本珊瑚是一种生活在海洋中的无脊椎动物，它属于腔肠动物门，珊瑚虫是珊瑚的主要组成部分。珊瑚通常生长在浅海的石质底部，形成大片的珊瑚礁 [11] 。珊瑚的身体由许多小的珊瑚多胞体构成，它们有一个外部的钙质骨架 [12] ，可以提供支持和保护。珊瑚礁的主要成分为碳酸盐，钙含量高达98%。它是一种钙质砂，含有虫洞、棘皮动物和其他海洋生物的骨骼碎屑。其中称珊瑚礁的碎片为珊瑚骨( 图1 )，而较小颗粒的珊瑚骨或经过碾磨过的珊瑚骨成为珊瑚砂 [13] 。在珊瑚混凝土中将珊瑚骨作为粗骨料，珊瑚砂作为细骨料。珊瑚混凝土中使用的四种主要骨料是鹅卵石、河砂、珊瑚骨和珊瑚砂。这些骨料有三种不同的制备方法:卵石粗骨料和珊瑚砂细骨料的珊瑚混凝土，珊瑚碎片粗骨料和河砂细骨料的珊瑚混凝土，珊瑚碎片粗骨料和珊瑚砂细骨料的全珊瑚混凝土 [14] 。

本海水与淡水最大的不同是海水中有着大量离子。其中CL⁻， ${\text{SO}}_4^{2-}$，Mg²⁺对混凝土是有害的。因为当钢筋混凝土的界面上CL⁻浓度超过临界浓度时，钢筋混凝土结构的钢筋腐蚀将导致结构断裂 [15] 。此外，由于硫酸盐浓度过高，水泥浆中会产生过多的高膨胀钙矾石，造成硫酸盐侵蚀，使水泥浆破裂。在硫杆菌存在的情况下， ${\text{SO}}_4^{2-}$将转化为腐蚀性硫酸，从而导致混凝土中受微生物影响的腐蚀。Mg²⁺与Ca(OH)₂交换反应生成的难溶非晶态物质Mg(OH)₂也会降低水泥浆溶液pH [16] 。为了维持混凝土的pH值，C-S-H凝胶脱钙分解产生的Ca(OH)₂会使混凝土强度下降，表面软化。

通常采用普通硅酸盐水泥拌和珊瑚混凝土 [17] ，水泥掺量一般在400~600 kg/m³左右。与水胶比、珊瑚含量、搅拌时间等因素相比，水泥掺量对抗压强度和抗渗性能的影响要显著得多。而普通硅酸盐水泥中C₃A和C₃S含量高，会增加水化热。水泥水化产物中含有大量的氢氧化钙和水化铝酸钙，会影响水泥的耐海水腐蚀性能。有研究对硫酸镁水泥、珊瑚混凝土和普通硅酸盐水泥珊瑚混凝土的力学性能进行了测试。结果表明，硫酸镁水泥混凝土的韧性和延展性均优于普通硅酸盐水泥珊瑚混凝土。验证了硫酸镁水泥珊瑚混凝土抗氯离子侵蚀的优良性能。研究认为，在珊瑚混凝土中应用硫酸镁水泥可以降低氯离子侵入的速度，提高抗氯离子渗透的能力。珊瑚混凝土与硫铝酸盐水泥混合后，抗压强度、抗拉强度、弹性模量均大于普通珊瑚混凝土。抗硫酸盐硅酸盐水泥的珊瑚混凝土性能优于普通珊瑚混凝土。并且使用抗硫酸盐硅酸盐水泥的珊瑚混凝土抗压强度比普通混凝土高10%。在此之外珊瑚混凝土与高水速凝材料混合，流动性更好，初凝时间更长。

硅灰是硅铁合金生产和工业硅的工业副产物，是一种超细粉末材料，平均粒径为0.1~0.3 µm。硅灰的掺量应在合适的范围内为20%~30%之间，此时可有效提高抗压强度和劈裂抗拉强度。随着硅灰掺量的增加，珊瑚混凝土的抗压强度有所提高，硅灰掺量达到30%为最佳 [18] 。当硅灰掺量超过30%时，由于C-S-H凝胶结构松散，珊瑚混凝土强度下降。当其掺量过少时会影响珊瑚混凝土劈裂抗拉强度，掺加10%硅灰的珊瑚混凝土的劈裂抗拉强度约为未掺加硅灰珊瑚混凝土的一半。如 图2 所示，老化实验表明，当硅灰含量在20% ~30%之间时，劈裂抗拉强度变化不明显 [19] 。

