合成高分子材料在水利工程中的应用

李志 孙磊

【摘 要】近几年来，我国材料工业发展迅速，合成高分子材料已经在生产生活中得到了广泛的应用，材料逐渐和能源、信息、计算机、基因工程等新兴技术一同作为新技术革命的标志，合成高分子材料作为一类新型的、发展迅速的化学材料，成为促进工业发展的核心之一。在此背景下，合成高分子产品的质量正在逐步提高，价格也在逐渐降低，在水利工程中得到广泛的应用，取得了良好的经济效益。本文将对合成高分子材料在水利工程中的应用做出相应的介绍。

【关键词】合成高分子材料;水利工程;应用

1.前言

随着化学工业的不断发展，合成高分子材料的性能正在不断提升，极大地改变了人们的生产生活方式，与人们的生活息息相关。许多高分子材料具有防渗、堵漏、强化、防腐等功能，在水利工程施工过程中合理地利用合成高分子材料，不仅可以全面改善传统材料的性能、提高工程质量，也往往使得工程施工难度和施工成本大大降低，从而保证了水利工程的经济效益和社会效益。

2.合成高分子材料的概况

合成高分子材料是一类通过化学合成的方法得到的一种化合物，通常是一种或多种单体重复连接形成的，分子量一般比较大。高分子化合物大量存在于自然界，然而通过化学方法合成的高分子材料，是近年来才开始迅速发展的。由于原材料易于获得，成本相对较低，从而具有较大的经济效益，因此高分子材料的生产十分适应现代化社会;另一方面，高分子材料性能良好，在许多方面对传统材料具有重要的替代作用，因此适应社会发展的需求[1]。在现代社会的生产生活中，几乎所有过程都与高分子材料有着或多或少的联系。由此可知，合成高分子材料有着十分广阔的发展前景，应当得到合理的应用。而在水利工程中，种类繁多的合成高分子材料更是发挥了不可替代的作用，为我国水利工程的迅速发展创造了充分的条件。

3.合成高分子材料在水利工程中的应用

合成高分子材料在水利工程中的应用十分广泛，很大程度上解决了工程中遇到的一些难题，提高了施工质量和工程效益。以下将对合成高分子材料在水利工程中的应用进行简单的介绍：

3.1聚合物混凝土

聚合物混凝土是经过水泥混凝土和高分子材料的相互结合形成的一种材料，主要包括聚合物水泥混凝土、树脂混凝土和聚合物浸渍混凝土三大类。常用的聚合物一般有橡胶、乳胶、树脂和其他的一些水溶性聚合物。通常情况下，聚合物能够有效地改善混凝土的性能，因此，与普通混凝土相比，聚合物混凝土在水利工程的应用过程中具有许多优势。首先，聚合物能够减小混凝土中微裂缝的长度，提高混凝土的稳定性;其次，聚合物在一定程度导航降低了水泥浆产生孔隙的可能性，从而相应地提高了水泥浆本身具有的力学性能[2]。另外，在浸渍过程中，混凝土所达到的亚稳态下的最佳力学结构很容易被稳定下来，使得聚合物混凝土具有更高的强度，硬化速度也变得更快，大大提高了水利工程的施工质量。聚合物混凝土所具有的防腐、耐磨、耐冲击、施工方便等良好性能，有效地解決了原来容易产生的硬化收缩等难以解决的问题，因此在水利工程的施工过程中得以充分发挥它的优势。

3.2土工织物

通常情况下，塑料织物主要由单丝编织而成，因为其过滤和隔离作用显著，且具有良好的强度，十分耐用，在水利工程中得到了广泛的应用。一般来说尼龙、聚酯和聚丙烯是土工织物生产过程中最为常用的材料，其中由于聚丙烯的成本较低，加工和使用过程也较为方便，从而被广泛应用于塑料织物的生产。在种类多样的合成高分子材料中，土工织物的使用历史相对较长，在二十多年前就被国外的水利工程所使用。而在我国，以编织物为护底防冲材料的工作目前仍然处在试验阶段，还需要进行不断的改进。

3.3塑料防渗材料

目前来说，在水利工程中比较常见的塑料防渗材料主要有聚氯乙烯、聚乙烯（高压）等塑料以及丁基橡胶等合成橡胶，其中，橡胶的耐久性比较好，而聚乙烯的价格相对来说更加便宜。作为防渗材料，塑料薄膜不透水的特点在工程中发挥着独特的优势，又因为塑料薄膜的变形能力比较强，价格又相对便宜，在使用过程中也比较方便，因此在水利工程中起到良好的防渗作用，又使得工程成本有所降低[3]。

3.4灌浆材料

高分子化学灌浆材料种类众多、应用广泛，既具备了水泥、黏土、沥青等传统灌浆材料的优点，又具备合成高分子材料的新型优势。在品种众多的灌浆材料中，以环氧树脂类、聚氨酯类，木质素类、甲基丙烯酸醋类、丙烯酰胺类和脈醛树脂类等在水利工程中应用最为广泛，在建筑物细微裂缝的补强加固、防渗堵水和软弱地基基础处理的过程中发挥着重要作用。

