導(dǎo)語(yǔ)：水產(chǎn)養(yǎng)殖類廢棄物在混凝土的應(yīng)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：水產(chǎn)養(yǎng)殖廢棄物在混凝土中的應(yīng)用大大減少了傳統(tǒng)混凝土帶給生態(tài)環(huán)境的壓力。利用水產(chǎn)養(yǎng)殖廢棄物作為混凝土中水泥替代、骨料替代，有巨大的潛力和價(jià)值。本文介紹了水產(chǎn)養(yǎng)殖廢棄物在混凝土中應(yīng)用的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖；廢棄物；水泥；混凝土

混凝土是世界上用量最大的建筑材料之一，成分由水泥、骨料、水及外加劑組成。全球每年混凝土消耗量接近175億噸，所需骨料約130億噸，水泥約26億噸[1]。過(guò)度以采石和采礦收集骨料會(huì)導(dǎo)致自然資源枯竭，直接造成生態(tài)壞境負(fù)面影響。為了防止混凝土生產(chǎn)對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞，研究人員多年來(lái)一直在尋找可行的替代物以更好地開(kāi)展混凝土制造工作。目前，發(fā)現(xiàn)的可替代性水產(chǎn)養(yǎng)殖類廢棄物有牡蠣殼、文蛤殼、貽貝殼、扇貝殼。水產(chǎn)養(yǎng)殖類廢棄物易獲得，且可為混凝土提供良好的質(zhì)量。

1水產(chǎn)養(yǎng)殖類廢棄物在混凝土中的研究進(jìn)展

水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)物經(jīng)捕撈或養(yǎng)殖通常被用作海鮮食材。在養(yǎng)殖和食用的過(guò)程中，往往會(huì)產(chǎn)生大量的水產(chǎn)養(yǎng)殖類廢棄物。這些廢棄物通常被傾倒或填埋，沒(méi)有任何再利用價(jià)值，如何更好地利用這些廢棄物，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)循環(huán)，成為了一個(gè)全新的課題。中國(guó)是雙殼軟體動(dòng)物的主要生產(chǎn)國(guó)，2010年產(chǎn)量為1035萬(wàn)噸，占全球雙殼貝類產(chǎn)量的70.8%，占全球雙殼軟體動(dòng)物水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量的80%[2]。通過(guò)大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水產(chǎn)養(yǎng)殖類廢棄物可用作混凝土中的部分替代材料。

1.1牡蠣殼

牡蠣是世界上第一大養(yǎng)殖貝類，是可利用的重要海洋生物資源之一。牡蠣味道鮮美，營(yíng)養(yǎng)豐富，深受消費(fèi)者喜愛(ài)。但大量的牡蠣殼作為垃圾丟棄，造成了對(duì)環(huán)境不可挽回的破壞。實(shí)際上，牡蠣殼中含有90%以上的CaCO3，是一種寶貴資源。牡蠣殼可作為骨料在混凝土中應(yīng)用。Yang等[3]發(fā)現(xiàn)，較高的牡蠣殼替代量可能對(duì)混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度、彈性模量產(chǎn)生負(fù)面影響。混凝土強(qiáng)度降低的主要原因是隨牡蠣殼含量的增加，混凝土含氣量隨之增加。當(dāng)牡蠣殼在合適摻量下，牡蠣殼混凝土的早期抗壓強(qiáng)度不會(huì)降低[4]。即使牡蠣殼與水泥漿混合，也不會(huì)影響水泥的水合作用。牡蠣殼僅作為混凝土混合物中的填料[5]。此外，牡蠣殼混凝土的彈性模量隨牡蠣殼厚度的增加而降低。研究人員考慮了強(qiáng)度和可加工性，發(fā)現(xiàn)牡蠣殼作為粗骨料的最佳粒徑范圍為10~13mm[6]。在牡蠣殼混凝土的耐久性方面，由于牡蠣殼的摻入，混凝土的抗凍融性和透水性也有一定的改善，這是因?yàn)榧?xì)小的牡蠣殼顆粒填滿了混凝土試件中散布的氣孔。然而，牡蠣殼對(duì)混凝土的碳化和化學(xué)侵蝕沒(méi)有明顯影響[5]。在工作性方面，當(dāng)牡蠣殼替代細(xì)骨料時(shí)，由于組成材料之間的粘聚力降低，使得混凝土坍落值較大。牡蠣殼砂表面較不規(guī)則，這意味著在混凝土攪拌過(guò)程中容易產(chǎn)生顆粒摩擦，進(jìn)而影響水泥砂漿的流動(dòng)性，降低水泥砂漿的工作性能[6]。用牡蠣殼替代水泥砂漿中的砂，Kuo等[7]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)牡蠣殼砂的摻量達(dá)到20%時(shí)，水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度沒(méi)有明顯降低，且適量的粉煤灰和牡蠣殼砂摻入可填充材料孔隙，降低了吸水率，這是因?yàn)榉勖夯业膿饺胧鼓迪牃に嗌皾{的性能得到改善，提高了水泥砂漿的力學(xué)強(qiáng)度和抗化學(xué)腐蝕性，彌補(bǔ)了用牡蠣殼砂替代砂帶來(lái)的材料結(jié)構(gòu)缺陷，降低了試件的吸水率和收縮率，提高了骨料-砂漿界面的粘結(jié)強(qiáng)度[6]。通過(guò)對(duì)牡蠣、文蛤、貽貝、扇貝四種廢棄貝類作為水泥替代物進(jìn)行對(duì)比研究，Lertwattanaruk等[8]發(fā)現(xiàn)，磨碎的貝殼中含有96%~97%的CaCO3，且牡蠣殼的碾磨細(xì)度比其他貝殼的細(xì)度高。與普通砂漿相比，在硅酸鹽水泥中摻入磨碎的牡蠣，砂漿的干縮率降低。與文蛤相比，摻入磨碎牡蠣的砂漿的收縮率比摻入磨碎文蛤的砂漿高。

