珊瑚混凝土基础力学性能及工程应用研究现状

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0700

摘要/Abstract

摘要：

珊瑚混凝土是以珊瑚砂、礁灰岩等为骨料，掺入水泥、粉煤灰等胶凝材料与外加剂，并以海水拌制而成的海洋工程材料。在海洋工程及岛礁建设中可最大限度实现就地取材、节约资源、降低运输成本，对推动岛礁工程建设具有重要意义。本文系统介绍了珊瑚原材料特性、珊瑚混凝土的改性方法、配合比设计，以及在静态力学性能、动态力学性能、抗侵彻与抗爆炸性能等方面的研究进展。分析了配合比设计、矿物掺合料及纤维增强技术对提升珊瑚混凝土力学性能的影响。并对当前珊瑚混凝土研究中存在的问题进行了探讨与展望，以期为珊瑚混凝土在岛礁工程建设方面的大规模应用提供关键技术支撑，助力海洋强国战略的实施。

关键词: 珊瑚混凝土, 配合比, 耐久性, 强动载力学性能, 工程应用

Abstract:

Coral concrete is a marine engineering material composed of coral sand， reef limestone as aggregates， blended with cementitious materials such as cement， fly ash and admixtures， and mixed with seawater. In marine engineering and island reef construction， it can maximize the use of local materials， save resources and reduce transportation costs， which is of great significance to promote island reef engineering construction. This study systematically introduces the characteristics of coral raw materials， methods for modifying coral concrete， mix proportion design， and research progress in static mechanical performance， dynamic mechanical performance， penetration and explosion resistance. It analyzes the effects of mix proportion design， mineral admixtures and fiber reinforcement technology on improving the mechanical properties of coral concrete. In addition， it discusses and prospects the existing problems in the current research on coral concrete， aiming to provide key technical support for the large-scale application of coral concrete in island reef engineering construction and accelerate the implementation of the maritime power strategy.

Key words: coral concrete, mix proportion, durability, mechanical property under strong dynamic loading, engineering application

中图分类号:

TU528

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图/表 20

图1 珊瑚集料的形态特征

Fig.1 Morphological characteristics of coral aggregates

图2 珊瑚砂颗粒X-CT扫描切片［13］

Fig.2 X-CT scanning section of coral sand particles［13］

表1 海砂珊瑚混凝土最佳配合比［32］

Table 1 Optimum mix proportion of sea sand coral concrete［32］

Strength grade of coral-SWSSC	Mix proportion/（kg·m^-3）					28 d compressive strength/MPa
Strength grade of coral-SWSSC	Cement	Sea sand	Coral	Net water consumption	Total water consumption	28 d compressive strength/MPa
C20	340	926.64	655.67	153.00	251.35	23.49
C25	380	888.03	680.89	171.00	273.13	28.02
C30	495	868.73	693.96	173.30	277.39	30.19
C35	550	849.42	706.10	181.50	287.42	35.47
C40	600	830.12	718.71	198.00	305.81	40.10
C45	693	791.51	743.93	228.70	340.29	45.43
C50	726	772.20	756.54	239.60	353.08	50.21

图3 未改性和改性过的珊瑚骨料的SEM照片［43］

Fig.3 SEM images of unmodified and modified coal aggregate［43］

图4 珊瑚混凝土内部缺陷与纤维掺量关系［50］

Fig.4 Relationship between internal defects of coral concrete and fiber content［50］

表2 纤维对珊瑚混凝土改性效果

Table 2 Modification effect of fiber on coral concrete

Literature	Concrete strength	Type of fiber	Optimal content/（kg·m^-3）	Improvement effect
［51］	C30	CF	6.7	Compressive strength increased by 22%
［52］	C30	PPF	2.0	Compressive strength increased by 17.4%
［53］	C30	SF	2.2	Peak shear stress increased by 15%
［54］	C30	BF	3.8	Peak shear stress increased by 15%

图5 碳纤维掺量与珊瑚混凝土抗压强度关系［51］

Fig.5 Relationship between carbon fiber content and compressive strength of coral concrete［51］

图6 龄期与抗压强度的关系

Fig.6 Relationship between age and compressive strength

图7 动态放大系数DIF与应变率的关系

Fig.7 Relationship between dynamic amplification factor DIF and strain rate

图8 C50 OPC侵彻试验高速摄像（弹体速度300 m/s）［78］

Fig.8 High speed camera for C50 OPC penetration test （projectile velocity 300 m/s）［78］

图9 C50 CASC侵彻试验高速摄像（弹体速度300 m/s）［78］

Fig.9 High speed camera for C50 CASC penetration test （projectile velocity 300 m/s）［78］

图10 C50 BM-CASC侵彻试验高速摄像（弹体速度300 m/s）［78］

Fig.10 High speed camera for C50 BM-CASC penetration test （projectile velocity 300 m/s）［78］

图11 C50 SF-CASC侵彻试验高速摄像（弹体速度300 m/s）［78］

Fig.11 High speed camera for C50 SF-CASC penetration test （projectile velocity 300 m/s）［78］

图12 靶体侵彻后靶面［79］

Fig.12 Target surface after target penetration［79］

表3 弹体侵彻珊瑚混凝土靶试验数据及公式预测误差

Table 3 Experimental data of projectile penetration into coral concrete targets and formula prediction error

Literature	Bullet weight/kg	Bullet path/mm	Strength/ MPa	Velocity/ （m·s^-1）	Penetrate the depths/mm	Formula error/%
Literature	Bullet weight/kg	Bullet path/mm	Strength/ MPa	Velocity/ （m·s^-1）	Penetrate the depths/mm	Young formula	ACE formula	NDRC formula	Three institutes of the general staff formula
［78］	0.2	12.65	30	253	206	14.2	35.9	51.5	1.9
	0.2	12.65	50	310	193	1.1	28.5	43.0	7.7
	0.2	12.65	55	315	205	8.0	34.6	47.3	0.5
［79］	557	250	125	328	2 270	0.4	40.3	50.0	23.0
［79］	557	250	125	317	2 290	4.3	43.5	52.8	17.9

图13 直径30 cm珊瑚混凝土靶板影单面破坏形态照片［78］

Fig.13 Photograph of single sided failure mode of 30 cm diameter coral concrete target plate shadow［78］

图14 C50 CASC 靶板破坏情况［78］

Fig.14 Damage situation of C50 CASC target plate［78］

图15 太平洋战争中珊瑚混凝土结构毁坏状态［98］

Fig.15 Damage states of coral concrete structure during the Pacific War［98］

图16 珊瑚礁砂混凝土护岸工程［99］

Fig.16 Coral reef sand concrete revetment project［99］

图17 南海岛礁珊瑚混凝土结构［100］

Fig.17 South China sea island reef coral concrete structure［100］

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