王占国

(中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300162)

1 工程概况

1.1 线路地理位置

LXTJ6标段起止里程为DK1679+000～DK1717+239，标段全部位于吐鲁番市管辖内，线路东起吐鲁番北站西出站端(K1679+000)，向西北方向经过新建兰新铁路大河沿站(DK1709+950)后，向西北上跨南疆二线后到达标段终点(DK1717+239)，全长34.445 km。

1.2 气象条件

本文研究标段地处位置为中温带干旱大陆性气候区。全年范围内气候干燥，旱季时间相对长、雨季时间相对短，降雨量较少，全年平均降雨量不足20 mm，但是年蒸发量较大，年最大蒸发量达到3 608.2 mm。该地区多风，主要为春季和秋季，相对来说夏季和冬季风力减弱。该地区夏季时间相对较短并且炎热，冬季时间相对较长并且寒冷，全年范围内气温变化较大，极端最高气温和最低气温分别为47.7 ℃和-28.0 ℃。

本标段位于大风区(DK1681之前为Ⅱ区、KD1681-DK1711为Ⅲ区、DK1711之后为Ⅴ区)，年平均风速为1.6 m/s，主要为东风，最大风速超过40 m/s。基于铁路部门对该地区现场调查结果统计数据显示，铁路沿线风区主要包括三个方面的大风主要特征：①风速高，该地区最大风速为60 m/s；②风期长，统计数据显示该地区8级风及以上时间约为200天；③季节性强，大风时间主要集中在4、5月份；④风向稳定，全年范围内大风的主要风向为北风和西北风。

2 风蚀现象和危害

对于混凝土结构来说，长时间的风蚀作用会对其耐久性产生非常不利的影响[1]。经过长期的风蚀之后，混凝土桥墩会表现出不同程度的风蚀损伤，主要体现在混凝土桥墩表面会出现蜂窝以及龟裂，如图1所示。如果对这种情况不及时采取有效地处理措施，让这种风蚀破坏作用持续作用下去，将会严重影响混凝土桥墩的质量，进而缩短其使用寿命。

图1 混凝土桥墩表面风蚀状态局部观察

风蚀磨损对混凝土桥墩的破坏作用主要过程包括两个方面：①含砂的气流在长期对混凝土桥墩的作用过程中会逐渐将其表面的砂浆磨损掉，在失去砂浆的保护后粗集料会逐渐凸露出来，形成混凝土桥墩表层缺陷；②含砂的气流继续作用于凸露出来的粗集料，在长时间的作用过程中，混凝土桥墩表面的粗集料也逐渐被风蚀磨损，被带离砂浆基体，导致混凝土桥墩表面出现很多小的孔洞。如此两个过程反复循环，含砂气流又将新暴露出现的砂浆磨损掉，继而暴露出来新的粗集料，接着被含砂气流剥离，导致混凝土桥墩的风蚀破坏程度越来越严重[2]。除此之外，对于在干旱风砂地区的混凝土桥梁来说，由于昼夜温差的巨大变化以及风蚀效应的影响，会在很大程度上提高混凝土的收缩性以及脆性，进而导致混凝土表面出现不同程度的网状裂纹，对其表面的保护层产生了破坏，进而降低了混凝土工程的质量。进一步随着风蚀磨损程度的不断增加，将会逐渐降低混凝土表面的抗风蚀能力，进而对混凝土工程的耐久性产生严重影响。

3 防治措施

风蚀问题的处理是一项较为复杂的工程，既需要保障质量的可靠性和稳定性，还应该保障施工项目的经济性。因此，为了解决兰新铁路施工过程中的桥墩防风蚀问题，制定更加科学合理的解决方案，首先需要开展专项的试验研究为方案的制定提供依据。最终试验结果显示，不同的混凝土基底处理方式对混凝土桥墩表面的耐磨性具有不同的影响，即不同混凝土基底处理方式的桥墩具有不同的耐风蚀能力。在对相同混凝土表面进行处理时，水性硅丙乳液处理的混凝土表面抗风蚀能力最差，环氧树脂+聚氨酯涂料处理的混凝土表面抗风蚀能力最好，PPG处理的混凝土表面抗风蚀能力中等。基于试验研究结果，再结合施工项目经济性分析，最终确定兰新铁路混凝土桥墩防风蚀措施。

