钢渣绿色人工鱼礁的制备开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

人工鱼礁是人为在海中设置的构造物,其目的是改善海域生态环境,营造海洋生物栖息的良好环境,为鱼类等提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所,达到保护、增殖和提高渔获量的目的。目前国内外已经广泛的开展人工鱼礁建设,进行近海海洋生物栖息地和渔场的修复,而且取得了较好的效果。

其实,最初的人工鱼礁是以诱集鱼类,造成渔场,以便于捕获为目的,而且是以鱼类为对象,所以叫做人工鱼礁或渔获性鱼礁；又因为鱼礁作为捕捞技术的副渔具用来诱集鱼类,进行捕捞生产,所以曾使用渔礁（FishingReef）一词。后来,随着人工鱼礁的发展,鱼礁的用途和诱集的对象也在不断扩大,鱼礁不仅仅用于诱集鱼类进行捕捞,而且给鱼类提供一个良好的生息繁殖场所,起到保护、培育鱼类资源的作用,因此就采用了鱼礁（FishReef）这一词语。又因为人工鱼礁不仅仅能诱集、培育鱼类,而且它同时可以诱集、培育许多不同的虾类、蟹类、贝类、藻类等,因此所谓人工鱼礁一词的鱼字,目前已广泛地将生物对象扩大到上述水产生物上了。为了更能全面地概括现代人工鱼礁的真正含义,1988年在美国召开的第4届国际人工鱼礁会议

上把人工鱼礁（ArtificialReef）正式改名为人工所（ArtificialHabita)旨

在扩大其功能范围,即能积极提高当地海域的总体生产力,发挥生态基质的作用,以期

能在实质上提高基础生产量和生产值,而不仅仅限于副渔具诱集鱼类之效而已。

综上所述,现阶段人工鱼礁的概念可解释为：人工鱼礁是人们为了诱集并捕捞鱼类,保护、增殖鱼类等水产资源,改善水域环境,进行休闲渔业活动等而有意识地设置于预定水域的构造物。

人工鱼礁建设工程是20世纪兴起的海洋渔业生态工程之一,是海洋牧场系统工程的重要组成部分。人工鱼礁的建设对整治海洋国土、建设海洋牧场、调整海洋产业结构、促进海洋产业的升级和优化、带动海上旅游及相关产业的发展、修复和改善海洋生态环境、增殖和优化渔业资源、拯救珍稀濒危生物和保护生物多样性、促进海洋经济持续健康发展等均具有重大的战略意义和深远的历史意义。

1　人工鱼礁建设的成本组成

1.1　材料成本

1.1.1　目前我国普遍使用的人工鱼礁建造材料

　主要有以下几种[1]:

1.1.1.1　钢筋混凝土鱼礁:以混凝土为主、中间以钢条或硬性竹条为筋作原材料而制成的鱼礁(见图1)。

图1　钢筋混凝土鱼礁

1.1.1.2　钢制鱼礁:以钢质材料制成的框架式鱼礁(见图2)。

图2　钢制鱼礁

1.1.1.3　木竹制鱼礁:有些地方的渔民用木材钉

成框架,中间压以石块,沉放于沿岸、近海海底成为一种下沉式人工鱼礁。也有些渔民把竹、木捆扎成筏,漂浮于海面上或悬浮于水中,以其阴影来诱集鱼类,然后围而捕之,成为浮式人工鱼礁之一[2](见图3)。

图3　木竹制鱼礁

1.1.1.4　工程塑料鱼礁:以塑料或塑料构件为原材料制成的鱼礁。此类材料大多数应用于浮式鱼礁(见图4)。

图4　浮式鱼礁图

1.1.1.5　旧轮胎礁体:将废旧轮胎捆扎成塔形、方形等所需的形状,投放于预定海域作为人工鱼礁(见图5)。

图5　旧轮胎鱼礁

1.1.1.6　石料鱼礁:以天然块石作为礁体,直接投放于海底堆叠成一定形状的鱼礁,或者预先将天然块石加工成条石料,然后砌(搭)成所需类型的鱼礁(见图6)。

图6　石料鱼礁图

除了上述常用的建礁材料外,还有许多其他材料也用于建造人工鱼礁,例如、沉船鱼礁、旧车体鱼礁、玻璃钢鱼礁、陶管鱼礁、矿石鱼礁、砖瓦鱼礁、煤灰鱼礁等。

1.1.2　不同鱼礁材料的成本　人工鱼礁建造材料的市场价格:由于地域和地区之间经济发展速度的不同而存在着一定的差异。

表1的是在大量的市场调查后制定的当前建礁材料的市场价格或市场价格区间

表1　不同鱼礁材料当前市场价格或市场价格区间表

依据以上数据,估算出制造不同材料类型鱼礁单位体积的价格。其中钢制鱼礁为框架结构,即单位体积的鱼礁为18kg的钢管、工字钢构成。

2不同材料类型人工鱼礁的经济效益

根据日本北海道大学佐藤修博士的论证[3]:1m3人工鱼礁渔场比未投礁的一般渔场,平均可增加10kg渔获量。如按此计算,拟投放4000m3(能产生最佳效应的投放鱼礁体积的最小值)[3]的人工鱼礁,则平均可增加40t渔获量,平均每t鱼获物按2万元算,可增加8万元产值。

