引言

我國東北高寒地區冬季漫長嚴寒，最低氣溫可達 - 40℃，鋼筋混凝土橋梁長期承受凍融循環、低溫凍脹、除冰鹽侵蝕、干濕交替的多重破壞，鋼筋腐蝕與混凝土凍融損傷耦合作用，導致橋梁結構快速老化。哈大高鐵黑龍江段橋梁全長 32 公里，地處高寒凍土區，冬季冰雪覆蓋，需大量噴灑除冰鹽，橋梁梁板、橋墩鋼筋腐蝕嚴重，混凝土凍融裂縫、剝落病害突出，嚴重威脅高鐵行車安全。工程采用鎂合金犧牲陽極陰極保護技術，選用高寒專用鎂合金陽極，針對低溫凍融環境定制防護方案，有效抑制鋼筋腐蝕，抵御凍融損傷。本文詳細介紹該工程的高寒腐蝕特征、防護設計、低溫施工工藝及應用效果，為高寒地區橋梁防腐提供標桿案例。

一、工程概況與高寒凍融腐蝕特征

哈大高鐵黑龍江段橋梁為預應力鋼筋混凝土簡支梁結構，全長 32 公里，橋梁跨度 32 米，橋墩高度 8-15 米，所處區域冬季氣溫 - 20℃~-40℃，年凍融循環次數≥120 次，除冰鹽（氯化鈉）年使用量超千噸。

高寒環境下鋼筋混凝土腐蝕呈現凍融 - 腐蝕耦合破壞特征：

凍融循環損傷：混凝土內部孔隙水結冰膨脹，產生微裂縫，降低混凝土強度與密實度，為腐蝕介質滲透提供通道；

除冰鹽侵蝕：除冰鹽氯離子滲透進入混凝土，破壞鋼筋鈍化膜，引發電化學腐蝕；

低溫腐蝕加速：低溫下混凝土電阻率升高，鋼筋腐蝕速率雖低于常溫，但凍融裂縫擴展使腐蝕介質持續侵入，長期累積腐蝕嚴重；

鋼筋銹蝕 - 凍脹協同破壞：鋼筋銹蝕產物體積膨脹，加劇混凝土裂縫擴展，凍融循環進一步擴大裂縫，形成惡性循環。

橋梁運營 5 年后，出現大面積病害：梁板底面凍融裂縫寬度 0.5-2mm，局部混凝土剝落；橋墩表層酥松，鋼筋外露銹蝕，銹蝕率達 35%；結構承載力下降 20%-25%，影響高鐵行車平穩性與安全性。常規防腐手段在低溫環境下效果大幅衰減，鋅合金、鋁合金陽極在 - 20℃以下幾乎喪失電流輸出能力，而鎂合金犧牲陽極低溫性能優異，成為高寒地區橋梁陰極保護的唯一優選材料。

二、高寒專用鎂合金犧牲陽極防護設計

（一）材質選型：高寒低溫專用鎂合金陽極

選用低溫高活性 Mg-Al-Zn-Mn 系鎂合金陽極，優化合金配比，降低低溫極化率，確保在 - 40℃低溫環境下仍能穩定輸出電流，開路電位 - 1.60V（vs.CSE），低溫驅動電壓≥0.65V，電流效率≥52%，在凍融循環環境中性能穩定。規格為長條狀，長 1000mm、寬 80mm、厚 10mm，單支重量 6kg，適配橋梁梁板、橋墩低溫安裝。

