庄子的《逍遥游》让我们深切感受到超脱万物、无所依赖、绝对自由的精神境界，同时文中写道 “鹏之背，不知其几千里也；怒而飞，其翼若垂天之云。是鸟也，海运则将徙于南冥。南冥者，天池也”也让我们感受到南海之广阔幽深。
在广袤无垠的南海里，由造礁石珊瑚群体的石灰质骨骼经过漫长地质作用而形成海洋物种及几亿人口的栖息地——珊瑚岛礁，如图1所示。这些珊瑚岛礁是我国十分宝贵的领土资源，更是南海海洋开发和国防建设的前哨基地。此外，珊瑚岛礁上拥有丰富的有别于陆源砂土的特殊岩土介质——珊瑚礁、砂。
图1 珊瑚岛礁建设混凝土与人类的生活息息相关，特别是土木科研工作者，它在土木科研工作者的研究中起到不可或缺的作用。混凝土是由胶凝材料（如水泥），粗骨料（如碎石），细骨料（如砂），水（可含外加剂和掺合料）按一定比例混合，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而形成的，也称普通混凝土。
前期珊瑚岛礁建设使用的混凝土原材料包括钢筋、水泥和砂石骨料均是花费巨大的代价和成本从大陆经海上长途运输而来的，这不仅大大增加了岛礁建设的成本，而且这些造价昂贵的混凝土结构物在海洋温、盐、湿环境及风、浪、流海况下的耐久性能和服役性能受到极大的挑战。因此，在不影响珊瑚岛礁生态环境下就地取材使用珊瑚礁、砂拌和珊瑚礁砂混凝土的施工工艺应运而生，并用于岛礁建设，如图2所示。珊瑚礁砂混凝土是指使用水泥作为胶凝材料、珊瑚礁作为粗骨料、珊瑚砂作为细骨料和水（可含外加剂和掺合料）按一定比例拌和而成的混凝土。
图1 珊瑚岛礁建设混凝土与人类的生活息息相关，特别是土木科研工作者，它在土木科研工作者的研究中起到不可或缺的作用。混凝土是由胶凝材料（如水泥），粗骨料（如碎石），细骨料（如砂），水（可含外加剂和掺合料）按一定比例混合，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而形成的，也称普通混凝土。
前期珊瑚岛礁建设使用的混凝土原材料包括钢筋、水泥和砂石骨料均是花费巨大的代价和成本从大陆经海上长途运输而来的，这不仅大大增加了岛礁建设的成本，而且这些造价昂贵的混凝土结构物在海洋温、盐、湿环境及风、浪、流海况下的耐久性能和服役性能受到极大的挑战。因此，在不影响珊瑚岛礁生态环境下就地取材使用珊瑚礁、砂拌和珊瑚礁砂混凝土的施工工艺应运而生，并用于岛礁建设，如图2所示。珊瑚礁砂混凝土是指使用水泥作为胶凝材料、珊瑚礁作为粗骨料、珊瑚砂作为细骨料和水（可含外加剂和掺合料）按一定比例拌和而成的混凝土。
图2 珊瑚礁砂混凝土构筑物
为保障珊瑚礁砂混凝土结构物的耐久性和服役性能，研究珊瑚礁砂混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能在岛礁建设中至关重要。可能会有人以为珊瑚礁砂混凝土与普通混凝土只是在骨料上有所不同而已，其实不然，这里面蕴含着科学问题。由图3可知，珊瑚礁砂具有形状不规则、孔隙发达、质轻易破碎等显著特征且其矿物成分主要是文石和低镁方解石，而细心的我们会发现陆源砂石具有形状规则、强度高和吸水性差等特性。因此，两者在物理力学性质上的差异使珊瑚礁砂混凝土与普通混凝土在配合比、工作性能、力学性能和耐久性能上存在较大区别。
图3 珊瑚骨料物理力学特性
（1）由于珊瑚礁砂形状不规则且吸水性强，若采用普通混凝土的配合比配制珊瑚礁砂混凝土时，由于水泥含量相对较少，砂浆无法很好地包裹形状各异的珊瑚礁、砂，从而影响其工作性能。此外，珊瑚礁砂吸水性强使得体系中部分的水被珊瑚礁、砂吸收，从而减少体系中的水，进而降低珊瑚礁砂混凝土的流动性，因此，在配制同等级混凝土时，珊瑚礁砂混凝土需要更多的胶凝材料。