粉煤灰是煤燃烧的副产品。为细灰，粒径为0.5~300 µm。粉煤灰颗粒表面光滑。掺入粉煤灰可以改善珊瑚混凝土的流动性、和易性、粘度和保水性 [20] 。掺入掺量为0~30%的粉煤灰后，珊瑚混凝土坍落度从100 mm增加到160 mm。但是珊瑚混凝土的强度会随着粉煤灰掺量的增加而降低 [21] ，这是由于粉煤灰在室温下的活性不强。研究人员用10%、20%和30%粉煤灰替代普通硅酸盐水泥制备珊瑚混凝土时，珊瑚混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而降低 [22] ，如 图3 所示。尤其是早期的强度急剧下降。

通常，珊瑚混凝土中的水灰比很高，因为珊瑚具有多孔吸水的性质 [23] 。随着水灰比的增大，水泥浆体与骨料之间的粘聚力、强度和耐久性均呈下降趋势 [24] 。当高效减水剂掺量在1.5%~3%范围内时，珊瑚混凝土强度显著提高 [25] 。

珊瑚混凝土优良的抗拉强度和韧性归功于材料中的纤维。因为珊瑚混凝土中的氯离子会腐蚀钢，所以对于珊瑚混凝土来说不应加入钢纤维。聚丙烯纤维、碳纤维和剑麻纤维是珊瑚混凝土的较好替代品，因为它们具有耐海水腐蚀的特性。

通过添加碳纤维，珊瑚混凝土的断裂强度显著提高 [26] ，从而阻止裂缝的形成。碳增强珊瑚混凝土的断裂强度比普通珊瑚混凝土高57.7%。抗压强度与水灰比的关系曲线趋势呈凸形，最佳水灰比为0.4。有实验对玻璃钢与碳纤维增强珊瑚混凝土的粘结性能进行了研究。结果表明，碳纤维含量对粘接性能影响较小。在GFRP直径相同的情况下，GFRP与碳增强珊瑚混凝土的粘结强度随凝结深度的减小而增大 [27] 。在相同的凝结深度下，GFRP与碳增强珊瑚混凝土的粘结强度随着GFRP直径的增大而减小。

聚丙烯纤维增强珊瑚混凝土的强度发展与普通混凝土和轻骨料混凝土相似，抗压强度随养护时间的增加而增加。界面过渡区的集料和水泥砂浆被C-S-H凝胶紧密包裹，增强和增韧混凝土 [28] 。而这只有在聚丙烯纤维增强珊瑚混凝土掺加粉煤灰后才有可能实现。但随着粉煤灰的增加，坍落度增大，抗压强度减小。粉煤灰的最佳掺量为10% [29] 。

通过添加剑麻纤维，可以提高珊瑚混凝土的韧性。剑麻纤维与水泥砂浆紧密混合，在微观分析下，两者在界面过渡区之间的空间很窄。然而，由于氢氧化钙的存在，剑麻纤维变脆，这是水泥水化的副产物。添加硅灰可有效降低氢氧化钙的产生，提高剑麻纤维增强珊瑚混凝土的耐久性。

抗压强度是混凝土最重要的性能之一。原始珊瑚混凝土的抗压强度较低，约为30 MPa。随着胶凝材料和矿物掺合料掺量的增加，珊瑚混凝土的抗压强度有所提高。有研究表明，珊瑚混凝土的最大抗压强度达到55.7 MPa。为满足强度要求，水胶比应为0.2~0.3之间，水泥掺量为600~800 kg/m³，矿物掺量为20~25%。珊瑚混凝土早期抗压强度增长较快，其中7天混凝土强度约为28天强度的80% [30] 。在此之后，后期抗压强度增长缓慢。多次试验结果表明，在标准养护条件下，珊瑚混凝土的抗压强度与龄期的一般对数不成正比，这与普通混凝土不同。

混凝土的压应力–应变关系是进行混凝土结构非线性研究所必需的。压应力–应变关系描述了应力过程的力学特征，是混凝土受力分析、混凝土承载力和变形理论计算的基础。然而，目前对珊瑚混凝土轴压应力–应变本构关系的研究较少。尽管如此，研究结果表明，珊瑚混凝土在单轴压缩下的破坏模式与普通混凝土和轻骨料混凝土相似 [31] 。珊瑚混凝土的峰值应变随抗压强度的增大而增大。极限应力为峰值应力，极限应变为峰值应变。有研究对C30、C40、C50、C55珊瑚混凝土的压应力应变关系进行了分析，结果表明：向上阶段的应力应变曲线与过镇海发明的本构方程曲线相似，但向下阶段的应力应变曲线需要修正。方程如下：

上升阶段：

$y=ax+\left(3-2a\right)x^2\left(a-2\right)x^3$(1)

下降阶段：

$y=\frac{x}{-b+\left(b+1\right)x}$(2)

下降段采用赖建中等提出的单轴受压应力–应变曲线模型为：

$y=\frac{bx}{1+\left(b-2\right)x+x^2}$(3)

