海灣扇貝骨料不同替代率對人工魚礁物理性能影響及碳匯作用分析*

史佰佰 公丕海 關(guān)長濤 趙榮榮 李 嬌

海灣扇貝骨料不同替代率對人工魚礁物理性能影響及碳匯作用分析*

史佰佰1,3公丕海2,3關(guān)長濤2,3趙榮榮3,4李 嬌2,3①

(1. 上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院 上海 201306；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗室海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實(shí)驗室 青島 266071；3. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗室 青島市海水魚類種子工程與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室 青島 266071；4. 浙江海洋大學(xué) 國家海洋設(shè)施養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心 舟山 316000)

本研究在抗壓強(qiáng)度為C25的普通混凝土配合比的基礎(chǔ)上，采用粗、細(xì)扇貝殼對混凝土中的天然骨料部分替代，并對扇貝殼混凝土配合比進(jìn)行了研究，比較了粗、細(xì)扇貝殼替代天然骨料混凝土的工作性能和基本力學(xué)性能，并根據(jù)山東省2016~2020年的投礁計劃，對利用扇貝殼替換人工魚礁混凝土中天然骨料的固碳潛能及可清理的廢棄扇貝殼堆積面積進(jìn)行估算。結(jié)果顯示，隨著扇貝殼替換天然骨料比例的增加，混凝土的塌落度呈降低趨勢。粗扇貝殼替換天然粗骨料混凝土較細(xì)扇貝殼替換天然細(xì)骨料混凝土的塌落度降幅大；粗扇貝殼替代混凝土中的天然石時，扇貝殼混凝土的抗壓性能與基準(zhǔn)混凝土基本接近，粗扇貝殼的最佳替代率為40%，28 d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土提高了7.3%。用細(xì)扇貝殼替代混凝土中的天然砂時，可使混凝土的抗壓性能較基準(zhǔn)混凝土提高幅度較大，最佳替代率為60%，28 d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土提高了33.5%；以細(xì)扇貝殼替換混凝土天然細(xì)骨料替換率為50%~70%估算，山東省2016~2020年計劃新建的2043萬空方人工魚礁均用此種混凝土制作，可實(shí)現(xiàn)礁體固碳量27.54~38.56萬t，可減少廢棄貝殼陸地堆積面積5.89~8.24 km2，具有很高的生態(tài)潛能。

