥孔溶液中的Ca(OH)2生成CaCO3，不仅降低混凝土孔溶液pH值，而且也优化了混凝土孔结构，从而使混凝土表层海水浸出液pH值降低；另外其在降低碱度的同时，CO2以CaCO3形式固定在海洋人工鱼礁用混凝土中，缓解了温室效应；其整个工艺操作流程简单方便，成本较低。
具体实施方式
实施例1：
本发明的低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，所述方法具体如下：
a、配料，选用如下质量比的原料：胶凝材料、拌合用水、细骨料和粗骨料1.7～2.5:1:3.4:3.8的比例进行配料，所述胶凝材料为P·O42.5普通硅酸盐水泥，所述拌合用水为普通自来水，所述细骨料为细度模数为2.6的河砂，所述粗骨料为5～20mm连续级配的普通石灰岩碎石，所述配料还包括减水剂；所述减水剂其用量为胶凝材料用量的0.1～0.2％；所述减水剂聚羧酸高效减水剂；
b、混凝土试块制备，根据所述配料比例将原料进行混合，然后浇筑成型制备出海洋人工鱼礁用混凝土试块；
c、在碳化养护制度进行养护，将所述海洋人工鱼礁用混凝土试块在浇筑1d后拆模，并在碳化养护制度进行养护；养护时，一半海洋人工鱼礁用混凝土试块在标准养护制度下进行养护，该标准养护制度要求温度为20±3℃，相对湿度≥95％，将海洋人工鱼礁用混凝土试块养护至14d；另一半海洋人工鱼礁用混凝土试块在碳化养护制度下进行养护，该碳化养护制度在海洋人工鱼礁用混凝土试块拆模后，在阴凉通风处风干2d，从而加速混凝土内部水分蒸发，有利于CO2进入到海洋人工鱼礁用混凝土试块内部，然后放在温度为20±2℃，相对湿度为70±5％，CO2浓度为20±3％的快速碳化试验箱中进行碳化养护，将海洋人工鱼礁用混凝土试块碳化养护至14d；
d、混凝土浇筑应用。
其中，所述碳化养护制度为不同水胶比海洋人工鱼礁用混凝土试块碳化深度提供一种预测模型，该模型为y＝axb；
a为43.98，b为2.7，x代表水胶比，y代表碳化养护至14d的碳化深度，单位为mm。
实施例2：
本发明的低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，所述方法具体如下：
先将P·O 42.5普通硅酸盐水泥、河砂和普通石灰岩碎石按照质量比为2.5:3.4:3.8在搅拌机中搅拌均匀，再按照0.4水胶比称取一定量普通自来水，同时将聚羧酸高效减水剂溶于普通自来水中，聚羧酸高效减水剂用量为P·O 42.5普通硅酸盐水泥用量的0.2％，最后将混合溶液均匀地倒入搅拌机中与干拌混合物充分搅拌；搅拌完成后，测定海洋人工鱼礁用混凝土坍落度和坍落扩展度；将搅拌后的海洋人工鱼礁用混凝土入模成型，在温度为20±3℃，相对湿度≥95％的标准养护室中养护1d后拆模；拆模后的海洋人工鱼礁用混凝土试块在标准养护制度下和碳化养护制度下进行养护；养护完成后，不仅要通过测定海洋人工鱼礁混凝土试块抗压强度、抗折强度和氯离子迁移系数来判断是否满足其力学性能和耐久性能基本要求，同时，测定海洋人工鱼礁混凝土试块表层浸出液pH值来判断是否满足其生物附着性能要求，另外，在碳化养护制度下的海洋人工鱼礁用混凝土试块通过测定其碳化深度来判断预测模型是否正确；根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测定海洋人工鱼礁用混凝土试块抗压强度、抗折强度、氯离子迁移系数和碳化深度；根据改进的混凝土有效碱的原位置溶出法测定海洋人工鱼礁用混凝土试块表层浸出液pH值，将标准养护制度下和碳化养护制度下的海洋人工鱼礁用混凝土试块放入大为110mm×110mm×110mm模具中并注满人工海水，每24h将模具中的表层浸出液倒入干净的烧杯中并用pHS-3C仪器测定其pH值，为了模拟海洋人工鱼礁用混凝土试块表层海水流动情况，每次测定完表层海水浸出液pH值后，注入同种成分人工海水继续浸泡海洋人工鱼礁用混凝土试块；