（2）珊瑚礁砂内外孔隙发达且具有吸水-返水的特性，因此珊瑚礁砂在养护阶段可为珊瑚礁砂混凝土内部提供一定的养护水分，使其内部具有较高的相对湿度，进而抑制珊瑚礁砂混凝土因干燥而发生收缩。
（3）骨料与水泥浆体之间的界面过渡区是普通混凝土中最薄弱的相，故普通混凝土的破坏一般都是从界面过渡区开始破坏的，但是珊瑚礁砂混凝土的破坏一般都是因为珊瑚礁砂发生破碎而引起混凝土破坏的，这也是珊瑚礁砂混凝土整体强度偏低的原因。
（4）水泥浆体易渗入粗糙多孔的珊瑚礁砂中，从而增强珊瑚礁砂与水泥浆体之间的黏结作用。此外，珊瑚礁、砂返水的特性促进其周围水泥浆体水化，因此，珊瑚礁砂混凝土界面过渡区的显微硬度较普通混凝土的高，如图4所示。
图4 珊瑚礁砂混凝土与普通混凝土界面过渡区的显微硬度中国科学院武汉岩土力学研究所海洋工程地质组的科研人员长期从事珊瑚礁现场工作，通过现场调查结果表明：服役不足25年的珊瑚礁砂混凝土出现了以下三种破坏模式：（a）海浪飞溅和烈日照射形成的冷热交替导致珊瑚礁砂混凝土表层出现大面积胀裂剥落；（b）盐雾侵蚀珊瑚礁砂混凝土造成其表面破损；（c）潮汐海浪裹挟珊瑚礁块对防波堤进行冲刷掏蚀，如图5所示。
图4 珊瑚礁砂混凝土与普通混凝土界面过渡区的显微硬度中国科学院武汉岩土力学研究所海洋工程地质组的科研人员长期从事珊瑚礁现场工作，通过现场调查结果表明：服役不足25年的珊瑚礁砂混凝土出现了以下三种破坏模式：（a）海浪飞溅和烈日照射形成的冷热交替导致珊瑚礁砂混凝土表层出现大面积胀裂剥落；（b）盐雾侵蚀珊瑚礁砂混凝土造成其表面破损；（c）潮汐海浪裹挟珊瑚礁块对防波堤进行冲刷掏蚀，如图5所示。
图5 现场调研图片
海洋工程地质组的科研人员结合现场珊瑚礁砂混凝土出现的破坏模式，对不同区域的珊瑚礁砂混凝土进行钻芯取样，如图6所示，并通过室内宏、细、微观测试手段分析现场珊瑚礁砂混凝土在不同环境下的损伤机理，如图7所示。
图6 现场取样
图7 现场珊瑚礁砂混凝土损伤规律同时开展室内加速试验模拟珊瑚礁砂混凝土在不同环境下的适应性，揭示珊瑚礁砂混凝土在不同环境下的损伤机理，并针对性地提出提高珊瑚礁砂混凝土在不同环境下的耐久性措施，如图8所示。
图7 现场珊瑚礁砂混凝土损伤规律同时开展室内加速试验模拟珊瑚礁砂混凝土在不同环境下的适应性，揭示珊瑚礁砂混凝土在不同环境下的损伤机理，并针对性地提出提高珊瑚礁砂混凝土在不同环境下的耐久性措施，如图8所示。
图8 室内珊瑚礁砂混凝土在不同环境下的损伤规律
此外，课题组科研人员针对现场珊瑚礁砂混凝土出现高低温冷热交替出现胀裂剥落，提出“戴帽子”措施，即海浪冲击防波堤时无法越过“帽子”飞溅到防波堤表面，从而改变产生高低温交变的环境；针对潮汐海浪裹挟珊瑚礁块对防波堤的冲刷磨蚀，提出了“铺被子”工程措施，即在防波堤的斜坡护坦铺设土工布，以防止潮汐海浪裹挟珊瑚礁块直接作用于斜坡护坦，从而改变了斜坡护坦直接被冲刷磨蚀的环境；针对盐雾侵蚀防波堤，提出了“填坑子”的措施，即填平防波堤坡脚凹坑，海浪无法在凹坑滞留，从而改变产生盐雾大气的环境，如图9所示。
图9 提出现场珊瑚礁砂混凝土构筑物修护措施由于海上工作成本高、风险大、工作环境恶劣等因素，故从事珊瑚岛礁现场工作的人员较少，且真正能够从事南海珊瑚岛礁研究的机构和专业人员则更少，这严重制约珊瑚礁相关学科的发展。因此，希望通过本项目的研究，推动珊瑚礁砂混凝土宏、细、微观等多尺度的研究，建立珊瑚礁砂混凝土在复杂海洋环境和恶劣海况下的服役性能长效机制，为我国学者提供南海珊瑚礁工程地质研究的第一手资料，以促进相关学科的交叉、融合与渗透。
