海洋生态工程用耐蚀混凝土材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种海洋生态工程用耐蚀混凝土材料及其制备方法，所述混凝土材料包括混凝土基料和纤维增强衬料，其中纤维增强衬料的添加质量为混凝土基料体积的2‑3%，每1立方米混凝土基料由下列重量的原料加工而成：硅酸盐水泥300‑400kg，淡化海砂600‑800kg，碎石800‑1000kg（平均粒径10‑15mm），混凝土减水剂1.2‑4kg，水适量。本发明的构思为提供一种采用淡化海砂为砂料，包含纤维增强衬料的海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，其与传统的混凝土材料不同之处在于：1、淡化海砂来源广泛，取材方便，其先天受海水浸润或冲洗，较河砂或其它砂石耐海水蚀性性能优良；2、纤维增强衬料具有良好的韧性，相当于在混凝土材料中增加了若干微形的加强筋，能大大提高混凝土材料的强度。

权利要求

1.海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，其特征在于：所述混凝土材料包括混凝土基料和纤维增强衬料，其中纤维增强衬料的添加质量为混凝土基料体积的2-3%，每1立方米混凝土基料由下列重量的原料加工而成：硅酸盐水泥300-400kg，淡化海砂600-800kg，碎石800-

1000kg，混凝土减水剂1.2-4kg，水适量；所述淡化海砂按下述步骤制备获得：（1）海砂预筛：将海砂进行筛分，获取粒径小于5mm的海砂；

（2）海砂淡水净化：将步骤（1）的海砂与淡化海水按质量与体积比2:5-6的比例混合，加入适量硅藻土和活性炭，于常温搅拌处理3-5h；

（3）分离：将步骤（2）净化处理后的海砂沥干；

（4）热处理：将步骤（3）沥干的海砂于150-180℃加热处理1-1.5h，然后再次筛分，去除硅藻土和活性炭后获得淡化海砂成品。

2.根据权利要求1所述的海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，其特征在于：所述纤维增强衬料为长度30-50mm的尼龙丝，或者长度为10-20mm的聚乳酸纤维。

3.根据权利要求1所述的海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，其特征在于：所述淡化海水按下述方法制备：（1）预处理：将近海水引至蓄水池，加入所蓄海水总体积1-2.0%质量的水不溶性葡聚糖，充分搅拌均匀，于常温自然絮凝沉降3-4h；

（2）净化：步骤（1）预处理后的近海海水泵入过滤塔，所述过滤塔内装填有改性珊瑚砂填料，预处理过的近海海水经过滤塔内的填料吸附净化，充分去除氯离子和杂质，获得海砂淡化用水。

4.根据权利要求3所述的海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，其特征在于：所述改性珊瑚砂填料的加工方法如下：（a）将珊瑚砂破碎，选取粒径范围0.4-0.6mm的珊瑚砂，用海水冲洗去可见杂质，晒干备用；

（b）配置改性剂，将磁性有序介孔介质和有机膨润土混合均匀，加适量净化水搅拌均匀，用氢氧化钠调pH值至7.2-7.6，获得改性剂；

（c）将步骤（a）的珊瑚砂投入步骤（b）的改性剂中改性处理，于常温搅拌浸润4-5小时，浸润过程中补加氢氧化钠维持体系pH值7.2-7.6；

（d）步骤（c）改性处理后的珊瑚砂经沥干，于280-320℃高温焙烧0.5-1h后，冷却至常温，即作为填料装填过滤塔。

5.根据权利要求4所述的海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，其特征在于：改性剂中磁性有序介孔介质的质量分数为0.5-1.2%，有机膨润土的质量分数为0.8-1.6%。

6.根据权利要求5所述的海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，其特征在于：所述磁性有序介孔介质为磁性有序介孔炭和/或磁性有序介孔铁酸镍。

7.根据权利要求1所述的海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，其特征在于：步骤（2）中还添加有过硫酸钠，过硫酸钠的加入量为海砂质量的0.3-0.5%。

8.根据权利要求1所述的海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，其特征在于：步骤（2）中硅藻土和活性炭的加入量分别为海砂质量的2.5-3.0%。

9.一种权利要求1-8任意一项所述的海洋生态工程用耐蚀混凝土材料的制备方法，其特征在于：S1：预设混凝土基料的体积，根据体积计算各原料用量，称取配方量的硅酸盐水泥、淡化海砂和碎石于搅拌机中，先干搅混合均匀，再添加适量水湿搅20-30min；