其中，海洋人工鱼礁用混凝土试块测试结果如表1所示，其包括坍落度、坍落扩展度、抗压强度、抗折强度、氯离子迁移系数、碳化深度和预测碳化深度，另外，海洋人工鱼礁用混凝土试块表层浸出液pH值如表2所示，其中0.4B代表在标准养护制下水胶比为0.4的海洋人工鱼礁混凝土试块，0.4T代表在碳化养护制度下水胶比为0.4的海洋人工鱼礁混凝土试块。
表1工作性能、力学性能、耐久性能、碳化深度和预测碳化深度试验结果
Figure BDA0003011734910000051
表2海洋人工鱼礁用混凝土试块表层浸出液pH值
Figure BDA0003011734910000061
由表1和表2可知，海洋人工鱼礁用混凝土坍落度符合GB 50164-2001《混凝土质量控制标准》中S3(100mm-150mm)坍落度等级对于坍落度的技术要求，坍落扩展度符合GB50164-2001《混凝土质量控制标准》中F3(420mm-480mm)坍落扩展度等级对于坍落扩展度的技术要求；海洋人工鱼礁用混凝土抗压强度和抗折强度符合SC/T 9416-2014《人工鱼礁建设技术规范》和《仿生态混凝土鱼礁》征求意见稿(0408)中对于海洋人工鱼礁用混凝土抗压强度≥30MPa，抗折强度≥3MPa的技术要求；海洋人工鱼礁用混凝土氯离子迁移系数符合GB50164-2001《混凝土质量控制标准》中RCM-Ⅰ(DRCM≥4.5)抗氯离子渗透性能等级对于氯离子迁移系数的要求；海洋人工鱼礁用混凝土实际碳化深度与预测模型计算所得的碳化深度相差较小；通过比较经过两种养护制度养护后海洋人工鱼礁用混凝土试块表层浸出液pH值，发现经过碳化养护制度养护后，其表层浸出液pH有效降低。
实施例3：
本发明的低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，所述方法具体如下：先将P·O 42.5普通硅酸盐水泥、河砂和普通石灰岩碎石按照质量比为2.5:3.4:3.8在搅拌机中搅拌均匀，再按照0.5水胶比称取一定量普通自来水，同时将聚羧酸高效减水剂溶于普通自来水中，聚羧酸高效减水剂用量为P·O 42.5普通硅酸盐水泥用量的0.2％，最后将混合溶液均匀地倒入搅拌机中与干拌混合物充分搅拌；搅拌完成后，测定海洋人工鱼礁用混凝土坍落度和坍落扩展度。将搅拌后的海洋人工鱼礁用混凝土入模成型，在温度为20±3℃，相对湿度≥95％的标准养护室中养护1d后拆模；拆模后的海洋人工鱼礁用混凝土试块在标准养护制度下和碳化养护制度下进行养护；养护完成后，不仅要通过测定海洋人工鱼礁混凝土试块抗压强度、抗折强度、氯离子迁移系数来判断是否满足其力学性能和耐久性能基本要求，还要通过测定海洋人工鱼礁混凝土试块表层浸出液pH值来判断是否满足其生物附着性能要求，同时在碳化养护制度下的海洋人工鱼礁用混凝土试块还要通过测定其碳化深度来判断预测模型是否正确；根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测定海洋人工鱼礁用混凝土试块抗压强度、抗折强度、氯离子迁移系数和碳化深度；根据改进的混凝土有效碱的原位置溶出法测定海洋人工鱼礁用混凝土试块表层浸出液pH值，将标准养护制度下和碳化养护制度下的海洋人工鱼礁用混凝土试块放入大为110mm×110mm×110mm模具中并注满人工海水，每24h将模具中的表层浸出液倒入干净的烧杯中并用pHS-3C仪器测定其pH值，为了模拟海洋人工鱼礁用混凝土试块表层海水流动情况，每次测定完表层浸出液pH值后，注入同种成分人工海水继续浸泡海洋人工鱼礁用混凝土试块；
其中，经过测试，如表3所示，海洋人工鱼礁用混凝土试块坍落度、坍落扩展度、抗压强度、抗折强度、氯离子迁移系数、碳化深度和预测碳化深度，如表4所示，海洋人工鱼礁用混凝土试块表层浸出液pH值；其中0.5B代表在标准养护制下水胶比为0.5的海洋人工鱼礁混凝土试块，0.5T代表在碳化养护制度下水胶比为0.5的海洋人工鱼礁混凝土试块。
表3工作性能、力学性能、耐久性能、碳化深度和预测碳化深度试验结果
