本研究针对面向岛礁基础设施的珊瑚骨料海水混凝土（CASC）热损伤特征开展研究。以珊瑚骨料、珊瑚砂和波特兰水泥为原材料，依据轻骨料混凝土配合比设计规范制备了不同强度等级（C35、C55、C70 和 C80）的圆柱体混凝土试件。采用无损检测与破损检测相结合的方法，系统评估了不同温度（100 °C、300 °C、500 °C、700 °C 和 900 °C）下的损伤情况。加热后，首先对高温引起的表面损伤进行了定性评估。无损评价方面，通过测定超声脉冲波速计算高温损伤指数（DT），以量化热损伤程度。此外，对受热后的试件进行了静力轴向压缩试验，结果表明抗压强度与 DT 之间存在指数关系。试验显示，CASC 在高温下的损伤与劣化行为与其他混凝土存在显著差异，其主要原因在于珊瑚骨料的独特性质。基于破损性测试，采用弹性模量对力学损伤指数（DE）进行量化。分析结果表明，DT 与 DE 之间存在对数相关性，且当 DT 位于 0.4–0.6 范围内时离散性更大。
该论文发表于《Journal of Materials Research and Technology》，围绕高温作用下珊瑚骨料海水混凝土（CASC，coral aggregate seawater concrete）的损伤演化与性能劣化规律展开。研究背景在于，岛礁工程面临日益突出的火灾风险，而高温会显著改变混凝土的物理状态、内部孔裂结构及力学承载能力。现有研究已较充分揭示普通波特兰水泥混凝土、轻骨料混凝土以及超高强混凝土在高温后的强度损失、质量损失和弹性模量退化规律，但针对以废弃珊瑚礁资源为骨料、以海水替代淡水配制的 CACS 材料，相关高温后力学性能研究仍较匮乏。由于珊瑚骨料具有高孔隙率、高吸水率和富含 CaCO3 的显著特征，其受热后的劣化机制与普通混凝土并不相同。因此，开展该研究对于评估岛礁工程结构的耐火安全性、火后可修复性及服役可靠性具有直接工程价值。
研究人员以南海岛礁珊瑚骨料和珊瑚砂为集料、42.5R 普通硅酸盐水泥为胶凝主体，并掺入 I 级粉煤灰（FA，fly ash），制备了 C35、C55、C70、C80 四个强度等级的 CACS 试件。在 100–900 °C 温度区间内开展加热暴露试验，并结合外观观察、质量损失测试、超声脉冲波速测试、单轴静力抗压试验及弹性模量分析，对材料在高温后的热损伤与力学损伤进行系统量化。研究建立了高温损伤指数 DT 与温度之间的拟合关系，揭示了残余抗压强度与 DT 的指数关联，以及 DT 与力学损伤指数 DE 之间的对数关系。研究结论表明，CASC 在高温后的损伤发展具有明显阶段性，且其损伤与劣化特征显著受珊瑚骨料本征性质控制。该成果为火后岛礁工程中 CACS 构件损伤的快速无损评估提供了理论依据，也为珊瑚资源再利用与海洋工程低运输成本建材开发提供了支撑。
3.1 试件表面特征 研究人员通过受热后外观观测发现，CASC 的表面颜色、裂缝分布和剥落形态随温度升高呈连续演变。100 °C 时试件仍呈蓝灰色，外观与常温接近，基本无裂缝和剥落；300 °C 时表面转为浅褐色并出现少量细裂缝；500 °C 时颜色变为灰黄色，裂缝数量和宽度增加，但整体形态仍较完整；700 °C 时表面呈灰黑色，出现剥皮、边角轻微剥落和贯穿骨料与胶凝材料的长裂缝，表明内部结构明显松散；900 °C 时试件转为黄白色，表面遍布类似干土开裂的裂纹，并伴随明显剥落和轻微爆裂，放置数日后宏观几何形状完全丧失。该结果说明，CASC 在高温作用下存在显著的表观损伤累积与结构失稳过程。
3.2 质量损失 质量损失结果表明，所有强度等级的 CACS 试件均随着温度升高发生持续失重，且规律基本一致。常温至 100 °C 阶段，失重增长较缓，主要归因于吸附水和层间水释放；100–300 °C 阶段，失重加快，主要由自由水蒸发所致；300–700 °C 阶段，失重速率趋于中等，源于水泥基体中结合水逐步损失以及水化产物分解；700–900 °C 阶段，失重显著加速，主要与 CaCO3 分解有关。由于珊瑚骨料和珊瑚砂中 CaCO3 含量高于 96 wt.%，因此在高温后期其骨料本体亦参与分解，导致 CACS 的失重幅度明显高于采用河卵石等常规骨料的普通混凝土。该结果突出表明，富碳酸钙珊瑚骨料是决定 CACS 高温质量衰减特征的关键因素。
3.3 超声脉冲波速试验 超声测试结果显示，CASC 的超声脉冲波速随温度变化呈先微升后持续下降趋势。100 °C 时波速略有升高，研究人员认为这可能与未水化水泥颗粒进一步水化、局部缺陷得到填充有关；达到 300 °C 后，波速开始显著降低，原因在于脱水收缩诱发的微裂缝形成和内部初始缺陷扩展，使超声传播路径延长并发生反射、偏折。C35 组在 700 °C 时波速降幅最为显著，表明内部损伤最为严重；而 C55、C70、C80 组波速相对更稳定，显示较高强度等级在一定程度上可抑制高温下内部裂缝的形成。基于连续损伤力学（CDM，continuous damage mechanics）思想，研究人员进一步以超声波速构建高温损伤指数 DT，为无损量化热损伤提供了基础。
