一种氧化镁激发矿渣地聚物人工鱼礁及其制备方法

技术领域

本发明属于固废资源综合利用领域，通过综合利用工业源固废矿渣、海岸源固废贝壳等，涉及一种生态型地聚物人工鱼礁，特别涉及一种基于氧化镁激发矿渣地聚物人工鱼礁及其制备方法。

背景技术

我国海域广阔，拥有丰富海洋渔业资源。近海生物品种繁多，有鱼类1694 种，近海的虾蟹类600多种，沿海分布有常见藻类200多种。经济价值较大鱼类有150多种，重要的捕捞对象有带鱼、鲱、鲅、大黄鱼、小黄鱼、鲆、金线鱼、鳕、沙丁鱼、鲨鱼、鳗鱼等；具有经济价值的软体动物有乌贼、章鱼、鲍鱼、扇贝等；节肢动物有对虾、毛虾、龙虾、梭子蟹、锯缘青蟹等；还有各种藻类。丰富的海洋资源使海洋经济成为沿海地区经济发展的重要组成部分，但目前我国整体海洋水域生产利用率较低，具有较大的提升潜力。

丰富的海洋资源为推进我国海洋牧场建设提供了良好基础。海洋牧场的核心设施是人工鱼礁，其目的是改善海域生态环境，为鱼类等提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所，达到保护、增殖和提高渔获量的目的。目前全世界已有50 多个国家和地区正大力建设人工鱼礁，主要分布于地中海、加勒比海、东南亚、东亚、北美、澳洲以及太平洋诸岛国。所取得的生态、经济效益也日益显著。目前人工鱼礁建设的主要原材料为水泥混凝土材料，但水泥混凝土材料生产成本高、海洋环境中耐久性较差，碱性成分溶出也容易造成海洋生态环境污染，因此开发生产成本低、耐久性高、海洋生态性能好的新型人工鱼礁对于推进我国海洋牧场建设与海洋生态文明建设具有十分重要的意义。

随着全球温室效应日益突出，碳排放问题成为了世界关注的焦点。现代建筑离不开水泥、钢材等建筑材料，而水泥、钢材生产时不仅需要耗费大量煤炭资源，还会排放大量二氧化碳，同时还有粉煤灰、矿渣等固废堆放。因此，水泥、钢铁等材料在为人类发展进步带来助力的同时，也产生了明显的环境危害。矿渣是指矿渣是在高炉炼铁过程中的副产品。在炼铁过程中，氧化铁在高温下还原成金属铁，铁矿石中的SiO

本发明涉及一种氧化镁激发矿渣地聚物人工鱼礁及其制备方法，是以工业源固废矿渣、海岸源贝壳以及氧化镁、石膏等作为主要原材料，通过氧化镁激发矿渣活性的方法获得一种生产成本低、强度较高、耐久性较好、生态性能优异的地聚物人工鱼礁，具有显著的创新意义以及环保、工程实用价值，市场前景非常广阔。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种氧化镁激发矿渣地聚物人工鱼礁及其制备方法，所述材料为一种基于工业固废资源矿渣、海岸固废资源贝壳的地聚物材料，目的是综合利用固废资源矿渣、海岸资源贝壳生产一种人工鱼礁，显著降低现有水泥混凝土材质人工鱼礁的生产成本，提高其耐久性，降低碱性成分溶出，获得一种新型低成本、高生态性能的人工鱼礁。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种氧化镁激发矿渣地聚物人工鱼礁，所述人工鱼礁是一种基于矿渣、贝壳、氧化镁、石膏的新型地聚物材料，主要包括矿渣、氧化镁、贝壳、石膏、拌合水及外加剂；