（二）布設方案：梁板底面 + 橋墩分布式防護

梁板底面：按 1.2m×1.2m 網格布設長條狀陽極，沿梁長方向布置，凍融裂縫密集區域加密至 0.8m×0.8m；

橋墩：沿墩身高度每 2.5 米布設 1 圈陽極，每圈 3 支，對稱布置于橋墩圓周，墩身凍融嚴重區域（地面以上 2 米范圍）加密布設；

電氣連接：陽極采用耐低溫銅電纜串聯，與橋梁主鋼筋焊接連通，電纜接頭采用低溫密封膠封裝，防止低溫脆裂。

（三）低溫適配強化設計

陽極防凍封裝：采用低溫型導電砂漿，可在 - 10℃環境下正常固化，抗凍融等級≥F300，與混凝土粘結牢固，抵御凍融循環破壞；

電纜防凍選型：選用耐寒 - 50℃氟塑料絕緣電纜，避免低溫脆斷；

鋼筋防凍預處理：施工前對銹蝕鋼筋進行低溫除銹處理，涂刷耐寒防腐底漆，增強低溫環境下的粘結力。

三、低溫施工工藝與高寒環境適配

（一）施工窗口期選擇

選擇春季氣溫回升至 - 5℃~5℃時段施工，避開極端低溫（＜-15℃），確保導電砂漿正常固化，施工期間采取保溫措施，搭建臨時保溫棚，維持施工環境溫度≥0℃。

（二）低溫施工關鍵工藝

基層處理：清除橋梁表面凍融酥松混凝土、冰雪、油污，露出堅實基面，用熱風烘干，確?；鏌o結冰、無積雪；

陽極安裝：支架采用不銹鋼材質，低溫下不脆裂，化學錨栓固定，安裝后及時敷設電纜，避免電纜長時間暴露低溫環境；

導電砂漿施工：采用熱水攪拌（水溫 40℃~50℃），攪拌時間延長至 5 分鐘，確保砂漿均勻，澆筑后覆蓋保溫棉被 + 電熱毯保溫養護，養護時間不少于 14 天，確保砂漿強度及抗凍性能達標；

裂縫修補：采用耐寒環氧樹脂灌縫，施工后保溫養護，避免低溫開裂。

（三）質量控制要點

施工環境溫度≥0℃，嚴禁在冰雪、結冰基面上施工；

陽極安裝牢固，無松動、變形；

電氣連接可靠，電阻＜0.1Ω；

導電砂漿養護期間溫度≥5℃，無凍害、開裂。

四、應用效果與長期低溫監測

（一）修復后即時效果

修復完成后，橋梁凍融裂縫無擴展，混凝土無新增剝落；鋼筋電位穩定在 - 0.85V~-1.05V（低溫環境），銹蝕電流降至＜12μA/cm2，鋼筋銹蝕完全停止；橋梁結構外觀整潔，滿足高鐵行車安全要求。

（二）5 年高寒環境跟蹤監測

連續 5 年（含 5 個冬季凍融循環）監測，數據如下：

鋼筋電位：低溫（-20℃~-40℃）環境下穩定維持在 - 0.88V~-0.98V，電流輸出穩定，無休眠失效；

陽極消耗：剩余重量 70%，預計剩余使用壽命≥17 年；

結構狀態：無新增凍融裂縫、無混凝土剝落，鋼筋無銹蝕擴展，橋梁承載力穩定，高鐵行車安全平穩；

凍融損傷抑制：混凝土凍融裂縫擴展速率降低 90%，有效阻斷凍融 - 腐蝕耦合破壞循環。

（三）經濟效益

相比傳統鑿除重建方案，高寒地區鎂合金陽極防護修復：

降低造價 45%（總造價 1500 萬元 vs 2700 萬元）；

縮短工期 60%（90 天 vs 220 天）；

5 年節省運維及維修費用約 400 萬元；

避免高鐵停運損失，間接經濟效益超 3000 萬元。

五、工程價值與推廣前景

哈大高鐵黑龍江段橋梁鎂合金犧牲陽極陰極保護工程，成功解決了高寒地區橋梁凍融循環、低溫腐蝕、除冰鹽侵蝕耦合破壞難題，實現 5 年長效穩定防護，保障了高寒高鐵行車安全。該案例驗證了鎂合金犧牲陽極在 - 40℃極端低溫環境下的穩定工作性能，填補了高寒地區鋼筋混凝土陰極保護技術空白。

我國東北、西北、青藏高原等高寒地區分布大量鐵路、公路橋梁、市政建筑等鋼筋混凝土基礎設施，普遍面臨凍融 - 腐蝕耦合破壞問題。該工程的高寒專用陽極選型、低溫施工工藝、防護設計方案，可直接復制推廣至全國高寒地區混凝土防腐工程，為高寒地區基礎設施長效防腐提供核心技術支撐，助力高寒地區交通基建高質量發展。