摘 要

珊瑚骨料是以港湾疏浚、航道疏通挖出的混合级材料，因为其质轻、多孔、孔隙率大、吸水性强，按照混凝土骨料学术分类，其应属于天然轻骨料的一种。在不破坏自然条件的情况下，利用岛礁上的珊瑚骨料作为混凝土骨料来源，设计制备珊瑚骨料混凝土，这对于海岛军用及民用工程建设具有极其重要的意义。

针对当前海水珊瑚砂混凝土物理力学性能研究的不足，本文着重开展海水珊瑚礁砂混凝土物理力学性能及其微观机理的试验研究。实验结果表明：珊瑚砂原材料疏松多孔、多棱角、易碎的特性；用海水拌制的珊瑚砂混凝土，早期抗压强度发展较快，后期增长缓慢，弹性模量低于同配比的普通混凝土，抗折强度和劈裂抗拉强度与普通混凝土无显著差异，采用先进测试手段XRD、TG-DSC、SEM揭示海水珊瑚砂混凝土水化机理及微观结构，从而建立宏观性能与微观结构的联系，弥补了海水珊瑚砂混凝土微观机理研究的空白。

关键词：珊瑚砂、混凝土、物理力学性能、微观结构

Abstract

Coral aggregate is a kind of natural lightweight aggregate according to the concrete aggregate academic classification because of its lightweight, water absorption, porous and porosity, which is a mixture material of dredging harbor and digging channel. It is very important significance use the coral aggregate as concrete aggregate source for the military and civil engineering construction on the islands without destroying the natural condition.

For less than the current sea coral Mechanical properties of concrete research, focusing on sea coral reefs Mechanical properties of concrete Experimental Research and Microscopic Mechanism to carry out. The results showed that: raw materials, porous coral sand, more angular, brittle characteristics; mixing with seawater coral sand concrete, early compressive strength development of faster, slower growth in the latter part of the elastic modulus lower than the proportion of ordinary concrete flexural strength and splitting tensile strength of ordinary concrete with no significant difference in the use of advanced testing techniques XRD, TG-DSC, SEM reveal sea coral sand concrete hydration mechanism and microstructure in order to establish contact macroscopic properties and microstructures, to make up for the gaps in the microscopic mechanism of sea coral sand concrete.

Keywords: Coral sand, concrete, physical and mechanical properties, microstructure

目录

第一章：绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2骨料对混凝土影响的研究动态 2

1.3珊瑚混凝土研究动态 2

1.4本论文研究的必要性及研究内容 4

第二章：原材料 6

2.1原材料 6

2.2混凝土配合比 6

2.3试验方法 7

第三章: 珊瑚砂物化性能研究 8

3.1珊瑚砂物理性能 8

3.2 珊瑚砂化学性质 9

3.3珊瑚砂的形貌及表面纹理 10

第四章：预湿珊瑚砂混凝土力学性能试验 12

4.1抗压强度 12

4.2抗折强度 13

4.3动弹性模量 14

4.4劈裂抗拉强度 15

第五章：预湿珊瑚砂混凝土微观结构 16

5.1 水化产物XRD 16

5.2水化产物TG-DSC 17

5.3水化产物形貌SEM 20

第六章：结论 21

参考文献 22

致谢 24

第一章：绪论

1.1课题背景及意义

自从19世纪人们开始成功利用波特兰水泥，至今已有一百多年的历史，同时水泥混凝土的研究和利用工程经历了一百多年的发展。众所周知，水泥混凝土为当今社会用途最为广泛的基础建设材料，随着我国经济的迅速发展，高楼大厦林立、跨海和长江大桥以及深水港湾和海上钻井平台等混凝土结构日趋增多，使得陆地的自然资源十分匮乏。然而受地理和地质环境影响，以及地质特点，南海各群岛中多数是珊瑚岛礁，即使岛礁的面积较小，但在海洋中却是异常珍贵的资源，并且是人们争夺海洋权益保护以及海洋开发的落脚点。南海各岛地理位置非常优越，自然资源充盈，是进行保护深海远洋渔业、合理开发海洋自然资源、建设海岛旅游专线和国防基础工程，发展我国经济面向深海的极为重要的战略部署。