S2：将纤维增强衬料用适量水充分分散，然后加入S1中搅拌30-45min至充分均匀，补水至足体积，然后加入配方量的减水剂，搅拌均匀至规定坍塌度即可。

说明书

海洋生态工程用耐蚀混凝土材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种海洋生态工程用耐蚀混凝土材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着我国大规模的经济社会建设，尤其是海岛生态工程设施建设日趋增多，现阶段，普通防水混凝土材料加工的设施无法抵御海水的长时间浸泡、侵蚀，降低了设施的使用寿命和使用效果。具体到海洋生态工程来说，现有的海洋生态工程混凝土设施由于受海水侵蚀，极易破坏，影响海洋生态工程生态建设的效果。为了提高海洋生态工程混凝土设施的使用寿命，能有效抗海水侵蚀，需要一种原料采集加工方便、附着力强，具有防海水侵蚀特性的高性能混凝土，以用于海水海洋生态工程设施。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种海洋生态工程用耐蚀混凝土材料。

[0004] 本发明的另一个目的在于提供一种海洋生态工程用耐蚀混凝土材料的制备方法。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0006] 海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，所述混凝土材料包括混凝土基料和纤维增强衬料，其中纤维增强衬料的添加质量为混凝土基料体积的2-3%，每1立方米混凝土基料由下列重量的原料加工而成：硅酸盐水泥300-400kg，淡化海砂600-800kg，碎石800-1000kg（平均粒径10-15mm），混凝土减水剂1.2-4kg，水适量；所述淡化海砂按下述步骤制备获得：

[0007] （1）海砂预筛：将海砂进行筛分，获取粒径小于5mm的海砂；

[0008] （2）海砂淡水净化：将步骤（1）的海砂与淡化海水按质量与体积比2:5-6的比例混合，加入适量硅藻土和活性炭，于常温搅拌处理3-5h；

[0009] （3）分离：将步骤（2）净化处理后的海砂沥干；

[0010] （4）热处理：将步骤（3）沥干的海砂于150-180℃加热处理1-1.5h，然后再次筛分，去除硅藻土和活性炭后获得淡化海砂成品。

[0011] 优选的，所述纤维增强衬料为长度30-50mm的尼龙丝，或者长度为10-20mm的聚乳酸纤维。

[0012] 本发明的构思为提供一种采用淡化海砂为砂料，包含纤维增强衬料的海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，其与传统的混凝土材料不同之处在于：1、淡化海砂来源广泛，取材方便，其先天受海水浸润或冲洗，较河砂或其它砂石耐海水蚀性性能优良；2、纤维增强衬料具有良好的韧性，相当于在混凝土材料中增加了若干微形的加强筋，能大大提高混凝土材料的强度。

[0013] 活性炭具有巨大的比表面积和丰富的三维孔隙结构，高比表面积有利于氯离子的吸附储存；硅藻土也具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定的优点；将上述两种原料混合均匀形成均匀的分散体系，用于吸附海砂浸出的氯离子，吸附效果极佳，且后续热处理过程中，还可以吸附热处理逸出的氯气，避免空气污染。

[0014] 优选的，所述淡化海水按下述方法制备：

[0015] （1）预处理：将近海水引致蓄水池，加入所蓄海水总体积1-2.0%质量的水不溶性葡聚糖，充分搅拌均匀，于常温自然絮凝沉降3-4h；

[0016] 大分子量的水不溶性葡聚糖，具有吸附和絮凝的功效（在近海海水污染物之间产生架桥功能，加速污染物沉降），同时，可以吸附重金属杂质和小分子难以絮凝的成分，絮凝预处理效果好，操作方便；

[0017] （2）净化：步骤（1）预处理后的近海海水泵入过滤塔，所述过滤塔内装填有改性珊瑚砂填料，预处理过的近海海水经过滤塔内的填料吸附净化，充分去除氯离子和杂质，获得海砂淡化用水。

[0018] 优选的，所述改性珊瑚砂填料的加工方法如下：

[0019] （a）将珊瑚砂破碎，选取粒径范围0.4-0.6mm的珊瑚砂，用海水冲洗去可见杂质，晒干备用；

[0020] （b）配置改性剂，将磁性有序介孔介质和有机膨润土混合均匀，加适量净化水搅拌均匀，用氢氧化钠调pH值至7.2-7.6，获得改性剂；

[0021] （c）将步骤（a）的珊瑚砂投入步骤（b）的改性剂中改性处理，于常温搅拌浸润4-5小时，浸润过程中补加氢氧化钠维持体系pH值7.2-7.6；

[0022] （d）步骤（c）改性处理后的珊瑚砂经沥干，于280-320℃高温焙烧0.5-1h后，冷却至常温，即作为填料装填过滤塔。

[0023] 珊瑚砂中的孔隙包括颗粒间的外孔隙与颗粒本身的内孔隙，孔隙率接近50%。相对其他材料而言，珊瑚砂质轻、多孔，在海岛上就地取材，将珊瑚砂进行改性制备滤料，用于海岛工程用水的的净化，净化效果好，滤料成本低，本申请的发明人试验过程中发现，采用天然的珊瑚砂可以实现海水一定程度的净化，但由于珊瑚砂孔隙率极高且孔径较大，吸附杂质后储存杂质的功能弱，过滤过程中杂质极易再次进入海水，影响净化效果，因此，本申请的发明人对天然的珊瑚砂进行改性，以进一步提高吸附能力，同时大大改善储存杂质的能力；

