固体废料的泥土利用：冻融循环下牡蛎壳粉改性滨海水泥土的幼应变个性,随州文理学院,共振柱
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随州文理学院课题组近日在《Case Studies in Construction Materials》期刊颁发了题为“Soil utilization of solid waste: Small strain characteristics ofcoastal cement soil modified by oyster shell powder underfreeze-thaw cycle”（固体废料的泥土利用：冻融循环下牡蛎壳粉改性滨海水泥土的幼应变个性）的学术文章。本文通过GDS共振柱和电镜试验证明，将拔除牡蛎壳粉（OSP）掺入滨海水泥土后，OSP既填充孔隙又推进水泥水化，在冻融循环中可把动剪切模量和阻尼比的损失别离赔偿约9 %与20 %，显著提升抗冻性，为滨海软基处置提供了绿色、低成本且机能可预测的改进规划。
https://doi.org/10.1016/j.cscm.2025.e05055
*论文版权归原作者和出版方所有，本文仅为进建互换。
以下是对这项成就的简要介绍：
牡蛎壳粉（OSP）的资源化利用对固体拔除物措置和全球碳循环拥有沉要意思。本钻研探求了牡蛎壳粉对冻融循环作用下滨海水泥土幼应变个性及其微观结构机造的影响。通过共振柱试验和扫描电镜（SEM）分析，测试了分歧牡蛎壳粉掺量（0、5%、10%和15%）的牡蛎壳粉改进滨海水泥土（OSPCS）试样。
了局批注：动态剪切模量（G）随牡蛎壳粉掺量增长而降低；阻尼比（D）则先减幼后增大，在5%和15%掺量时辰别达到最幼值和最大值。此表，牡蛎壳粉显著提升了滨海水泥土的抗冻性：只管G和D均随冻融循环次数增长而逐步降落，牡蛎壳粉却使其损失率别离降低约9%和20%。牡蛎壳粉不仅填充试样孔隙，还推进水泥水化，提高颗粒密实度并降低含水率，从而减弱冻胀与收缩的不利影响。最终，成立了两个三维拟合模型：尺度养护前提下Gmax与围压、牡蛎壳粉掺量的关系模型，以及冻融循环前提下Gmax与围压、冻融循环次数的关系模型；模型预测与试验数据高度吻合。
钻研了局为牡蛎壳粉在滨海水泥土中的利用提供了理论凭据，并为解决抗冻性不及问题提供了参考，对滨海地域地基处置拥有沉要的工程意思。
高级本钻研使用了GDS共振柱试验系统RCA等设备。
共振柱试验系统GDSRCA
*图表为论文截图，版权归论文原作者和出版方所有，本文仅为进建互换。
Fig. 1. Physical images of raw materials
Fig. 2. Particle grading curves of soil and OSP
Fig. 3. SEM images of raw materials
Fig. 4. The flow chart of samples preparation
Fig. 5. GDS resonant column test system
Fig. 6. The G-γ relationship curves of OSPCS samples at different confining pressures under standard curing
Fig. 7. The G-γ relationship curves of OSPCS samples at different OSP contents with 200 kPa confining pressure.
Fig. 8. The G-γ relationship curves of OSPCS-0 and OSPCS-15 samples at different confining pressures under freeze-thaw cycle conditions.
Fig. 9. The G-γ relationship curves of OSPCS-0 and OSPCS-15 samples under different freeze-thaw cycles at 200kPa confining pressure.
Fig. 10. The D-γ relationship curves of OSPCS samples at different confining pressures under standard curing.
Fig. 11. The D-γ relationship curves of OSPCS samples at different OSP contents with 200 kPa confining pressure
Fig. 12. The D-γ relationship curves of OSPCS-0 and OSPCS-15 samples at different confining pressures under freeze-thaw cycle conditions.
Fig. 13. The D-γ relationship curves of OSPCS-0 and OSPCS-15 samples under different freeze-thaw cycles at 200kPa confining pressure.
Fig. 14. The fitting curves of G/Gmax-γ and D-γ for OSPCS samples under standard curing.
Fig. 15. The fitting curves of G/Gmax-γ and D-γ for OSPCS-0 and OSPCS-15 samples under freeze-thaw cycle conditions.
Fig. 16. The fitting diagram of confining pressure, OSP content and actual Gmax of OSPCS specimen and its simulation verification under standard curing.
