海洋环境下珊瑚砂混凝土劣化机理及抗蚀性能提升研究

The vigorous development of ocean engineering construction increases the amount of marine concrete structures. Using local materials, which is applicable in concrete under ocean environment, is the focus of most concern for researchers. Coral reef and coral sand is the main constituent of islands and reefs in South China Sea. Many researches show that coral sand can be used in casting marine concrete. Compared with normal aggregate, coral sand is more porous, lighter, has lower strength and contains some chloride salts. Therefore, coral sand concrete has lower strength and higher rate of steel corrosion compared with normal concrete. At present, how coral sand concrete structures have good resistance to corrosion and long-term service life under ocean environment is a crucial scientific problem to be solved. And the key to solve this problem is to fully understand the deterioration mechanism of coral sand concrete under ocean environment. This research starts with revealing the coral sand how to influence the hydration process and microstructure development of cement. Then the deterioration mechanism of coral sand concrete is investigated from micro-scale to macro-scale under ocean environment. Based on above, fly ash, hollow spheres, with pozzolanic activity, is blended into coral sand concrete. The physical and chemical mechanisms fly ash in coral sand concrete is explored with the purpose to improve the resistance of concrete to corrosion under ocean environment. Through this study, this project can provide a powerful theoretical basis for the using of coral sand in the construction of ocean engineering.

海洋工程建设的蓬勃发展使海工混凝土结构数量迅速增长。就地取材、并能适合在海洋环境下使用的混凝土原材料是学者关注的焦点。珊瑚礁、砂是南海岛礁的主要构成物，研究表明，珊瑚砂可用于制备海工混凝土，然珊瑚砂较普通骨料多孔、质轻、强度低，且含有一定数量的氯盐，珊瑚砂混凝土强度低、钢筋锈蚀速率高于相同配比的普通混凝土。因此，珊瑚砂混凝土结构如何在海洋环境下具有强的耐蚀性及较长的服役寿命是亟待解决的关键科学问题，而解决这一关键问题的前提是充分认识海洋环境下珊瑚砂混凝土的劣化机理。本研究以揭示珊瑚砂水泥混凝土的水化历程及微观结构发展机制为切入点，从微观到宏观多尺度研究海洋环境下珊瑚砂水泥混凝土的劣化机理，在此基础上，复掺具有火山灰活性且颗粒大多为中空结构的粉煤灰，研究海洋环境下粉煤灰在珊瑚砂混凝土中的物理化学作用机制，以期提高珊瑚砂混凝土的抗蚀性能。本项目的实施将为珊瑚砂在海洋工程中高效应用提供理论依据。

海洋工程建设的蓬勃发展使海工混凝土结构数量迅速增长。就地取材、并能适合在海洋环境下使用的混凝土原材料是学者关注的焦点。珊瑚礁砂是南海岛礁的主要构成物，研究表明，珊瑚砂可用于制备海工混凝土，然珊瑚砂较普通骨料多孔、质轻、强度低，且含有一定数量的氯盐，珊瑚砂混凝土强度低、钢筋锈蚀速率高于相同配比的普通混凝土。因此，珊瑚砂混凝土结构如何在海洋环境下具有强的耐蚀性及较长的服役寿命是亟待解决的关键科学问题，而解决这一关键问题的前提是充分认识珊瑚类材料以及珊瑚类材料在水泥混凝土中的作用机理。本研究首先以珊瑚粉为研究对象，研究珊瑚粉对水泥水化和微观结构发展变化的影响，进而研究珊瑚粉对水泥砂浆强度的影响，在此基础上复掺高火山灰活性的矿粉，研究矿粉的引入对珊瑚粉水泥水化和力学性能的影响，以期提升珊瑚粉水泥基材料的性能并最大量使用珊瑚粉。珊瑚类材料取之于海洋也将应用于海洋工程。本研究模拟海水条件，研究珊瑚粉对水泥基材料收缩性能的影响，以及珊瑚骨料对水泥基材料性能的影响，并从微观尺度上揭示珊瑚砂影响水泥基材料耐久性的机理。通过本项目的研究发现，珊瑚粉在水泥中的作用机理基本与石灰石粉一致，但珊瑚粉中碳酸钙具有与石灰石粉中碳酸钙不同的晶型结构，比石灰石粉能更好促进水泥水化。15%矿粉的加入可以使珊瑚粉掺量达到25%，水泥砂浆的强度可以达到42.5MPa以上，满足海岛工程的需求，大大提高了珊瑚粉利用量。珊瑚礁砂的多孔特性虽然使其强度降低，但在海水侵蚀下能提供多余的空间给侵蚀产物生长，进而抵消结晶压力，提高水泥基材料的耐久性。本项目的实施将为珊瑚砂在海洋工程中高效应用提供理论依据。