渠道防滲抗凍新材料與新技術探討

【摘要】本文主要對幾種新型渠道防滲抗凍材料的性質、優點等進行了分析，而后對新的渠道防滲抗凍技術的應用、優勢以及特點進行了闡述，有利于進一步推動新技術與新材料的推廣使用，提高我國渠道工程的建設質量。

【關鍵詞】渠道建設；防滲抗凍技術；防滲抗凍材料；技術與材料應用

渠道建設中，防凍防滲層的施工時極其重要的，它直接關系到渠道的使用效果和職能展現。就我國目前的渠道防滲抗凍施工現狀來看，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的使用能夠打破傳統技術與材料使用的地區限制，具有普遍推廣的優勢。

一、渠道防滲與抗凍技術運用現狀

目前，我國使用的渠道防滲技術大致有混凝土防滲、水泥土防滲、土料防滲、石料防滲等幾種，他們都是根據防滲材料的不同來命名的，這些防滲技術都有各自的優缺點，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，很多地區都是種植戶利用地形優勢和土地之間的連接，自行挖掘防水渠道；且南方地區氣候溫潤，一般也不會使用防滲抗凍技術。而在我國北方地區，由于水資源先天缺失，而且氣候較為惡劣，部分地區冬季最低氣溫達到了零下40℃，如北疆地區、黑龍江黑河地區等，東北區西北部、包括中原地帶，沒有天然的地理優勢，必須要借助于修建渠道來滿足農田灌溉、水力運輸的需求。已建成的渠道一般都是就地取材，采用土料防滲技術，這項技術并不具備較高的防凍性能，而諸如混凝土防滲技術、瀝青防滲技術等又都是一些施工成本較高的技術，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突出體現為抗凍能力低、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往往施工成本較高，一般地區無力承擔施工成本；而那些施工成本低的技術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土工復合材料

GCL全稱GeosyntheticC1ayLiner，這是一種壓實性粘土的復合材料，最早被用于美國的一座垃圾填埋場襯墊工程中，后來，從德國開始，逐步研發出了適用于渠道防滲工程施工、人工運河襯墊系統施工的新型防滲抗凍材料，并且，在實際的運用中展現出了良好的使用效果，具有較高的推廣使用價值。GCL結構分為三層：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構的穩定，并起到一定的防寒作用。膨潤土具有較強的抗張應變能力和柔韌性，自身密度較大，滲透率極低，遇水則發生膨脹，能夠自動填補表層土工織物出現的裂縫和孔洞，具有自動修復滲漏點的優勢。該次材料施工簡單快速，在氣溫極低的情況下，不易發生凍結。

（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，它的最大優勢在于能夠將各類型的防滲土料轉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，可以調高原材料的憎水系數，降低原材料原有的冰凍節點，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度電離子，與土壤中的電離子進行交換，改變土壤分子的特性，破壞土壤顆粒中的細胞結構，對土壤分子中的毛細管施加壓力，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呈現，利用自身的化學性質與土壤中的水分子發生水化反應，是水達到硬結狀態，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單，技術性要求也不高，對使用對象沒有較高的要求，尤其適用于砂石土壤地區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，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到95%以上。普通的混凝土材料自身已經具有較高的耐久性和強度，防滲效果也比較好，只有抗凍性能相對較低。而納米技術的使用，進一步提升了原混凝土材料的強度和密度，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，而且防凍系數提高了20倍作左右。如今，我國渠道建設對該材料的使用已經保障在不明顯提高成本的條件下，推廣運用。

2）納米改性復合土工膜。有一種傳統的防滲技術叫做膜料防滲，其原理就是利用防滲膜作為施工原料，將其敷設為防滲層。納米改性土工復合膜料是一種運用納米技術將土工織物、膜料等復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，還應當進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研究

接下來筆者將舉例混凝土U型防滲技術與符合材料防滲技術對渠道防滲的新技術進行分析。

（一）混凝土U型防滲渠道建設技術

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結構。凹陷下去的圓弧形底部可以加快水流速度，減少水流阻力，改善泥沙沉積現象，在水流條件更好的情況下，渠道的滲漏問題會有所減輕；渠道的U性底部和傾斜的護坡能夠形成一個完整體，提高了渠道的整體性，減少裂紋和孔洞的發生。這種渠道結構下的水資源有效運輸系數高達0.97以上，且占地面積較小，可以節約26%以上的建筑材料，后期的維護保養和修理工作也更加便利。

我國關于U型結構渠道建設的相關設備和技術理論還不夠完成，施工過程中往往是依靠技術人員個人的施工經驗進行，在保持渠道整體性方面的使用效果比較差，其原因就在于技術人員對護坡墻傾斜度計算的不準確。

（二）符合材料防滲抗凍技術

單一的防滲抗凍材料難免會有一定的缺陷，在施工過程中，可以不同優勢的材料混搭使用，以起到更好的防滲抗凍效果，避免單一材料的缺陷，這種施工技術就叫做符合材料施工技術。該項技術的運用考驗的是施工人員對各類型新型防滲抗凍材料性能的掌握和配搭，在混搭材料的時候，要注意避免各類材料的缺點，混合其優勢，例如納米改性混凝土材料和GCL土工復合材料進行混合搭配，GCL具有更好的抗凍性能，且能夠實現自我修復，它可以彌補納米改性混凝土材料易受天氣影響、抗凍性能欠佳的缺點，當納米改性混凝土材料出現裂縫之后，GCL可以運用自身遇水膨脹的特性填補裂縫，繼續保持防滲層的防滲漏作用。

結束語：

渠道的防滲抗凍施工是渠道工程必不可少的一個步驟，隨著工程建設行業的發展，目前，國內已經研究發明了多種類型的渠道防滲抗凍材料，也有了相關的施工技術，未來還要進一步發展渠道防滲抗凍技術，建設更多優質渠道工程。

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