Figure BDA0003011734910000071
表4海洋人工鱼礁用混凝土试块表层浸出液pH值
Figure BDA0003011734910000081
由表3和表4可知，海洋人工鱼礁用混凝土坍落度符合GB 50164-2001《混凝土质量控制标准》中S3(100mm-150mm)坍落度等级对于坍落度的技术要求，坍落扩展度符合GB50164-2001《混凝土质量控制标准》中F2(350mm-410mm)坍落扩展度等级对于坍落扩展度的技术要求；海洋人工鱼礁用混凝土抗压强度和抗折强度符合SC/T 9416-2014《人工鱼礁建设技术规范》和《仿生态混凝土鱼礁》征求意见稿(0408)中对于海洋人工鱼礁用混凝土抗压强度≥30MPa，抗折强度≥3MPa的技术要求；海洋人工鱼礁用混凝土氯离子迁移系数符合GB50164-2001《混凝土质量控制标准》中RCM-Ⅰ(DRCM≥4.5)抗氯离子渗透性能等级对于氯离子迁移系数的要求；海洋人工鱼礁用混凝土实际碳化深度与预测模型计算所得的碳化深度相差较小；通过比较经过两种养护制度养护后海洋人工鱼礁用混凝土试块表层海水浸出液pH值，发现经过碳化养护制度养护后，其表层海水浸出液pH有效降低。
实施例4：
本发明的低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，所述方法具体如下：先将P·O 42.5普通硅酸盐水泥、河砂和普通石灰岩碎石按照质量比为2.5:3.4:3.8在搅拌机中搅拌均匀，再按照0.6水胶比称取一定量普通自来水，同时将聚羧酸高效减水剂溶于普通自来水中，聚羧酸高效减水剂用量为P·O 42.5普通硅酸盐水泥用量的0.2％，最后将混合溶液均匀地倒入搅拌机中与干拌混合物充分搅拌。搅拌完成后，测定海洋人工鱼礁用混凝土坍落度和坍落扩展度。将搅拌后的海洋人工鱼礁用混凝土入模成型，在温度为20±3℃，相对湿度≥95％的标准养护室中养护1d后拆模；拆模后的海洋人工鱼礁用混凝土试块在标准养护制度下和碳化养护制度下进行养护；养护完成后，不仅要通过测定海洋人工鱼礁混凝土试块抗压强度、抗折强度、氯离子迁移系数来判断是否满足其力学性能和耐久性能基本要求，还要通过测定海洋人工鱼礁混凝土试块表层浸出液pH值来判断是否满足其生物附着性能要求，同时在碳化养护制度下的海洋人工鱼礁用混凝土试块还要通过测定其碳化深度来判断预测模型是否正确；根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测定海洋人工鱼礁用混凝土试块抗压强度、抗折强度、氯离子迁移系数和碳化深度；根据改进的混凝土有效碱的原位置溶出法测定海洋人工鱼礁用混凝土试块表层浸出液pH值，将标准养护制度下和碳化养护制度下的海洋人工鱼礁用混凝土试块放入大为110mm×110mm×110mm模具中并注满人工海水，每24h将模具中的表层浸出液倒入干净的烧杯中并用pHS-3C仪器测定其pH值，为了模拟海洋人工鱼礁用混凝土试块表层海水流动情况，每次测定完表层浸出液pH值后，注入同种成分人工海水继续浸泡海洋人工鱼礁用混凝土试块；
其中，如表5所示，海洋人工鱼礁用混凝土试块坍落度、坍落扩展度、抗压强度、抗折强度、氯离子迁移系数、碳化深度和预测碳化深度，如表6所示，海洋人工鱼礁用混凝土试块表层浸出液pH值，其中0.6B代表在标准养护制下水胶比为0.6的海洋人工鱼礁混凝土试块，0.6T代表在碳化养护制度下水胶比为0.6的海洋人工鱼礁混凝土试块。
表5工作性能、力学性能、耐久性能、碳化深度和预测碳化深度试验结果
Figure BDA0003011734910000091
表6海洋人工鱼礁用混凝土试块表层浸出液pH值
Figure BDA0003011734910000101
