Crack Evolution and Strength Threshold of Coral Powder High-Strength Mortar Based on Digital Image Correlation

LI Pengxin; CHEN Haolin; ZHOU Haifeng; XIONG Xiao; LIU Yongliang; ZHENG Chao; WANG Gang

doi:10.26974/j.cnki.XBGC.2026.01.006

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Crack Evolution and Strength Threshold of Coral Powder High-Strength Mortar Based on Digital Image Correlation

更新时间：2026-04-29

- Crack Evolution and Strength Threshold of Coral Powder High-Strength Mortar Based on Digital Image Correlation
- Journal of Northwest Engineering Technology Vol. 25, Issue 1, Pages: 42-51(2026)
- 作者机构：
  
  1.中国葛洲坝集团第一工程有限公司，湖北宜昌 443002
  2.绍兴文理学院土木工程学院，浙江绍兴 312000
  3.四川大渡河双江口水电开发有限公司，四川马尔康 624000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.26974/j.cnki.XBGC.2026.01.006
  CLC： TU528
- Received：19 November 2025，
  
  Published：25 March 2026
- 稿件说明：
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李鹏鑫，陈浩林，周海峰，等.基于DIC的珊瑚粉高强砂浆裂纹演化与强度阈值分析［J］.西北工程技术学报（中英文），2026，25（1）：42-51.

LI Pengxin,CHEN Haolin,ZHOU Haifeng,et al.Crack Evolution and Strength Threshold of Coral Powder High-Strength Mortar Based on Digital Image Correlation[J].Journal of Northwest Engineering Technology,2026,25(01):42-51.
李鹏鑫，陈浩林，周海峰，等.基于DIC的珊瑚粉高强砂浆裂纹演化与强度阈值分析［J］.西北工程技术学报（中英文），2026，25（1）：42-51. DOI： 10.26974/j.cnki.XBGC.2026.01.006.

LI Pengxin,CHEN Haolin,ZHOU Haifeng,et al.Crack Evolution and Strength Threshold of Coral Powder High-Strength Mortar Based on Digital Image Correlation[J].Journal of Northwest Engineering Technology,2026,25(01):42-51. DOI： 10.26974/j.cnki.XBGC.2026.01.006.

摘要

为了研究适用于岛礁建设的低碳、低成本高强砂浆（HSM），以珊瑚粉（CP）等质量替代水泥，替代率分别为0%，5%，10%，15%，20%，25%，通过单轴抗压和巴西劈裂试验，结合数字图像相关（DIC）方法，系统研究CP替代率对HSM力学性能的影响。结果表明：HSM强度随着CP替代率的增加呈“增强-拐点-劣化”三段式演化，5%为拐点，此时抗压、劈裂抗拉强度分别为123.30，29.98 MPa，较无掺CP基准组提高了8.6%和6.2%；当替代率≥15%时，强度显著降低，替代率为20%时，强度已低于基准组。破坏模式由低替代率的单一脆断（平直裂纹、应变带集中）转变为高替代率的拉-剪复合破坏（主裂纹分叉、次生裂纹密集，DIC显示局部化显著增强）。建议岛礁HSM的CP替代率控制在5%~10%，以兼顾结构安全、韧性与材料利用率。

Abstract

This study aims to develop a low-carbon and cost-effective high-strength mortar （HSM） suitable for island reef construction by partially replacing cement with coral powder （CP） at substitution rates of 0%， 5%， 10%， 15%， 20%， and 25% by mass. The mechanical properties of HSM were systematically investigated through uniaxial compression and Brazilian splitting tests， complemented by the digital image correlation （DIC） method. The results indicate that the strength of HSM follows a three-phase evolution pattern of “enhancement， inflection， and deterioration”， as the CP content increases. The inflection point occurs at a 5% replacement rate， where the compressive and splitting tensile strengths are recorded at 123.30 and 29.98 MPa， respectively， reflecting increases of 8.6% and 6.2% compared to the control group without CP. When the replacement rate reaches 15% or more， a significant decrease in strength is observed； at a 20% replacement rate， the strength falls below that of the control group. The failure mode transitions from a single brittle fracture （characterized by straight cracks and concentrated strain bands） at lower replacement rates to a combined tension-shear failure （characterized by bifurcation of primary cracks and a dense formation of secondary cracks， with DIC indicating significant localization） at higher replacement rates. To ensure structural safety， toughness， and optimal material efficiency， it is recommended that the CP replacement rate for HSM in island reef construction be maintained between 5% and 10%.

关键词

Keywords

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