珊瑚骨料混凝土在岛屿建设中的应用探讨

张 宇

广西大学 土木建筑工程学院，广西 南宁 530004

混凝土是由砂、石、水、水泥以及外加剂组成的建筑材料，作为一种历史悠久的建筑材料，具有耐久性好、可模型高、建筑和维护成本低廉的特点，被广泛应用于大型房建、超高层建筑、桥梁、水坝、隧道等工程中。但是在南海岛屿建设中，不能发挥出混凝土运输成本低廉、就地取材的优点，因此一种以海水拌养以珊瑚碎屑为粗骨料，珊瑚砂为细骨料的混凝土能有效的改变这一现象。故而我们应该开展珊瑚骨料混凝土的研究。

1 珊瑚骨料混凝土在岛屿建设中的优势

1.1 运输成本低廉

一般的岛屿均远离内地，在以往的建设经验中，岛屿建设所需的建材均需要从内地运输，具有成本高，时间长等诸多不便。南海的淡水资源十分宝贵，传统混凝土的拌制需要大量消耗岛屿上珍贵的淡水资源。按照砂石海运成本计算，水泥、砂石、淡水的运输成本高达0.16～0.19万元/m3，再考虑混凝土中的其他外加剂，混凝土的原材料成本则高达0.26～0.28万元/m3。开发一种可以就地取材，并能运用海水拌制的建筑材料对于岛屿工程建设具有重要意义，而以珊瑚碎屑为“砂”、“石”的珊瑚骨料混凝土能有效的改善这一现状［1］，采用海水拌制混凝土则能节省海岛上大量的淡水资源，显著提高海岛建筑的经济性。

1.2 结构效益好

珊瑚骨料是一种多孔、吸水率高、筒压强度较低的轻骨料。其表观密度比天然骨料低20%～40%；珊瑚骨料混凝土的单位质量强度大于普通混凝土材料，其质轻的特点使其在截面积相同的情况下，可以有效减少结构自重。在南海的岛屿建设中，采用珊瑚骨料混凝土的建筑对于地基承载力要求较低，尤其对于一些填砂造陆的岛屿更是如此，可以大大缩短地基处理工期。珊瑚骨料混凝土同时具有较好的抗震性能，普通混凝土材料自重大，受到的地震荷载大。而珊瑚骨料混凝土材料本身密度小、质量轻，受到的地震荷载小，有很好的减震效果。

1.3 耐火、保温性较好

珊瑚骨料具有多孔、表观密度小的特点，故珊瑚骨料混凝土耐火性能好、保温性好的优势，在火灾高温或南海阳光曝晒的条件下，珊瑚骨料混凝土导热系数低，热阻大，不容易导热，能跟好的保护钢筋。且保温性能好对于建筑的节能减排，尤其是在南海岛屿能源宝贵的环境下具有重要意义。

2 珊瑚骨料混凝土的应用情况

2.1 国外应用情况

国外对于珊瑚骨料混凝土的应用开展研究较早，美军在二战太平洋战场上就将珊瑚骨料混凝土应用于比基尼岛、庄士敦岛、塞班岛和关岛等岛屿的民用建筑、公路以及军用机场等［2-4］。

20世纪50年代至60年代，美军对已建成的珊瑚骨料混凝土建筑进行了大量的试验和评估，并制定了珊瑚碎片骨料［5-8］的开采、加工、搅拌和配合比设计标准。从70年代到90年代，Howdyshell［9］，RickA.Ehlert［10］和其他学者再一次调查研究了建于第二次世界大战期间的珊瑚混凝土建筑，并认为可以使用珊瑚作为混凝土粗骨料与合适的配合比配置高性能混凝土，研究发现珊瑚混凝土建筑物的开裂和脱落的原因来自内部，和它们之间的氯离子渗透有关。为了提高耐久性，有必要增加钢筋保护层的厚度。

21世纪，Wanchai Yodsudjai［11］在研究太平洋沿岸珊瑚等典型骨料混凝土时发现:在一定范围内，混凝土的强度随着骨料强度的增加而增加。超过此范围后，混凝土强度不增加;当骨料强度低于混凝土砂浆强度时，砂浆在混凝土中起主导作用;混凝土破坏中出现裂缝是指当骨料强度较低时，裂缝沿砂浆和粗骨料方向渗透，当骨料强度较高时，裂缝只存在于砂浆中。

由上述的研究可以发现国外已经将珊瑚混凝土运用在岛屿建设实际中，验证了用珊瑚骨料制作混凝土的可行性。但是鲜有人对箍筋约束珊瑚混凝土进行详细研究。

2.2 国内的应用情况

国内对于珊瑚骨料混凝土的研究也较少。李林［12］在研究珊瑚混凝土的基本特性时发现珊瑚骨料特殊的微观孔隙具有吸收和供水功能；其中吸水性使得其周边的水灰比较低，因此提高了水泥浆体与骨料的粘结力；骨料供水使得其周围的水泥浆体养护较好、密实度高，因此提高了珊瑚混凝土早期强度。

袁银峰［13］通过添加矿渣和粉煤灰得到了C30～C55的全珊瑚海水混凝土，发现全珊瑚海水混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度比同等级的普通混凝土和轻集料混凝土大，其轴心抗压强度则介于普通混凝土和普通轻集料混凝土之间。