1.2文蛤殼

文蛤又稱蛤蜊，其貝殼背緣略呈三角形，腹緣呈圓形，兩殼相等，殼長(zhǎng)略大于殼高，殼質(zhì)堅(jiān)厚，通常被用作食物，食用后剩下的硬殼通常被視為廢物.Falade[9]在20世紀(jì)90年代就發(fā)現(xiàn)文蛤殼可用來(lái)生產(chǎn)中等強(qiáng)度的輕質(zhì)混凝土。文蛤殼富含鈣，易與水泥制品結(jié)合。但是，隨著文蛤殼在混凝土中摻量的增加，水泥漿體的比例不足以與文蛤殼形成有效粘結(jié)，這不僅降低混凝土的抗壓和抗折強(qiáng)度，同時(shí)混凝土的加工性和密度也降低。Adewuyi和Adegoke[10]發(fā)現(xiàn)，文蛤殼混凝土強(qiáng)度取決于文蛤殼的性能和取代率，且文蛤殼自身密度較低，這也就很好地解釋了Falade發(fā)現(xiàn)的文蛤殼混凝土隨摻量增加而強(qiáng)度下降的問(wèn)題。因此，Osarenmwinda和Awaro[11]專門(mén)對(duì)文蛤殼作為混凝土粗骨料的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在配合比為1:1:2,1:2:3和1:2:4時(shí)，文蛤殼混凝土可達(dá)到輕質(zhì)混凝土推薦的最低強(qiáng)度17N/mm2，其中配合比為1:1:2的抗壓強(qiáng)度最高，可達(dá)25.67N/mm2。這為在使用文蛤殼替代混凝土粗骨料方面提供了參考。將文蛤殼煅燒可生成文蛤殼灰。在文蛤殼灰作為混凝土水泥的部分替代及其在不同濃度的MgSO4溶液中暴露對(duì)混凝土耐久性能影響的試驗(yàn)中，Umoh和Olusola[12]使用文蛤殼灰替換了水泥體積的0-40%，養(yǎng)護(hù)28d后分別加入1%、3%和5%的MgSO4溶液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硫酸鹽濃度、文蛤殼灰含量和暴露時(shí)間對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度均有影響。MgSO4溶液對(duì)未摻文蛤殼灰的混凝土影響要比摻入文蛤殼灰的混凝土嚴(yán)重。此外，文蛤殼灰混凝土的抗壓強(qiáng)度損失增加，到92d后開(kāi)始下降，預(yù)計(jì)待火山灰完全消耗了有害的水化產(chǎn)物，文蛤殼灰混凝土的強(qiáng)度損失才會(huì)進(jìn)一步降低。最終得出，10%的文蛤殼灰替代量具有最好的表現(xiàn)。