由表5和表6可知，海洋人工鱼礁用混凝土坍落度符合GB 50164-2001《混凝土质量控制标准》中S2(50mm-90mm)坍落度等级对于坍落度的技术要求，坍落扩展度符合GB50164-2001《混凝土质量控制标准》中F2(350mm-410mm)坍落扩展度等级对于坍落扩展度的技术要求。海洋人工鱼礁用混凝土抗压强度和抗折强度符合SC/T 9416-2014《人工鱼礁建设技术规范》和《仿生态混凝土鱼礁》征求意见稿(0408)中对于海洋人工鱼礁用混凝土抗压强度≥30MPa，抗折强度≥3MPa的技术要求；海洋人工鱼礁用混凝土氯离子迁移系数符合GB50164-2001《混凝土质量控制标准》中RCM-Ⅰ(DRCM≥4.5)抗氯离子渗透性能等级对于氯离子迁移系数的要求；海洋人工鱼礁用混凝土实际碳化深度与预测模型计算所得的碳化深度相差较小；通过比较经过两种养护制度养护后海洋人工鱼礁用混凝土试块表层海水浸出液pH值，发现经过碳化养护制度养护后，其表层海水浸出液pH有效降低。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (5)

1.一种低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，其特征在于，所述方法具体如下：
a、配料，选用如下质量比的原料：胶凝材料、拌合用水、细骨料和粗骨料1.7~2.5:1:3.4:3.8的比例进行配料，所述胶凝材料为P•O42.5普通硅酸盐水泥，所述拌合用水为普通自来水，所述细骨料为细度模数为2.6的河砂，所述粗骨料为5~20mm连续级配的普通石灰岩碎石，所述配料还包括减水剂；所述减水剂其用量为胶凝材料用量的0.1~0.2%；所述减水剂聚羧酸高效减水剂；
b、混凝土试块制备，根据所述配料比例将原料进行混合，然后浇筑成型制备出海洋人工鱼礁用混凝土试块；
c、在碳化养护制度进行养护，将所述海洋人工鱼礁用混凝土试块在浇筑1d后拆模，并在碳化养护制度进行养护；
d、混凝土浇筑应用。
2.根据权利要求1所述的低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，其特征在于：所述碳化养护制度具体如下：
将所述海洋人工鱼礁用混凝土试块拆模后，在阴凉通风处风干2d，加速混凝土内部水分蒸发，使CO2进入到海洋人工鱼礁用混凝土试块内部，然后放在温度为20±2℃，相对湿度为70±5%，CO2浓度为20±3%的快速碳化试验箱中进行碳化养护，将海洋人工鱼礁用混凝土试块碳化养护至14d。
3.根据权利要求1所述的低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，其特征在于：所述海洋人工鱼礁用混凝土试块其pH值测试如下：
采用混凝土有效碱的原位置溶出法测定，将海洋人工鱼礁用混凝土试块表层浸出液pH值，即将碳化养护的海洋人工鱼礁用混凝土试块放入大为110mm×110mm×110mm模具中并注满人工海水，每24h将模具中的表层浸出液，倒入干净的烧杯中并用pHS-3C仪器测定其pH值。
4.根据权利要求1所述的低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，其特征在于：所述海洋人工鱼礁用混凝土试块其模拟海水流动测试如下：
模拟海洋人工鱼礁用混凝土试块表层海水流动情况，每次测定完表层海水浸出液pH值后，注入同种成分人工海水继续浸泡海洋人工鱼礁用混凝土试块。
5.根据权利要求1所述的低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法，其特征在于：所述碳化养护制度为不同水胶比海洋人工鱼礁用混凝土试块碳化深度提供一种预测模型，该模型为 y=ax b ；
其中，a为43.98，b为2.7，x代表水胶比，y代表碳化养护至14d的碳化深度，单位为mm。
CN202110377412.7A 2021-04-08 2021-04-08 一种低碱度海洋人工鱼礁用混凝土的制备方法 Active CN113105183B (zh)

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