含有核桃壳骨料的绿色结构混凝土的力学性能、弹性特性及损伤行为

摘要

本研究对核桃壳（WS）骨料在混凝土中的性能进行了全面的实验评估，不仅考虑了其强度特性，还研究了应力-应变行为、弹性特征、密度降低以及损伤响应等方面，而这些方面在以往的研究中受到的关注相对较少。核桃壳骨料被用作细骨料（FWS）和粗骨料（CWS）的部分替代品，替代比例范围为5%至25%。实验结果表明，较低的替代比例（10% FWS和5% CWS）所制备的混凝土的抗压强度和抗拉强度与传统混凝土相当或略高；而较高的替代比例虽然降低了混凝土的强度，但提高了其变形能力和延展性，这体现在更宽的应力-应变曲线以及更大的泊松比上。弹性模量随着核桃壳含量的增加而降低，并且与抗压强度之间存在非线性关系；干密度的降低幅度可达250 kg/m³，相当于节省了约10%的自重。基于扫描电子显微镜（SEM）分析的微观结构研究以及这些生物骨料的高吸水性，为评估所研究数据集中含有核桃壳的绿色混凝土的性能提供了初步的分析基础。较低的核桃壳骨料替代比例（5% CWS和10% FWS）在强度、变形能力和密度降低之间实现了最佳平衡。这些发现表明，核桃壳骨料有望用于某些轻质和非结构性的混凝土应用，但其更广泛的结构应用仍需进一步探索，并依赖于未来的长期耐久性验证。