引言随着社会发展，河砂逐渐减少，为减缓过度开发造成的资源紧缺问题，提倡用人工机制砂、海砂替代部分河砂。我国海沙总数约679.6~684.9 km3[1]，海砂含量丰富，可以解决沿海地区总体缺乏标准砂岩资源问题。通过对国内外大量文献分析和总结，从原材料特性、混凝土力学性能和结构构件等几个方面，对目前有关海水海砂混凝土的文献资料结论进行了概述和分析，为海水海砂混凝土的工程应用和后续研究提供借鉴与参考。1原材料特性1.1海水特性水对混凝土的各项力学性能有重要影响。海水中含有大量Cl-和SO42-，对混凝土各项性能产生较大影响[2]。水中有限的盐会增加混凝土的强度[3]，海水对混凝土早期的强度有很大影响[4]。在实验室测试中，通常采用人工海水模拟海水，利用《Standard practice for the preparation of substitute ocean water》(ASTM D1141—98)规定配制。海水化学成分如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.08.020.T001表1海水化学成分组成成分浓度组成成分浓度NaCl24.530 0NaHCO30.201 0MgCl2520.000 0KBr0.101 0Na2SO44.090 0H3BO30.027 0CaCl21.160 0SrCl20.002 5KCl0.695 0NaF0.003 0g/L1.2海砂特性X射线衍射(XRD)和岩相学分析表明，海砂与河砂有相似的矿物组成和地质成因[5]，但表面纹理方面存在差异，可能会影响混凝土的嵌锁性能，影响混凝土的强度。采砂地点不同，砂的组成也有不同，海砂比河砂含有更多的盐、贝壳颗粒和其他潜在的有害物质。海砂中的盐分和贝壳颗粒会明显影响海砂作为细骨料配制的混凝土性能，但海砂通常不含有机或淤泥污染物[6-7]，可以降低污染物对混凝土性能影响。2海水海砂混凝土力学性能海水或海砂混凝土研究最早可追溯至20世纪20年代，研究表明与普通混凝土相比，使用海水配制的混凝土的抗压强度最大可降低20％[8]。研究学者关于早期强度得出一致结论，海水或海砂会导致混凝土水化进程加快，在早期能快速增强混凝土的力学强度。7 d抗压强度最大可提高52%，相比于普通混凝土早期抗压强度有所提高[9]。机理可能是海水和海砂内部盐的存在，尤其是氯盐在早期可以发挥强化剂的作用，加快水泥水化速度，或混凝土内部盐结晶填充毛孔增加混凝土的自密性，提高了早期强度。国内外学者对于海水海砂混凝土长期力学强度的研究结果存在一定差异，秦斌[10]认为从长期效果来看，普通混凝土与海水海砂混凝土的抗压强度无明显差异，有研究表明经过28 d养护，海水海砂混凝土抗压强度能达到最大，但相比普通混凝土其强度有所降低，海水海砂混凝土的抗压强度与龄期呈反增长的趋势[11]。1924年艾布拉姆斯研究中发现，在维护期间混合混凝土与海水混合的混凝土的压缩强度与海水混合，比正常混凝土低12％~20％。目前，日本和海外的学者通常会加速水泥的水合，以提高混凝土的早期压力抗性，通常高于最初的压力强度。研究海水海砂混凝土矿物掺和料及贝壳含量发现，掺入矿物掺和料有利于提高混凝土力学强度，能够提高混凝土抗离子侵蚀能力[12-13]。海砂中贝壳含量过高时会对混凝土的力学强度产生较大影响，贝壳含量较少时无明显影响[9]。综上所述，通过清除有害杂质或添加其他掺和料，可以制备性能较为优异的海水海砂混凝土。3海水海砂混凝土构件研究3.1海水海砂混凝土梁Zhang[14]等研究截面尺寸、玻璃纤维增强塑料(GFRP)管厚度和海砂替代率对海水海砂混凝土填充GFRP方形管梁受弯性能的影响，研究表明GFRP管加固核心混凝土对破坏过程有显著影响。试件在破坏前不存在明显的弹塑性阶段，试验表明试件的破坏模式为脆性。此外，GFRP管厚度对其极限承载力和抗弯刚度有显著影响，海砂混凝土代替普通混凝土对GFRP管梁的受力性能无明显影响。廖国维[15]等的研究发现，随着配筋率增加，硼纤维增强塑料(BFRP)筋海水海砂混凝土梁的承载力增加，挠度、裂缝宽度和裂缝间距减小。此外，混凝土强度的提高导致开裂荷载的增加。Hua[16]等对BFRP加固海水海砂混凝土梁的适用性能和承载性能进行了评估，钢筋类型、钢筋直径和配筋率对开裂荷载影响不明显。截面高度和轴向刚度（配筋率）显著影响BFRP加固海水海砂混凝土梁的抗弯性能，配筋率的增加降低了应变、挠度以及裂缝宽度。Hua[17]等还研究了BFRP加固海水海砂混凝土梁的受弯性能，结果显示BFRP海水海砂混凝土梁比钢筋加固梁具有更大的裂缝宽度和位移，这是由于纤维增强复合材料(FRP)筋的弹性模量较小。