然而要在海岛上实施巨大工程的建设就必然顾及建筑材料成本和来源。但是，南海各岛礁缺少常用的建筑材料，最主要的是淡水资源极其匮乏。南海岛礁离大陆较远，交通闭塞，在建设巨大工程时，又必须使用大型船舶来运输陆地建筑材料，从而使得成本较高，同时工程的建设又容易受到自然条件的限制，很难确保工期能够顺利的进行。根据资料统计，常见的散装货物利用海运的成本在每立方两千左右^[1]。所以，节约建筑材料成本和解决建筑粗细骨料的来源成为海岛工程建设中需要解决的重要问题。

南海岛礁堆积有较多的珊瑚碎屑，其中主要有珊瑚碎块与珊瑚砂，同时含有少量的珊瑚藻与死去的浮游生物骨骼的碎屑。珊瑚礁砂的主成分是文石(CaCO₃)与高镁方解石(Ca,MgCO₃)，化学成分主要是碳酸钙，其含量达到95%以上^[2]。这种独一无二的珊瑚礁与珊瑚砂为海岛的建设提供了相对丰富的建筑材料——珊瑚礁砂(Coral Aggregate)。它和普通骨料存在明显的不同，珊瑚礁砂来自于港湾的疏浚、航道的疏通以及风化的珊瑚礁，是一种混合的材料。但是又是具有独一无二的特性，比如它的较高吸水性、较大的孔隙率，密度较小，并且按照混凝土骨料的分类，珊瑚骨料应该是属于一种天然的轻骨料 ^[3]。然而珊瑚礁砂骨料和常见的轻骨料又有显著的不同，因为其拥有自身材料的特性。但是珊瑚礁砂骨料大都分布在偏远的海岛，只有在离沿海地区较近的省份实行了极少相关研究，为了能在海岛工程建设和海洋资源的开发使得珊瑚骨料发挥作用，迫切需要对珊瑚礁砂这种新型细骨料进行完整性研究。

所以在保护岛礁自然的环境下，采用岛礁上以及周围分布的珊瑚礁砂骨料制备珊瑚礁砂混凝土，使得对于节约建筑材料成本，解决建筑材料来源及其岛礁上军用和民用工程的建设都具有非常重要的深远意义。近几年来，我国南海岛礁的一些岛屿遭受非法的侵占，从而导致我国大量的海洋权益遭受损失。因此，在远离海岛的岛礁上开展相关的工程建设和旅游开发迫切需要加快，而使用珊瑚礁砂代替普通建筑材料来制备混凝土，使得对于国民建设及其国防的建设非常重要的经济价值与军事价值。珊瑚礁砂骨料的研究及其应用已经成为远海工程建设的一个重要课题。

1.2骨料对混凝土影响的研究动态

众所周知，粗细骨料为混凝土材料组成体系的极为重要的部分，在混凝土的中通常起着的作用是刚性骨架。所以粗细骨料的颗粒形貌特性、基本的力学特性、物理和化学的特点都会产生对混凝土的力学性能及其耐久性能不同程度影响。综合当前研究内容，目前针对混凝土的骨料的性能的影响主要集中在以下几个方面：（1）骨料的力学强度、弹性模量、粒径分配和颗粒级配；（2）骨料的用量；（3）水泥石及其骨料的界面粘结强度^[4-8]。然而，影响混凝土抗压强度的主要因素来源于骨料与水泥石颗粒的界面粘结强度，界面粘结的强度基本是水泥浆水化颗粒与粗细骨料之间的粘结的能力。当界面结合的强度较低时，混凝土整体的抗压强度也表现的比较低，而当界面结合的强度较高时，混凝土抗压强度也会随之而提高。