[0024] 优选的，改性剂中磁性有序介孔介质的质量分数为0.5-1.2%，有机膨润土的质量分数为0.8-1.6%。

[0025] 优选的，所述磁性有序介孔介质为磁性有序介孔炭和/或磁性有序介孔铁酸镍。

[0026] 优选的，步骤（2）中还添加有过硫酸钠，过硫酸钠的加入量为海砂质量的0.3-0.5%。

[0027] 优选的，步骤（2）中硅藻土和活性炭的加入量分别为海砂质量的2.5-3.0%。

[0028] 前述海洋生态工程用耐蚀混凝土材料的制备方法如下：

[0029] S1：预设混凝土基料的体积，根据体积计算各原料用量，称取配方量的硅酸盐水泥、淡化海砂和碎石于搅拌机中，先干搅混合均匀，再添加适量水湿搅20-30min；

[0030] S2：将纤维增强衬料用适量水充分分散，然后加入S1中搅拌30-45min至充分均匀，补水至足体积，然后加入配方量的减水剂，搅拌均匀至规定坍塌度即可。

[0031] 本发明的有益效果是：本发明采用淡化海砂为砂料，包含纤维增强衬料，其与传统的混凝土材料不同之处在于：1、淡化海砂来源广泛，取材方便，其先天受海水浸润或冲洗，较河砂或其它砂石耐海水蚀性性能优良；2、纤维增强衬料具有良好的韧性，相当于在混凝土材料中增加了若干微形的加强筋，能大大提高混凝土材料的强度。

具体实施方式

[0032] 下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

[0033] 实施例1：

[0034] 海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，所述混凝土材料包括混凝土基料和纤维增强衬料，其中纤维增强衬料的添加质量为混凝土基料体积的2%，每1立方米混凝土基料由下列重量的原料加工而成：硅酸盐水泥300kg，淡化海砂600kg，碎石800kg，混凝土减水剂1.2kg，水适量；所述淡化海砂按下述步骤制备获得：

[0035] （1）海砂预筛：将海砂进行筛分，获取粒径小于5mm的海砂；

[0036] （2）海砂淡水净化：将步骤（1）的海砂与淡化海水按质量与体积比2:5的比例混合，加入适量硅藻土和活性炭，于常温搅拌处理5h；另外还添加有过硫酸钠，过硫酸钠的加入量为海砂质量的0.3%，硅藻土和活性炭的加入量分别为海砂质量的2.5%；

[0037] （3）分离：将步骤（2）净化处理后的海砂沥干；

[0038] （4）热处理：将步骤（3）沥干的海砂于150℃加热处理1h，然后再次筛分，去除硅藻土和活性炭后获得淡化海砂成品；

[0039] 所述纤维增强衬料为长度30mm的尼龙丝，所述海洋生态工程用耐蚀混凝土材料的制备方法如下：

[0040] S1：预设混凝土基料的体积，根据体积计算各原料用量，称取配方量的硅酸盐水泥、淡化海砂和碎石于搅拌机中，先干搅混合均匀，再添加适量水湿搅20min；

[0041] S2：将纤维增强衬料用适量水充分分散，然后加入S1中搅拌30min至充分均匀，补水至足体积，然后加入配方量的减水剂，搅拌均匀至规定坍塌度即可。

[0042] 实施例2：

[0043] 海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，所述混凝土材料包括混凝土基料和纤维增强衬料，其中纤维增强衬料的添加质量为混凝土基料体积的3%，每1立方米混凝土基料由下列重量的原料加工而成：硅酸盐水泥400kg，淡化海砂800kg，碎石1000kg，混凝土减水剂4kg，水适量；所述淡化海砂按下述步骤制备获得：

[0044] （1）海砂预筛：将海砂进行筛分，获取粒径小于5mm的海砂；

[0045] （2）海砂淡水净化：将步骤（1）的海砂与淡化海水按质量与体积比2: 6的比例混合，加入适量硅藻土和活性炭，于常温搅拌处理3h；另外还添加有过硫酸钠，过硫酸钠的加入量为海砂质量的0.5%，硅藻土和活性炭的加入量分别为海砂质量的3.0%；