其中x = ε/ε₁，y = σ/σ₁，ε₁为试样峰值应变，σ₁为峰值应力，a、b为系数。根据实验对比，认为压应力–应变关系与普通混凝土相似。在线性弹性极限之前，混凝土中裂缝较少，应变与应力呈线性关系。珊瑚混凝土应力应变曲线与轻骨料混凝土的应力应变关系方程相似，表明珊瑚混凝土的变形性能与轻骨料混凝土相似。

弹性模量是混凝土最重要的力学性能之一，反映了混凝土的变形复杂性。混凝土的弹性模量受物理性能、骨料特性、化学因素、水灰比、砂率、强度等级、养护条件、养护龄期等因素变化的影响 [32] 。普通混凝土弹性模量的计算公式：

$E=\frac{{10}^5}{2.2+\frac{34.7}{f_{cu}}}$

轻骨料混凝土弹性模量的计算公式：

$E=\frac{{10}^5}{2.35+\frac{47.9}{f_{cu}}}$

其中，E为弹性模量，f_cu为立方体抗压强度。

将该模型应用于普通混凝土，对珊瑚混凝土的立方体抗压强度和弹性模量进行回归分析。回归拟合相关系数为0.98，珊瑚混凝土弹性模量计算公式如下：

$E=\frac{{10}^5}{1.1+\frac{73.7}{f_{cu}}}$

有实验数据表明，在相同抗压强度下，珊瑚混凝土的弹性模量大于轻骨料混凝土，略低于普通混凝土 [33] 。混凝土的弹性模量随着骨料的修改而变化，骨料刚度在这里起着重要的作用。珊瑚混凝土的弹性模量为30 GPa左右 [34] 。珊瑚混凝土的弹性模量不随碳纤维、剑麻纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维的加入而增加 [35] 。

抗氯离子渗透性能是混凝土耐久性的重要指标 [36] 。工程应用表明，珊瑚混凝土的抗氯离子渗透性能较普通混凝土差。珊瑚混凝土的氯离子扩散速率取决于其自身的孔隙率以及所处环境的氯离子含量，在这些研究中，珊瑚混凝土的表观氯离子扩散系数和游离氯离子扩散系数均大于相同环境下的普通混凝土。有研究对环太平洋沿岸的珊瑚混凝土建筑进行了调查，发现珊瑚混凝土的氯离子渗透系数是普通混凝土的两倍以上。对南海周边珊瑚混凝土结构氯离子含量进行了调查测试，发现珊瑚混凝土的游离氯离子浓度和总氯离子浓度分布均大于普通混凝土。在南海条件下，珊瑚混凝土的表观氯离子扩散系数是普通混凝土的1~8倍，表面游离氯离子浓度是普通混凝土的13~28倍。研究人员用自然扩散法研究了珊瑚混凝土在模拟海水环境中的氯离子扩散。这些研究表明，表面氯离子浓度随着海洋环境暴露时间的延长而增加，随着养护时间的延长而降低，随着珊瑚混凝土抗压强度的提高而降低。普通硅酸盐水泥珊瑚混凝土的抗渗等级较低，而与硫酸镁水泥掺入后，珊瑚混凝土的抗氯离子渗透性能明显提高。试验结果表明，硫酸镁水泥珊瑚混凝土的氯离子扩散系数比普通硅酸盐水泥珊瑚混凝土低90%。

碳化可以降低混凝土的碱度。试验结果表明，当海水pH值小于7时，海水中的二氧化碳对混凝土产生腐蚀作用。然而，当海水的pH值超过7.5时，混凝土几乎不会被腐蚀 [37] 。海水pH一般为7.6，所以珊瑚混凝土有耐腐蚀的特性。在相同条件下，普通混凝土碳化深度为5 mm，珊瑚混凝土碳化深度为2 mm。南海试验数据表明，25年后珊瑚混凝土车库底板碳化深度为35~55 mm。珊瑚混凝土海堤19年后为10~20毫米，珊瑚混凝土潮汐区25年后为8毫米。并且由于珊瑚具有多孔的凹凸表面，有利于氢氧化钙的附着生长。这可以填补孔洞，增加界面过渡区的密实度，提高混凝土密度。

抗冻融性能对寒冷地区混凝土的耐久性影响很大。经50次冻融循环后，珊瑚混凝土的自重损失小于5%，强度损失小于15%。珊瑚混凝土的质量损失率和抗压强度损失率略高于普通混凝土。掺入矿渣后，珊瑚混凝土的抗冻融性能提高，掺入粉煤灰后，珊瑚混凝土的抗冻融性能降低。而由于珊瑚混凝土主要应用于海洋工程及岛礁工程，而中国南海由位于热带所以抗冻性能相对不重要。