郭超［14］通过研究珊瑚混凝土的工作性能，提出了珊瑚混凝土系统的三元结构概念模型，认为珊瑚砂浆在系统中的强度与刚度最大，是该种混凝土的强度与性能基础单元。在配置珊瑚混凝土时，应适度提高砂率以降低骨料的损伤，同时优化水泥用量以充分增强凝胶材料的水化反应。

赵鹤［15］对方钢管珊瑚混凝土短柱进行研究，分析了套箍增强作用，并且提出了相应的承载力计算公式。

达波［16］对珊瑚骨料混凝土柱进行了大偏压试验，建立了荷载与位移等参数之间的关系。根据《混凝土结构设计规范》和《轻骨料混凝土结构设计规范》，和国内外法规对大偏心压缩下珊瑚骨料钢筋混凝土柱的极限抗压承载力进行计算，提出了适用模型。

周文［17］通过研究包括普通混凝土和珊瑚骨料混凝土在内的试件得出：普通混凝土和珊瑚骨料混凝土破坏模式相似，但是后者的破坏形式更脆，研究还发现王立成和宋玉普［18］提出的轻骨料混凝土的破坏准则适用于珊瑚骨料混凝土。

国内对珊瑚混凝土的研究起步相对较晚，主要对珊瑚骨料特性、施工特性、基本配合比设计等方面做了研究，但大多研究停留在比较基本的层面。

3 珊瑚骨料混凝土面临的问题

3.1 技术因素

考虑到珊瑚骨料混凝土仅适用于岛屿和部分港口建设，大部分的民用建筑还是以传统的钢筋混凝土材料为主。并且大部分建设单位没有成功应用珊瑚骨料混凝土的经验，导致许多建设单位不愿意采用这种新型材料。再者由于对于珊瑚骨料混凝土的研究较少，部分采用了此项技术的建设单位也只是在一些简易的铺装公路，临时机场，临时建筑上简单的运用，而没有充分发挥珊瑚骨料混凝土的强度。

3.2 材料性质

珊瑚碎屑作为一种多孔，质地较天然石料脆的骨料，其拌制的混凝土破坏形态较普通混凝土具有脆性，导致其变形能力差，破坏过程突然。尽管其质地较普通混凝土轻，但是因为其耗能能力差，故抗震性能如何也有待研究。由于珊瑚骨料多孔的性质导致其吸水率较高，流动性较普通混凝土差，解决这一问题目前有两种方法：1.增加水泥的用量；2.加入高性能外加剂如减水剂等。

3.3 耐久性问题

珊瑚骨料作为一种海洋成分，其当中的氯离子含量较高，这对于钢筋的防锈防腐蚀不利，目前解决的方法有：

（1）采用不锈钢筋作为替代，但这种方式成本较高，且不锈钢筋的加工焊接等性能也较普通热轧钢筋差；

（2）采用新型材料如FRP筋等，这种方式同样面临成本高昂的问题，而且FRP筋的加工性能也较差；

（3）采用电镀或者涂抹高效防锈漆的方式，这种方式较前两种方式具有取材容易，价格低廉的特点，缺点就是工序繁琐，且防锈蚀能力有待研究。

4 促进珊瑚骨料混凝土应用的措施

4.1 推进珊瑚骨料混凝土的研究

目前对于珊瑚骨料混凝土的研究较少，许多研究仍处于经验阶段，故接下来的研究可从以下几个方面展开：（1）对各类粗骨料的空间分布强度进行研究，研究在随机分布下粗骨料的空间分布强度，以及对混凝土整体强度的贡献；（2）对珊瑚粗骨料的微观层面的研究，如界面过渡区形态、强度等，探讨这类因素对粗骨料和砂浆结合强度的影响；（3）珊瑚粗骨料作为一种强度低的骨料，可以研究不同浆体材料、不同浸泡时间、不同浸泡浓度对珊瑚粗骨料本身的强化以及对珊瑚混凝土各类性能的改善效果。

4.2 划分应用范围

我国目前在岛屿建设方面的前景十分广阔，岛屿民用建筑、库房、军用机场、跑道、防浪堤都可以使用珊瑚骨料混凝土，但是由于珊瑚骨料混凝土的特性，对于不同建筑其应用范围应该是不同的。在应用时要考虑到建筑物的使用年限、工期、承载力要求、抗震要求等多方面因素，在进行岛屿建筑设计时，要充分发挥珊瑚骨料混凝土就地取材的优势，尽可能的节约物料运输成本，同时对于一些强度要求，变形能力要求较高的建筑可酌情使用或者混合使用以达到经济效益最大化。

4.3 实现模块化标准化生产

珊瑚骨料混凝土具有早期强度较大的优点，可结合装配式建筑的优点，在南海珊瑚碎屑资源较为丰富的岛屿建设珊瑚骨料混凝土预制构件生产基地，通过模块化，标准化的生产再结合装配式建筑的技术，做到缩短工期，提高施工质量，可替换率高的特点，这一应用对于军用建筑尤其重要。

综上所述，珊瑚骨料混凝土建筑虽然起步较晚且发展较为缓慢，但是其在岛屿建设中也具有传统混凝土不具有的优点。所以，在我国建设海洋强国的战略背景下，我们应该继续加大珊瑚骨料混凝土的研究以及应用。