一种海洋环境下生态型高耐久混凝土结构建造方法技术

本发明专利技术涉及一种海洋混凝土生态工程，尤其涉及一种海洋环境下生态型高耐久混凝土结构建造方法，属于海洋生态工程领域。建造方法由以下部分构成：(1)混凝土结构修建位置海区调查；(2)牡蛎眼点幼虫的培养；(3)混凝土结构的建造；(4)现场附着；(5)监测幼虫附着与管理。本发明专利技术采用海洋固着生物新型的防腐蚀技术，可以大幅度提高钢筋混凝土耐久性，同时改善该海域的生态环境，并改变了建造混凝土工程破坏生态环境的现状，反而可以修复已破坏的生态环境。

A construction method of ecotype high durability concrete structure in marine environment

【技术实现步骤摘要】
一种海洋环境下生态型高耐久混凝土结构建造方法
本专利技术涉及一种海洋混凝土生态工程，尤其涉及一种海洋环境下生态型高耐久混凝土结构建造方法，属于海洋生态工程领域。
技术介绍
海洋不仅是人类资源的宝库，也是一个天然的腐蚀环境。在海洋混凝土结构中，氯离子侵蚀导致钢筋锈蚀极大程度降低了混凝土的耐久性。为了提高混凝土的耐久性进而提高海洋混凝土结构的服役寿命，学者和技术人员提出了诸如高性能混凝土、表面涂层、FRP筋、钢筋阻锈剂和电化学防护技术等防腐措施。但这些防腐蚀技术都存在施工难度大、材料易老化耐久性不足、长期不可预见性、成本高等缺点中的一个或多个。此外，目前的防腐蚀技术容易对海洋的生态环境造成一定的影响。像电化学腐蚀法改变结构周边海域电流场，排斥了生物群落多样性的形成，对海洋生物的繁殖及发育产生不利影响；表面涂层法所采用的涂料还容易对海洋环境造成污染，破坏原有的生态环境。潮差区混凝土工程表面常覆盖着大量的固着生物，如牡蛎、藤壶等。研究表明，牡蛎和藤壶分泌的生物胶能堵塞混凝土表层毛细孔，阻碍离子和气体的出入，提高混凝土的抗渗性，进而提高其耐久性，且固着生物附着越致密，防护的效果越明显。利用海洋固着生物防腐不仅具有主动、经济、环保的特点，而且弥补了当下钢筋混凝土防腐蚀技术在潮差区和水下区的局限性。这是海洋混凝土与海洋固着生物学科交叉，开创了钢筋混凝土结构防腐蚀新兴研究领域。同时，由于近几十年沿海经济的快速发展且不注重环境保护，已造成沿海生态大规模破坏，并且已对我国海岸的生态和经济造成了巨大影响。而目前国家一系列相关政策的出台，我国海洋工程建设也将迎来一个高峰期，同时大规模建设的海洋工程及保障其周围海域稳定的防波堤使海洋本就脆弱的生态系统进一步破坏。若不采取适当的生态环境保护，必将给海洋沿岸的生态带来更大的灾难。同时大多数沿海基础设施无法拆除，且所在海域的生态需要修复，使得人们逐渐意识到在大量的基础设施上进行生态化技术的应用，可以有效改善或修复海域的生态。因此，建设具有良好生态效应的混凝土工程，或者对现有的混凝土工程生态化等来改善近海生态环境是非常重要和迫切的。因此，使牡蛎大量、致密的附着在混凝土表面，对海洋工程建设和海洋生态环境都有重大的意义。其体现在：不仅能提高混凝土的耐久性，牡蛎是“生态工程师”，还能净化水体、修复海洋环境，从而实现生态修复，促进人与自然和谐发展，达到双赢！然而，在一些海域，固着生物受外界环境的影响，经常出现附着稀疏、松散甚至无附着的现象。这给海洋环境下生态型高耐久混凝土结构的建设带来了相当大的困扰，如何让牡蛎快速、致密地在混凝土上附着、变态及快速生长是生态型高耐久混凝土结构建设最关键的一环。目前国内外对海洋固着生物的相关研究如下：一、离子对海洋固着生物幼虫附着、变态的影响国内外对于海洋固着生物幼虫附着、变态诱导的研究主要集中在溶液中的离子浓度对其的影响，深入研究的离子和物质有K+、NH3、Ca2+和Cu2+，前三种离子或者物质在适宜的浓度下均可促进牡蛎的附着或变态，但Cu2+促进作用不明显，甚至大浓度时会增加幼虫的死亡率。K+则通过影响细胞膜的行为，诱导幼虫变态；NH3则是进入细胞内，导致了细胞内的pH值上升，随后引起行为通路的神经元去极化，进而诱导固着变态。