珊瑚混凝土研究進展

高 旭，張宜健（山東科技大學，山東 青島 266590）

0 引言

混凝土是結構構件主要材料之一，大量的建筑興建之后使得拌制混凝土所用的砂、石子等資源日益匱乏。隨著我國南海島礁工程建設的發展，使用珊瑚骨料代替石子不僅可以就地取材，節約成本，同時，珊瑚的自然恢復性遠超石子，是一種較優的骨料替代性材料，國內學者對此進行了一系列的可行性試驗研究，本文對這些研究進行總結，為島礁工程建設提供理論依據。

1 珊瑚混凝土基本力學性能研究

1.1 珊瑚的特性

本文研究的珊瑚礁生長于我國的南海沿海地區，是由死去的珊瑚遺骸經時間延長堆積在一起形成的一種特殊形態的巖石體。珊瑚骨料質量較輕，并且內部孔隙較多，屬于輕質多孔材料（見圖1）。研究表明，在壓縮和剪切受力時，珊瑚骨料相比于天然石子較容易發生破碎。試驗室實測珊瑚骨料的堆積密度918～1000kg/m3，表觀密度1806～2300kg/m3，孔隙率49.1%～56.5%，1h吸水率10.7%～15.4%，筒壓強度2.01～3.8MPa，以上數據表明珊瑚骨料是可以滿足混凝土骨料性能要求的。

圖1 天然石子和珊瑚外觀

1.2 珊瑚混凝土抗壓強度

趙艷林[1]通過對海水拌養的珊瑚混凝土進行力學試驗得出：珊瑚骨料混凝土相比于普通混凝土其早期的抗壓強度發展較快，7d時立方體抗壓強度可達28d強度的80%，并且提出以早期強度預測28d強度的數學模型，式（1）（2）分別是以3 d、7 d預測280d強度公式，相關性分別可達0.93、0.96。

余強[2]通過設計四組不同凈水膠比的珊瑚礁砂混凝土試驗得出：不同齡期的珊瑚礁砂混凝土立方體抗壓強度隨凈水灰比的增大而增大，而且均符合線性關系，提出珊瑚礁砂混凝土凈水膠比與立方體抗壓強度的回歸關系如表1。

表1 珊瑚混凝土fcu與B/W的回歸關系

王磊[3]指出因珊瑚骨料孔隙較高，因此所需水泥用量和水的用量較大；珊瑚混凝土受壓力學試驗的破壞形態脆性更加明顯于延性，荷載臨近峰值時試件出現一定延性的豎向裂紋，后期試件出現豎紋的同時有橫紋出現，呈現脆性破壞現象。

韋灼彬[4]以抗硫酸鹽水泥為膠凝材料拌制珊瑚混凝土，發現水泥用量及珊瑚骨料用量對抗壓強度影響明顯，砂率對坍落度影響最大。提出珊瑚混凝土早強的特性是因為珊瑚骨料以及拌合水內氯鹽引起的早強作用，并且得出珊瑚混凝土軸心抗壓強度與立方體強度的關系式，式（3）為珊瑚混凝土28d時fcu與fc的關系。

1.3 珊瑚混凝土抗拉強度

韋灼彬[4]通過珊瑚混凝土劈裂抗拉試驗得出：在立方體抗壓強度相同時，珊瑚混凝土劈裂抗壓強度大于其他類型的輕骨料混凝土，遠大于普通混凝土劈裂抗拉強度。這是因為珊瑚粗糙的表面和較多的空隙使得骨料和砂漿之間的粘結強度提高，較高的機械咬合力限制了裂縫的發展使其具有較高的抗拉強度。

1.4 彈性模量

珊瑚混凝土的彈性模量隨抗壓強度的增大而單調增大，相同強度時珊瑚混凝土彈性模量介于普通混凝土與輕骨料混凝土之間，珊瑚骨料中孔隙較天然石子多，這是影響珊瑚混凝土彈性模量的重要原因。魯于[5]通過外摻聚丙烯纖維和不銹鋼纖維使珊瑚混凝土受力變形能力有明顯改善，從原始的受壓脆性破壞轉變為延性破壞且強度有所提高。對比發現單摻不銹鋼纖維改善效果最明顯。

2 珊瑚混凝土耐久性

珊瑚混凝土都用于南海附近的軍事結構，當地環境處于高溫、高濕、高鹽、臺風等惡劣環境，由于長期氯離子侵蝕和高溫暴曬下碳化效應造成保護層開裂、起鼓、垮塌、鋼筋銹蝕等破壞現象。碳化降低了珊瑚骨料內部微液的pH值使氯離子從游離化狀態轉變為自由氯離子，氯離子結合水泥水化反應生成氫氧化鈣和水鋁酸鈣等難溶物質，使珊瑚混凝土內部膨脹產生微裂縫影響耐久性；另一方面環境中氯離子滲入與鋼筋混凝土構建內部鋼筋表面發生反應，使鋼筋銹蝕體積膨脹至保護層剝離脫落，并且這種現象會持續循環發生。已有文獻建議在珊瑚混凝土結構中盡量使用涂層鋼筋、不銹鋼筋或其他非金屬筋。

3 珊瑚混凝土構件研究

胡喬[6]通過珊瑚混凝土梁抗彎試驗發現：材料強度一致時，鋼筋珊瑚混凝土梁抗彎性能與鋼筋混凝土梁接近，但鋼筋表面發生明顯銹蝕破壞；碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）筋珊瑚混凝土梁承載力的變性能力有所下降，但均能滿足工程要求，主要是因為CFRP筋表面凸起較弱，強度為線彈性沒有明顯屈服現象，梁構件材料間很好發揮協調作用，避免銹蝕發生，極大提高了海洋環境下構件的耐久性。

高屹[7]研究發現：鋼管珊瑚混凝土柱軸壓試驗中，其破壞形態與鋼管混凝土管柱相同，均為腰鼓性破壞，在相同的鋼管套箍性能時，鋼管珊瑚混凝土短柱軸壓承載能力小于鋼管混凝土短柱。

4 展望

在南海地區軍事國防建筑、天然石子匱乏的地區等島礁建設項目中，就地取材使用珊瑚骨拌制混凝土是較好的方法，可大大降低運輸成本和生產成本，有利于保護我國內陸資源及海洋資源的開發利用，符合國家海洋工程戰略要求。珊瑚骨料混凝土存在其抗壓強度、抗拉強度和彈性模量較低，存在一定的耐久性問題等缺點，通過對其一定的改性、內摻材料可獲得較好的力學性能。珊瑚混凝土相比于普通混凝土在研究方面仍有很大欠缺，對其今后功能性應用還需進行深入研究。