本發明涉及一種海洋生態工程用耐蝕混凝土預制件及其制備方法。
背景技術：
隨著我國大規模的經濟社會建設，尤其是海島生態工程設施建設日趨增多，現階段，普通防水混凝土預制件加工的設施無法抵御海水的長時間浸泡、侵蝕，降低了設施的使用壽命和使用效果。具體到海洋生態工程來說，現有的海洋生態工程混凝土設施由于受海水侵蝕，極易破壞，影響海洋生態工程生態建設的效果。為了提高海洋生態工程混凝土設施的使用壽命，能有效抗海水侵蝕，需要一種原料采集加工方便、附著力強，具有防海水侵蝕特性的高性能混凝土，以用于海水海洋生態工程預制件的加工。
技術實現要素：
本發明的目的在于解決現有技術的不足，提供一種海洋生態工程用耐蝕混凝土預制件。
本發明的另一個目的在于提供一種海洋生態工程用耐蝕混凝土預制件的制備方法。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
海洋生態工程用耐蝕混凝土預制件，所述混凝土預制件由混凝土基料、纖維增強襯料和鋼制筋梁加工而成，其中纖維增強襯料的添加質量為混凝土基料體積的3-5%，每1立方米混凝土基料由下列重量的原料加工而成：硅酸鹽水泥300-400kg，淡化海砂600-800kg，碎石800-1000kg，混凝土減水劑1.2-4kg，水適量；混凝土預制件的制備方法包括下列步驟：
S1：制備混凝土基料：
（1）：預設混凝土基料的體積，根據體積計算各原料用量，稱取配方量的硅酸鹽水泥、淡化海砂和碎石于攪拌機中，先干攪混合均勻，再添加適量水濕攪20-30min；
（2）：將纖維增強襯料用適量水充分分散，然后加入（1）中攪拌30-45min至充分均勻，補水至足體積，然后加入配方量的減水劑，攪拌均勻至規定坍塌度即可；
S2：備置模具，模具內安置好鋼制筋梁；
S3：澆注：將S1制得的混凝土基料注入模具內；
S4：預養：澆注后將模具置于預養室內，于60-70℃預養1-2h；
S5：脫模、切割：預養結束后脫去模具，然后進行切割，獲得混凝土預制件半成品；
S6：蒸養：將步驟S5獲得的混凝土預制件半成品置于蒸養室內恒壓蒸養獲得混凝土預制件成品，所述蒸養室內蒸氣壓力為1.2-1.4Mpa，溫度為160-180℃，恒壓蒸養的時間為2-3h。
優選的，所述淡化海砂按下述步驟制備獲得：
（1）海砂預篩：將海砂進行篩分，獲取粒徑小于5mm的海砂；
（2）海砂淡水凈化：將步驟（1）的海砂與淡化海水按質量與體積比2:5-6的比例混合，加入適量硅藻土，于常溫攪拌處理1-2h；
（3）分離：將步驟（2）凈化處理后的海砂瀝干；
（4）熱處理：將步驟（3）瀝干的海砂于150-160℃加熱處理1-1.5h，然后再次篩分，去除硅藻土后獲得淡化海砂成品。
優選的，所述纖維增強襯料為長度30-50mm的尼龍絲，或者長度為10-20mm的竹炭纖維。
本發明的構思為提供一種采用淡化海砂為砂料，包含纖維增強襯料的海洋生態工程用耐蝕混凝土預制件，其與傳統的混凝土預制件不同之處在于：1、淡化海砂來源廣泛，取材方便，其先天受海水浸潤或沖洗，較河砂或其它砂石耐海水蝕性性能優良；2、纖維增強襯料具有良好的韌性，相當于在混凝土預制件中增加了若干微形的加強筋，能大大提高混凝土預制件的強度。
活性炭具有巨大的比表面積和豐富的三維孔隙結構，高比表面積有利于氯離子的吸附儲存，用于吸附海砂浸出的氯離子，吸附效果極佳，且后續熱處理過程中，還可以吸附熱處理逸出的氯氣，避免空氣污染。
優選的，所述淡化海水按下述方法制備：
（1）（1）預處理：將近海水引致蓄水池，加入所蓄海水總體積1-1.5%質量的水不溶性葡聚糖，充分攪拌均勻，于常溫自然絮凝沉降3-4h；
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間產生架橋功能，加速污染物沉降），同時，可以吸附重金屬雜質和小分子難以絮凝的成分，絮凝預處理效果好，操作方便；
（2）凈化：步驟（1）預處理后的近海海水泵入過濾塔，所述過濾塔內裝填有改性珊瑚砂填料，預處理過的近海海水經過濾塔內的填料吸附凈化，充分去除氯離子和雜質，獲得海砂淡化用水。
優選的，所述改性珊瑚砂填料的加工方法如下：
