渠道防渗抗冻新材料与技术

陈华江

【摘要】我国积极发展节水工程技术，以应对全球性的水资源危机，提高水资源的利用率，其中渠道防渗抗冻技术的应用非常广泛。本文对渠道防渗技术的发展现状进行了简要的分析，并介绍了几种常用的渠道防渗抗冻性材料，和渠道防渗抗冻的新型结构形式，，希望能够推动渠道防渗抗冻新材料和技术的发展。

【关键词】渠道；防渗抗冻；新材料

渠道防渗抗冻技术能够有效地减少渠道用地，扩大灌溉面积、节约运行管理费用、提高渠道的运行效率，推动我国的农业现代化建设，具有良好的经济效益和生态效益。本文对渠道防渗抗冻的新材料和新技术进行了简要的分析，希望能够推动渠道防渗抗冻型材料技术的进一步推广。

1.渠道防渗技术发展现状

在渠道灌溉的过程中，农业灌溉用水具有很大的浪费，其中很大一部分来自渠道渗漏，各国都非常重视渠道防渗技术的研究和推广。渠道防渗技术在我国的应用非常广泛，具有巨大的节水潜力。我国的农业用水超过了全国总量水量的60%，而其中90%以上的农业用水，都用于农田灌溉。输水渠道的渗漏会造成大量的灌溉用水浪费，当前我国的渠系水利用系数低于0.5。通过使用防渗抗冻技术能够有效的提高灌溉渠系水利用系数[1]。

渠道防渗技术主要是使用混凝土、膜料、沥青混凝土等材料来设置防渗层。效果最好的是混凝土防渗，在渠道防渗中应用得最为广泛。我国于上世纪六十年代开始使用塑膜作为防渗材料，防晒效果良好，使用年限可以达到20至30年。本世纪以来，塑模混凝土复合防渗结构形式得到了较快的发展。

发达国家在渠道防冻胀方面主要使用“抵抗”冻胀技术，例如增设填换层、提高防渗材料强度等。根据“适应削减冻胀”的防冻害原则，我国使用“允许一定冻胀位移量”的设计标准，取得了良好的应用效果。然而我国当前仍然以人工施工作为渠道防渗抗冻施工的主要形式，与发达国家存在差距。我国的U型渠道发展非常迅速，应用范围越来越广泛。

2.渠道防渗抗冻新材料

2.1纳米改性防渗材料

①纳米改性混凝土防渗材料。混凝土防渗具有良好的防治效果，对渗漏损失的减少能够达到90%以上，与此同时还可以有效的缩小渠道断面，具有耐久性好、强度高、占地面积小等优点，然而其具有较差的抗冻性。通过纳米改性防水材料对混凝土进行改进，能够有效的提高题耐久性和抗冻性，抗冻性方面提高了近二十倍[2]。

②纳米改性复合土工膜。土工膜是一种常见的防渗材料，具有柔軟、连续、薄型的特点，防渗性能良好，造价低、施工便利。然而在施工的过程中很容易将土工膜刺穿，严重地影响了其防水性能，而且具有较强的抗冻性。纳米改性复合土工膜的厚度仅有同土工膜的三分之二左右，其抗穿刺性和强度得到了极大的提高。

2.2新型固化土防渗材料

作为一种新型固化土防渗材料，土壤固化剂适用于各类土壤，具有防渗效果好、应用范围广、来料丰富等特点，在我国的各类工程中得到广泛的应用。通过土壤固化剂能够有效地降低土体水的冰点，增强土体的憎水性，使土体冻结时的水分迁移被减弱或阻止，从而消除或减轻了土体的冻胀，使其防渗抗冻性能得到提高。根据固化土壤的原理，可以将土壤固化剂分为水化类土壤固化剂和电离子类土壤固化剂。水化类固化剂一般为固体粉末物质，能够与土壤中的水分子发生作用，出现水硬性反应，使土体的防渗抗冻性能和强度得到提高，比较适合在砂石类土壤中使用。电离子类土壤固化剂属于水溶性材料，能够对土壤中的土颗粒和水分子的电离子特性进行改变，对孔隙毛细管结构进行破坏，使土颗粒粘结，从而使土体的防渗抗冻性能和抗压强度得到提高，比较适合在颗粒较细的土壤中使用[3]。

2.3新型复合土工合成材料

所谓的新型复合土工合成材料的结构是将膨润土夹封在两层土工合成材料之间，使用粘合、缝合和针刺等手段进行合成。其对膨润土的膨胀性防渗特性进行了利用，不仅具有土工膜的各种优点，而且具有良好的抗张应变能力和柔性，以及良好的自愈和功能、抗冻融循环和抗干湿循环能力。

3.渠道防渗抗冻新型结构形式

3.1混凝土U形防渗渠道

混凝土U形防渗渠道在我国的中小型渠道上应用的比较广泛，其底部为弧形或半圆形，上部具有一定的倾角。与梯形渠道相比，混凝土U形防渗渠道具有裂缝少、，流速快，渠道湿周短等特点，能够极大地提高渠道水利用系数，达到0.98。由于流速较快，渠道具有较好的输沙输水能力，不容易产生淤积。

混凝土U型渠道具有占地少、抗冻胀能力、抗外力能力强等特点，其占地面积不到梯形渠道的一半，管理起来也更加方便，能够便利地进行修补裂缝、整修堤岸的施工，极大的节省了工程维修费用。一年来广泛推行的弧形坡脚梯形、弧形底梯形断面渠道也具有良好的防渗抗冻胀效果。

3.2复合材料防渗结构形式

由于单一的防渗材料的耐久性和防渗抗冻效果有限，因此，在防渗膜料的发展过程中，出现了复合材料房舍的结构形式。防渗层主要采用柔性膜料，在此基础上使用土料或刚性的混凝土材料来对膜料进行保护，从而起到有效的延长工程寿命、防止老化的作用。两种材料的结合具有良好的防渗性能，经济技术性能良好，而且具有造价低、施工工期短的特点。在旧区改造工程中使用复合材料防渗结构形式能够有效地降低工程造价，不会影响行水。膜料防渗层具有良好的抗冻胀性能和防渗漏性能，能够对冻胀破坏进行减轻。

4.结语

在经济发展的过程中，渠道防渗技术也在不断的发展，渠道防渗抗冻性材料与新技术不断涌现，由人工施工向半集中化和机械化施工方向发展，由单一防渗结构向复合防渗结构发展，由单一防晒材料向复合防水材料发展，取得了良好的发展效果。这就要求不断加大对防渗科研的投入，积极研究渠道防渗抗冻的新材料新技术，并对到渠道，防渗抗冻新材料和新技术进行积极的推广，使其发挥良好的防渗抗冻性能，提高我国渠道的水利用系数，减少农业灌溉过程中水资源的浪费，提高我国水资源的利用效率。

参考文献：

[1] 何武全. 我国渠道防渗工程技术的发展现状与研究方向[J]. 防渗技术. 2012（01）

[2]张英普，寇广潮，蔡明科. 论大型灌区节水改造对策[J]. 西北水资源与水工程. 2012（01）

[3] 周正兵，王钊. 用于渠道防渗的两种新型土工复合材料[J]. 防渗技术. 2011（03）