全珊瑚海水混凝土的运用

刘子寒　张值源　刘亦白　杨棋曾

关键词：珊瑚；混凝土；实际运用；产业前景

1概述

1.1政策背景

随着我国经济的快速发展，国家“一带一路”倡议的推进，以及陆地资源的日益匮乏，开发海洋资源对于我国未来的发展具有重大的戰略意义。但是由于我国南海岛礁远离大陆，岛上资源有限，而建筑装修中主要起着支撑建筑物，连接建筑装修中各建材、居室装修、公路修造、桥面的打造等建设海岛重要作用的传统混凝土材料要从大陆运来十分困难，若在海岛就地生产传统混凝土材料，生产原材料砂、石等材料若从大陆运输，又存在运输困难、成本高昂等问题。所以，如何“因地制宜”制作出符合岛礁建设的新型混凝土，其中最重要的就是研发出新型全珊瑚海水混凝土。

虽然在海岛中，我们能找到的砂石相关的材料是很少的，但是在海洋里，珊瑚礁的数量是众多的，而且珊瑚礁的种类繁多，将珊瑚礁作为一种新型添加材料加入混凝土，将混凝土改造成为新型全珊瑚海水混凝土，按照一定的配比，制成一种新型混凝土。2014年，国家发展改革委出台的《关于印发关键材料升级换代工程实施方案的通知》（发改高技[2014] 2360号）中明确提出，要大力发展岛礁建设用新型建筑材料，支持南海岛礁建设用海水拌养型混凝土产业化，珊瑚礁、砂集料海水拌养混凝土就地取材利用率大于75%，因此，珊瑚混凝土研究成为近年土木工程领域的研究热点。

在现有的基础研究中，研究珊瑚混凝土的力学性能的较多，但是其研究指标还是比较局限，本项目通过探索各个方面珊瑚混凝土的不同，从而得出了很多各个方面的不同力学性能，这一点在之前的研究中很少能够体现出来，这也说明了这将成为未来的研究方向，在微观状态下，我们所产生一系列的力学性能的多样性是存在巨大差异的，这也是本文所探讨的重点内容。若仍采用现有普通混凝土的复杂应力状态下的受力性能及本构关系来进行珊瑚混凝土结构分析，显然是不科学不合理的。因此，非常有必要对珊瑚混凝土在复杂应力状态下的受力性能进行更为深入、系统研究。

1.2珊瑚混凝土背景

混凝土是工程建设中常备建筑材料，而岛礁工程远离大陆，建筑材料短缺，珊瑚材料拌和混凝土能够较好地解决此问题。珊瑚混凝土中一般将破碎的礁灰岩块用作粗骨料，珊瑚砂作细骨料，用海水拌和。通过对拌和材料选择、混凝土力学性质、耐久性和微观结构方面进行研究，发现珊瑚混凝土的强度较低，珊瑚骨料的强度决定混凝土强度，将耐海水腐蚀的纤维材料加入珊瑚混凝土中，能够提高其张拉强度，使用硅酸水泥能获得较好的混凝土强度和耐久性。目前对珊瑚混凝土的研究多局限于室内试验，对于现场工程实际运用的研究比较少，应加强其应用技术及现场环境下强度和耐久性的研究。

2实际应用

珊瑚混凝土的研究是基于岛礁建设的需求日益迫切，岛上砂石和淡水资源匮乏，远离祖国大陆，以及珊瑚、海水资源丰富等这样的背景。在谈到高强原理时，同时应提到富浆混凝土理论、高性能混凝土原理、珊瑚骨料界面强化效应以及珊瑚骨料的空隙填充效应四个方面。在钢筋锈蚀行为中，钢筋锈蚀导致钢筋有效截面减少，屈服强度降低，影响混凝土结构安全。

本项目的新型混凝土可用于海岛以下几个方面的建设

2.1房屋建筑

房建是土木中核心的一个部分，与人们的生产生活密切相关，而珊瑚混凝土对房建所产生的巨大益处也是很多的。房屋建筑工程质量安全性的质量好坏将直接影响人们的生活质量与整个社区环境的和谐安定。因此，深入研发高品质建筑原料——新型混凝土，提高我国各类民用房屋建筑工程的建筑产品质量和安全，是充分发挥其综合社会效益作用和直接经济效益作用的最有效可行的技术途径，对在推动我国经济建设的快速发展、改善我国人民群众的居住生活质量水平等各方面都有着极为广泛的社会现实意义。

2.2市政路桥施工

市政就是指一个城市基础设施的建造。主要是政府投资修建的一些设施，供广大市民公用的。比如各种地下管线：雨水、污水、电力、电信、中水、给水、燃气、热力等。在一些大型桥梁的建设中，珊瑚混凝土的使用价值也是很大的，即使是城市道路的建设，珊瑚混凝土也很有用途，它的适用范围相当广泛，在不断地验证中，它可以在未来的市政路桥施工中发挥重大作用。

