0 引言

由大量珊瑚虫的骨骼经历漫长的变迁在自然海水的浸泡下形成的珊瑚礁，其大部分构成物质为碳酸钙。它们在风、潮汐变化及太阳直射等自然条件下分解成能够应用于建筑材料领域的珊瑚骨料。虽然目前学术界对于珊瑚混凝土无明确的定义，但珊瑚混凝土一般是指在不破坏海岛生态环境的条件下，本着绿色建筑的理念，以珊瑚石为骨料并用海水拌制而成的建筑材料。

美国作为最早应用珊瑚混凝土的国家，主要用于“二战”时期在西太平洋的塞班岛（Saipan）等海岛上建设一些公用建筑并沿用至今。在保护海岛生态环境的前提下，采用就地取材的方法减少运输费用，使用珊瑚混凝土修建机场、公路和一些民用建筑。目前，珊瑚混凝土在英美等国已经成规模地投入使用。我国也于20世纪90年代将珊瑚混凝土应用于西沙群岛的防波堤、防沙堤的建设中。海洋环境复杂，可能伴有海啸、台风等恶劣的自然灾害，且海洋气候湿度大、温度高，这些都是珊瑚混凝土应用于实际工程时不得不考虑的恶劣条件。因此，提高珊瑚混凝土力学性能及改善其耐久性，对于减少建筑材料的损坏和浪费、延长建筑物使用寿命具有重要的意义。

珊瑚混凝土的早期研究内容主要是其工程应用的可行性讨论。在“二战”期间，部分海岛建筑物和构筑物使用珊瑚颗粒作为粗骨料，考虑到钢筋锈蚀及抵抗氯离子渗透的问题，这些建筑物主要是通过增加保护层厚度的方法达到耐久性要求，由此，珊瑚被认为可以用作混凝土的骨料。我国领海上群岛众多，大部分岛屿由生物礁石构成，拥有丰富的珊瑚碎块和珊瑚砂资源。

在国内一些早期研究中，以珊瑚碎块、珊瑚细砂为骨料不同配合比的珊瑚混凝土与普通骨料的混凝土相比，发现珊瑚混凝土具有早期强度增长较迅速、后期强度增速放缓的特点。根据试验结果，研究人员提出珊瑚混凝土可应用于不含钢筋的防沙堤、防波堤、挡墙等海洋工程构筑物。但同时也发现，珊瑚混凝土由于其疏松的孔隙结构，比以河砂为细骨料的普通混凝土强度低。另外，从密度这一物理性质看，珊瑚混凝土密度较小，因此，研究人员将珊瑚混凝土归类为轻质混凝土。

对于珊瑚混凝土的力学强度，学者们主要从抗压强度、抗弯折强度及断裂韧性等方面提供了可靠的试验结果。国外学者通过对太平洋海域众多以珊瑚颗粒为骨料的建筑工程进行研究发现，若砂浆强度比骨料强度高，则混凝土强度受骨料强度影响；若砂浆强度比骨料强度低，则混凝土强度不受骨料强度影响。

袁银峰等^[1]研究了珊瑚骨料的破碎方法，并对风化珊瑚和未风化珊瑚的密度和强度进行比较，认为风化后的珊瑚骨料的强度更高，针片状颗粒比例降低约20%，而未经风化珊瑚的筒压强度更高。在研究影响全珊瑚混凝土力学强度的因素时，为优化配合比设计，他们将各影响因素按照对混凝土强度影响大小的次序排列，经试验验证发现顺序依次为：预吸水率、水灰比、砂率和总胶凝材料用量。用相关向量机制和神经网络优化了不同强度等级全珊瑚海水混凝土的配合比，并对这些珊瑚混凝土进行了试验，发现全珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度、抗拉强度大于普通混凝土和轻骨料混凝土，弹性模量则介于二者之间。

根据一些珊瑚混凝土的早期研究发现，水泥用量与珊瑚混凝土的强度具有较大的相关性，且珊瑚礁砂混凝土可以作为碎石、河砂混凝土的替代材料。在试验环境下，珊瑚骨料混凝土以及全珊瑚混凝土的轴心抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度三者与立方体抗压强度有线性关系，并且目前已有学者对其之间的关系进行了拟合并总结了相关计算函数式，相较于普通混凝土和页岩陶粒轻骨料混凝土等轻骨料混凝土来说，计算式差异较大。

余强^[2]对水胶比为0.25、0.30、0.35和0.40的4组珊瑚礁砂海水混凝土在标准养护条件下进行了抗压强度试验研究。试验发现，珊瑚混凝土的立方体抗压强度与养护龄期有关，且在养护龄期为7d时出现增长速度的拐点，在7d后立方体抗压强度增长速度放缓，并逐渐趋于平稳。另外，随着水胶比的逐渐增大，立方体抗压强度也增大，与普通混凝土所表现出的抗压强度规律一致；赵艳林等^[3]对50组不同龄期海水拌养的珊瑚混凝土进行了抗压强度测试，统计分析相对抗压强度和龄期两个变量对数回归的结果，得出其相关性达0.99，根据结果也发现，珊瑚混凝土与普通混凝土的对数经验方程具有较大的差异性，不能共用一个经验方程对强度进行预测。