3.4.1环氧树脂类

在环氧树脂的使用过程中，往往会使用糠醛、丙酮等化学物质，这些物质可以作为环氧树脂固化之前的稀释剂，在一定程度上使浆液的粘稠度大大降低。在这种情况下，浆液就能够很容易地被灌入细小的裂缝，从而对产生微小缝隙的混凝土建筑物进行全面的修补，提高混凝土的稳定性[4]。

3.4.2聚氨酯类

一般来说，聚氨酯类材料的主要原料是异氤酸酯，当异氤酸酯与含有羟基的化合物进行化学作用时，就会形成这种高分子灌浆材料。在灌浆的过程中，异氤酸基会和水发生化学反应，从而生成聚氨酯泡沫体，具有很好的加固作用，也具有一定的防水效果。

3.4.3木质素类

在水利工程中，木质素磺酸盐能够通过一系列化学反应，形成一种具有空间结构的凝胶，这种凝胶可以在工程中用来防渗和加固，防水效果也比较好[5]。因为这种材料的价格比较便宜，能够减少工程成本，在水利工程中应用比较广泛。

3.4.4甲基两烯酸酯类

甲基两烯酸酯类材料的特点较为明显，在水利工程中往往具有它独特的应用。作为一类粘度较小的材料，甲基两烯酸酯类材料能够在零下二十度以下的低温环境下迅速固化，因此在冬季施工过程中，甲基两烯酸酯类材料应用较多，对于细小裂缝的灌浆修补具有非常便捷有效的作用。

3.4.5丙烯酰胺类

在水利工程中，丙烯酰胺类灌浆材料具有非常重要的地位，常常被称为一类“划时代的材料”，在交联剂的作用下能够快速地形成化学性质非常稳定的交联聚丙烯酰胺凝胶，由于这种凝胶不透水而且具有弹性，因此对于堵水和稳固地基具有十分有效的作用[6]。

3.4.6脈醛树脂类

脈醛树脂类材料固化后的强度很高，但因为浆液呈酸性且粘度较大，而且具有刺激性气味，因此限制了这种材料在水利工程中的应用。

3.5管材与板材

目前来说，在我国的水利工程中，使用比较多的一种高分子管材是聚氯乙烯，主要用于输水排水。这种合成高分子材料稳定性强，能够做成非常长的无缝管道，又比较坚实耐用，一般不会受到地质条件的影响，因此在暗管排水工程中使用塑料管道排水的情况非常常见，效果比较显著。对于板材而言，目前来说比较便捷的一种高分子材料是PVC排水板，成本较低，施工操作也比较简单，且具有良好的排水效果;另外，在一些国家，曾经尝试利用环氧泡沫塑料板和聚多孔塑料板预防工程建筑物冬季受冻，也取得了比较好的效果。

3.6橡膠坝

橡胶坝是随着高分子合成材料的发展而出现的一种新型水工建筑物，是一种利用水或气体充胀而形成的一种袋式挡水坝，主要适用于低水头、跨度大的闸坝工程，能够方便地蓄水和调节水位。和常规闸坝相比较，橡胶坝具有造价低、施工期短的特点，降低了工程成本;另一方面，橡胶坝的坝体是柔性的软壳结构，受到侵蚀和水生生物的影响更小，稳定性强于常规闸坝，能够抵抗更大力度的冲击。除此之外，橡胶坝的止水效果也更好，使用寿命更长，方便进行管理。近年来，我国在橡胶坝的设计和施工阶段已经有了较为深入的研究，经过不断的改善，在橡胶坝方面的相关技术已经比较成熟，具备了广泛应用的条件，为这一新兴技术走入国外市场创造了良好的条件。

4.结束语

综合以上的分析可知，合成高分子材料在水利工程中发挥着不可替代的重要作用，对于提高工程质量、节约施工时间、降低工程成本具有重要意义。不可否认的是，作为一门新兴工业，很多合成高分子材料在实际生产的使用过程仍然处于试验阶段，还存在着很多不足，需要不断进行改进。因此，科学合理地利用高分子材料进行工程建设，是提高工程质量，保证水利工程应该具有的经济社会效益的关键之处。

参考文献：

[1]陈杭. 合成高分子材料在水利工程中的应用[J]. 江苏化工，2018（01）：68-70.

[2]谢年祥. 高分子材料在国外水利工程中的应用[J]. 华水科技情报，2018（02）：14-22.

[3]刘益军，赵晖，黄国平. 聚氨酯材料在水利工程中的应用[J]. 化学建材，2016，20（5）：36-39.

[4]金晓鸥. 水利工程材料[M]. 高等教育出版社，2018.

[5]祝华威，李季. 橡胶坝运行管理的有效方法探讨[J]. 中国高新技术企业，2017（33）：112-113.

[6]张兴英 程珏 赵京. 高分子化学. 化学工业出版社

作者简介：

李志，男，1986.02，汉，湖北十堰，工程师，研究方向：水利工程。

（作者单位：南水北调中线干线工程建管局河南分局）