3.1 抗风蚀机理分析

混凝土桥墩表面的防风蚀材料包括柔性树脂胶加不锈钢丝网，柔性树脂胶的主要成分包括聚合物乳液以及强化渗透组分。柔性树脂胶加不锈钢丝网这两种材料经过多道工艺加工最终形成混凝土桥墩表面的防风蚀保护层。柔性树脂胶和不锈钢丝网具有不同的性能特点，因此，其抗风蚀机理也不相同。混凝土桥墩表面防风蚀材料的抗风蚀机理为：抗风蚀表面处理材料在柔性树脂胶强化渗透组分的作用影响下，可以沿着微小的裂隙向既有混凝土中进行渗透，随着渗透的不断深入其与混凝土中的游离钙产生持续稳定的化学反应，该化学反应会生成微膨胀的晶体结构，可以对混凝土表面已有的微孔以及微裂隙等进行充填堵塞，改善混凝土表面的质量。同时柔性树脂材料中的聚合物乳液与钢丝网以及化学反应生成的微膨胀晶体，在化学和物理的共同作用下可以在混凝土桥墩表面共同形成致密疏水的空间网状结构，这种空间网状结构能够对混凝土桥墩表面起到有效的保护作用[3]。这时，当含砂的气流再次作用到混凝土桥墩表面时，混凝土桥墩表面形成的致密疏水的空间网状结构能够在很大程度上削弱含砂气流对混凝土表面的削切作用。除此之外，在混凝土桥墩表面致密疏水的空间网状结构的保护下，其表面原本容易被含砂气流磨损掉的砂浆也会提高其整体性，对于混凝土表面的粗集料起到有效的固定作用，使其难以凸露出来，进而不会遭受含砂气流的磨损。有效保护混凝土桥墩表面不会形成微孔洞以及微裂缝，提高混凝土桥墩表面的抗风蚀磨损效果。

3.2 混凝土桥墩风蚀等级分类

混凝土桥墩风蚀等级分类有助于提高防风蚀处理的针对性。基于风区调研结果，该标段整体上可以将混凝土桥墩风蚀等级主要分为两大类：较严重风蚀以及严重风蚀。进而在施工过程中可以采取针对性的抗风蚀措施以及施工措施。较严重风蚀主要是指风速大于18 m/s，但是小于22 m/s，每年持续时间大于120天，混凝土结构施工区域附近有砂砾源；严重风蚀主要是指风速大于22 m/s，每年持续时间大于120天，混凝土结构施工区域附近有砂砾源。

3.3 混凝土桥墩风蚀保护范围

基于对风区箱梁及T梁现场调查结果进行总结分析，认为风砂对混凝土桥墩的磨损主要在3 m之下，基于该认识在对该标段防风蚀处理过程中应该主要针对3 m之下的混凝土桥墩部分进行保护。不同于风区箱梁及T梁区域，基于百里风区槽型梁现场调查结果显示，该施工区域由于地表砂砾源较多，风力较大，因此，风砂对混凝土桥墩的磨损范围有所扩大，基本上可以达到5 m，因此，在该区域防风蚀处理应该对混凝土桥墩5 m之下的部分进行重点保护。

采用的主要防风蚀措施为在混凝土桥墩防护高度之内，对混凝土桥墩涂抹涂层以及粘贴钢丝网。出于钢丝网受拉性能的考虑以及多层粘贴的需求，在具体施工过程中采用对桥墩四周进行全包的防护方式。

3.4 防风蚀材料的选择

试验研究表明环氧树脂+聚氨酯是性能最佳的防风蚀材料，环氧树脂具有较高的强度，聚氨酯具有较好的韧性，因此，环氧树脂+聚氨酯可以有效提高防风蚀材料的强度和韧性，进而可以抵御含砂气流的冲击。该项目为了提高混凝土桥墩表面的抗风蚀能力，同时考虑到项目施工的经济性，最终确定了该路段混凝土桥墩防风蚀材料为柔性树脂胶和不锈钢丝网。通过对柔性树脂胶和不锈钢丝网进行有机结合，充分发挥两种材料的优势，对混凝土桥墩进行有效保护。柔性树脂胶和不锈钢丝网结合的材料具有良好的压缩与拉伸强度，具有良好的耐风蚀以及耐磨损性能，同时还具有良好的耐气候性以及耐老化性能，可以为混凝土桥墩提供持久的抗风蚀保护。