（a）將珊瑚砂破碎，選取粒徑范圍0.4-0.6mm的珊瑚砂，用海水沖洗去可見雜質，曬干備用；
（b）配置改性劑，將磁性有序介孔介質和有機膨潤土混合均勻，加適量凈化水攪拌均勻，用氫氧化鈉調pH值至7.2-7.6，獲得改性劑；
（c）將步驟（a）的珊瑚砂投入步驟（b）的改性劑中改性處理，于常溫攪拌浸潤4-5小時，浸潤過程中補加氫氧化鈉維持體系pH值7.2-7.6；
（d）步驟（c）改性處理后的珊瑚砂經瀝干，于280-320℃高溫焙燒0.5-1h后，冷卻至常溫，即作為填料裝填過濾塔。
珊瑚砂中的孔隙包括顆粒間的外孔隙與顆粒本身的內孔隙，孔隙率接近50%。相對其他預制件而言，珊瑚砂質輕、多孔，在海島上就地取材，將珊瑚砂進行改性制備濾料，用于海島工程用水的的凈化，凈化效果好，濾料成本低，本申請的發明人試驗過程中發現，采用天然的珊瑚砂可以實現海水一定程度的凈化，但由于珊瑚砂孔隙率極高且孔徑較大，吸附雜質后儲存雜質的功能弱，過濾過程中雜質極易再次進入海水，影響凈化效果，因此，本申請的發明人對天然的珊瑚砂進行改性，以進一步提高吸附能力，同時大大改善儲存雜質的能力；
優選的，改性劑中磁性有序介孔介質的質量分數為0.5-1.2%，有機膨潤土的質量分數為0.8-1.6%。
優選的，所述磁性有序介孔介質為磁性有序介孔炭和/或磁性有序介孔鐵酸鎳。
優選的，步驟（2）中還添加有過硫酸鈉，過硫酸鈉的加入量為海砂質量的0.3-0.5%。
優選的，步驟（2）中硅藻土的加入量分別為海砂質量的2.5-3.0%。
本發明的有益效果是：本發明采用淡化海砂為砂料，包含纖維增強襯料，其與傳統的混凝土預制件不同之處在于：1、淡化海砂來源廣泛，取材方便，其先天受海水浸潤或沖洗，較河砂或其它砂石耐海水蝕性性能優良；2、纖維增強襯料具有良好的韌性，相當于在混凝土預制件中增加了若干微形的加強筋，能大大提高混凝土預制件的強度。
具體實施方式
下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步的具體說明。
實施例1：
海洋生態工程用耐蝕混凝土預制件，所述混凝土預制件由混凝土基料、纖維增強襯料和鋼制筋梁加工而成，其中纖維增強襯料的添加質量為混凝土基料體積的3%，每1立方米混凝土基料由下列重量的原料加工而成：硅酸鹽水泥300kg，淡化海砂600kg，碎石800kg，混凝土減水劑1.2kg，水適量；混凝土預制件的制備方法包括下列步驟：
S1：制備混凝土基料：
（1）：預設混凝土基料的體積，根據體積計算各原料用量，稱取配方量的硅酸鹽水泥、淡化海砂和碎石于攪拌機中，先干攪混合均勻，再添加適量水濕攪20min；
（2）：將纖維增強襯料用適量水充分分散，然后加入（1）中攪拌30min至充分均勻，補水至足體積，然后加入配方量的減水劑，攪拌均勻至規定坍塌度即可；
S2：備置模具，模具內安置好鋼制筋梁；
S3：澆注：將S1制得的混凝土基料注入模具內；
S4：預養：澆注后將模具置于預養室內，于60℃預養2h；
S5：脫模、切割：預養結束后脫去模具，然后進行切割，獲得混凝土預制件半成品；
S6：蒸養：將步驟S5獲得的混凝土預制件半成品置于蒸養室內恒壓蒸養獲得混凝土預制件成品，所述蒸養室內蒸氣壓力為1.2Mpa，溫度為180℃，恒壓蒸養的時間為2h；
所述纖維增強襯料為長度30-50mm的尼龍絲。
實施例2：
海洋生態工程用耐蝕混凝土預制件，所述混凝土預制件由混凝土基料、纖維增強襯料和鋼制筋梁加工而成，其中纖維增強襯料的添加質量為混凝土基料體積的5%，每1立方米混凝土基料由下列重量的原料加工而成：硅酸鹽水泥400kg，淡化海砂800kg，碎石1000kg，混凝土減水劑4kg，水適量；混凝土預制件的制備方法包括下列步驟：
S1：制備混凝土基料：
（1）：預設混凝土基料的體積，根據體積計算各原料用量，稱取配方量的硅酸鹽水泥、淡化海砂和碎石于攪拌機中，先干攪混合均勻，再添加適量水濕攪30min；
（2）：將纖維增強襯料用適量水充分分散，然后加入（1）中攪拌45min至充分均勻，補水至足體積，然后加入配方量的減水劑，攪拌均勻至規定坍塌度即可；
S2：備置模具，模具內安置好鋼制筋梁；