经济的发展离不开交通，因此市政路桥的建设事业很重要，城市要“又快又好”的发展，就要努力发展桥梁以及公路工程建设项目。近年来城市化的速度不断增加，就市政路桥工程化建设来说，各个城市的重视度都在不断上升，在市政路桥施工项目中，混凝土材料技术属于一个重点技术。

2.3特种专项工程施工

特种专项工程施工包括但不限于以下方面：

地基处理工程：对于软土地基，强度和变形常常不能满足要求，就采用不同的方法进行处理，比如换填、注浆加固、打桩等，以此来加固地基，本项目产品浆液强度高、品质好，加固效果更好，同时本项目轻质高强混凝土对于路面属性的提升是十分明显的。

礁球中使用的混凝土并不是我们市面中的普通混凝土，它是pH中性的海洋级混凝土。这种混凝土可以促进珊瑚更好地生长，并且还有助于减少沿海的风暴和飓风造成的损害。

全珊瑚海水混凝土在复杂环境下的强度、耐久度等性能都有显著优势，在各个特种专项施工中有广阔的应用前景。

3社会环境分析

“发展绿色建筑，促进行业低碳转型”。我们知道“绿水青山就是金山银山”的概念被全面深入贯彻到我国产业发展的全过程，而其中就包括绿色建筑材料产业。这意味着全珊瑚混凝土的出现和改进适合当前社会环境的需要，它不仅可以充分利用南海岛礁丰富的珊瑚礁资源，而且支持南海岛礁建设用海水拌养型混凝土产业化。

但是，南海岛礁珊瑚岛礁距离大陆非常远，环境条件十分艰险，如果环境产生破坏，治理修护需要更大的精力，就需要因地制宜，利用岛上随处可见的天然礁沙资源以及岛上丰富的天然海洋资源，可开发生产各种珊瑚海水混凝土，能够充分适应各类岛礁开发建设需要和岛礁之后建设运维管理所需，有着巨大的开发研究价值和经济效益。

首先，南海岛礁珊瑚礁资源丰富，岛礁附近残积大量的珊瑚碎屑，利用珊瑚礁资源就地取材生产混凝土成为可能。这对于无法得到充分利用的珊瑚碎屑具有极大意义。

其次，我国南海拥有东沙群岛、西沙群岛、中沙群岛和南沙群岛四大群岛，广阔的海域中散布着数百岛礁。在南海的众多岛礁中，我国开发建设的一些岛屿，是十分具有价值的。近些年来，随着我国综合实力的大幅提升，国际地位逐步提高，对南海岛礁的开发建设也随之加强，使我国南海拥有更好的发展和价值潜力。南海的发展建设投资力度加大，意味着全珊瑚混凝土的市场正急需新兴产业涌入。这对于帶动国家经济的发展不可或缺。

最后，世界经济发展高度融合，全球呈现一体化发展趋势，南海海域经济价值进一步提高，将为周边国家的经济发展提供更好的发展机会，南海岛礁的开发建设就成为整个南海区域经济发展的关键环节。这意味着，我们对南海岛礁开发建设得越完善，将更好地彰显我国形象，为南海区域经济发展提供更好的支撑与服务，结合我国的经济策略将普惠周边国家，惠及全世界。

以整个南海岛礁建筑市场为导向，不拘泥于全珊瑚混凝土行业自身的发展现状，从未来产业发展潜力和对周边区域发展可能带来的机遇进行定位；全珊瑚混凝土具有极大优越性，这个产业未来的发展潜力很大，并且该产业发展能够带动其他相关产业发展。以提高居民居住生活质量和绿色环保发展作为产业理念，建立具有公信力的品牌，并不断提高自身技术发展，争取做到能够从南海岛礁市场推广到更大的市场，并且做到通过自身发展辐射带动周边发展。

南海海底地形结构复杂，在南海也有不少沙洲、暗礁、暗沙暗滩等，珊瑚和珊瑚碎屑的含量极其丰富，有着极大的产品原料优势。在该地区，对于混凝土需求量较大，而利用珊瑚及珊瑚碎屑制造的混凝土具有极大的地方优势。