柔性树脂胶主要包括6个方面的特点：①具有强大的粘附力，由于柔性树脂胶分子中含有极性羟基和醚键，因此，可以对多种物质均高强度粘附；②同时具有较高的强度和韧性，通过柔性剂对环氧树脂进行改造之后，既保留了环氧树脂的强度，同时又使柔性树脂胶具有良好的韧性、粘结性以及耐温性，大大提高了其综合性能；③化学性质稳定，柔性树脂胶在长期暴露的环境下具有稳定的化学性质，不容易与其他物质发生反应，因此，具有良好的耐酸碱性以及耐溶剂型[4]；④体积稳定，柔性树脂胶的生成是由环氧树脂和固化剂通过直接加成反应或者聚合反应生成的，该过程中没有水以及其他挥发性产物放出，因此，具有良好的体积稳定性；⑤固化简单方便，试验数据显示柔性树脂胶在0～180 ℃均可以进行固化；⑥具有良好的耐老化性和耐气候性，其主要原因在于柔性树脂胶中的脂环族烯烃的双键是经过氧化生成的，这从分子结构上决定了柔性树脂胶具有良好的耐老化型和耐气候性。柔性树脂胶的主要性能指标如表1所示。

表1 柔性树脂胶性能指标分析

该路段混凝土桥墩防风蚀材料中的不锈钢丝网规格为：目数50；丝径0.203～0.229 mm；孔径0.28～0.31 mm。不锈钢丝网具有良好的耐酸碱腐蚀、耐磨损、耐拉伸以及耐高温等特性。

4 混凝土桥墩防风蚀施工方法

4.1 施工准备工作

首先应该开展各项准备工作，包括材料的准备以及施工安全的准备等，基于现场施工安全要求搭建脚手架，并且通过安全检查之后，才能够进行施工。

4.2 基面处理

基面处理的主要目的是将混凝土桥墩表面的浮浆以及已经松动的混凝土等去除干净，便于后续在混凝土桥墩表面进行施工。在具体操作过程中，一是采用高强电动钢丝刷将混凝土桥墩表面的灰尘、起皮以及松动的混凝土去除；二是采用合金钢砂轮片将混凝土桥墩表面模板接缝处凸起的棱角磨平；三是采用高压水枪对混凝土桥墩表面的浮尘进行清洁处理。

4.3 底层柔性稀胶辊涂

在基面清洁达到验收标准之后便可以在混凝土桥墩的底层涂刷柔性稀胶。通过柔性稀胶可以有效增加混凝土自身与防风蚀材料之间的粘结强度。在底层柔性稀胶辊涂具体施工过程中，可以采用刷子进行涂刷，也可以采用喷涂的方式。

4.4 柔性稠胶修补

对于混凝土表面的不平、蜂窝以及麻面等问题采用柔性稠胶进行修补。

4.5 粘贴钢丝网

在粘贴钢丝网施工之前，需要在第四步的基础上再刮一遍柔性稠胶。然后基于混凝土桥墩断面的周长提前将钢丝网尺寸剪裁好。在粘贴钢丝网的过程中最好选择背风面，钢丝网面一定要拉紧展平。在粘贴完成之后需要采用塑料刮板对钢丝网面进行均匀的慢刮，促使柔性稠胶从网孔中渗出。待到柔性稠胶初凝不粘手之后为了提高对钢丝网面的保护力度，需要在上一轮的基础上再刷一遍柔性稀胶。要求整个胶层平均厚度应该在3 mm左右。

4.6 现场清理

待所有环节均施工完成之后，按照施工要求对现场进行清理。图2(a)为施工完成时的混凝土桥墩，图2(b)为施工1年后的同一混凝土桥墩。可见防风蚀处理对于混凝土桥墩起到了有效的保护作用。

(a)

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5 结束语

本文首先分析了风蚀现象和危害，在此基础上基于混凝土桥墩防风蚀问题专项试验研究成果和具体的施工情况，确定了该路段混凝土桥墩防风蚀材料为由柔性树脂胶和不锈钢丝网经过多道工艺加工而成的防风蚀材料。这种材料具有良好的压缩与拉伸强度，同时具有良好的耐风蚀以及耐磨损性能，还具有良好的耐气候性以及耐老化性能。兰新铁路桥墩防风蚀实践证明，这种防风蚀材料对混凝土桥墩起到了有效的保护作用。

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