[0046] （3）分离：将步骤（2）净化处理后的海砂沥干；

[0047] （4）热处理：将步骤（3）沥干的海砂于180℃加热处理1.5h，然后再次筛分，去除硅藻土和活性炭后获得淡化海砂成品；

[0048] 所述纤维增强衬料为长度50mm的尼龙丝，所述海洋生态工程用耐蚀混凝土材料的制备方法如下：

[0049] S1：预设混凝土基料的体积，根据体积计算各原料用量，称取配方量的硅酸盐水泥、淡化海砂和碎石于搅拌机中，先干搅混合均匀，再添加适量水湿搅30min；

[0050] S2：将纤维增强衬料用适量水充分分散，然后加入S1中搅拌45min至充分均匀，补水至足体积，然后加入配方量的减水剂，搅拌均匀至规定坍塌度即可。

[0051] 实施例3：

[0052] 海洋生态工程用耐蚀混凝土材料，所述混凝土材料包括混凝土基料和纤维增强衬料，其中纤维增强衬料的添加质量为混凝土基料体积的2.5%，每1立方米混凝土基料由下列重量的原料加工而成：硅酸盐水泥350kg，淡化海砂700kg，碎石900kg，混凝土减水剂2.5kg，水适量；所述淡化海砂按下述步骤制备获得：

[0053] （1）海砂预筛：将海砂进行筛分，获取粒径小于5mm的海砂；

[0054] （2）海砂淡水净化：将步骤（1）的海砂与淡化海水按质量与体积比2:5的比例混合，加入适量硅藻土和活性炭，于常温搅拌处理4h；另外还添加有过硫酸钠，过硫酸钠的加入量为海砂质量的0.4%，硅藻土和活性炭的加入量分别为海砂质量的2.8%；

[0055] （3）分离：将步骤（2）净化处理后的海砂沥干；

[0056] （4）热处理：将步骤（3）沥干的海砂于160℃加热处理1.2h，然后再次筛分，去除硅藻土和活性炭后获得淡化海砂成品；

[0057] 所述纤维增强衬料为长度为15mm的聚乳酸纤维，所述海洋生态工程用耐蚀混凝土材料的制备方法如下：

[0058] S1：预设混凝土基料的体积，根据体积计算各原料用量，称取配方量的硅酸盐水泥、淡化海砂和碎石于搅拌机中，先干搅混合均匀，再添加适量水湿搅25min；

[0059] S2：将纤维增强衬料用适量水充分分散，然后加入S1中搅拌35min至充分均匀，补水至足体积，然后加入配方量的减水剂，搅拌均匀至规定坍塌度即可。

[0060] 实施例1-3中所用到的淡化海水按下述方法制备：

[0061] （1）预处理：将近海水引致蓄水池，加入所蓄海水总体积1%质量的水不溶性葡聚糖，充分搅拌均匀，于常温自然絮凝沉降4h；

[0062] （2）净化：步骤（1）预处理后的近海海水泵入过滤塔，所述过滤塔内装填有改性珊瑚砂填料，预处理过的近海海水经过滤塔内的填料吸附净化，充分去除氯离子和杂质，获得海砂淡化用水。

[0063] 上述制备方法中采用的改性珊瑚砂填料的加工方法如下：

[0064] （a）将珊瑚砂破碎，选取粒径范围0.5mm的珊瑚砂，用海水冲洗去可见杂质，晒干备用；

[0065] （b）配置改性剂，将磁性有序介孔介质和有机膨润土混合均匀，加适量净化水搅拌均匀，用氢氧化钠调pH值至7.3，获得改性剂；

[0066] （c）将步骤（a）的珊瑚砂投入步骤（b）的改性剂中改性处理，于常温搅拌浸润4.5小时，浸润过程中补加氢氧化钠维持体系pH值7.3；

[0067] （d）步骤（c）改性处理后的珊瑚砂经沥干，于300℃高温焙烧0.6h后，冷却至常温，即作为填料装填过滤塔。

[0068] 前述方案中采用的改性剂中磁性有序介孔介质的质量分数为0.5-1.2%，有机膨润土的质量分数为0.8-1.6%，所述磁性有序介孔介质为磁性有序介孔炭。

[0069] 实施例1-3的混凝土材料用于舟山某海域的海洋生态工程建设，浇筑直径1m，高度3m的混凝土基柱3个，与现有技术中的普通混凝土材料做对比，施工方法一样，浇筑12个月后进行比对观察：对比例的混凝土基柱表面有不均匀的或大或小的侵蚀斑，靠近混凝土基柱底端的侵蚀斑越多，而实验例的3个混凝土基柱外表看不出有侵蚀的迹象，耐海水侵蚀效果明显。以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。