人工魚礁；海灣扇貝殼；抗壓強(qiáng)度；塌落度；固碳潛能

人工魚礁投放是海洋牧場建設(shè)的一項基礎(chǔ)工程，具有海洋生態(tài)調(diào)控、海洋生境修復(fù)和增殖漁業(yè)資源等功能。自20世紀(jì)50年代以來，全球沿海國家陸續(xù)將人工魚礁作為漁業(yè)資源養(yǎng)護(hù)的重要措施，開始人工魚礁的建設(shè)，并在人工魚礁材料、結(jié)構(gòu)、布局等方面開展了一系列研究(朱燮昌等, 1987; 鄭延璇, 2014;周艷波等, 2012)。相關(guān)研究和應(yīng)用實(shí)踐表明，不同材料人工魚礁所產(chǎn)生的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益具有明顯差異。據(jù)不完全統(tǒng)計，已經(jīng)用于建造人工魚礁的材料超過249種(Baine, 2001)，主要有天然材料、廢棄物材料、建筑材料、綜合材料等幾大類?；炷磷鳛槿斯~礁的基礎(chǔ)材料，具有耐久性、可塑性、無毒性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。通過利用廢棄材料，如建筑垃圾(Behera, 2014)、鋼鐵廢料(Shi, 2008)、農(nóng)業(yè)廢料(Prusty, 2015)對混凝土中的傳統(tǒng)材料進(jìn)行替換，可實(shí)現(xiàn)廢物利用并節(jié)約自然資源的目的。近年來，國內(nèi)學(xué)者對人工魚礁的研究從礁型優(yōu)化設(shè)計和人工魚礁的環(huán)境功能向礁體混凝土材料添加物方向延伸。李琳琳等(2012)以鋼尾渣為主要原料開發(fā)出了C50以上的較高強(qiáng)度的混凝土，用以制備大體積、大孔洞率和形狀復(fù)雜的人工魚礁。于淼等(2012)以石英巖型齊大山鐵尾礦為主要原料，進(jìn)行了魚礁混凝土制備的研究，通過強(qiáng)度測試和強(qiáng)度效應(yīng)機(jī)理分析，評估了齊大山鐵尾礦制作人工魚礁材料的可行性。除能實(shí)現(xiàn)廢物利用，礁體材料還能實(shí)現(xiàn)碳封存。李嬌等(2016)通過利用在混凝土礁體材料中添加農(nóng)漁生產(chǎn)中廢棄物秸稈和貝殼，探討增加礁體自身碳封存作用的可行性和潛能。中國是貝類養(yǎng)殖大國，2017年貝類產(chǎn)量高達(dá)1528.09萬t (農(nóng)業(yè)農(nóng)村部漁業(yè)局, 2018)，但對于貝類利用多局限于可食用部分，而對殼體部分利用的比較少。貝類殼體的形成是鈣化作用的結(jié)果，貝類通過鈣化作用可以將海水中的碳酸氫根轉(zhuǎn)換成碳酸鈣貝殼，從而能固定大量的C。沈新強(qiáng)等(2011)研究表明，長江口人工牡蠣礁通過牡蠣()的鈣化過程，單位面積年固碳量為2.70 kg/m2，年平均固碳量達(dá)3.33×104t。公丕海等(2014)研究表明，2009~2013年山東萊州金城灣海域64.25 hm2海洋牧場圓管形礁體上附著的牡蠣總固碳量約為297.5 t，將貝殼作為人工魚礁混凝土的原料，來實(shí)現(xiàn)礁體材料的碳匯功能對廢棄物資源利用具有重要生態(tài)意義。本研究以海灣扇貝()殼體為骨料，進(jìn)行了制備魚礁混凝土的研究，通過抗壓強(qiáng)度測試和抗壓強(qiáng)度效應(yīng)機(jī)理分析，評估了扇貝殼作為人工魚礁混凝土材料的可行性，對比了扇貝殼分別替換混凝土天然粗、細(xì)骨料的工作性能和抗壓性能，并利用2016~2020年山東省計劃投礁量對扇貝殼作為混凝土骨料的人工魚礁固碳潛能進(jìn)行了估算。

1 材料與方法

1.1 原材料

水泥：青島山水創(chuàng)新水泥有限公司生產(chǎn)P·O 42.5級水泥；細(xì)骨料：青島市膠南產(chǎn)的中砂，細(xì)度模數(shù)為2.7，含泥量為2.9%；粗骨料：青島興華建筑集團(tuán)有限公司石場，5~20 mm連續(xù)級配碎石；扇貝殼：2018年山東萊州灣新產(chǎn)扇貝經(jīng)去殼深加工所得的扇貝殼。扇貝殼經(jīng)破碎后由振動分篩機(jī)篩選出不同的粒徑組。替換天然細(xì)骨料的扇貝殼粒徑為1~5 mm連續(xù)級配(圖1)，替換天然粗骨料的扇貝殼粒徑為5~20 mm連續(xù)級配(圖2)；水：青島市黃島區(qū)自來水。