珊瑚混凝土是指由珊瑚（砂）、水泥、外加剂和矿物掺合料等原材料按照一定的配合比制成的一种新型混凝土。珊瑚混凝土根据其构成，主要可以分成三类：碎石珊瑚海水混凝土、河沙珊瑚海水混凝土以及全珊瑚海水混凝土。全珊瑚混凝土以珊瑚碎屑作为粗骨料，以珊瑚砂作为细骨料。珊瑚碎屑为珊瑚虫死后的产物，其化学成分主要为碳酸钙。相比其他建筑材料，珊瑚碎屑质轻、多孔，属于天然轻集料。我国拥有很长的海岸线，沿着海岸线依次有黄海、东海、南海，其中南海区域有东沙群岛、西沙群岛等。这些岛屿中存在有大量的珊瑚岛礁，是我国开发海洋环境和权益保护的重要依托。在现有条件下对于珊瑚混凝土的使用也并非没有，就现有的产品而言各有千秋，对于南海目前的发展而言，珊瑚混凝土的市场因技术还在研发当中，也因此，市场的规模巨大。同时，通过一系列调查研究，深化了我国对海洋恶劣环境条件下珊瑚礁砂混凝土结构服役性能的认知，研究结果证实珊瑚礁砂含量超过50%，不使用外掺挤难以满足国家岛礁建设用新型建筑材料的技术要求，这一成果为珊瑚礁砂混凝土在国内外推广应用提供了重要科技支撑。

4全珊瑚海水混凝土性能优势

珊瑚混凝土何以如此重要？在热带或亚热带地区，海洋中分布着很多的珊瑚岛和珊瑚礁，这些岛礁实际上都是由成千上万的碳酸钙组成的珊瑚虫骨骼、在数千万年的生长过程中不断加厚、扩大形成的。而这些珊瑚岛礁被海水冲刷上岸的珊瑚碎屑为我国南海诸岛的工程建设提供了一种新型建筑材料——珊瑚骨料。

同时，在远离陆地几百甚至上千公里的海岛，缺少砂石和淡水资源，“如果要从大陆运输建筑材料会大大推高工程造价，工期也很难保证”，余红发告诉记者在不破坏珊瑚岛礁自然生态系统的前提下，就地取材，利用当地丰富的珊瑚礁砂和海水资源，可为岛礁工程建设与维护制备出所需的全珊瑚海水混凝土，具有重要的科学意义和工程实用价值。

现有普通混凝土具有拉强度低、延展性不高、自重大且体积不稳定性的特点，现有的珊瑚混凝土也存在着技术尚未成熟、性能有待提升、产品特性不一等缺点，往往不能满足客户对一些工程项目的混凝土需求。而我们的全珊瑚混凝土因其便于取材、轻质、强度高的优良性能，可以给客户提供更高品质的混凝土产品。我们的产品主要优势如下：

（1）承压能力好，强度高。全珊瑚混凝土以珊瑚碎屑作为粗骨料，以珊瑚砂作为细骨料，在此基础上加入一定比例的纤维，增强混凝土各方面的力学特性，使其在海水中能够承受更大的压力和具备更高的强度。

（2）材质相对较轻，便于运输，运输成本低。而全珊瑚混凝土中的主要原料珊瑚碎屑为珊瑚虫死后的产物，其化学成分主要为碳酸钙。相比其他建筑材料，珊瑚碎屑质轻、多孔，属于天然轻集料，便于运输，运输成本较低。

（3）原料来源广，就地取材，因地制宜，成本较低。随着资源越来越稀缺，原材料价格上涨过快，特别是黄砂，而且质量比以往的有所下降。而我国海岸线较长，岛屿丰富，岛屿中存在大量的珊瑚岛礁和珊瑚碎屑。因此，我们的珊瑚原料丰富，尚未被很好地开发和应用，原料的成本较低。

（4）采用环保型原料，性能优良的同时污染相对较小。全珊瑚混凝土原料主要为珊瑚碎屑，属于天然轻集料，较为绿色、环保，有利于开发海洋资源和保护海洋环境。

5产业发展现状及前景

建筑工程施工中，水泥是应用最为普遍的材料之一，在各行各业都是常青树。但是水泥在生产中投入的流动资金数量比较大，对公司来讲是一项重要支出。很多中小企业在发展中承受的压力因混凝土市场竞争性加大而随之加大。水泥生产制造企业需要顺应时代发展潮流，积极采取对策，有效控制乃至降低水泥生产成本，确保企业经济利益、社会效益的同时，实现企业良性发展。

一方面，在生产环节可以通过优化设备能耗以及搅拌工艺来降低碳排放，而运输环节的线路优化以及新能源运输车普及也有着巨大的降碳潜力。

按《预拌混凝土单位产品能源消耗限额》中的标准计算，如果将行业整体能耗等级由二级提升至一级水平，生产环节和运输环节每年分别可降低二氧化碳排放约500万吨和800万吨。

另一方面，减少预拌混凝土使用量是更加直接的减碳途径。倡导减少混凝土用量并不是让行业停止发展，而是应当从追求量的扩张转向追求质的提升。

预拌混凝土行业通过应用高强混凝土，加强与设计单位的合作沟通，可以在保证建筑强度的前提下，减少设计和施工过程当中的混凝土用量。高性能混凝土的推广将通过延长混凝土结构建筑的使用寿命来减少资源用量和碳排放。

作者简介：刘子寒（2002— ），男，汉族，辽宁锦州人，本科在读，研究方向：结构工程。