原材料各组分的要求如下：

矿渣：钢铁冶金工业生产时排除的废渣，其比表面积350-550m

贝壳：海洋软体动物外壳，由软体动物的腺细胞的分泌物所形成的保护身体柔软部分的钙化物，具有强度高、海洋亲和性好等特点，主要成分是CaCO

激发剂：氧化镁及氢氧化钠。氧化镁：白色粉末状固体，主要成分为MgO；氢氧化钠：白色固体颗粒，主要成分Na(OH)。

石膏：白色粉末状固体，主要成分为CaSO

外加剂：聚羧酸类减水剂、消泡剂等。

拌合水：普通自来水，主要性能指标应符合行业标准《混凝土用水标准》 JGJ63的规定。

结合其试验性能指标，原材料各组分的重量份如下：

矿渣120-190份；

贝壳80-120份；

石膏20-40份；

氧化镁10-20份；

减水剂2-5份；

消泡剂1-2份；

氢氧化钠1-2份；

拌合水50-70份；

上述原材料的质量允许误差：矿渣：±1％；石膏：±1％；贝壳：±1％；氧化镁：±0.5％；减水剂：±1％；消泡剂：±0.2％；氢氧化钠：±0.2％。

上述基于氧化镁激发矿渣地聚物人工鱼礁的制备方法，包括以下步骤：

第一步，精确称取消泡剂、氢氧化钠、减水剂加入拌合水中，搅拌3min，形成均匀的拌合溶液。

第二步，按照配比精确称重各原材料，将矿渣、氧化镁、石膏、贝壳加入至搅拌锅中搅拌均匀，再加入第一步所制备的拌合溶液，以90r/min转速搅拌 120s-160s，再以50r/min转速搅拌60s-90s，将制备的浆体灌注至模具中，刮去多余浆体，将装有浆体的磨具放置在养护室中标准养护；

第三步，将第二步制备的试样标准养护2天后拆模，继续在空气环境下养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：70±5％。

与现有的水泥混凝土人工鱼礁相比，本发明的有益效果为：

1)与传统水泥混凝土人工鱼礁相比，该型氧化镁激发矿渣地聚物人工鱼礁具有更低的原材料生产成本，同时原材料的生产过程、地聚物的制备过程碳排放量少，在固废资源综合利用方面、环境保护方面具有显著的工程应用价值。采用氧化镁作为激发剂，可有效激发矿渣的火山灰活性，激发过程所生成的硅铝胶凝相强度较高，同时无氢氧化钙相生成，使该型人工鱼礁相比于水泥混凝土人工鱼礁在海洋环境中的耐久性、碱溶出性具有突出的优势。此外，作为细骨料的海洋原生材料贝壳，不仅与各种藻贝类、鱼类的亲和性好，还可有效改善人工鱼礁表面的粗糙度，有利于藻贝类附着，显著提高该型人工鱼礁对各类鱼群的诱集能力。

2)本发明将工业固废资源矿渣、海岸固废资源贝壳利用至人工鱼礁的生产中，在矿渣掺量77％、石膏掺量15％、贝壳掺量20％的条件下，养护28天的氧化镁激发矿渣地聚物材料抗压强度为47.4MPa，地聚物材料表层溶出液pH值为8.9，内部溶出液pH值为9.9，满足生态型人工鱼礁的性能要求。本发明制备的人工鱼礁强度较好，生产成本低，能耗排放少，海洋生态性能优异，具有显著的创新、环保意义和工程应用前景。

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

矿渣：辽宁省鞍钢集团在钢铁生产时排出的废渣，比表面积550m

贝壳：大连海岸源牡蛎壳，120份。

石膏：白色粉末状固体，主要成分为CaSO

氧化镁：白色粉末状固体，主要成分为MgO，天津市科密欧化学试剂厂生产，20份。

氢氧化钠：白色固体颗粒，主要成分Na(OH)，天津市东丽区天大化学试剂厂，2份。

减水剂：聚羧酸高效减水剂，5份。

消泡剂：磷酸三丁酯，2份。

拌合水：大连市自来水，70份。

制备步骤如下：

精确称量消泡剂、减水剂、氢氧化钠并加入定量拌合水中，搅拌3min使氢氧化钠均匀溶解，消泡剂、减水剂均匀分布与溶液中，获得拌合水溶液。

按照各原料配比精确称量各原材料，将矿渣、氧化镁、贝壳、石膏加入到搅拌锅中搅拌均匀，再加入上述制备的拌合水溶液，以90r/min转速搅拌160s，再以50r/min转速搅拌90s，将搅拌好的氧化镁激发矿渣基地聚物浆体浇注模具中，刮去多余浆体，将装有浆体的磨具放置于标准养护室中进行养护。

将上述制备的试样标准养护2天后拆模，继续在空气环境中养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：70±5％。

实施例2

矿渣：辽宁省鞍钢集团在钢铁生产时排出的废渣，比表面积450m

贝壳：大连海岸源牡蛎壳，100份。

石膏：白色粉末状固体，主要成分为CaSO

氧化镁：白色粉末状固体，主要成分为MgO，天津市科密欧化学试剂厂生产，15份。

氢氧化钠：白色固体颗粒，主要成分Na(OH)，天津市东丽区天大化学试剂厂，1.5份。

减水剂：聚羧酸高效减水剂，3.5份。

消泡剂：磷酸三丁酯，1.5份。

拌合水：大连市自来水，60份。

制备步骤如下：

精确称量消泡剂、减水剂、氢氧化钠并加入定量拌合水中，搅拌3min使氢氧化钠均匀溶解，消泡剂、减水剂均匀分布与溶液中，获得拌合水溶液。

按照各原料配比精确称量各原材料，将矿渣、氧化镁、贝壳、石膏加入到搅拌锅中搅拌均匀，再加入上述制备的拌合水溶液，以90r/min转速搅拌140s，再以50r/min转速搅拌75s，，将搅拌好的氧化镁激发矿渣基地聚物浆体浇注模具中，刮去多余浆体，将装有浆体的磨具放置于标准养护室中进行养护。