Fig. 17. The fitting diagram of confining pressure, OSP content and actual Gmax of OSPCS samples and its simulation verification under freeze-thawcycle conditions.
Fig. 18. SEM images of OSPCS-0 and OSPCS-15 samples under standard curing.
Fig. 19. SEM images of OSPCS-0 and OSPCS-15 samples after 0, 7 freeze-thaw cycles.
本钻研通过共振柱试验，系统探求了尺度养护与冻融循环前提下，牡蛎壳粉掺量、围压及冻融循环次数对牡蛎壳粉改性滨海水泥土（OSPCS）土幼应改观力个性（G、D）的影响；基于H-D模型成立了Gmax的三维数学拟合模型，预测值与实测误差均在±5 %以内；并借助扫描电子显微镜揭示了微观机造。重要结论如下：
(1) 尺度养护下，幼应变幅（10?6–10?4）内，OSPCS的G随OSP掺量增长而降低，随围压增大而升高；D随围压增大而减幼，随牡蛎壳粉掺量呈“先减后增”趋向，在5 %掺量时最幼、15 %时最大。原因在于牡蛎壳粉虽能填充孔隙并推进水化，但其自身刚度低，过量掺入会引入微裂缝，导致刚度降落、阻尼增大。
(2) 冻融循环作用下，G、D与牡蛎壳粉掺量、围压的变动法规与尺度养护类似，但随冻融循环次数增长，G、D最大降幅别离达38 %与36 %，归因于冻胀-融缩对土体结构的粉碎。掺入牡蛎壳粉后，G、D损失率别离被赔偿约9 %与20 %，显著提升了基体抗冻危险能力。
(3) 成立的Gmax三维拟合模型——尺度养护阶段思考围压与牡蛎壳粉掺量，冻融阶段思考围压与冻融循环次数——精度高、合用性好，可为工程设计与机能预测提供凭据。
(4) SEM观测批注，牡蛎壳粉不仅填充基体与界面过渡区孔隙，还推进水泥水化，提高胶结水平；冻融虽粉碎颗粒结构，但牡蛎壳粉通过优化孔结构、提升密实度，有效缓解了冻融危险。
本文重要选取共振柱试验探索幼应变前提下牡蛎壳粉改性滨海水泥土的动力个性。未来钻研可选取空心扭剪仪，调查主应力轴旋转对牡蛎壳粉改性滨海水泥土的影响；在冻融效应方面，本钻研探索了 0、1、3、5、7 次冻融循环对幼应改观力个性的影响，未来可思考增长冻融循环次数，或从扭转冻融循环温度领域等其他角度分析冻融循环的危险效应。
关于GDS共振柱试验系统
GDS共振柱装置(GDSRCA)振柱试验系统（GDSRCA）是一款Stokoe型的设备，在幼到中等的应变领域内（<1%应变），用来测定泥土样品的剪切模量G和阻尼比D的值。通过GDSRCA软件进行节造，该系统也能够用来测试弯曲模量？裳∠钤毯夯肪澄露冉谠烨惶澹- 20°C至40°C），垂直加载作动器，高压压力室，和动态频率幼于10Hz的旋转剪切试。
共振柱试验系统GDSRCA
重要特点 | 利益 |
RCA 系统选取功率放?器实现电流驱动： | 由于电磁/绕组设备的阻抗会随着频率而扭转，在更高的频率下，选取恒定电压放大器，电流会相应削减。由于扭矩与电流成比例，所以相应的扭矩也将削减，其非线性的扭矩输入将影响了局。这种影响在GDSRCA中通过使用电流驱动的功率放大器来解除 |
设计用于提供最?刚度： | 提供最幼损耗和最多的持续性频率反馈，同时顶帽上?刚性支持，所以相当于实现齐全自由振动 |
专用GDS RCA软件用于RCA设备的节造和数据采集： | 操作单一，实现全自动试验 |
低阻尼: | 通过软件切换硬件，在自由振动衰减期间通过线圈提供“开路”，从而预防反电动势产生并削减设备阻尼效应 |
电磁驱动系统: | 这蕴含精密绕线线圈和复合烧结钕铁硼稀土磁铁 |
内部装置，建设加快度计： | 用于丈量试样的振动反馈 |
内压力室： | 试样周围充填水，为了预防空气通过橡皮膜渗入 |
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