合成高分子材料在水利工程中的應用

李志 孫磊

【摘?要】近幾年來，我國材料工業發展迅速，合成高分子材料已經在生產生活中得到了廣泛的應用，材料逐漸和能源、信息、計算機、基因工程等新興技術一同作為新技術革命的標志，合成高分子材料作為一類新型的、發展迅速的化學材料，成為促進工業發展的核心之一。在此背景下，合成高分子產品的質量正在逐步提高，價格也在逐漸降低，在水利工程中得到廣泛的應用，取得了良好的經濟效益。本文將對合成高分子材料在水利工程中的應用做出相應的介紹。

【關鍵詞】合成高分子材料;水利工程;應用

1.前言

隨著化學工業的不斷發展，合成高分子材料的性能正在不斷提升，極大地改變了人們的生產生活方式，與人們的生活息息相關。許多高分子材料具有防滲、堵漏、強化、防腐等功能，在水利工程施工過程中合理地利用合成高分子材料，不僅可以全面改善傳統材料的性能、提高工程質量，也往往使得工程施工難度和施工成本大大降低，從而保證了水利工程的經濟效益和社會效益。

2.合成高分子材料的概況

合成高分子材料是一類通過化學合成的方法得到的一種化合物，通常是一種或多種單體重復連接形成的，分子量一般比較大。高分子化合物大量存在于自然界，然而通過化學方法合成的高分子材料，是近年來才開始迅速發展的。由于原材料易于獲得，成本相對較低，從而具有較大的經濟效益，因此高分子材料的生產十分適應現代化社會;另一方面，高分子材料性能良好，在許多方面對傳統材料具有重要的替代作用，因此適應社會發展的需求[1]。在現代社會的生產生活中，幾乎所有過程都與高分子材料有著或多或少的聯系。由此可知，合成高分子材料有著十分廣闊的發展前景，應當得到合理的應用。而在水利工程中，種類繁多的合成高分子材料更是發揮了不可替代的作用，為我國水利工程的迅速發展創造了充分的條件。

3.合成高分子材料在水利工程中的應用

合成高分子材料在水利工程中的應用十分廣泛，很大程度上解決了工程中遇到的一些難題，提高了施工質量和工程效益。以下將對合成高分子材料在水利工程中的應用進行簡單的介紹：

3.1聚合物混凝土

聚合物混凝土是經過水泥混凝土和高分子材料的相互結合形成的一種材料，主要包括聚合物水泥混凝土、樹脂混凝土和聚合物浸漬混凝土三大類。常用的聚合物一般有橡膠、乳膠、樹脂和其他的一些水溶性聚合物。通常情況下，聚合物能夠有效地改善混凝土的性能，因此，與普通混凝土相比，聚合物混凝土在水利工程的應用過程中具有許多優勢。首先，聚合物能夠減小混凝土中微裂縫的長度，提高混凝土的穩定性;其次，聚合物在一定程度導航降低了水泥漿產生孔隙的可能性，從而相應地提高了水泥漿本身具有的力學性能[2]。另外，在浸漬過程中，混凝土所達到的亞穩態下的最佳力學結構很容易被穩定下來，使得聚合物混凝土具有更高的強度，硬化速度也變得更快，大大提高了水利工程的施工質量。聚合物混凝土所具有的防腐、耐磨、耐沖擊、施工方便等良好性能，有效地解決了原來容易產生的硬化收縮等難以解決的問題，因此在水利工程的施工過程中得以充分發揮它的優勢。

3.2土工織物

通常情況下，塑料織物主要由單絲編織而成，因為其過濾和隔離作用顯著，且具有良好的強度，十分耐用，在水利工程中得到了廣泛的應用。一般來說尼龍、聚酯和聚丙烯是土工織物生產過程中最為常用的材料，其中由于聚丙烯的成本較低，加工和使用過程也較為方便，從而被廣泛應用于塑料織物的生產。在種類多樣的合成高分子材料中，土工織物的使用歷史相對較長，在二十多年前就被國外的水利工程所使用。而在我國，以編織物為護底防沖材料的工作目前仍然處在試驗階段，還需要進行不斷的改進。

3.3塑料防滲材料

目前來說，在水利工程中比較常見的塑料防滲材料主要有聚氯乙烯、聚乙烯（高壓）等塑料以及丁基橡膠等合成橡膠，其中，橡膠的耐久性比較好，而聚乙烯的價格相對來說更加便宜。作為防滲材料，塑料薄膜不透水的特點在工程中發揮著獨特的優勢，又因為塑料薄膜的變形能力比較強，價格又相對便宜，在使用過程中也比較方便，因此在水利工程中起到良好的防滲作用，又使得工程成本有所降低[3]。

3.4灌漿材料

高分子化學灌漿材料種類眾多、應用廣泛，既具備了水泥、黏土、瀝青等傳統灌漿材料的優點，又具備合成高分子材料的新型優勢。在品種眾多的灌漿材料中，以環氧樹脂類、聚氨酯類，木質素類、甲基丙烯酸醋類、丙烯酰胺類和脈醛樹脂類等在水利工程中應用最為廣泛，在建筑物細微裂縫的補強加固、防滲堵水和軟弱地基基礎處理的過程中發揮著重要作用。

