碱激发矿渣(Alkali-Activated Slag)表面处理技术对风蚀防护层耐久性的影响机制研究

为解决干旱半干旱地区植被固沙失效问题，研究人员开展碱激发矿渣(AAM)三种施工工艺(一相/二相/三相法)对粉砂土风蚀防护层耐久性影响研究。通过全年野外暴露试验结合风洞模拟，发现一相法(预混浆料)形成的N-A-S-H/C-(A)-S-H凝胶最均匀，使侵蚀率降低86.7%，穿透力保持390N，显著优于其他方法。该研究为风蚀防治提供了可持续工程解决方案。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，风蚀导致的土壤流失已成为威胁干旱半干旱地区生态安全的重大挑战。传统植被固沙方法因水分匮乏难以实施，而水泥等化学固结剂又存在高碳排放问题。伊朗德黑兰理工大学的研究团队将目光投向工业副产品——高炉矿渣(GGBFS)，通过碱激发技术开发出环境友好的土壤固化方案。这项发表在《Journal of Materials Research and Technology》的研究，首次系统比较了三种施工工艺对防护层性能的影响，为风蚀防治工程提供了重要技术参考。

研究团队采用风洞模拟(7-28 m/s风速)、盐粒轰击实验结合全年季节性暴露试验，通过穿透力测试、X射线衍射(XRD)、场发射电镜(FE-SEM)等技术手段，对一相法(预混NaOH溶液与矿渣)、二相法(干混矿渣后喷NaOH溶液)、三相法(干混矿渣与固体NaOH后喷水)形成的防护层进行系统评估。所有样本采用固定配比(4 wt.%矿渣+0.4 wt.% NaOH+10 wt.%水)，在德黑兰屋顶暴露场完成春夏秋冬四季老化测试。

【形态演变】

通过季节性跟踪发现，三相法样品在9个月后出现明显边缘剥落，并伴随严重盐析现象；二相法样品出现颗粒松散脱落；而一相法样品始终保持结构完整，仅出现局部轻微盐析。这种形态差异预示着一相法具有更好的环境适应性。

【抗侵蚀性能】

在28 m/s极端风速下，一相法年侵蚀率(11.01 kg/(m²·h))仅为未处理土壤的13.3%，较二相法和三相法分别降低21.8%和38.2%。盐粒轰击条件下，一相法的保护效果仍达86.7%，证明其能有效抵抗磨蚀破坏。

【表面强度】

穿透力测试显示，一相法初始强度达672N，经历四季老化后保持390N，仅衰减44.9%；而三相法强度衰减达63.8%。这种力学性能的差异与微观结构密切相关——一相法样品在XRD中显示14%非晶态含量，显著高于其他方法。

【微观机制】

FE-SEM揭示一相法形成连续致密的N-A-S-H(钠铝硅酸盐凝胶)和C-(A)-S-H(钙铝硅酸盐凝胶)网络结构，中值孔径仅1.17μm；而三相法样品呈现松散结构，存在明显反应不充分区域。EDS分析证实一相法的Na(2.61 wt.%)和Al(3.33 wt.%)含量最高，说明其化学反应更充分。

研究结论指出，虽然一相法施工阶段CO₂排放(0.021 kg/m²)略高于其他方法，但其卓越的耐久性可减少维护频次，全生命周期环境效益显著。Alireza Komaei等强调，预混浆料工艺能确保OH^-离子均匀分布，促进Ca²⁺和SiO₄^4-充分反应，这是形成高性能防护层的关键。该研究不仅为风蚀防治提供了可靠技术方案，也为工业固废资源化利用开辟了新途径。