新建哈羅鐵路巖鹽路基段涵洞工程的防腐處理

王天國(guó)

烏魯木齊鐵建工程咨詢有限公司，新疆烏魯木齊 830000

哈羅鐵路的修建主要是滿足羅布泊鉀鹽礦開(kāi)發(fā)的需要，對(duì)加快南疆地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)政治意義。該線DK298+130—DK383+935段穿越羅布泊鹽湖區(qū)，在鹽湖上修建了長(zhǎng)約85Km的巖鹽填筑的鐵路路基。該區(qū)域 地質(zhì)屬?gòu)?qiáng)硫酸鹽礦區(qū)，硫酸鹽對(duì)混凝土構(gòu)筑物的腐蝕特別嚴(yán)重，如何防止硫酸鹽對(duì)混凝土的腐蝕是修建哈羅鐵路的難題之一。不解決上述難題，會(huì)嚴(yán)重影響到哈羅鐵路的建設(shè)工期，解決不好，會(huì)為今后的哈羅鐵路線路安全運(yùn)營(yíng)留下嚴(yán)重隱患。因此只有解決好強(qiáng)硫酸鹽對(duì)涵洞工程的防腐處理，才能保證哈羅鐵路的順利修建和今后的安全運(yùn)營(yíng)。

1 工程概況

1.1 地貌特征

羅布泊湖積平原地處塔里木盆地東部，是世界上最大的鹽湖之一。地表為鹽殼所覆蓋，沿線風(fēng)蝕作用較強(qiáng)烈，局部有輕微的風(fēng)沙流，巖鹽中鹽脹、溶陷現(xiàn)象較明顯，溶蝕孔隙、溶蝕漏斗較發(fā)育，地表無(wú)植被，呈現(xiàn)茫茫“鹽漠”景觀，自然條件惡劣。

1.2 地質(zhì)條件

地層為第四系內(nèi)陸湖相沉積、化學(xué)沉積的含鹽黏性土、粉土及鈣芒硝、石鹽、石膏等巖鹽層，局部有風(fēng)積細(xì)砂。區(qū)內(nèi)地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖性多變，其含水層巖性主要為鈣芒硝、石鹽、石膏、含土鈣芒硝，所含地下水介質(zhì)類型較多，地下水類型為鹽系地層中的晶間孔隙潛水和承壓水，巖鹽晶間孔隙水較發(fā)育，地下潛水（晶間鹵水）埋深2m～13m，晶間鹵水礦化度大于300g/L，為飽和鹵水，具有硫酸鹽強(qiáng)腐蝕性。

1.3 水文條件

巖鹽路基段位第四系晶間孔隙潛水及淺層承壓水，水質(zhì)極差，主要離子含量為：CL-：16023.4mg/L～170248mg/L；:33428.9mg/L～138172.7mg/L；Mg2+：14105.6mg/L～6883.5mg/L；DS：140380～4425000；pH值：5.90～6.75。多為飽和鹵水，對(duì)混凝土具有硫酸鹽侵蝕，環(huán)境作用等級(jí)為H4。

2 硫酸鹽對(duì)涵洞工程的危害

硫酸鹽對(duì)混凝土、粘土磚的腐蝕作用強(qiáng)烈，其機(jī)理主要是硫酸鹽的化學(xué)結(jié)晶作用和硫酸根（SO42-）的腐蝕作用。 硫酸鹽能與水泥水化物起化學(xué)反應(yīng)生成新相，體積同時(shí)膨脹，使水泥制品、磚等產(chǎn)生粉化。最終導(dǎo)致強(qiáng)度降低而破壞。硫酸根能促進(jìn)金屬的陽(yáng)極腐蝕過(guò)程，是僅次于氯離子的金屬重要腐蝕因素。含硫酸鹽的土中還可能存在硫酸鹽還原菌，該菌類在生命過(guò)程中能把硫酸根還原成硫離子（S2-），硫離子對(duì)金屬的腐蝕性更強(qiáng)。

鹽漬土中的硫酸鈉等鹽類的腐蝕作用使混凝土構(gòu)筑物、金屬物等道路設(shè)施產(chǎn)生麻面和疏松等破壞。

3 涵洞工程的防腐處理

3.1 防腐處理方案的設(shè)計(jì)原則

鑒于巖鹽路基段硫酸鹽對(duì)混凝土構(gòu)筑物的腐蝕特別嚴(yán)重，為解決該難題，從工程實(shí)際出發(fā)，確定以下設(shè)計(jì)原則：

1）在構(gòu)筑物四周堆積各種防腐建筑材料使外界的鹽類和構(gòu)筑物隔離，以防止各種鹽類直接作用于構(gòu)筑物，即阻斷各種鹽類直接接觸構(gòu)筑物的途徑；