3.4 抗压强度试验 轴压破坏试验表明，常温下各试件破坏具有明显脆性特征，接近峰值荷载时裂缝迅速贯通并伴有碎片飞散和清脆断裂声，其中 C70 与 C80 甚至出现爆裂式破坏。100 °C 时破坏过程与常温相近；300 °C 及以上时，高温预制裂缝在加载过程中进一步扩展，最终形成多条宽大的竖向贯穿裂缝，破坏声由清脆转为沉闷；700 °C 时表面剥落显著，最终表现为无明显脆响的松散破碎破坏。残余抗压强度结果显示，25–100 °C 区间内四组试件强度均有提升，尤以 C35 最明显，增幅达 18%，这与自由水蒸发形成“蒸汽养护效应”并促进未水化颗粒继续反应有关，同时珊瑚骨料孔隙可缓释水蒸气压力。100–300 °C 区间内，四组试件强度快速下降，降幅分别为 19.8%、47.2%、45.1% 和 49.2%，表明水蒸气压力累积与裂缝扩展已主导强度衰减。300–700 °C 区间内强度继续下降，但速率较前一阶段稍缓，反映出内部水分蒸发完成后，水化硅酸钙（C-S-H）分解及骨料–浆体热变形失配成为主要劣化机制。
4.1 高温损伤指数与温度关系 基于试验数据，研究人员建立了 DT 与温度之间的拟合关系，拟合曲线呈典型“S”形，相关系数达到 0.995，说明该模型能够较好反映 CACS 的高温损伤演化。200 °C 以下，DT 与常温接近，内部损伤较轻；300–600 °C 区间，由于裂缝快速增殖和孔隙增加，DT 明显上升；700 °C 时 DT 接近 0.9，表明试件内部已遭受严重破坏。研究还将该拟合形式与其他文献中的普通混凝土、反应粉末混凝土、粉煤灰混凝土、石灰岩混凝土及轻质自密实混凝土进行比较，发现各类混凝土的相关系数均高于 0.95，说明该方法不仅适用于 CACS，也可为其他混凝土高温损伤描述提供参考。
4.2 残余抗压强度与高温损伤指数关系 研究人员进一步建立了残余抗压强度与 DT 之间的指数关系。结果显示，两者具有较强相关性。低于 100 °C 时，由于强度和波速略有提升，DT 接近零甚至略为负值，反映高温影响有限；300–700 °C 区间内，DT 主要分布于 0.6–1，高强等级试件的残余抗压强度随 DT 增加而下降更快。研究指出，这与高强混凝土配合比中含水量较低、在高温裂缝作用下更易产生损伤有关。通过与其他混凝土类型对比，研究发现不同骨料体系具有不同的临界高温损伤指数：普通混凝土因内部骨料高温下裂化较少，临界损伤指数较高，而使用其他特殊骨料的混凝土则因骨料本体亦发生退化，其力学性能下降更早、更快。
4.3 弹性模量与高温暴露关系 初始弹性模量 E0 与峰值割线模量 Ep 的变化趋势与抗压强度总体一致，但下降幅度更为敏感。100 °C 时两者与常温相近或略有提高；超过 100 °C 后开始持续下降，其中 300 °C 时降幅最为显著，分别降至常温的 58.2%–69.2% 和 58.6%–67.3% 范围；700 °C 后则分别仅剩原始值的约 3% 和 2%。研究人员指出，CASC 弹性模量比抗压强度更易受到高温损伤影响，主要原因在于水泥浆体与粗骨料之间热膨胀差异在界面过渡区（ITZ，interfacial transition zone）诱发显著应力，促进裂缝萌生与扩展，同时珊瑚骨料自身在高温下受损也加剧了刚度衰减。
研究结论部分可译为：本研究考察了 100 °C 至 900 °C 高温对圆柱形珊瑚骨料海水混凝土（CASC）试件物理–力学性能的影响，得到以下主要结论。其一，CASC 试件在高温下发生显著外观变化，表面颜色由初始蓝灰色逐步转为黄褐色、灰黄色，最终变为黄白色；表面裂缝持续增多且缝宽扩展，温度升高进一步加剧表面剥落与剥皮。700 °C 时，珊瑚骨料变为灰黑色并伴有大量裂缝；900 °C 时，室内静置一段时间后试件变得松散呈粉末状，完全失去抗压承载能力。其二，CASC 试件的质量损失随温度升高而逐步增加，总体规律类似轻骨料混凝土；由于珊瑚骨料富含碳酸钙，其在 700 °C 以上的失重速率显著加快，超过其他类型混凝土。其三，利用超声脉冲波速测量建立了高温损伤指数与温度之间的定量关系，所提出的拟合公式能够有效描述高温损伤随温度变化的退化曲线，并可推广至多种混凝土类型。其四，研究建立了高温后残余抗压强度与高温损伤指数之间的关系，为火后混凝土残余抗压强度快速评估提供了依据。通过将弹性模量变化表征的力学损伤与高温损伤相关联，本研究为高温事件后岛礁工程损伤评价提供了一种简便且可靠的方法。