圖1 扇貝殼細(xì)骨料

圖2 扇貝殼粗骨料

1.2 實(shí)驗內(nèi)容與方法

1.2.1 配合比 人工魚礁混凝土的強(qiáng)度不應(yīng)低于C20。本研究基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度設(shè)計為C25，在不添加任何活性摻合料的前提下，使用粗、細(xì)扇貝殼分別替代天然粗、細(xì)骨料。粗扇貝殼替代天然粗骨料的替代率分別為20%、40%、60%，細(xì)扇貝殼替代天然細(xì)骨料的替代率分別為20%、40%、60%、80%、100%。具體配合比見表1。其中，P為基準(zhǔn)混凝土，C為扇貝殼粗骨料混凝土，X為扇貝殼細(xì)骨料混凝土，下同。

1.2.2 混凝土塌落度測量、試塊的制備與抗壓性能測試 混凝土試塊的制作應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(中華人民共和國建設(shè)部等, 2010)，按照表1的配合比采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌物料，攪拌充分后，用混凝土塌落度儀測出塌落度，之后入模成型，模具尺寸為100 mm×100 mm× 100 mm，然后放置于振實(shí)臺振實(shí)，每個配合比制作3組試塊，分別用于3、7、28 d抗壓強(qiáng)度檢測。振實(shí)后放入溫度為(20±1)℃、相對濕度不低于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，成型24 h后拆模，繼續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)至一定齡期。采用WES-1000B萬能材料試壓機(jī)對各齡期試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)采用非標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件時，應(yīng)將其抗壓強(qiáng)度乘以尺寸換算系數(shù)，折算成邊長為150 mm的標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件抗壓強(qiáng)度，當(dāng)試件邊長為100 mm時，折算系數(shù)為0.95。本研究試件邊長為100 mm，需將抗壓強(qiáng)度結(jié)果乘以95%算成標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件抗壓強(qiáng)度。

表1 混凝土配合比

Tab.1 Mix proportions of concrete

1.2.3 扇貝殼礁體材料固碳潛能估算 貝類外殼的形成是鈣化作用的結(jié)果。貝類通過鈣化作用可以將海水中的碳酸氫根轉(zhuǎn)換成碳酸鈣，從而能固定大量的C。利用扇貝殼對礁體材料中天然的粗、細(xì)骨料進(jìn)行替換，可以增強(qiáng)人工魚礁的固碳潛能。參考李嬌等(2016)對人工魚礁材料添加物固碳量的計算公式，可以對利用扇貝殼替換天然骨料的人工魚礁固碳量進(jìn)行估算，計算公式如下：

將扇貝殼用于人工魚礁材料，可有效提高廢棄貝殼的利用率，減少了由貝殼大量堆積和老化分解所產(chǎn)生的環(huán)境問題。參考王蓮蓮等(2015)對貝殼礁生態(tài)效應(yīng)的估算方法，對利用扇貝殼替換人工魚礁天然骨料可清理的廢棄貝殼堆積填埋面積進(jìn)行估算，計算公式如下：

1.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析 采用SPSS 22.0軟件的單因素方差(One-way ANOVA)對海灣扇貝殼混凝土各個養(yǎng)護(hù)齡期的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行顯著性差異分析，<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 工作性能

塌落度常用來判定新拌混凝土的和易性，又稱工作性能。不同摻量扇貝殼對混凝土塌落度的影響見表2。從表2可以看出，在拌合用水量相同的前提下，隨著扇貝殼的摻量增加，混凝土的塌落度呈降低的趨勢。當(dāng)粗骨料替代率分別為20%、40%、60%時，塌落度較基準(zhǔn)混凝土分別降低了43.3%、50.7%、82.1%，混凝土塌落度迅速下降；當(dāng)細(xì)骨料替代率為20%、40%、60%、80%、100%時，塌落度較基準(zhǔn)混凝土分別降低了16.4%、23.1%、33.6%、67.1%、87.3%。當(dāng)細(xì)扇貝殼替換率＜60%時，混凝土的塌落度降幅較小，當(dāng)替換率＞60%時，混凝土的塌落度降幅較大。

