纳米二氧化硅与蛤壳粉协同改良海洋软土的理化特性与工程性能研究

本研究针对海洋软土(marine soil)高流动性、低承载力等工程缺陷，创新性地采用蛤壳粉(CSP)与纳米二氧化硅(nano-SiO2 )复合稳定剂，系统分析了5%-15% CSP与0.7% nano-SiO2 联用对黏土含量、干密度等关键参数的影响。通过ANOVA验证了该绿色改良技术可显著提升土壤孔隙比和抗压强度，为海岸工程提供了可持续的土体强化方案。

　　

在快速发展的海岸带建设中，海洋软土(marine soil)因其独特的"三高特性"——高含水量(69.4%)、高压缩性和高灵敏度，成为制约工程安全的"隐形杀手"。传统水泥/石灰稳定法虽能提升土体强度，却面临碳排放高(CO₂
排放)、成本昂贵等瓶颈。更棘手的是，马来西亚槟城等热带沿海地区广泛分布的软黏土，其黏粒含量达45.7%，液限高达89.3%，常规改良技术收效甚微。面对这一挑战，马来西亚理工大学的研究团队另辟蹊径，从当地盛产的蛤类废弃物(Anadara granosa)和纳米材料中寻找突破口，开创性地提出"生物废弃物+纳米技术"的协同稳定策略。

研究团队采用"三步走"技术路线：首先通过X射线荧光光谱(XRF)和扫描电镜(SEM)解析Simpang Ampat地区海洋软土的矿物组分与微观结构；其次设计5%-15%蛤壳粉(CSP)与0.7%纳米二氧化硅(nano-SiO₂
)的复合配比方案；最后通过标准普氏压实试验、阿特伯格界限测定等系列实验，系统评估改良土体的物理化学与力学性能演变规律。

材料与方法
研究选取槟城Simpang Ampat海域7.62m深处的海洋软土为对象，经48小时烘干处理后，分别掺入5%-15%的蛤壳粉(CSP)和固定0.7%的nano-SiO₂
。通过激光粒度分析仪测定颗粒分布，pH计检测酸碱度变化，马弗炉进行灼烧损失(LOI)测试。关键指标如孔隙比(e)、干密度(ρ_d
)均按ASTM标准测定，并采用ANOVA方差分析验证数据显著性。

研究结果

1. 材料特性
   XRF显示CSP含92.3%碳酸钙(CaCO₃
   )，nano-SiO₂
   比表面积达200m²
   /g。SEM证实原始土壤呈蜂窝状结构，而改良后形成致密的钙硅酸盐水合物(C-S-H)凝胶网络。

2. 理化性能演变
   15%CSP+0.7%nano-SiO₂
   组使黏粒含量降低38.6%，pH值从6.2升至8.9。灼烧损失分析表明有机质分解率提高2.1倍，证实了纳米材料催化效应。

3. 工程性能提升
   最优配比使最大干密度(ρ_dmax
   )提高至1.78g/cm³
   ，孔隙比(e)从1.42降至0.86。液限(w_L
   )显著降低21.3%，塑性指数(I_p
   )改善率达44.7%。

结论与展望
该研究揭示了CSP与nano-SiO₂
的协同机制：蛤壳中的CaCO₃
提供钙源，纳米SiO₂
通过"纳米填充效应"和"火山灰反应"双路径增强土体。特别值得注意的是，0.7%nano-SiO₂
的催化作用使15%CSP组的改良效果超越20%纯CSP组，证实了"少剂量纳米材料撬动大效能"的可行性。这一发现为发展"低碳-低成本-高性能"的海岸工程土体改良技术提供了新范式，未来可拓展应用于吹填造陆、海底管线基础等场景。研究团队建议后续重点探索长期海水侵蚀下的性能耐久性，以及大规模工程应用的施工工艺优化。