尽管在溶液中进行了较多的固着生物在聚乙烯板、贝壳、瓦片等不同物质表面的附着、变态研究，但在实际海洋混凝土工程中应用时，此类方法不容易实现或者成本太高。目前随着混凝土在海洋工程中的大量应用，特别是近期的牡蛎礁修复工程等，混凝土已经成为一种使用最普遍的海洋固着生物附着的底质材料。但是混凝土材料与传统的贝壳、石灰石、橡胶轮胎以及塑料板等有很大的不同。混凝土碱度高、钙离子高，还含有丰富的其它离子，如钾、钠离子等，对牡蛎的附着和生长有很大的影响。目前虽然有一些牡蛎礁修复工程等采用新制作的混凝土构件、废弃的混凝土等作为修复底物，但是效果并不理想。二、不同类型水泥的混凝土对海洋植物和固着生物的影响目前海洋混凝土工程几乎都采用硅酸盐水泥混凝土，其具有高的碱度(孔溶液的pH值一般在12.0～13.0)，而海水的PH值通常为7.9～8.4。由于存在碱浓度梯度，与海水接触的混凝土会持续释放出碱，进而提高这一海域海水的PH值，破坏局部的生态系统。对于其表面的固着生物附着生长具有较大的抑制作用，特别是对于碱度敏感的生物，影响极大。目前的国内外研究表明：不同水泥类型混凝土人工鱼礁对生物附着效果有显著差异，铝酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥人工鱼礁生物附着效果好，其相对于普通硅酸盐水泥混凝土，碱度较低。同样，水泥混凝土中掺加40％-60％的粉煤灰以及矿渣粉具有较好的生态效果。此外，凝石胶凝材料混凝土比水泥混凝土上附着生物的种类和数量更多，并且凝石胶凝材料含量越高，其生态化效果就越好。美国建造生态化混凝土工程采用低碱度的水泥混凝土，如铝酸盐类水泥，特别是使用矿渣硅酸盐水泥，其中矿渣取代量达50％，具有较好富集海洋植物、动物等的生态效果。通过采用碱度较低的水泥配制混凝土，可以有效地提高对碱敏感的生物量(主要为海洋植物)，但对牡蛎的附着量和附着密度提高有限。三、钙类物质对海洋固着生物附着的影响国内外的研究表明，附着底物的化学元素组成显著影响牡蛎幼虫附着、变态及后期的生长。最常用的含钙底物(石灰石和混凝土)能有效的诱导牡蛎幼虫的附着，其诱导效应与贝壳相当。这表明钙元素对牡蛎幼虫的附着、变态及生长具有至关重要的作用。最近，除了常规底物外，人们研究在水泥基材料中加入钙类物质，通过提高混凝土中钙元素的含量，研究牡蛎幼虫的附着情况。文献中采用80目的牛骨粉、碳酸钙粉以及石膏粉(掺量为水泥重量的62.5％和375％)单掺到砂浆中进行牡蛎附着实验，得到了相同条件下钙赋形态对牡蛎幼虫附着的诱导能力大小顺序为：牛骨粉>碳酸钙＝硫酸钙；碳酸钙粉掺量为砂浆重量的5％～60％(水泥重量的41.7％～500.0％)，其在掺量20％(为水泥重量的166.7％)时效果最好。虽然通过掺加牛骨粉、碳酸钙粉及石膏粉，可以增加牡蛎的附着量，但是所掺加的比例太大(钙质粉体的重量均大于水泥重量的41.7％，甚至达到了500.0％)，严重影响混凝土的力学性能以及耐久性，不适合海洋环境下的混凝土工程使用。另外，虽然牛骨粉对牡蛎的附着有较好的诱导效果，但是掺量超过水泥的10％时，都会让混凝土发霉。所以目前虽然在混凝土中掺入牛骨粉、碳酸钙等钙质物质，但是没有考虑海洋环境对混凝土结构耐久性的影响，使之根本无法在恶劣的海洋环境下应用。CN104529286专利中：从废弃物利用角度出发，在人工鱼礁中掺入水泥质量10％～20％的5mm～8mm牡蛎壳碎，得到了一种不影响生物附着、不会污染环境的混凝土。CN104938384在人工鱼礁中同时掺入水泥质量的10％～20％的150～200目生物碳酸钙粉(鱼骨、珊瑚、蛋壳和贝壳＝1:1:1:1)和贝壳碎，表现为随着碳酸钙掺量的增加，诱导的生物量逐渐增加，掺量最大(为水泥重量20％)时生物碳酸钙诱集的生物量(海洋植物、海洋生物)最多。同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋环境下生态型高耐久混凝土结构建造方法，其特征是：包括如下步骤：/n混凝土结构修建位置海区调查：调研该海区的牡蛎优势种属以及是否有牡蛎附着，并对该海区进行不同季节的气温、海水温度、溶解氧、浮游生物、总溶解无机氮、活性磷酸盐、活性硅酸盐，Ca