2.2 扇貝殼的摻量對混凝土抗壓性能的影響

從圖3、圖4可以看出，粗、細(xì)扇貝殼對基準(zhǔn)混凝土粗、細(xì)骨料替代后，隨著對天然骨料替換率的增加，其各齡期抗壓強(qiáng)度均呈先增大后減小趨勢。使用粗扇貝殼替代基準(zhǔn)混凝土中的粗骨料，當(dāng)替代率分別為20%、40%時，其3、7、28 d抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土接近，呈略微上升趨勢。當(dāng)替代率為40%時，扇貝殼混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，28 d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土提高7.3%。當(dāng)替代率為60%時，扇貝殼混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)混凝土?？傮w來說，當(dāng)用扇貝殼替代粗骨料替代率＜60%，對混凝土抗壓性能影響不明顯，但當(dāng)替代率＞40%時，混凝土的抗壓性能呈下降趨勢；用細(xì)扇貝殼替代基準(zhǔn)混凝土中的細(xì)骨料，當(dāng)替代率為20%時，其3、7 d抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土接近，28 d抗壓強(qiáng)度大于基準(zhǔn)混凝土。當(dāng)替代率分別為40%、60%時，其各齡期抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土提高很多，且增速較快。當(dāng)替代率為60%時，28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，較基準(zhǔn)混凝土提高33.5%。當(dāng)替代率為80%時，3、7 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，但28 d抗壓強(qiáng)度較替代率為60%時有所下降。當(dāng)替代率為100%時，各齡期抗壓強(qiáng)度下降迅速，其3、7 d抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土接近，28 d抗壓強(qiáng)度仍略高于基準(zhǔn)混凝土。

表2 塌落度值

Tab.2 Slump value

圖3 粗扇貝殼不同替代率對抗壓強(qiáng)度的影響

Fig 3 Effect of different replacement rates of coarse scallop shells on compressive strength

圖4 細(xì)扇貝殼不同替代率對抗壓強(qiáng)度的影響

2.3 扇貝殼骨料人工魚礁固碳能力估算

通過對比扇貝殼替代天然骨料混凝土的工作性能和抗壓性能，扇貝殼替代細(xì)骨料混凝土的效果明顯，均優(yōu)于扇貝殼替代粗骨料的混凝土，當(dāng)細(xì)骨料替代率為60%時，混凝土28 d抗壓性能最優(yōu)，且工作性能良好。在保證較強(qiáng)抗壓性能和較優(yōu)工作性能的前提下，選取扇貝殼對細(xì)骨料的替代率為50%~70%時，對人工魚礁的固碳潛能進(jìn)行估算。

2014年山東省海洋與漁業(yè)廳發(fā)布的《山東省人工魚礁建設(shè)規(guī)劃》計劃在2016~2020年間新建礁群31個，新建人工魚礁2043萬空方，其中，以混凝土構(gòu)件礁為主。鄭延璇等(2014)對山東省常用的4種混凝土構(gòu)件礁的流體效應(yīng)和物理穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，其物理穩(wěn)定性良好，適宜推廣應(yīng)用。通過計算可知，建造礁型為這4種的人工魚礁每空方所利用混凝土體積的平均值為0.334 m3(表3) (以10 m水深投放為例)，那么建造2043萬空方的人工魚礁大概需要混凝土683萬m3。

如果2016~2020年計劃投放2043萬空方的人工魚礁均采用扇貝殼部分替換細(xì)骨料的混凝土，可對人工魚礁的總固碳量和可清理的陸地貝殼總堆積面積進(jìn)行估算(表4)。李嬌等(2016)利用元素分析儀測得海灣扇貝殼體C含量平均值為11.57%。當(dāng)細(xì)扇貝殼的細(xì)骨料替換率為50%時，單位體積(m3)混凝土所利用扇貝殼的重量為0.349 t，總利用重量為238.37萬t，單位體積(m3)礁體混凝土的平均固碳量為4.03×10–2t，總固碳量為27.54萬t，可清理的廢棄貝殼落地堆積面積為5.89 km2。當(dāng)細(xì)扇貝殼的細(xì)骨料替換率為70%時，每立方米混凝土所利用扇貝殼的重量為0.488 t，總利用重量為333.30萬t，單位體積(m3)的礁體混凝土的平均固碳量為5.65×10–2t，總固碳量為33.56萬t，可清理的廢棄貝殼落地堆積面積為8.24 km2。

