珊瑚混凝土研究进展

高 旭，张宜健（山东科技大学，山东 青岛 266590）

0 引言

混凝土是结构构件主要材料之一，大量的建筑兴建之后使得拌制混凝土所用的砂、石子等资源日益匮乏。随着我国南海岛礁工程建设的发展，使用珊瑚骨料代替石子不仅可以就地取材，节约成本，同时，珊瑚的自然恢复性远超石子，是一种较优的骨料替代性材料，国内学者对此进行了一系列的可行性试验研究，本文对这些研究进行总结，为岛礁工程建设提供理论依据。

1 珊瑚混凝土基本力学性能研究

1.1 珊瑚的特性

本文研究的珊瑚礁生长于我国的南海沿海地区，是由死去的珊瑚遗骸经时间延长堆积在一起形成的一种特殊形态的岩石体。珊瑚骨料质量较轻，并且内部孔隙较多，属于轻质多孔材料（见图1）。研究表明，在压缩和剪切受力时，珊瑚骨料相比于天然石子较容易发生破碎。试验室实测珊瑚骨料的堆积密度918～1000kg/m3，表观密度1806～2300kg/m3，孔隙率49.1%～56.5%，1h吸水率10.7%～15.4%，筒压强度2.01～3.8MPa，以上数据表明珊瑚骨料是可以满足混凝土骨料性能要求的。

图1 天然石子和珊瑚外观

1.2 珊瑚混凝土抗压强度

赵艳林[1]通过对海水拌养的珊瑚混凝土进行力学试验得出：珊瑚骨料混凝土相比于普通混凝土其早期的抗压强度发展较快，7d时立方体抗压强度可达28d强度的80%，并且提出以早期强度预测28d强度的数学模型，式（1）（2）分别是以3 d、7 d预测280d强度公式，相关性分别可达0.93、0.96。

余强[2]通过设计四组不同净水胶比的珊瑚礁砂混凝土试验得出：不同龄期的珊瑚礁砂混凝土立方体抗压强度随净水灰比的增大而增大，而且均符合线性关系，提出珊瑚礁砂混凝土净水胶比与立方体抗压强度的回归关系如表1。

表1 珊瑚混凝土fcu与B/W的回归关系

王磊[3]指出因珊瑚骨料孔隙较高，因此所需水泥用量和水的用量较大；珊瑚混凝土受压力学试验的破坏形态脆性更加明显于延性，荷载临近峰值时试件出现一定延性的竖向裂纹，后期试件出现竖纹的同时有横纹出现，呈现脆性破坏现象。

韦灼彬[4]以抗硫酸盐水泥为胶凝材料拌制珊瑚混凝土，发现水泥用量及珊瑚骨料用量对抗压强度影响明显，砂率对坍落度影响最大。提出珊瑚混凝土早强的特性是因为珊瑚骨料以及拌合水内氯盐引起的早强作用，并且得出珊瑚混凝土轴心抗压强度与立方体强度的关系式，式（3）为珊瑚混凝土28d时fcu与fc的关系。

1.3 珊瑚混凝土抗拉强度

韦灼彬[4]通过珊瑚混凝土劈裂抗拉试验得出：在立方体抗压强度相同时，珊瑚混凝土劈裂抗压强度大于其他类型的轻骨料混凝土，远大于普通混凝土劈裂抗拉强度。这是因为珊瑚粗糙的表面和较多的空隙使得骨料和砂浆之间的粘结强度提高，较高的机械咬合力限制了裂缝的发展使其具有较高的抗拉强度。

1.4 弹性模量

珊瑚混凝土的弹性模量随抗压强度的增大而单调增大，相同强度时珊瑚混凝土弹性模量介于普通混凝土与轻骨料混凝土之间，珊瑚骨料中孔隙较天然石子多，这是影响珊瑚混凝土弹性模量的重要原因。鲁于[5]通过外掺聚丙烯纤维和不锈钢纤维使珊瑚混凝土受力变形能力有明显改善，从原始的受压脆性破坏转变为延性破坏且强度有所提高。对比发现单掺不锈钢纤维改善效果最明显。

2 珊瑚混凝土耐久性

珊瑚混凝土都用于南海附近的军事结构，当地环境处于高温、高湿、高盐、台风等恶劣环境，由于长期氯离子侵蚀和高温暴晒下碳化效应造成保护层开裂、起鼓、垮塌、钢筋锈蚀等破坏现象。碳化降低了珊瑚骨料内部微液的pH值使氯离子从游离化状态转变为自由氯离子，氯离子结合水泥水化反应生成氢氧化钙和水铝酸钙等难溶物质，使珊瑚混凝土内部膨胀产生微裂缝影响耐久性；另一方面环境中氯离子渗入与钢筋混凝土构建内部钢筋表面发生反应，使钢筋锈蚀体积膨胀至保护层剥离脱落，并且这种现象会持续循环发生。已有文献建议在珊瑚混凝土结构中尽量使用涂层钢筋、不锈钢筋或其他非金属筋。

3 珊瑚混凝土构件研究

胡乔[6]通过珊瑚混凝土梁抗弯试验发现：材料强度一致时，钢筋珊瑚混凝土梁抗弯性能与钢筋混凝土梁接近，但钢筋表面发生明显锈蚀破坏；碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）筋珊瑚混凝土梁承载力的变性能力有所下降，但均能满足工程要求，主要是因为CFRP筋表面凸起较弱，强度为线弹性没有明显屈服现象，梁构件材料间很好发挥协调作用，避免锈蚀发生，极大提高了海洋环境下构件的耐久性。

高屹[7]研究发现：钢管珊瑚混凝土柱轴压试验中，其破坏形态与钢管混凝土管柱相同，均为腰鼓性破坏，在相同的钢管套箍性能时，钢管珊瑚混凝土短柱轴压承载能力小于钢管混凝土短柱。

4 展望

在南海地区军事国防建筑、天然石子匮乏的地区等岛礁建设项目中，就地取材使用珊瑚骨拌制混凝土是较好的方法，可大大降低运输成本和生产成本，有利于保护我国内陆资源及海洋资源的开发利用，符合国家海洋工程战略要求。珊瑚骨料混凝土存在其抗压强度、抗拉强度和弹性模量较低，存在一定的耐久性问题等缺点，通过对其一定的改性、内掺材料可获得较好的力学性能。珊瑚混凝土相比于普通混凝土在研究方面仍有很大欠缺，对其今后功能性应用还需进行深入研究。