南海珊瑚岛礁处于热带海洋环境，常年高温，故处于浪溅区的防波堤堤面受强烈的紫外线照射，其表面温度较高。同时，浪溅区的防波堤堤面遭受温度较低的海水冲刷，因此，这种频繁的冷热交替作用势必对礁砂混凝土结构物的性能造成损伤（图1）。此外，珊瑚岛礁在吹填过程中，颗粒自重对不同粒径的钙质土颗粒起到了分选作用，粒径较小的粉土颗粒或黏粒逐渐沉积下来，形成一定厚度的粉砂、粉土层（图2），这种细粒径珊瑚粉严重影响礁砂混凝土的性能。
针对珊瑚岛礁礁砂混凝土结构物出现上述工程问题，中国科学院武汉岩土力学研究所海洋与环境岩土工程研究中心科研人员长期驻守岛礁现场开展相关调研与测试分析工作，并通过室内加速试验模拟礁砂混凝土在高低温循环下的损伤，从而揭示礁砂混凝土在高低温循环下的破坏机理及提出相应工程举措。此外，研究不同细度和掺量珊瑚粉影响水泥浆体的孔结构，并结合孔结构分形理论揭示珊瑚粉-水泥浆体孔结构分布特征。研究发现：防波堤外侧与顶面礁砂混凝土的抗压强度分别集中在24.07～55.48MPa、26.26～43.41MPa，未表现出抗压强度明显下降的现象，但表现出强度分布不均匀分布分特征（图3）；现场礁砂混凝土内部生成较多粗大的钙矾石、石膏等膨胀性产物；珊瑚骨料的热变形性能存在明显的各向异性特征，其热各向异性程度较一般石灰岩大，同时，礁砂混凝土的热膨胀系数较普通混凝土的大（图4）；掺加SF、FA和PF有利于减小礁砂混凝土在高低温循环下的损伤；裂纹主要从砂浆基体及骨料与砂浆附近的浆体开始萌生（图5）；珊瑚粉的细度和掺量影响水泥浆体的孔结构，且珊瑚粉-水泥浆体的孔结构具有多重分形特征，故利用分段分形维数更精确建立其与水泥浆体宏观特性的关系（图6）。
相关研究成果发表在Construction and Building Materials 和 Fractal and Fractional上。研究工作获得中国科学院战略先导科技专项（A类）（XDA13010201）和国家自然科学基金面上项目（41472287，41877267, 41877260）的资助。
论文链接：
https://www.webofscience.com/wos/alldb/summary/344d1d3c-a055-4465-b675-28b944038715-45518cc5/relevance/1
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图1 现场礁砂混凝土结构物在高低温交替下损伤
图2 礁砂骨料富含大量细粒径的珊瑚粉
图3 现场礁砂混凝土单轴抗压强度试验
图 4不同温度下水泥浆体和珊瑚礁块的热变形
图 5 礁砂混凝土在240次高低温循环下的SEM图像
图6 珊瑚粉-水泥浆体孔结构的多重分形特征
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