渠道防滲抗凍新材料與新技術(shù)探討

【摘要】本文主要對(duì)幾種新型渠道防滲抗凍材料的性質(zhì)、優(yōu)點(diǎn)等進(jìn)行了分析，而后對(duì)新的渠道防滲抗凍技術(shù)的應(yīng)用、優(yōu)勢(shì)以及特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，有利于進(jìn)一步推動(dòng)新技術(shù)與新材料的推廣使用，提高我國渠道工程的建設(shè)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】渠道建設(shè)；防滲抗凍技術(shù)；防滲抗凍材料；技術(shù)與材料應(yīng)用

渠道建設(shè)中，防凍防滲層的施工時(shí)極其重要的，它直接關(guān)系到渠道的使用效果和職能展現(xiàn)。就我國目前的渠道防滲抗凍施工現(xiàn)狀來看，大部分的渠道工程都不兼具防滲和抗凍兩種性能，防滲層的施工效果還有待提升。防滲抗凍新材料與新技術(shù)的使用能夠打破傳統(tǒng)技術(shù)與材料使用的地區(qū)限制，具有普遍推廣的優(yōu)勢(shì)。

一、渠道防滲與抗凍技術(shù)運(yùn)用現(xiàn)狀

目前，我國使用的渠道防滲技術(shù)大致有混凝土防滲、水泥土防滲、土料防滲、石料防滲等幾種，他們都是根據(jù)防滲材料的不同來命名的，這些防滲技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，而且有低于限制，不能夠有效解決渠道滲漏問題，而且抗凍性能也比較低。

我國南方水資源比較豐富，地表徑流足夠灌溉使用，很多地區(qū)都是種植戶利用地形優(yōu)勢(shì)和土地之間的連接，自行挖掘防水渠道；且南方地區(qū)氣候溫潤，一般也不會(huì)使用防滲抗凍技術(shù)。而在我國北方地區(qū)，由于水資源先天缺失，而且氣候較為惡劣，部分地區(qū)冬季最低氣溫達(dá)到了零下40℃，如北疆地區(qū)、黑龍江黑河地區(qū)等，東北區(qū)西北部、包括中原地帶，沒有天然的地理優(yōu)勢(shì)，必須要借助于修建渠道來滿足農(nóng)田灌溉、水力運(yùn)輸?shù)男枨?。已建成的渠道一般都是就地取材，采用土料防滲技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)并不具備較高的防凍性能，而諸如混凝土防滲技術(shù)、瀝青防滲技術(shù)等又都是一些施工成本較高的技術(shù)，其防凍性水平也是有限的。

我國目前所使用的抗凍防滲技術(shù)突出體現(xiàn)為抗凍能力低、防滲效果差、耐久性差等缺陷，一些兼具抗凍防滲功能的技術(shù)往往施工成本較高，一般地區(qū)無力承擔(dān)施工成本；而那些施工成本低的技術(shù)和材料往往又無法得到良好的防滲抗凍效果。

二、渠道防滲抗凍新材料

（一）GCL土工復(fù)合材料

GCL全稱GeosyntheticC1ayLiner，這是一種壓實(shí)性粘土的復(fù)合材料，最早被用于美國的一座垃圾填埋場(chǎng)襯墊工程中，后來，從德國開始，逐步研發(fā)出了適用于渠道防滲工程施工、人工運(yùn)河襯墊系統(tǒng)施工的新型防滲抗凍材料，并且，在實(shí)際的運(yùn)用中展現(xiàn)出了良好的使用效果，具有較高的推廣使用價(jià)值。GCL結(jié)構(gòu)分為三層：兩層土工合成材料和膨潤土，膨潤土是土工合成材料的夾層，三層材料通過針刺、粘連或縫合組成統(tǒng)一體。GCL中起到防滲效果的主要材料是夾層膨潤土，土工合成材料主要是用于支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并起到一定的防寒作用。膨潤土具有較強(qiáng)的抗張應(yīng)變能力和柔韌性，自身密度較大，滲透率極低，遇水則發(fā)生膨脹，能夠自動(dòng)填補(bǔ)表層土工織物出現(xiàn)的裂縫和孔洞，具有自動(dòng)修復(fù)滲漏點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)。該次材料施工簡(jiǎn)單快速，在氣溫極低的情況下，不易發(fā)生凍結(jié)。

（二）土壤固化劑防滲材料

土壤固化劑是一種土壤添加劑，它能夠提升原材料的硬度和密度，使之具備較高的抗沖刷和抗裂能力，它的最大優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)⒏黝愋偷姆罎B土料轉(zhuǎn)化為具有較高防滲作用的材料。

在原材料中加入土壤固化劑，可以調(diào)高原材料的憎水系數(shù)，降低原材料原有的冰凍節(jié)點(diǎn)，使原材料具備更高的抗凍效果。目前常用的土壤固化劑類型包括電離子土壤固化劑、水化類土壤固化劑兩種，前者主要是利用固化劑本身具有的高強(qiáng)度電離子，與土壤中的電離子進(jìn)行交換，改變土壤分子的特性，破壞土壤顆粒中的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，對(duì)土壤分子中的毛細(xì)管施加壓力，排除其中的空氣和水分，壓縮體積，增加其密度，從而降低土壤滲透力，起到防水防滲的效果；后者主要以粉末狀態(tài)呈現(xiàn)，利用自身的化學(xué)性質(zhì)與土壤中的水分子發(fā)生水化反應(yīng)，是水達(dá)到硬結(jié)狀態(tài)，提高土壤的硬度和密度，起到防水防滲作用。土壤固化劑作為一種添加劑，使用起來非常方便簡(jiǎn)單，技術(shù)性要求也不高，對(duì)使用對(duì)象沒有較高的要求，尤其適用于砂石土壤地區(qū)的渠道防滲工程施工。

