一种诱导海洋固着生物附着的深色硅酸盐水泥混凝土及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种诱导海洋固着生物附着的技术，尤其涉及一种诱导海洋固着生物附着的深色硅酸盐水泥混凝土及制备方法，属于海洋固着生物与海洋混凝土交叉领域。本发明专利技术材料组分为：硅酸盐水泥、矿物掺合料、碎石、砂、水、深色颜料、生物钙粉和超塑化剂。混凝土的强度和渗透性是混凝土最主要的两个性能。而在基准混凝土中掺加不同的诱导剂，都会对混凝土性能产生影响，因此，在考虑掺加不同物质促进牡蛎幼虫附着、变态及后期生长时，首先一定要从整体控制其对混凝土的强度和渗透性不产生大的影响，然后再根据各种原材料的配伍性去选择原材料，当原材料性能不能满足实际要求时，则通过对原材料的改性后再加入，从而达到我们期望的功能。

A dark Portland cement concrete and its preparation method for inducing the adhesion of marine fixed organisms

【技术实现步骤摘要】
一种诱导海洋固着生物附着的深色硅酸盐水泥混凝土及制备方法
本专利技术涉及一种诱导海洋固着生物附着的技术，尤其涉及一种诱导海洋固着生物附着的深色硅酸盐水泥混凝土及制备方法，属于海洋固着生物与海洋混凝土交叉领域。
技术介绍
钢筋混凝土广泛应用于海洋基础设施建设中，如海港码头、跨海大桥、海洋平台和海底隧道等。然而，因氯离子侵蚀导致的钢筋锈蚀问题极大的缩短了钢筋混凝土结构的服役寿命，给社会带来巨大的经济负担。迄今为止，对于海洋环境下的钢筋混凝土工程，具有代表性的防腐蚀技术主要包括高性能混凝土、表面涂层、FRP筋、钢筋阻锈剂和电化学防护技术等。这些防腐蚀技术都存在一些缺点或不足，如施工难度大、材料易老化耐久性不足、长期不可预见性、成本高等中的一个或多个。此外，目前的防腐蚀技术大多数是针对于浪溅区，而对于潮差区的防腐蚀，存在措施少、成本高以及防腐蚀效果差的问题。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。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。因此，诱导固着生物快速、致密地附着在混凝土表面是实现固着生物防腐蚀关键。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。但是截至到目前为止，防波堤等处在潮差区位置的工程，其生态化技术在国内仍处于空白状态。牡蛎是“生态工程师”，并且其主要集中在潮差区及水下30米以内，同时牡蛎喜欢附着在同类的贝壳上，形成厚厚的牡蛎礁，因此使牡蛎致密的附着于防波堤上，可以实现防波堤的生态化；另外现在的牡蛎礁破坏严重，大部分需要重新让牡蛎大规模附着实现生态修复。因此，进行海洋生态工程建设和牡蛎礁修复都可以通过牡蛎的大量繁殖来实现其生态功能。因此，如何让牡蛎快速、致密地在这些工程上附着、变态及快速生长是至关重要的。目前国内外的相关研究如下：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[1]。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[2,3]。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＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种诱导海洋固着生物附着的深色硅酸盐水泥混凝土，其特征是：由包括硅酸盐水泥、矿物掺合料、碎石、砂、水、深色颜料、生物钙粉和超塑化剂制成，硅酸盐水泥、矿物掺合料、碎石、砂、水、深色颜料、生物钙粉和超塑化剂重量配比依次为：8.5％～16.0％、3.5％～11.0％、39.4％～49.8％、24.9％～37.3％、6.2％～8.7％、0.2％～1.7％、0.2～1.7％和0.02％～0.1％。/n

【技术特征摘要】
1.一种诱导海洋固着生物附着的深色硅酸盐水泥混凝土，其特征是：由包括硅酸盐水泥、矿物掺合料、碎石、砂、水、深色颜料、生物钙粉和超塑化剂制成，硅酸盐水泥、矿物掺合料、碎石、砂、水、深色颜料、生物钙粉和超塑化剂重量配比依次为：8.5％～16.0％、3.5％～11.0％、39.4％～49.8％、24.9％～37.3％、6.2％～8.7％、0.2％～1.7％、0.2～1.7％和0.02％～0.1％。


2.根据权利要求1所述的一种诱导海洋固着生物附着的深色硅酸盐水泥混凝土，其特征是：所述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。


3.根据权利要求2所述的一种诱导海洋固着生物附着的深色硅酸盐水泥混凝土，其特征是：所述的深色颜料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。


4.根据权利要求1所述的一种诱导海洋固着生物附着的深色硅酸盐水泥混凝土，其特征是：所述的生物钙粉为牛骨粉和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。


5.根据权利要求4所述的一种诱导海洋固着生物附着的深色硅酸盐水泥混凝土，其特征...

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