人工鱼礁钢筋混凝土可修复海洋生态环境和提高渔业产量。但目前存在碱性大和造价高等缺点,此外海洋环境中的生物会对它进行腐蚀。基于造价、环保和耐久性,提出一种由硫铝酸盐水泥、海砂和海水等制备而成的新型人工鱼礁混凝土,并采用海水养护。首先,研究水泥类型(普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥)、砂类型(海砂和河砂)、拌合用水类型(海水和河水)对人工鱼礁混凝土性能的影响机理。其次分别采用化学硫酸浸泡和适用于海洋环境的微生物腐蚀装置,模拟生物硫酸对人工鱼礁钢筋混凝土的腐蚀。以硫酸类型(生物硫酸和化学硫酸),硫酸浓度(pH=1.1、1.6、2.0),水泥类型、砂和拌合水类型为变化参数,对腐蚀前后的外观、质量、抗压强度、Ca2+释放量、内部Cl-浓度、混凝土钢筋处孔隙液pH值、钢筋腐蚀电位和腐蚀电流和锈蚀率进行测试,采用SEM-EDS、XRD、热重分析、IR和NMR五种微观方法测试腐蚀产物;基于液相结晶过饱和度理论、化学反应热力学理论、扩散理论和法拉第第一定律,提出并验证了腐蚀深度计算模型、损伤评价方法、钢筋锈蚀阚值方程和钢筋锈蚀率计算模型等基础上,采用试验结果和理论分析相结合的方法进行机理分析,研究生物硫酸作用下人工鱼礁钢筋混凝土的腐蚀机理。主要研究成果如下:1.新型人工鱼礁混凝土的工作性(坍落度、坍落度损失、保水性和粘聚性)满足实际施工要求,其力学性能、抗渗性、生态效应分别优于普通硅酸盐水泥混凝土(OPC)的。2.生物硫酸对混凝土的腐蚀过程是由扩散控制。生物硫酸对混凝土的侵蚀破坏是由H+、S042-和细菌共同作用的结果,先是水泥石中的Ca(OH)2、C-S-H、AFt等物质被H+溶解和转化,之后Ca2+再与扩散至孔隙液中的SO42-结合形成膨胀性的石膏。T.f菌吸附在石膏和粗糙、疏松的混凝土表面,并在混凝土表面产酸,进而缩短生物硫酸往混凝土内扩散的路径(细菌效应)。3.建立和验证了生物硫酸作用下,考虑扩散系数时变性的腐蚀深度计算模型、基于质量损失率的生物硫酸腐蚀破坏的评价方法、在细菌还未直接参与钢筋锈蚀前基于pH值和Cl-的钢筋锈蚀阈值临界方程和锈蚀率模型,为生物硫酸对人工鱼礁钢筋混凝土的腐蚀机理研究方面提供理论支持。4.OPC主要水化产物C3S2H3,在生物硫酸作用下,C3S2H3相已全部转为无粘性的硅胶和铝胶。硫铝酸盐水泥混凝土(SCC)主要水化产物是AFt,在生物硫酸作用下,AFt相还有部分未溶解。相对于SCC腐蚀层,OPC腐蚀层出现微裂缝,其细菌效应更加明显,其腐蚀速率和损伤劣化因子较高。SCC的孔隙和界面结构比OPC的致密,OPC的pH值降低速度高于SCC的。因此SCC中钢筋的140 d腐蚀电流低于OPC的,其钢筋锈蚀率低于OPC的。5.相对于河砂河水,海砂海水能够改善混凝土的孔结构和界面结构,增加介质扩散的难度;河砂河水混凝土表面的粗糙度和疏松程度分别大于海砂海水混凝土的,其腐蚀层表面的细菌效应增加;河砂河水混凝土水化产物溶解速度、石膏生成量和pH值降低速度分别大于海砂海水混凝土的。相对于河砂河水SCC,海砂海水SCC的腐蚀速率和损伤劣化因子降低。掺阻锈剂海砂海水SCC(即新型人工鱼礁混凝土)中钢筋的腐蚀电位比不掺阻锈剂河砂河水混凝土的更偏向正方向,其腐蚀电流低于不掺阻锈剂河砂河水混凝土的,其抗钢筋锈蚀能力更好。6.随着生物硫酸浓度的增加,溶解出来的Ca2+、石膏生成量、生物硫酸在混凝土腐蚀层的扩散系数变化速率、细菌效应、腐蚀速率和损伤劣化因子均增大;同时pH值降低速度和被固化的Cl-被释放速度加快,混凝土中钢筋锈蚀氯离子阈值[Cl-]降低。钢筋腐蚀电位负移,腐蚀电流不断增加,钢筋锈蚀速度加快。7.腐蚀最终产物石膏对化学硫酸的渗入起阻碍作用;然而对于生物硫酸,石膏有利于细菌附着产酸,从而加速腐蚀。生物硫酸作用下SCC和OPC中钢筋的腐蚀速率、损伤劣化因子和腐蚀电流均比化学硫酸作用下的大,其腐蚀电位比化学硫酸作用下的更容易负移,钢筋更容易锈蚀。新型人工鱼礁混凝土的抗生物硫酸腐蚀性能优于OPC的,在生物硫酸作用下,新型人工鱼礁混凝土的钢筋锈蚀率低于不掺加阻锈剂OPC的,因此新型人工鱼礁混凝土在工程中有较好的应用前景。