1.3貽貝殼

貽貝是一種雙殼類軟體動(dòng)物，殼呈黑褐色，生活在海濱巖石上，大量分布于我國(guó)黃海、渤海及東海沿岸。貽貝殼呈楔形，前端尖細(xì)，后端寬廣而圓，一般殼長(zhǎng)6~8cm。從貽貝殼的化學(xué)成分看，其不具有火山灰的性質(zhì)，不過(guò)從貽貝殼中很可能提取到石灰石。石灰石是一種含有98%以上CaCO3的細(xì)骨料。Ballester等[13]首先洗滌去除貝殼中的鹽分，隨后高溫加熱貽貝殼去除水和有機(jī)物，最后煅燒研磨成石灰石粉。粉末狀的貽貝殼含有96%的CaCO3及少量雜質(zhì)。將貽貝殼中獲得的石灰石用作砂漿骨料，與采石場(chǎng)石灰石相比，前者的力學(xué)性能較后者有所改善。貽貝殼的研磨顆粒呈細(xì)長(zhǎng)的針狀，貽貝砂漿的內(nèi)部呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔隙較小，大大改善了混凝土的力學(xué)性能。雖然摻入貽貝殼的砂漿抗壓強(qiáng)度不如摻入文蛤殼和牡蠣殼的砂漿，但從實(shí)際應(yīng)用角度考慮，貽貝殼的摻入對(duì)于砂漿的抗壓強(qiáng)度來(lái)講是足夠的[9]。Lertwattanaruk等[8]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磨碎的貽貝殼摻入砂漿時(shí)，可降低砂漿的用水量，提高砂漿的工作性。用磨碎的貽貝替代砂漿，與普通砂漿相比，砂漿的干縮率得到很好的提高。貽貝殼的扁平、片狀形狀會(huì)導(dǎo)致混凝土坍落值降低，同時(shí)也會(huì)影響混合物內(nèi)部的粘結(jié)。Martínez-García等[2]發(fā)現(xiàn)，貽貝殼成分中的有機(jī)物會(huì)導(dǎo)致骨料-漿體粘結(jié)力降低，孔隙率增大，影響水化過(guò)程。此外，貽貝殼中有機(jī)物的存在會(huì)延遲凝結(jié)并增加漿體粘度，從而導(dǎo)致混合物的流動(dòng)性降低。

1.4扇貝殼

扇貝是我國(guó)重要的貝類養(yǎng)殖類品種，貝殼多呈圓盤(pán)或圓扇形。與普通混凝土相比，Rica等[14]發(fā)現(xiàn)碎扇貝殼的摻入增加了混凝土的滯留空氣。此外，從碎扇貝殼中滲出的可溶性物質(zhì)會(huì)影響水泥漿體性能的發(fā)揮。這些都是導(dǎo)致混凝土的力學(xué)性能降低的原因。不過(guò)，其同時(shí)增加了混凝土的孔隙率，有利于流體和氯離子在混凝土中的遷移?？梢岳谜{(diào)整配合比的方式對(duì)扇貝殼混凝土的性能進(jìn)行改善。王冬麗等[15]發(fā)現(xiàn)，扇貝表面上的甲殼質(zhì)可形成致密結(jié)構(gòu)，有利于抗凍融性。在凍融循環(huán)結(jié)束時(shí)，扇貝殼幾乎完整無(wú)缺，扇貝殼混凝土試塊在損壞時(shí)很少在殼內(nèi)破裂，幾乎沒(méi)有損壞殼的內(nèi)部。扇貝外殼的抗凍性為將來(lái)可應(yīng)對(duì)低溫條件的建筑材料提供了條件。

2結(jié)語(yǔ)

綜上，不同水產(chǎn)養(yǎng)殖廢棄物在混凝土領(lǐng)域具有巨大潛能。從用途看，大致可分為用作水泥替代、骨料替代。從利益性看，廉價(jià)的廢棄物可為混凝土生產(chǎn)帶來(lái)極低成本，且在不同功能混凝土成分的替代上，廢棄物所發(fā)揮的特質(zhì)可基本滿足要求。從可用性看，大部分的水產(chǎn)養(yǎng)殖類廢棄物可改善混凝土工作性、力學(xué)性能和耐久性。不過(guò)，水產(chǎn)養(yǎng)殖類廢棄物的摻入也可能降低混凝土的性能。但根據(jù)大量試驗(yàn)判斷，通過(guò)控制水產(chǎn)養(yǎng)殖類廢棄物摻量的大小可改善混凝土性能。同時(shí)，影響水產(chǎn)養(yǎng)殖類廢棄物混凝土性能的還有廢棄物材料的選擇，不同的廢棄物材料在試驗(yàn)中顯示的數(shù)據(jù)大不相同。材料的預(yù)處理方式不同也會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的偏差。所以，選取合適的試驗(yàn)材料，采用恰當(dāng)?shù)念A(yù)處理方法都有助于提高水產(chǎn)養(yǎng)殖類廢棄物混凝土的力學(xué)性能和耐久性等。

作者：魏毋憂 王煒 馬坤 楊佳男 單位：火箭軍工程大學(xué)作戰(zhàn)保障學(xué)院