《New Biotechnology》：State-of-the-art review on mechanisms and microstructural insights of eggshell powder for clay soil stabilization
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本文系统评述了蛋壳粉（ESP）作为生物基稳定剂改良黏土工程特性的研究进展。文章整合了ESP对黏土阿太堡界限（Atterberg Limits）、最大干密度（MDD）、最优含水率（OMC）、加州承载比（CBR）、无侧限抗压强度（UCS）等关键岩土参数的影响规律，并通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等微观表征揭示了其通过离子交换、絮凝团聚及火山灰反应（生成C-S-H、C-A-H等胶凝物质）的稳定化机理。指出约10%的ESP添加量可实现最佳改良效果，为替代传统石灰/水泥提供了一条低成本、可持续的路径。
蛋壳粉：黏土稳定化的绿色利器
在全球每年产生数百万吨蛋壳废弃物的背景下，如何将其变废为宝成为研究者关注的焦点。蛋壳粉（ESP）因其富含碳酸钙（CaCO3）的特性，在煅烧后可转化为氧化钙（CaO），成为一种极具潜力的生物基黏土稳定剂，有望替代高环境代价的传统石灰和波特兰水泥（PC）。
ESP的特性与处理工艺
ESP的主要成分为CaCO3，同时含有少量氧化铝（Al2O3）、二氧化硅（SiO2）、氧化铁（Fe2O3）等矿物质。通过简单的煅烧处理（温度通常高于800°C），ESP中的CaCO3可分解为具有反应活性的CaO，这一过程质量损失约55%，最终得到细度在10-100微米之间的白色粉末。与需要化学试剂和多次清洗的漂白工艺相比，煅烧法更经济、实用，为大规模应用奠定了基础。
ESP对黏土工程特性的宏观影响
ESP的添加显著改变了黏土的物理力学性质。研究表明，当添加量在10%以内时，改良效果最为显著。
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阿太堡界限：ESP的加入通常会导致液限（LL）和塑限（PL）降低，塑性指数（PI）减小。这主要归因于Ca2+与黏土颗粒表面的阳离子发生交换，促使颗粒絮凝、团聚，从而降低了土壤的塑性。
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压实特性：随着ESP含量的增加，黏土的最优含水率（OMC）呈现上升趋势，而最大干密度（MDD）则有所下降。这是因为ESP的加入改变了颗粒级配，其胶结性促使细颗粒团聚成类似粗颗粒的集合体，增大了土壤总体积。同时，ESP的比重通常低于黏土矿物，也是导致MDD降低的原因之一。
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强度特性：剪切强度、加州承载比（CBR）和无侧限抗压强度（UCS）是评价稳定效果的核心指标。数据显示，ESP添加量在10%以下时，这些强度参数均呈现明显提升。强度的增强源于ESP引发的一系列物理化学反应：即时的离子交换和絮凝-团聚作用，以及随时间发展的火山灰反应。后者是指CaO水化生成的Ca(OH)2与黏土中的SiO2和Al2O3反应，生成胶凝性产物如水化硅酸钙（C-S-H）和水化铝酸钙（C-A-H），这些产物填充孔隙并强化颗粒间的联结。值得注意的是，当ESP添加量超过10%这一最优值后，由于过量的ESP无法充分参与反应，强度增益反而会减弱，但其值仍高于未处理土。
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压缩性：ESP的加入能有效降低黏土的压缩指数（Cc）和膨胀指数（Cr），同时提高固结系数（Cv）。这主要是因为ESP颗粒填充了土体孔隙，且生成的胶凝物质进一步减少了孔隙体积，使土体结构更加密实。
微观结构揭示的稳定化机理
宏观力学行为的改善，其根源在于微观结构的演变。通过扫描电镜（SEM）观察发现，未处理黏土呈现分散、多孔的微观结构。而经8% ESP稳定后的黏土，其颗粒排列更加紧密，孔隙被新生成的胶凝物质所填充，形成了更为均质、密实的絮凝结构。
X射线衍射（XRD）分析为此提供了化学证据。在稳定后的土样中，检测到了波特兰石（Ca(OH)2）的形成，这是CaO水化的直接产物。此外，能量色散光谱（EDS）结果证实稳定后土体中的钙（Ca）元素含量显著增加，为火山灰反应提供了充足的钙源。热重分析（TGA）和X射线荧光（XRF）也表明蛋壳衍生石灰具有高钙含量和理想的物相组成，满足有效稳定化的要求。这些微观证据共同表明，ESP通过改变黏土的矿物组成和微观结构，从根本上提升了其工程性能。
结论与展望
综上所述，蛋壳粉（ESP）是一种有效、经济且环境友好的黏土稳定剂。约10%的添加量被认为是实现最佳改良效果的临界点，其作用机理与传统的石灰稳定法相似，均依赖于钙基材料引发的物理化学反应。
尽管实验室研究取得了积极成果，但将ESP技术推向实际工程应用仍面临挑战。未来研究需关注以下几个方面：一是需要系统评估不同黏土矿物学、ESP处理工艺和养护条件对稳定效果的影响，以建立更普适的设计指南；二是开展现场尺度的试验验证和长期性能监测，考察其在真实环境荷载（如干湿循环、冻融循环）下的耐久性；三是进行全面的环境和生命周期评价，量化其在减少碳排放和废弃物处理方面的综合效益。解决这些问题，将有力推动ESP在岩土工程领域的可靠和可持续应用。
