人工鱼礁作为海洋牧场中的基础设施,具有修复海洋生境,调控海洋生态以及增殖渔业资源等功能。自20世纪50年代以来,全球沿海国家陆续将人工鱼礁作为渔业资源养护的重要措施,开始人工鱼礁建设,并在人工鱼礁材料、结构、布局等方面开展了一系列研究。近年来,我国学者对人工鱼礁的研究开始向礁体混凝土材料添加物方向延伸。本文的主要研究内容有三个方面:(1)在抗压强度为C25的基准混凝土配合比的基础上,采用粗、细海湾扇贝壳骨料对混凝土中的天然骨料部分替代,进行了海湾扇贝壳混凝土配合比试验,比较了粗、细海湾扇贝壳替代天然骨料混凝土的工作性能和基本力学性能。(2)在抗压强度为C25的基准混凝土配合比的基础上,研究了小麦秸秆粉不同掺加比例对混凝土工作性能以及基本力学性能的影响。(3)在抗压强度为C25的基准混凝土配合比的基础上,研究了粉煤灰替代水泥不同替换率对混凝土的工作性能以及抗压强度的影响。(4)根据山东省2016~2020年的投礁计划,对利用海湾扇贝壳骨料替代人工鱼礁混凝土中天然骨料的礁体固碳潜能、可清理的废弃海湾扇贝壳陆地堆积面积以及可节约制礁材料成本进行估算;对掺加小麦秸秆粉人工鱼礁混凝土的固碳潜能进行了估算;对利用粉煤灰替换人工鱼礁混凝土中水泥可节约制礁材料成本进行估算。主要研究结果如下:(1)用海湾扇贝壳骨料替换部分天然骨料的混凝土的抗压强度能够达到人工鱼礁建设标准。随着海湾扇贝壳骨料替换天然骨料的比例增加,混凝土的工作性能降低,抗压强度呈现先增大后减小趋势。海湾扇贝壳作为粗骨料替代天然石的最佳替代率为40%,作为细骨料替代天然砂的最佳替代率为60%。对比实验结果可以看出,海湾扇贝壳骨料作为细骨料替代的混凝土性能优于扇贝壳骨料作为粗骨料替代。以细扇贝壳替换混凝土天然细骨料替换率为50%~70%估算,如山东省2016~2020年计划新建的2043万空方人工鱼礁均采用此种混凝土制作,可实现礁体固碳量27.54~38.56万t,可减少废弃贝壳陆地堆积面积约5.89~8.20km~2,建造单位空方人工鱼礁可节约10.36~14.50元,总共可节约建礁混凝土材料成本约为2.3~3亿元。具有很高的生态效益以及经济效益。(2)通过对掺加了少量的小麦秸秆粉的混凝土的性能研究,发现随着小麦秸秆粉掺加比例的增加,新拌混凝土的塌落度以及混凝土各龄期的抗压强度均呈现减小的趋势。当小麦秸秆粉掺入比例小于水泥质量的6%时,能保证新拌混凝土具有良好的工作性能且经过标准养护期养护后,抗压强度能到C20以上,达到了制备人工鱼礁的强度要求。在实际的生产过程中可适当的增加用水量来提高工作性能以及抗压性能。以小麦秸秆粉的掺加比例为2%、4%、6%估算,如果山东省2016~2020年计划新建的2043万空方人工鱼礁均用此种混凝土制作,可实现礁体固碳量11.4~34.2万t。(3)用粉煤灰替代混凝土中的部分水泥,新拌混凝土的塌落度也就是工作性能有所提高。随着粉煤灰替代水泥的比例增加,混凝土早期的抗压强度较基准混凝土呈现减小的趋势,但养护至60d龄期后,混凝土抗压强度较基准混凝土有所提高,也就是说,粉煤灰替代后造成早期的抗压强度损失可以随着养护龄期的增加在后期弥补回来。当粉煤灰替代率为10%~40%时,混凝土60d抗压强度均达到了C20以上,达到了人工鱼礁建设的强度要求。以山东省2016~2020年的建礁规划为例,如果采用粉煤灰替代部分水泥的混凝土建设人工鱼礁,建造单位空方人工鱼礁大约可节约2.97~11.89元,可节约总的建礁成本约为0.7~2.8亿元。