一些研究人员针对应力循环加卸载法和等应变单调加载法两种不同的加载方法得到的应力-应变曲线进行分析研究，发现约束珊瑚混凝土的破坏机理和破坏现象的表现特性不同于约束普通混凝土，约束珊瑚混凝土的应力-应变曲线过渡区反映出珊瑚骨料具有疏松性、易碎性和压缩性，曲线所表现出来的残余应力与峰值应力比值在0.292～0.525，这一数据说明了全珊瑚海水混凝土破坏后仍具有较高的残余强度。另外，用于试验的棱柱体试件在单轴受压的试验状态下呈现的破坏状态为劈裂破坏，具有典型的脆性破坏特征，且在相同的强度等级条件下，相较于其他种类的混凝土，尤其是轻骨料混凝土和普通混凝土，全珊瑚海水混凝土的脆性更强。

对于珊瑚混凝土的耐久性，研究人员主要针对弹性模量、抗冻性及影响钢筋腐蚀行为的抗有害离子侵蚀能力等方面进行研究。研究结果表明，以海砂和珊瑚砂为细骨料，并以海水拌养的混凝土的压缩弹性模量比普通混凝土稍低，且珊瑚混凝土经过冻融循环后的质量损失率与抗压强度损失率均较大。

考虑到海水中存在大量氯离子等有害离子，研究人员主要针对抗有害离子侵蚀的措施进行了探索。研究人员对各种可能有效的取代材料进行了尝试，如粉煤灰（FA）、高炉矿渣（BFS）和偏高岭土（MK）等，并就这些材料对珊瑚砂混凝土氯化物渗透性的影响进行了相关试验，根据结果可以发现，偏高岭土的掺入改善了珊瑚混凝土氯化物渗透性能的发展，并降低了珊瑚砂混凝土的干燥收缩值。

在针对我国南海海域影响珊瑚混凝土结构耐久性的因素分析中，研究人员发现，珊瑚混凝土的主要破坏特征有混凝土保护层膨胀开裂、剥落、坍塌、钢筋外露和锈蚀等，并认为多风、高温、潮湿的海洋环境对珊瑚混凝土结构具有强腐蚀破坏作用。其中，风是影响珊瑚混凝土结构表面氯离子含量的主要因素。抵抗氯离子侵蚀能力是珊瑚混凝土使用寿命的重要影响因素之一。

窦雪梅等^[4]运用自然扩散法探究了珊瑚混凝土在海洋环境下氯离子的扩散规律。试验发现，试块的养护龄期、暴露时间、环境差异及强度等级等都影响珊瑚混凝土试块表面氯离子浓度。在海水环境下，C50珊瑚混凝土表面氯离子浓度相较于普通C50混凝土高大约3.5倍，且增长速率很快。工程中表面氯离子浓度比试验所得数据高1.2～1.6倍，因此，需要尽量延长养护周期，以保证结构的强度和抗有害离子侵蚀的能力达到要求。

为了提高珊瑚混凝土的耐久性和力学强度，研究人员考虑向珊瑚混凝土中加入粉煤灰、偏高岭土以及硅灰等取代材料，或者加入剑麻纤维、碳纤维、聚丙烯纤维等纤维材料制成改性珊瑚混凝土。纤维材料具有耐腐蚀、强度高等优良性质，使得珊瑚混凝土的力学强度均有不同程度的提高。而偏高岭土则能大幅提高珊瑚混凝土抗氯离子侵蚀的能力。另外，当20%～30%的硅灰作为取代材料，掺入珊瑚混凝土的剑麻纤维的老化程度能够得到抑制，但是不能大幅改变珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度。

陆金驰等^[5]探究了玻璃纤维对珊瑚混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗氯离子渗透性能的影响，并探究了玻璃纤维的最佳掺量。试验发现，玻璃纤维的掺入使得珊瑚混凝土的力学强度有所提高，当掺入量分别为1kg/m³和21kg/m³时，立方体的抗压强度与劈裂抗拉强度分别达到最大。

海洋环境相较于陆地环境更为复杂，具有高温高湿、紫外线辐射较强且氯离子侵蚀更为严重等特点。珊瑚混凝土的应用仍需进一步的探索，例如，研究各种极端环境下向珊瑚混凝土中掺入多种纤维材料后，评估改性珊瑚混凝土的各项力学性能和耐久性能，探索珊瑚混凝土大范围推广应用的方法。另外，还可将防锈蚀性更好的FRP筋等特殊材料制成的钢筋应用于珊瑚混凝土中，其黏结滑移协同工作的机理仍有待进一步研究。因此，提高珊瑚混凝土力学性能以及改善其耐久性，对于减少建筑材料的损坏和浪费、延长建筑物的使用寿命，具有重要的意义。