3 討論與分析

本研究中，塌落度是評價新拌扇貝殼混凝土工作性能的主要指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，新拌扇貝殼混凝土的工作性能隨替代率的增加而降低。Bentz等(1999)研究表明，貝殼砂的吸水率大約是天然砂的3.2倍，是由貝殼表面的不規(guī)則性和其表面存在大量的氣孔造成的，在制備混凝土的過程中，這些內(nèi)部氣孔吸收了水分，降低了混凝土的流動性，流動時的內(nèi)應(yīng)力增加，從而影響了混凝土的和易性。扇貝殼作為骨料替代天然骨料后，使得粗、細(xì)骨料的總表面積增大，在水泥漿用量一定的情況下，骨料表面包裹的漿量減薄，潤滑作用下降，使混凝土流動性降低(Adewuyi, 2008)。新拌扇貝殼混凝土的工作性能還受扇貝殼粒徑大小的影響(Uchechi, 2018)。通過對比可知，使用細(xì)扇貝殼替代的混凝土工作性能優(yōu)于粗扇貝殼替代的混凝土，因為粗扇貝殼為粒徑較大、形狀不規(guī)則、程度高的薄片狀，且表面粗糙的紋理比較多，增大了骨料之間的摩擦力，從而不利于混凝土的流動，而細(xì)扇貝殼粒徑較小，且形狀規(guī)則，與河砂能形成良好的級配，對混凝土的流動性影響小于粗骨料扇貝殼替代天然骨料。

表3 山東省常用礁型參數(shù)

Tab.3 Reef type parameters commonly used in Shandong Province

表4 利用2016~2020年山東省計劃投礁量對扇貝殼作為骨料的人工魚礁的效益預(yù)測

Tab.4 The evaluation ecological effects of scallop shells as aggregates on artificial reefs by using the planned amount of reefs in Shandong Province from 2016 to 2020

混凝土的抗壓強(qiáng)度影響因素有很多，諸如水膠比、水泥的強(qiáng)度、集料的優(yōu)劣等(劉艷輝等, 2015)。用扇貝殼替代混凝土中的天然骨料，混凝土的抗壓性能有所增加，說明扇貝殼具有一定的硬度，能夠作為骨料起到支撐作用。用扇貝殼替代基準(zhǔn)混凝土中的粗骨料時，由于粗扇貝殼呈粒徑較大的片狀且密度小于天然石，使得粗骨料的比表面積增大，需要更多的水泥來包裹粗骨料，否則就會離析，Nguyen等(2013)研究表明，在實(shí)際生產(chǎn)中可適當(dāng)提高水泥的使用量，來提高貝殼混凝土的抗壓性能。當(dāng)替代率＜40%時，混凝土的各齡期抗壓強(qiáng)度有所提高但差異不顯著(>0.05) (圖5)，當(dāng)替代率＞40%時，混凝土7、28 d抗壓強(qiáng)度顯著下降(<0.05)，因此，建議扇貝殼作為粗骨料時替代率不應(yīng)超過40%；用細(xì)扇貝替代混凝土中的天然細(xì)骨料，當(dāng)替代率為40%~60%時，混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土均有提高，差異顯著(<0.05) (圖6)，這是因為細(xì)扇貝殼形狀規(guī)則且與天然砂形成良好的級配，能更好地填充粗骨料之間的孔隙，這與Wang等(2013)的研究結(jié)果相似。同時，在制備細(xì)扇貝殼骨料時，有大量的扇貝粉被保留了下來，可以作為膠凝材料的一部分，在用水量不變的前提下，水膠比變小，也使得混凝土的抗壓強(qiáng)度增加。但當(dāng)替代率＞60%時，由于細(xì)骨料的比表面積進(jìn)一步增大，沒有足夠水泥對其包裹，所以，抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢。當(dāng)替代率分別為80%、100%時，雖抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土仍有一定的提高，但差異不顯著(>0.05)且工作性能非常差，所以，扇貝殼作為細(xì)骨料時的最佳替代率為60%。