此外，采用小直径钢筋时，裂缝宽度减小，但对挠度没有影响。Dong[18]等研制由超高性能混凝土和海水海砂混凝土的预制外壳组成的混合梁，采用FRP筋作为加固材料，提高了FRP加固海水海砂混凝土梁的耐久性。Li[19]研究表明，GFRP海水海砂混凝土梁和GFRP普通混凝土梁的弯曲力学性能，即破坏模式和抗弯强度相似。因此，可将GFRP普通混凝土梁的研究技术应用于GFRP海水海砂混凝土梁。Dong[20]等还对BFRP格栅箍筋、BFRP包裹钢管和BFRP格栅箍筋、BFRP包裹钢管同时加固短梁的抗剪性能进行了试验比较，BFRP的存在可以提高海水海砂混凝土混合梁的抗剪性能。此外，BFRP格栅箍筋与BFRP包裹钢管组合使用可获得最佳的整体抗剪性能。Li[21]等研究了BFRP加固海砂混凝土梁的疲劳性能。根据试验结果进行疲劳寿命预测，提出了施加载荷水平的疲劳极限为0.55fu。得出结论，梁的挠度和FRP筋和混凝土应变不受梁尺寸的影响。Chang[22]等研究了在混凝土中掺入1%钢纤维对钢筋混凝土梁抗震性能的影响。结果表明，海水和海砂混凝土中的氯离子会引起钢筋锈蚀，对钢筋混凝土梁的地震反应产生不利影响。此外，与钢筋混凝土梁相比，钢纤维增强复合筋和混合梁具有更明显的捏缩效应和更小的残余位移。变形增加，钢纤维增强复合钢筋混凝土梁的总累积耗能与钢筋混凝土梁的总累积耗能基本相同。钢纤维增强复合钢筋混凝土梁在低周反复荷载下的抗震性能得到了显著改善。与钢筋混凝土梁相比，其承载力和能耗分别提高了27.0%和36.5%。吕家美[23]等研究了GFRP筋海水海砂混凝土梁抗剪性能及受弯承载力。梁开裂荷载不受剪跨比影响，但剪跨区斜裂缝的荷载值和梁的极限承载力与剪跨比成反比。通过对比淡水河砂FRP筋混凝土梁发现，采用海水海砂制作的FRP混凝土梁的各项性能均无明显差异。3.2海水海砂混凝土柱研究发现，随着GFRP纵筋配筋率的增加，海水海砂混凝土柱的极限承载力相比素海水海砂混凝土柱提高了4.3%~49.8%。采用GFRP管与GFRP筋共同增强后，海水海砂混凝土柱的承载力和延性进一步提高，试件破坏后整体形状完整，破坏得到了改善。单波[24]等研制了活性粉末混凝土(RPC)预制管海水海砂混凝土组合柱，该组合结构具有较大的轴向承载力。Yang[25]等和郑宏宇[26]等的研究中，与普通混凝土柱相似，BFRP螺旋条带对核心混凝土和BFRP纵筋有一定约束效应，能够提高BFRP纵筋抗压强度利用率。试件抗压承载力随着BFRP纵筋配筋率增大而提高；条带约束可使试件承载力提高0.9%~10.4%，极限位移增大16.39%~130.82%，减小条带间距或增大条带宽度均能提高试件承载力。这与杨俊龙[27]等研究结论相同，CFRP非均匀约束相比于相同体积率下的全包裹和条带约束试件，其具有更优越的力学性能。柏佳文[28]等对CFRP-钢复合管海水海砂混凝土圆柱进行研究，结果表明结构的极限应力随着CFRP层数、混凝土强度增大而增大，CFRP层数对极限应变与极限应力一致，但混凝土强度对极限应变呈相反变化，CFRP层数对核心混凝土和钢管对极限应力的贡献无明显差别。Dong[29]等研制了一种新型海水海砂珊瑚骨料混凝土填充BFRP管柱，随着钢管厚度和配筋率的增加，钢管的极限承载力和极限位移逐渐增大。BFRP筋的存在显著提高了试件在极限荷载作用下的环向应变。Tang[30]等通过循环轴压加载方式进行试验，结果表明FRP约束海水海砂不锈钢管混凝土柱在中高区均因FRP断裂而失效，但在反复卸载再加载的情况下，FRP断裂较轻。与FRP约束混凝土相似，其轴向循环荷载-应变响应的包络曲线与单调压缩曲线基本一致。Zhang[31]等对海水海砂混凝土FRP碳钢复合管柱进行了轴心循环受压试验，研究表明FRP能够有效地抑制混凝土的侧向膨胀。CFRP比BFRP具有更好的约束性能。4结论与展望海水海砂混凝土基本力学性能及耐久性与普通混凝土没有明显差别，海砂中少量的贝壳不会影响工作性能和力学性能。海砂和海水中富含氯化物，可以加速早期混凝土强度的发展，增加一定量的矿物混合材料，海水海砂混凝土的性能得到了更好改善。FRP筋用于海水海砂混凝土中，可有效解决钢筋锈蚀等问题，在海洋建设中的应用具有重要意义。FRP海水海砂混凝土结构的提出，对混凝土发展起到强有力的促进作用。现有海水海砂混凝土的研究主要侧重混凝土力学性能，微观机理、多环境下的侵蚀以及长期耐久性研究较少。现实海洋环境复杂多样，研究高温强辐射环境下的力学性能对实际工程应用具有重要意义。目前海水海砂混凝土结构研究大多是在实验室静力环境下，在冲击荷载以及爆炸荷载下结构的损伤相关研究尚处空白。