新型碱激发胶凝灌浆材料（AACG）在海上基础冲刷防护中的优化与应用研究

针对海上结构基础周围冲刷灾害问题，研究人员创新性地采用碱激发胶凝灌浆材料（AACG）加固海床土壤。通过优化GGBFS（粒化高炉矿渣）、FA（粉煤灰）和SS（钢渣）配比（6:2:2），开发出流动性佳、脆性低且28天无侧限抗压强度（UCS）达13.5 MPa的材料。模拟冲刷试验表明，AACG固化土最大冲刷深度减少33.3%，沉积物输运量降低53.2%，其抗冲刷性能显著优于传统水泥-水玻璃（C-S）双液浆。研究为环保型海床加固提供了新方案，具有重要工程与环境价值。

　　

海上风电场、跨海桥梁等海洋结构的快速发展，使得基础冲刷问题日益突出。水流在桩基周围形成的马蹄涡和尾流涡会掏空海床泥沙，导致结构稳定性下降。传统冲刷防护方法如抛石或主动防护结构成本高且修复困难，而水泥基固化材料又存在环境污染问题。如何开发环保高效的海床加固材料，成为工程界亟待解决的难题。

中国海洋大学的研究团队提出了一种基于工业固废的碱激发胶凝灌浆材料（AACG），通过系统实验和自主研发的冲刷模拟装置，验证了其在海床加固中的优越性能。研究成果发表在《Geomechanics for Energy and the Environment》，为海上结构基础防护提供了创新解决方案。

研究采用三种关键技术：1）材料配比优化实验（测试GGBFS、FA、SS不同替代比例的流变性和力学性能）；2）冲刷模拟装置（模拟真实海洋环境下的流-土耦合作用）；3）微观表征（SEM分析固化土微观结构）。实验样本采用中国江苏和河南产出的S95级矿渣粉、500目粉煤灰及325目钢渣。

材料选择

通过对比不同配比的新拌性能（流动度、凝结时间）和力学指标（UCS、FS），发现GGBFS:FA:SS=6:2:2的AACG综合性能最优，其28天UCS达13.5 MPa，且脆性显著低于传统C-S双液浆。

冲刷抗性机制

自主研发的冲刷模拟试验显示，AACG固化土最大冲刷深度减少33.3%，沉积物输运量降低53.2%。微观分析表明，其水化产物（C-S-H凝胶）形成致密网络结构，使内摩擦角（φ）提升700%，临界剪切应力（τ_cr）增加786%。

性能预测模型

建立了UCS与τ_cr的线性关系（R²=0.92），证实UCS可作为评估固化土抗冲刷能力的快速指标。相比传统方法，AACG在成本、环保性和修复便捷性上均具优势。

该研究首次系统论证了AACG在海洋工程冲刷防护中的应用潜力。通过多尺度分析（宏观力学-微观结构）揭示了固化土抗冲刷机制，提出的材料配比和性能预测模型为实际工程提供了可靠依据。研究成果不仅推动了工业固废资源化利用，也为实现"双碳"目标下的绿色海洋工程建设提供了关键技术支撑。