3.4.1環氧樹脂類

在環氧樹脂的使用過程中，往往會使用糠醛、丙酮等化學物質，這些物質可以作為環氧樹脂固化之前的稀釋劑，在一定程度上使漿液的粘稠度大大降低。在這種情況下，漿液就能夠很容易地被灌入細小的裂縫，從而對產生微小縫隙的混凝土建筑物進行全面的修補，提高混凝土的穩定性[4]。

3.4.2聚氨酯類

一般來說，聚氨酯類材料的主要原料是異氤酸酯，當異氤酸酯與含有羥基的化合物進行化學作用時，就會形成這種高分子灌漿材料。在灌漿的過程中，異氤酸基會和水發生化學反應，從而生成聚氨酯泡沫體，具有很好的加固作用，也具有一定的防水效果。

3.4.3木質素類

在水利工程中，木質素磺酸鹽能夠通過一系列化學反應，形成一種具有空間結構的凝膠，這種凝膠可以在工程中用來防滲和加固，防水效果也比較好[5]。因為這種材料的價格比較便宜，能夠減少工程成本，在水利工程中應用比較廣泛。

3.4.4甲基兩烯酸酯類

甲基兩烯酸酯類材料的特點較為明顯，在水利工程中往往具有它獨特的應用。作為一類粘度較小的材料，甲基兩烯酸酯類材料能夠在零下二十度以下的低溫環境下迅速固化，因此在冬季施工過程中，甲基兩烯酸酯類材料應用較多，對于細小裂縫的灌漿修補具有非常便捷有效的作用。

3.4.5丙烯酰胺類

在水利工程中，丙烯酰胺類灌漿材料具有非常重要的地位，常常被稱為一類“劃時代的材料”，在交聯劑的作用下能夠快速地形成化學性質非常穩定的交聯聚丙烯酰胺凝膠，由于這種凝膠不透水而且具有彈性，因此對于堵水和穩固地基具有十分有效的作用[6]。

3.4.6脈醛樹脂類

脈醛樹脂類材料固化后的強度很高，但因為漿液呈酸性且粘度較大，而且具有刺激性氣味，因此限制了這種材料在水利工程中的應用。

3.5管材與板材

目前來說，在我國的水利工程中，使用比較多的一種高分子管材是聚氯乙烯，主要用于輸水排水。這種合成高分子材料穩定性強，能夠做成非常長的無縫管道，又比較堅實耐用，一般不會受到地質條件的影響，因此在暗管排水工程中使用塑料管道排水的情況非常常見，效果比較顯著。對于板材而言，目前來說比較便捷的一種高分子材料是PVC排水板，成本較低，施工操作也比較簡單，且具有良好的排水效果;另外，在一些國家，曾經嘗試利用環氧泡沫塑料板和聚多孔塑料板預防工程建筑物冬季受凍，也取得了比較好的效果。

3.6橡膠壩

橡膠壩是隨著高分子合成材料的發展而出現的一種新型水工建筑物，是一種利用水或氣體充脹而形成的一種袋式擋水壩，主要適用于低水頭、跨度大的閘壩工程，能夠方便地蓄水和調節水位。和常規閘壩相比較，橡膠壩具有造價低、施工期短的特點，降低了工程成本;另一方面，橡膠壩的壩體是柔性的軟殼結構，受到侵蝕和水生生物的影響更小，穩定性強于常規閘壩，能夠抵抗更大力度的沖擊。除此之外，橡膠壩的止水效果也更好，使用壽命更長，方便進行管理。近年來，我國在橡膠壩的設計和施工階段已經有了較為深入的研究，經過不斷的改善，在橡膠壩方面的相關技術已經比較成熟，具備了廣泛應用的條件，為這一新興技術走入國外市場創造了良好的條件。

4.結束語

綜合以上的分析可知，合成高分子材料在水利工程中發揮著不可替代的重要作用，對于提高工程質量、節約施工時間、降低工程成本具有重要意義。不可否認的是，作為一門新興工業，很多合成高分子材料在實際生產的使用過程仍然處于試驗階段，還存在著很多不足，需要不斷進行改進。因此，科學合理地利用高分子材料進行工程建設，是提高工程質量，保證水利工程應該具有的經濟社會效益的關鍵之處。

參考文獻：

[1]陳杭. 合成高分子材料在水利工程中的應用[J]. 江蘇化工，2018（01）：68-70.

[2]謝年祥. 高分子材料在國外水利工程中的應用[J]. 華水科技情報，2018（02）：14-22.

[3]劉益軍，趙暉，黃國平. 聚氨酯材料在水利工程中的應用[J]. 化學建材，2016，20（5）：36-39.

[4]金曉鷗. 水利工程材料[M]. 高等教育出版社，2018.

[5]祝華威，李季. 橡膠壩運行管理的有效方法探討[J]. 中國高新技術企業，2017（33）：112-113.

[6]張興英 程玨 趙京. 高分子化學. 化學工業出版社

作者簡介：

李志，男，1986.02，漢，湖北十堰，工程師，研究方向：水利工程。

（作者單位：南水北調中線干線工程建管局河南分局）