2）利用各種有機(jī)防腐材料涂刷混凝土表面或有機(jī)防腐卷材包裹混凝土表面，以隔離各種鹽分與混凝土接觸的通道；

3）增加混凝土的密實(shí)度即在設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)添加混凝土外加劑阻止各種鹽類向混凝土內(nèi)滲透，提高混凝土自身的耐腐蝕性，有效地阻止各種鹽類對(duì)混凝土的侵蝕；

4）增大構(gòu)筑物的幾何尺寸，即為減緩和降低混凝土被侵蝕和破壞的速度，對(duì)于強(qiáng)腐蝕地區(qū)加大構(gòu)筑物的幾何尺寸從而減緩鹽分侵蝕混凝土的速度是一種有效的方式。

3.2 防腐處理方案的選擇

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則，經(jīng)研究確定如下3個(gè)方案：

方案一：

從構(gòu)筑物內(nèi)部出發(fā)研究防腐方案，即在澆筑構(gòu)筑物混凝土?xí)r，加入防腐阻銹劑，增加混泥土密實(shí)度，提高混凝土自身的耐腐蝕性有效阻止鹽類對(duì)混凝土的侵蝕，以起到防腐阻銹作用。

方案二：

從構(gòu)筑物外部出發(fā)研究防腐方案，在澆筑構(gòu)筑物時(shí)選擇性能較好的防腐材料，對(duì)構(gòu)筑物進(jìn)行全面包裹，阻斷構(gòu)筑物與硫酸鹽土壤的接觸，以起到防腐作用。

方案三：

構(gòu)筑的防腐從內(nèi)部和外部同時(shí)進(jìn)行防腐，外部設(shè)防腐材料進(jìn)行包裹，阻斷飽和鹵水對(duì)構(gòu)筑物的腐蝕，同時(shí)在澆筑混凝土?xí)r，加入防腐阻酸劑，從構(gòu)筑物內(nèi)部來(lái)提高混凝土自身的防腐效果。

上述3個(gè)方案，分別做實(shí)驗(yàn)，并從工藝、經(jīng)濟(jì)技術(shù)及防腐效果進(jìn)行全面比較，經(jīng)比較，方案一施工工藝最為簡(jiǎn)單，費(fèi)用最低，技術(shù)可控性較好，但防腐性效果最差，不能很好的防止硫酸鹽對(duì)混凝土的腐蝕、試驗(yàn)所做的混凝土構(gòu)筑物在很短的時(shí)間被腐蝕，不能保證構(gòu)筑物的完整性和發(fā)揮功能時(shí)的安全性。

方案二施工工藝比較復(fù)雜，費(fèi)用較方案一高，防腐效果較方案一有所提高，但施工時(shí)必須保證各種材料按工程要求施工，不得有任何細(xì)微的質(zhì)量瑕疵，否則會(huì)影響到混凝土的防腐效果，尤其是各種防腐建材，不得有破損，搭接長(zhǎng)度必須按規(guī)定進(jìn)行。

方案三該方案與前兩個(gè)方案比較，投資較大，但防腐效果較好，能很好的防止硫酸鹽對(duì)混凝土的腐蝕。

因此選擇方案三作為哈羅鐵路巖鹽路基段硫酸鹽地區(qū)的防腐處理方案。

3.3 防腐處理材料的選擇

1）SBS屬于苯乙烯類熱塑性彈性體，是苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物，SBS中聚苯乙烯鏈段和聚丁二烯鏈段明顯地呈現(xiàn)兩相結(jié)構(gòu)，聚丁二烯為連續(xù)相，聚苯乙烯為分散相，使其具有2個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，第一個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg1）為-88℃～-83℃，第二個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg2）為90℃，在Tg1～Tg2之間端基聚苯乙烯聚集在一起形成微區(qū)分散于聚丁二烯連續(xù)相之間，起到物理交聯(lián)、固定鏈段、硫化增強(qiáng)及防冷流作用，具有硫化橡膠的高彈性和抗疲勞性能，當(dāng)溫度升至Tg2時(shí)，聚苯乙烯相軟化和流動(dòng)使得SBS具有樹(shù)脂流動(dòng)加工性。這種兩相分離結(jié)構(gòu)使其能與瀝青基質(zhì)形成空間立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而有效地改善瀝青的溫度性能、拉伸性能、彈性、內(nèi)聚附著性能、混合料的穩(wěn)定性、耐老化性等。瀝青經(jīng)SBS改性后，沒(méi)有改變自身及瀝青分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)單元，改性過(guò)程以物理改性為主；SBS易吸收瀝青中的飽和分子發(fā)生溶脹，溶脹后的SBS極性更接近膠質(zhì)；SBS與瀝青組擠的部分相容性改變了瀝青組分分布，從而影響瀝青的相態(tài)轉(zhuǎn)變；瀝青組分對(duì)聚合物粒子的充分溶脹和聚合物粒子對(duì)瀝青組分的良好吸附是對(duì)瀝青進(jìn)行聚合物改性、提高瀝青性能的基礎(chǔ)，瀝青組分對(duì)聚合物粒子的溶脹和聚合物粒子對(duì)瀝青組分的吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，這種動(dòng)態(tài)過(guò)程會(huì)對(duì)聚合物改性瀝青的空間三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響，進(jìn)而影響其性能，SBS卷材又稱改性瀝青防水卷材，是瀝青類防水材料；瀝青類防水材料以天然瀝青、石油瀝青和煤瀝青為主要原材料，具有良好的粘結(jié)性、塑性、抗水性、防腐性和耐久性；