本研究以山東省為例，對利用扇貝殼作替代部分天然骨料建造人工魚礁的固碳潛能以及可清理的廢棄貝殼堆積面積進(jìn)行了估算，估算出可實(shí)現(xiàn)礁體固碳量27.54~38.56萬t，可減少廢棄貝殼陸地堆積面積5.89~8.24 km2。可見，利用廢棄貝殼作為骨料建造人工魚礁，無論是在解決廢棄貝殼老化、分解污染環(huán)境和堆積占地等方面，還是在提高人工魚礁礁體固碳潛能方面作用都是巨大的。王蓮蓮等(2015)估算出利用2012年我國所產(chǎn)生的廢棄貝殼可建造單體貝殼礁338.9萬個，可實(shí)現(xiàn)平均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值達(dá) 1653萬元(/km2·a), 可清理陸地廢棄貝殼堆積面積803.1 km2。李嬌等(2016)通過將廢棄扇貝以扇貝粉的形式添加到圓管型礁中，估算出單位實(shí)驗礁可實(shí)現(xiàn)最大固碳量為260.33 kg。與以上2個研究不同的是本研究將扇貝殼以骨料的形式添加到人工魚礁中，滿足了不同構(gòu)型礁體的建設(shè)要求，也豐富了建造人工魚礁利用廢棄貝殼的方式。

圖5 各齡期粗扇貝殼不同替代率對抗壓強(qiáng)度的影響

圖柱不同字母表示各齡期內(nèi)差異顯著，下同

Significant difference at different ages are indicated by different letters above bars, the same as below

圖6 各齡期細(xì)扇貝殼不同替代率對抗壓強(qiáng)度的影響

4 小結(jié)

本研究結(jié)果顯示，用海灣扇貝殼替換部分骨料的混凝土的抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到人工魚礁建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(山東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局, 2014)，可用于人工魚礁建設(shè)。隨著扇貝殼替換天然骨料的比例增加，混凝土的拌合性降低，但用細(xì)扇貝殼替代混凝土的塌落度下降速度低于粗扇貝殼替代，工作性能相對于粗扇貝殼較好；用粗扇貝殼替代混凝土中的天然石時，扇貝殼混凝土的抗壓性能與基準(zhǔn)混凝土基本接近，扇貝殼作為粗骨料的最佳替代率為40%，28 d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土提高7.3%。而用細(xì)扇貝殼替代天然砂時，可使混凝土的抗壓性能較基準(zhǔn)混凝土提高很多，最佳替代率為60%，28 d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土提高33.5%。由實(shí)驗結(jié)果可以看出，扇貝殼作為細(xì)骨料替代對混凝土強(qiáng)度的影響大于扇貝殼作為粗骨料替代。

山東省2016~2020年計劃新建礁群31個，新建人工魚礁2043萬空方。如果這些礁體均采用扇貝殼替代部分天然骨料的混凝土，可實(shí)現(xiàn)礁體材料固碳量27.54~38.56萬t，可減少廢棄貝殼陸地堆積面積5.89~ 8.24 km2。本研究驗證了扇貝殼替代混凝土骨料的可行性，為生態(tài)型人工魚礁材料的開發(fā)提供了依據(jù)，為通過將廢棄扇貝殼添加到人工魚礁中來實(shí)現(xiàn)對廢棄物資源中C的封存提供了有效的方法。同時，將扇貝殼以骨料的形式添加到人工魚礁中實(shí)現(xiàn)了廢物再利用，降低了制礁成本，減少了因開采天然骨料對環(huán)境造成的破壞，既具有生態(tài)價值也有經(jīng)濟(jì)價值。