S3：澆注：將S1制得的混凝土基料注入模具內；
S4：預養：澆注后將模具置于預養室內，于70℃預養2h；
S5：脫模、切割：預養結束后脫去模具，然后進行切割，獲得混凝土預制件半成品；
S6：蒸養：將步驟S5獲得的混凝土預制件半成品置于蒸養室內恒壓蒸養獲得混凝土預制件成品，所述蒸養室內蒸氣壓力為1.4Mpa，溫度為180℃，恒壓蒸養的時間為3h；
所述纖維增強襯料為長度10-20mm的竹炭纖維。
實施例3：
海洋生態工程用耐蝕混凝土預制件，其特征在于：所述混凝土預制件由混凝土基料、纖維增強襯料和鋼制筋梁加工而成，其中纖維增強襯料的添加質量為混凝土基料體積的4%，每1立方米混凝土基料由下列重量的原料加工而成：硅酸鹽水泥350kg，淡化海砂700kg，碎900kg，混凝土減水劑2.5kg，水適量；混凝土預制件的制備方法包括下列步驟：
S1：制備混凝土基料：
（1）：預設混凝土基料的體積，根據體積計算各原料用量，稱取配方量的硅酸鹽水泥、淡化海砂和碎石于攪拌機中，先干攪混合均勻，再添加適量水濕攪25min；
（2）：將纖維增強襯料用適量水充分分散，然后加入（1）中攪拌40min至充分均勻，補水至足體積，然后加入配方量的減水劑，攪拌均勻至規定坍塌度即可；
S2：備置模具，模具內安置好鋼制筋梁；
S3：澆注：將S1制得的混凝土基料注入模具內；
S4：預養：澆注后將模具置于預養室內，于65℃預養1.5h；
S5：脫模、切割：預養結束后脫去模具，然后進行切割，獲得混凝土預制件半成品；
S6：蒸養：將步驟S5獲得的混凝土預制件半成品置于蒸養室內恒壓蒸養獲得混凝土預制件成品，所述蒸養室內蒸氣壓力為1.3Mpa，溫度為170℃，恒壓蒸養的時間為2.5h；
所述纖維增強襯料為長度30-50mm的尼龍絲。
本發明實施例1-3中的淡化海砂按下述步驟制備獲得：
（1）海砂預篩：將海砂進行篩分，獲取粒徑小于5mm的海砂；
（2）海砂淡水凈化：將步驟（1）的海砂與淡化海水按質量與體積比2:5的比例混合，加入適量硅藻土，于常溫攪拌處理5h；另外還添加有過硫酸鈉，過硫酸鈉的加入量為海砂質量的0.3%，硅藻土的加入量為海砂質量的2.5%；
（3）分離：將步驟（2）凈化處理后的海砂瀝干；
（4）熱處理：將步驟（3）瀝干的海砂于150℃加熱處理1h，然后再次篩分，去除硅藻土后獲得淡化海砂成品。
前述所用到的淡化海水按下述方法制備：
（1）預處理：將近海水引致蓄水池，加入所蓄海水總體積1%質量的水不溶性葡聚糖，充分攪拌均勻，于常溫自然絮凝沉降4h；
（2）凈化：步驟（1）預處理后的近海海水泵入過濾塔，所述過濾塔內裝填有改性珊瑚砂填料，預處理過的近海海水經過濾塔內的填料吸附凈化，充分去除氯離子和雜質，獲得海砂淡化用水。
上述制備方法中采用的改性珊瑚砂填料的加工方法如下：
（a）將珊瑚砂破碎，選取粒徑范圍0.5mm的珊瑚砂，用海水沖洗去可見雜質，曬干備用；
（b）配置改性劑，將磁性有序介孔介質和有機膨潤土混合均勻，加適量凈化水攪拌均勻，用氫氧化鈉調pH值至7.3，獲得改性劑；
（c）將步驟（a）的珊瑚砂投入步驟（b）的改性劑中改性處理，于常溫攪拌浸潤4.5小時，浸潤過程中補加氫氧化鈉維持體系pH值7.3；
（d）步驟（c）改性處理后的珊瑚砂經瀝干，于300℃高溫焙燒0.6h后，冷卻至常溫，即作為填料裝填過濾塔。
前述方案中采用的改性劑中磁性有序介孔介質的質量分數為0.5-1.2%，有機膨潤土的質量分數為0.8-1.6%，所述磁性有序介孔介質為磁性有序介孔炭。
實施例1-3的混凝土預制件用于舟山某海域的海洋生態工程建設，澆筑直徑1m，長度3m的混凝土基柱3個，與現有技術中的普通混凝土預制件做對比，施工方法一樣，施工12個月后進行比對觀察：對比例的混凝土基柱表面有不均勻的或大或小的侵蝕斑，靠近混凝土基柱底端的侵蝕斑越多，而實驗例的3個混凝土基柱外表看不出有侵蝕的跡象，耐海水侵蝕效果明顯。以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，并非對本發明作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。