3不同材料类型人工鱼礁建造的经济效益分析

通过以上对不同材料类型人工鱼礁的材料成本、设计制造成本、运输成本和投放成本等的调查结果以及拟建4000m3不同材料类型人工鱼礁经济收益的推定,并结合人工鱼礁建设所产生的生态效益、社会效益得到以下结论:

3.1钢筋混凝土鱼礁、石头鱼礁的建造成本低,取材容易,由于其化学成分和结晶状态的特殊性使其在海水中的性能稳定,具有很强的耐腐蚀功能,而且易被生物附着,可使水域中生物种类和生物量快速增长[4],并且收效快,获利高,在海水中长期放置无有害物质扩散,对海洋水域生态环境无污染,可以作为较好的养殖型鱼礁、增殖型鱼礁、渔获型鱼礁、游钓型鱼礁的建礁材料广泛推广。

3.2工程塑料鱼礁的建造成本低,取材容易,而且由于高分子材料的基本性质,工程塑料具有高比强度,高耐磨性,高耐腐蚀性等特点,使其可以作为人工鱼礁的建礁材料在海水中长时间放置,并且收效快,获利高,在海水中长期放置无有害物质扩散,对海洋水域生态环境无污染,但不易被生物附着。建议可以作为较好的浮式人工鱼礁的建礁材料广泛推广。

3.3钢制鱼礁的建造成本较低,结构稳定,建礁风险低,收效快,在海水中长期放置无有害物质扩散,且易被生物附着,但是其在海水中的耐腐蚀性能与钢筋混凝土鱼礁、石头鱼礁、工程塑料鱼礁的相比较差,所以获利不高。建议可以将其作为石头鱼礁和混凝土鱼礁等鱼礁材料的钢制框架广泛推广。

3.4旧轮胎鱼礁的建造成本较高,而且长时间在海水中放置,有可能产生有害物质污染海洋环境,因此建议不要用旧轮胎作为鱼礁或鱼礁材料。

3.5木竹制鱼礁的建造工艺简单,材料取材容易,在海水中长时间放置,对环境无污染,而且生物着生速度快,但是其成本较高,结构不稳定,而且由于海水的特性,木竹制材料极易被微生物腐蚀,导致其使用年限短,建礁风险高,获利极低或无获利,故不建议大规模选用木竹制人工鱼礁作为建礁材料。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

目前,制备人工鱼礁的材料主要有：混凝土、天然岩石、玻璃钢、废旧轮胎等,其中应用最为广泛的是混凝土人工鱼礁。但混凝土人工鱼礁需要消耗大量的水泥、砂、石,原料成本较高,而且浪费资源；且混凝土本身为碱性,不利于藻类的附着和鱼类的增殖。钢渣是钢铁工业炼钢生产过程中产生的废渣,其综合利用已成为研究热点。钢渣中含有硅酸二钙、硅酸三钙及游离氧化钙和氧化镁,是制备钙镁水泥基材料的合适材料。研究拟以磨细钢渣为主要原料制备绿色人工鱼礁。

以钢渣和二氧化碳这样的废渣和废气为原料,进行碳化养护处理,可以快速的将co2永久固化储存在钢渣中,制成建筑材料。这样,一方面以较低的成本回收了废气,缓解了全球的温室效应;另一方面有效的处理了钢渣,使其成为可再次利用的建筑材料,这不仅解决了钢渣占用土地、污染环境的难题,更变废为宝,具有较大的经济效益。影响钢渣碳化的因素很多,其中水分对钢渣碳化的效果起着重要的影响。钢渣微粉、粗粉、粗颗粒由于颗粒的粒径差别很大,比表面积悬殊,故水分的掺入量应分别讨论。水分掺加量对钢渣制品的成型、制品的碳化效果和性能有十分重要的影响平均粒径14.74lm的钢渣微粉最佳碳化掺入水分为w=9.75%,平均粒径112.50lm的钢渣粗粉最佳碳化掺入水分为w=8.35%,平均粒径3mm的钢渣粗颗粒最佳碳化掺入水分为w=6.20%。采用钢渣微粉在最佳碳化水分下,制备了碳化增重率10.79%,抗压强度40.81mpa,安定性合格的碳化钢渣试样。

方法：（1）以磨细钢渣为主要原料，采用二氧化碳养护法制备高强度绿色人工鱼礁。研究颗粒级配、拌合水量、养护制度（co2压力、养护时间）对碳化钢渣砂浆强度的影响。（2）模拟海水环境，研究海水中碳化钢渣砂浆的耐久性，找出最优配比。（3）进行物相分析、材料微观结构分析，分析碳化钢渣砂浆制备机理。