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Influence of Different Replacement Rates ofAggregate on Physical Properties of Artificial Reefs and Carbon Sequestration

SHI Baibai1,3, GONG Pihai2,3, GUAN Changtao2,3, ZHAO Rongrong3,4, LI Jiao2,3①

(1. College of Marine Sciences, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306;2. Laboratory for Marine Fisheries Science and Food Production Processes, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266071; 3. Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Key Laboratory of Sustainable Development of Marine Fisheries, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Qingdao Key Laboratory for Marine Fish Breeding and Biotechnology, Qingdao 266071; 4. College of National Marine Facilities Culture Engineering Technology Research Center, Zhejiang Ocean University, Zhoushan 316000)

This research was conducted based on the mix ratio of ordinary concrete with compressive strength of C25, with the aim to use scallop shells to partly replace coarse and fine aggregates in concrete. Experiments were conducted on the mix ratio of scallop shell concrete,and the working performance and basic mechanical properties of coarse and fine scallop shells instead of natural aggregate concrete was compared. According to the reef plan of Shandong Province from 2016 to 2020, the carbon sequestration potential of the natural aggregate in the artificial reef concrete replaced by the scallop shells and the accumulation area of the cleanable waste scallop shells could be estimated. The results showed that as the proportion of scallop shells replacing natural aggregate increases, the collapse of concrete tends to decrease, and the slump of natural coarse aggregate concrete replaced by coarse scallop shells is larger than that of natural fine aggregate concrete replaced by fine scallop shells. When scallop shells replaced natural stone in concrete, the compressive performance of scallop shell concrete was similar to that of the base concrete. The optimum replacement rate of scallop shells as coarse aggregate was 40%, and the 28-day compressive strength of scallop shell concrete was 7.3% higher than that of the reference concrete. When the natural fine aggregate in concrete was replaced by scallop shells, the compressive performance of concrete was greatly improved relative to that of the reference concrete. The best replacement rate was 60%, and the 28-day compressive strength of scallop shell concrete was 33.5% higher than that of the reference concrete. Estimation replacement rate of fine aggregate with scallop shells for concrete was 50%~70%. For example, 20.43 million empty artificial reefs planned for 2016~2020 in Shandong Province are all made of this kind of concrete, reef materials can achieve carbon sequestration of 275.4~ 385.6 thousand tons and reduce the land accumulation area of abandoned shells by 5.89~8.24 square kilometers, which has high ecological value.

Artificial reef;Bay scallop shell;Compressive strength;Slump;Carbon sequestration potential

X835

A

2095-9869(2019)06-0001-08

10.19663/j.issn2095-9869.20181222002

http://www.yykxjz.cn/

史佰佰, 公丕海, 關(guān)長濤, 趙榮榮, 李嬌.海灣扇貝骨料不同替代率對人工魚礁物理性能影響及碳匯作用分析. 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2019, 40(6): 01–08

Shi BB, Gong PH, Guan CT, Zhao RR, Li J. Influence of different replacement fates ofaggregate on physical properties of artificial reefs and carbon sequestration. Progress in Fishery Sciences, 2019, 40(6): 01–08

* 山東省支持青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗室重大科技專項(2018SDKJ0501)資助[This work was supported by the Marine Science and Technology Fund of Shandong Province for Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao) (2018SDKJ0501)]. 史佰佰，E-mail:853767306@qq.com

李 嬌，高級工程師，E-mail:lijiao@ysfri.ac.cn

2018-12-22,

2019-03-05

LI Jiao, E-mail: lijiao@ysfri.ac.cn

(編輯 陳 嚴(yán))