（三）納米防滲材料

1）奈米改性混凝土防滲材料。納米改性混凝土防滲材料實(shí)際上就是一種新型的混凝土材料，它兼具了納米材料的性質(zhì)，材料密度非常高、分子直徑非常小，這類材料的防滲率能夠達(dá)到95%以上。普通的混凝土材料自身已經(jīng)具有較高的耐久性和強(qiáng)度，防滲效果也比較好，只有抗凍性能相對(duì)較低。而納米技術(shù)的使用，進(jìn)一步提升了原混凝土材料的強(qiáng)度和密度，減少了施工量，小范圍和交薄的防水層面就能否起到很好的防滲漏效果。在國外的一些使用案例中已經(jīng)表明：納米改性混凝土材料具有更高的耐久性，而且防凍系數(shù)提高了20倍作左右。如今，我國渠道建設(shè)對(duì)該材料的使用已經(jīng)保障在不明顯提高成本的條件下，推廣運(yùn)用。

2）納米改性復(fù)合土工膜。有一種傳統(tǒng)的防滲技術(shù)叫做膜料防滲，其原理就是利用防滲膜作為施工原料，將其敷設(shè)為防滲層。納米改性土工復(fù)合膜料是一種運(yùn)用納米技術(shù)將土工織物、膜料等復(fù)合在一起形成的新型膜料，這類材料成本低，自身密度高，擁有了更高的防滲性能，但是，它也同傳統(tǒng)膜料一樣，容易被此薄，施工過程中很難保證其完整性，未來，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究具有較高韌性的防滲膜料。

三、渠道防滲抗凍的新技術(shù)研究

接下來筆者將舉例混凝土U型防滲技術(shù)與符合材料防滲技術(shù)對(duì)渠道防滲的新技術(shù)進(jìn)行分析。

（一）混凝土U型防滲渠道建設(shè)技術(shù)

U性渠道是一種渠道切面呈U型的渠道，整條渠道的底部向下凹陷呈圓弧型，兩層護(hù)坡有一定的向外傾斜度，這是我國使用最為廣泛的一種渠道防滲抗凍建設(shè)結(jié)構(gòu)。凹陷下去的圓弧形底部可以加快水流速度，減少水流阻力，改善泥沙沉積現(xiàn)象，在水流條件更好的情況下，渠道的滲漏問題會(huì)有所減輕；渠道的U性底部和傾斜的護(hù)坡能夠形成一個(gè)完整體，提高了渠道的整體性，減少裂紋和孔洞的發(fā)生。這種渠道結(jié)構(gòu)下的水資源有效運(yùn)輸系數(shù)高達(dá)0.97以上，且占地面積較小，可以節(jié)約26%以上的建筑材料，后期的維護(hù)保養(yǎng)和修理工作也更加便利。

我國關(guān)于U型結(jié)構(gòu)渠道建設(shè)的相關(guān)設(shè)備和技術(shù)理論還不夠完成，施工過程中往往是依靠技術(shù)人員個(gè)人的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，在保持渠道整體性方面的使用效果比較差，其原因就在于技術(shù)人員對(duì)護(hù)坡墻傾斜度計(jì)算的不準(zhǔn)確。

（二）符合材料防滲抗凍技術(shù)

單一的防滲抗凍材料難免會(huì)有一定的缺陷，在施工過程中，可以不同優(yōu)勢(shì)的材料混搭使用，以起到更好的防滲抗凍效果，避免單一材料的缺陷，這種施工技術(shù)就叫做符合材料施工技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用考驗(yàn)的是施工人員對(duì)各類型新型防滲抗凍材料性能的掌握和配搭，在混搭材料的時(shí)候，要注意避免各類材料的缺點(diǎn)，混合其優(yōu)勢(shì)，例如納米改性混凝土材料和GCL土工復(fù)合材料進(jìn)行混合搭配，GCL具有更好的抗凍性能，且能夠?qū)崿F(xiàn)自我修復(fù)，它可以彌補(bǔ)納米改性混凝土材料易受天氣影響、抗凍性能欠佳的缺點(diǎn)，當(dāng)納米改性混凝土材料出現(xiàn)裂縫之后，GCL可以運(yùn)用自身遇水膨脹的特性填補(bǔ)裂縫，繼續(xù)保持防滲層的防滲漏作用。

結(jié)束語：

渠道的防滲抗凍施工是渠道工程必不可少的一個(gè)步驟，隨著工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展，目前，國內(nèi)已經(jīng)研究發(fā)明了多種類型的渠道防滲抗凍材料，也有了相關(guān)的施工技術(shù)，未來還要進(jìn)一步發(fā)展渠道防滲抗凍技術(shù)，建設(shè)更多優(yōu)質(zhì)渠道工程。

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