[发明专利]一种用于制造混凝土人工鱼礁的低碱度胶凝材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种用于制造混凝土人工鱼礁的低碱度胶凝材料及其制备方法。

背景技术

人工鱼礁是指人为在水域中设置构造物，以改善、修复和优化水生生物栖息环境，为鱼类等生物提供索饵、繁殖、生长发育等场所，达到保护、增殖资源和提高渔获量的目的。在有效控制陆源污染，深化污染物治理的同时，近海生态环境的恢复和改善日显重要。设置人工鱼礁，发展海洋牧场被认为是近海生态修复、促进渔业增产的有效方法。人工鱼礁海洋生态修复机理是通过人工鱼礁对藻类的吸附作用、鱼礁附着生物的滤食作用、鱼礁区大量生物摄食对赤潮引发因子的抑制作用以及礁体阻碍海底有机物的释放等功能机理，降低水体富营养化程度，起到净化水质与减少赤潮发生的效用。

人工鱼礁投放后礁体很快就被大型藻类所附着，海藻数量大大增加，如江蓠、马尾藻、石莼、浒苔、紫菜等。海藻的生长需要大量吸收海水中的氮、磷等营养物质，同时，由于藻类在生长过程中的光合作用具有吸收CO₂，释放氧气等的一系列净化水质环境的作用，这对减少赤潮发生是至关重要的。此外，人工鱼礁的建设可以阻止底拖网作业滥捕。建设海洋牧场形成一个良好的海洋生态系统，通过种类间的相互作用，抑制赤潮生物爆发性繁殖，由于涡流的作用降低赤潮生物的物理性聚集。人工鱼礁具有诱鱼与聚鱼的作用，因此，大量生物的摄食通过上述效应，可抑制赤潮生物引发赤潮发生的可能性。

建设人工鱼礁除对生态环境修复与改善，保护和诱集鱼类、促进渔业增产外，还在防止海岸侵蚀、保护沙滩，同时促进旅游垂钓、海底潜水、休闲生态旅游发展等方面具有重要的意义。由于排海污染物居高不下，海洋环境质量持续恶化，导致海洋生态灾害日益严重。与此同时，对鱼类资源的过度捕捞，特别是近海大陆架的底拖网作业，也造成海底生态的严重破坏，导致渔业资源的严重衰退。由于资源量的下降，渔业生物对陆源排海的有机物污染的消耗和净化能力大大降低，导致海洋的自净和更新功能减弱，间接造成污染积累的增加和污染面积的扩大，赤潮频发，海洋生态环境遭到严重破坏。因此，不但海洋渔业发展受到影响，沿海城市的生态环境和人民的生活质量也面临严重威胁。

早期的人工鱼礁多采用天然石、砖、植物等原料建造人工鱼礁，后来废旧汽车、轮胎、船、油罐等被大量用于人工鱼礁的建设。这些天然材料及废弃物人工鱼礁存在礁体空腔布局不合理、体积空间小等缺点，特别是废旧汽车、轮胎、船、油罐等，还可在海水中释放出大量有害物质。鉴于上述原因，世界许多沿海国家纷纷发展混凝土人工鱼礁。

用混凝土来建造人工鱼礁具有一系列优点，混凝土材料可以制备出形状多样、规格各异、结构复杂、外形美观的人工鱼礁体。然而普通水泥混凝土碱性强，pH值通常大于12.7，而海水的pH值约为8.3。由于混凝土中Ca(OH)₂在海水中的不断溶解，导致礁体表面及附近海水pH值大大升高，这种强碱性条件对普通海洋生物的育成具有危害作用。它破坏对水产资源有益的藻类及微生物的栖息环境，造成鱼类等幼仔缺乏饵料而难以生存，所以普通混凝土不能直接用来建造人工鱼礁。

为了降低普通混凝土的碱性，许多研究采用粉煤灰、二氧化硅超细粉等活性细掺料以抑制Ca(OH)₂的大量生成，以及通过在湿热的CO₂气氛中蒸养等手段，使普通混凝土的碱度降低。但由于粉煤灰等掺合料的大量加入，使混凝土的早期强度下降。而采用二氧化硅超细粉则使鱼礁成本大大提高。而采用湿热的CO₂气氛中蒸养技术，却会生成大量的CaCO₃，它会助长石灰藻的繁殖，而对水产资源有益的硅藻类、绿藻类、褐藻类和红藻类及微生物的生长却大为不利。

上述降低混凝土碱性的方法都是基于使用普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料。因为普通硅酸盐水泥中含有大量的硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，这些矿物的水化产物都会产生大量的Ca(OH)₂。因此以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料所制备的混凝土在与海水接触时都会有Ca(OH)₂长时间的向表层扩散，使混凝土表面长期保持高碱性，不利于对水产有利的藻类、微生物和水生植物的生长，也不利于鱼、虾、贝类的繁殖与栖息。

发明内容