2）紅磚是以粘土，頁(yè)巖，煤矸石等為原料，經(jīng)粉碎，混合捏練后以人工或機(jī)械壓制成型，經(jīng)干燥后在900攝氏左右的溫度下以氧化焰燒制而成的燒結(jié)型建筑磚塊。也叫粘土磚。紅磚技術(shù)標(biāo)號(hào)一般為75號(hào)到100號(hào)。普通燒結(jié)磚（紅磚）也叫標(biāo)準(zhǔn)磚的尺寸是240×115×53。（單位：mm)色澤紅艷，有時(shí)則為暗黑色。普通粘土磚既有一定的強(qiáng)度和耐久性；

3）瀝青是由不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的黑褐色復(fù)雜混合物，呈液態(tài)、半固態(tài)或固態(tài)，是一種防水防潮和防腐的有機(jī)膠凝材料；

4）石油瀝青是原油加工過(guò)程的一種產(chǎn)品，在常溫下是黑色或黑褐色的粘稠的液體、半固體或固體，主要含有可溶于三氯乙烯的烴類及非烴類衍生物，其性質(zhì)和組成隨原油來(lái)源和生產(chǎn)方法的不同而變化。石油瀝青的主要組分是油分、樹(shù)脂和地瀝青質(zhì)。還含2%～3%的瀝青碳和似碳物和蠟。瀝青中的油分和樹(shù)脂能浸潤(rùn)瀝青質(zhì)。瀝青的結(jié)構(gòu)以地瀝青質(zhì)為核心，吸附部分樹(shù)脂和油分，構(gòu)成膠團(tuán)。由不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的黑褐色復(fù)雜混合物，呈液態(tài)、半固態(tài)或固態(tài)，是一種防水防潮和防腐的有機(jī)膠凝材料，低溫時(shí)質(zhì)脆，粘結(jié)性和防腐性能良好。

3.4 防腐處理的施工工序

對(duì)位于哈羅鐵路巖鹽地區(qū)段的涵洞工程需采取必要的附加防腐處理措施，以提高該地區(qū)涵洞的穩(wěn)定性。其防腐處理的施工工序如下：

1）基坑部分處理

基坑底采用30cm厚瀝青混凝土隔離層，其中底層為19cm厚的密級(jí)配中粒式AC-20型瀝青混凝土層；中間層為1cm瀝青攤鋪層；表層為10cm厚密級(jí)配細(xì)粒式AC-10型瀝青混凝土層。分層碾壓夯實(shí)后進(jìn)行檢測(cè)，表面應(yīng)平整密實(shí)，不應(yīng)有泛油、松散、裂縫和明顯離析現(xiàn)象，壓實(shí)度系數(shù)達(dá)94%以上。

基坑周圍用30號(hào)石油瀝青浸漬普通磚砌筑（熱砌）一圈厚50cm的護(hù)壁，砌筑時(shí)應(yīng)保證瀝青磚粘合緊密，不得有縫隙。護(hù)壁砌到與地面平齊，底面鋪貼一氈兩油防水層。

滿灌基礎(chǔ)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，基礎(chǔ)頂面噴涂溶膠滲透結(jié)晶型混凝土防護(hù)劑，按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工，并涂刷兩遍。

2）基礎(chǔ)、涵身部分處理

涵身內(nèi)、外壁均噴涂溶膠滲透結(jié)晶型混凝土防護(hù)劑，按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工，并涂刷兩遍。

將護(hù)壁與基礎(chǔ)及涵身間空隙采用C35混凝土灌注。

回填C35混凝土后，在回填頂面噴涂溶膠滲透結(jié)晶型混凝土防護(hù)劑，按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工，并涂刷兩遍。

將回填后基礎(chǔ)頂面及涵身、八字翼墻外壁鋪貼一氈兩油防水層。

防腐處理示意圖：

防腐處理示意圖

4 防腐處理效果

對(duì)位于哈羅鐵路巖鹽路基段的涵洞工程進(jìn)行防腐處理后，有效地從外部阻斷飽和鹵水對(duì)涵洞的腐蝕，同時(shí)在澆筑混凝土?xí)r，加入防腐阻酸劑，從構(gòu)筑物內(nèi)部來(lái)提高混凝土自身的防腐效果，有效地保證了涵洞工程的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

[1]西南交通大學(xué).鐵路工程地質(zhì)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1986.

[2]顧安邦主編.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，1999.

[3]鐵道工程地質(zhì)勘查規(guī)范[S]（TB10012-2001）.