【技术特征摘要】
1.一种海洋环境下生态型高耐久混凝土结构建造方法，其特征是：包括如下步骤：
混凝土结构修建位置海区调查：调研该海区的牡蛎优势种属以及是否有牡蛎附着，并对该海区进行不同季节的气温、海水温度、溶解氧、浮游生物、总溶解无机氮、活性磷酸盐、活性硅酸盐，Ca2+、Zn2+、K+等进行调研，以及历年台风次数，强度等进行调研；
牡蛎眼点幼虫的培养：采集当地海域的成熟牡蛎亲贝，通过解剖法获得精子和卵子，人工授精，并在室内培养至眼点幼虫时期；培育过程使用砂滤海水，密度为2-10个/mL，每两天全量换水一次，投喂金藻或硅藻浓缩饵料，根据幼虫发育情况，投喂量由2万细胞/mL逐渐增加到9万细胞/mL；
混凝土结构的建造：采用现场浇筑的方法，将高诱导海洋固着生物附着、变态及促进生长的纤维增强生态混凝土浇筑在预先准备好的模板内，并养护14d以上；
现场附着：于牡蛎浮游幼虫集中附着变态期，在结构上加装固定架，低潮线以下部分密封围挡，上部采用80～200目的筛网和下面的密封围挡紧密连接，然后将(2)中的牡蛎眼点幼虫过滤收集后低温干露运输至施工现场，放入围挡中，放苗量为1～5个/10mL；
监测幼虫附着与管理：监测牡蛎幼虫在混凝土表面的附着情况，并根据实际情况采取相应的措施。


2.根据权利要求1所述的一种海洋环境下生态型高耐久混凝土结构建造方法，其特征是：所述的纤维增强生态混凝土由胶凝材料、碎石、砂、水、深色颜料、生物钙粉、碳酸钙粉、微量元素、短切纤维和超塑化剂制成，胶凝材料、碎石、砂、水、深色颜料、生物钙粉、碳酸钙粉、微量元素、短切纤维和超塑化剂重量配比依次为：12.5％～22.0％、39.4％～49.8％、24.9％～37.3％、6.2％～8.7％、0.2％～1.7％、0.15～1.0％、0.15～1.0％、0.1％～1.0％、0.1％～1.0％和0.02％～0.1％。


3.根据权利要求2所述的一种海洋环境下生态型高耐久混凝土结构建造方法，其特征是：所述的纤维增强生态混凝土中的原材料包括：
所述的深色颜料为：氧化铁黑、苯胺黑、炭黑、硫化锑、氧化铁红、有机颜料红中的一种或两种；并根据对混凝土的性能影响程度，进行这些颜料的改性，采用透明树脂、有机硅、二甲硅氧烷、超疏水材料中的一种进行改性处理；
所述的生物钙粉为：牛骨粉，生物碳酸钙粉包括牡蛎壳粉、鱼骨粉、鸡蛋壳粉、珊瑚粉中的一种或几种复合，其细度为100目～1000目；
所述的生物钙粉改性方法为...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕建福，胡新宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23