将上述制备的试样标准养护2天后拆模，继续在空气环境中养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：70±5％。

实施例3

矿渣：辽宁省鞍钢集团在钢铁生产时排出的废渣，比表面积350m

贝壳：大连海岸源牡蛎壳，80份。

石膏：白色粉末状固体，主要成分为CaSO

氧化镁：白色粉末状固体，主要成分为MgO，天津市科密欧化学试剂厂生产，10份。

氢氧化钠：白色固体颗粒，主要成分Na(OH)，天津市东丽区天大化学试剂厂，1份。

减水剂：聚羧酸高效减水剂，2份。

消泡剂：磷酸三丁酯，1份。

拌合水：大连市自来水，50份。

制备步骤如下：

精确称量消泡剂、减水剂、氢氧化钠并加入定量拌合水中，搅拌3min使氢氧化钠均匀溶解，消泡剂、减水剂均匀分布与溶液中，获得拌合水溶液。

按照各原料配比精确称量各原材料，将矿渣、氧化镁、贝壳、石膏加入到搅拌锅中搅拌均匀，再加入上述制备的拌合水溶液，以90r/min转速搅拌120s，再以50r/min转速搅拌60ss，，将搅拌好的氧化镁激发矿渣基地聚物浆体浇注模具中，刮去多余浆体，将装有浆体的磨具放置于标准养护室中进行养护。

实施例4(对比实施例)

水泥：P·O 42.5型普通硅酸盐水泥，252份。

贝壳：大连海岸源牡蛎壳，120份。

减水剂：聚羧酸高效减水剂，5份。

消泡剂：磷酸三丁酯，2份。

拌合水：大连市自来水，70份。

制备步骤如下：

精确称量消泡剂、减水剂并加入定量拌合水中，搅拌3min使消泡剂、减水剂均匀分布与溶液中，获得拌合水溶液。

按照各原料配比精确称量各原材料，将水泥、贝壳加入到搅拌锅中搅拌均匀，再加入上述制备的拌合水溶液，以90r/min转速搅拌160s，再以50r/min转速搅拌90s，将搅拌好的水泥浆体浇注模具中，刮去多余浆体，将装有浆体的磨具放置于标准养护室中进行养护。

将上述制备的试样标准养护2天后拆模，继续在空气环境中养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：70±5％。将实施例1-实施例4制备的试样标准养护2天后拆模，继续在空气环境中养护至相应龄期后进行相关性能测试，各实施例的生产成本、抗压强度等性能如表1 所示，在矿渣掺量77％、石膏掺量15％、贝壳掺量20％的条件下(实施例1)，养护28天的氧化镁激发矿渣地聚物材料抗压强度为48.1MPa，地聚物材料表层溶出液pH值为8.9，内部溶出液pH值为9.9，生产成本约243元/吨；而养护28天的水泥混凝土人工鱼礁试样(实施例4)在水泥：贝壳为252：120时(将氧化镁、矿渣等材料替换为水泥)抗压强度为47.3MPa，表层溶出液pH值为10.2，内部溶出液pH值为11.1，生产成本约420元/吨。相比于常规水泥混凝土人工鱼礁，本发明所述的氧化镁激发矿渣地聚物人工鱼礁生产成本低、强度较高、溶出液pH值较低，是一种经济型、环保型的新型人工鱼礁，具备较好的工程应用价值。

表1氧化镁激发矿渣地聚物人工鱼礁生产成本及部分性能

通过表1可知，本发明所述的氧化镁激发矿渣地聚物人工鱼礁原材料为矿渣等工业固废资源，生产成本较低，所制备的人工鱼礁强度较高，且表层、内部溶出液pH值均显著低于目前用量最大的水泥混凝土人工鱼礁，对海洋生态环境友好，有利于各种澡贝类海洋生物附着，提升人工鱼礁的饵料诱集效应，是一种经济型、环保型的人工鱼礁，具备较好的工程应用价值。

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。