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福建省水工材料學(xué)科發(fā)展研究報(bào)告

福建省水利學(xué)會(huì)

該文介紹了我國(guó)水工材料學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)和回顧了福建省水工材料學(xué)科的研究進(jìn)展、實(shí)踐和主要成就，提出了福建省水工材料學(xué)科全面發(fā)展與創(chuàng)新的目標(biāo)及突出綠色環(huán)保、生態(tài)、耐久等發(fā)展方向，分析學(xué)科發(fā)展存在的問(wèn)題并提出建議。

水工材料 摻和料 生態(tài)混凝土 學(xué)科報(bào)告

1 概述

水工材料學(xué)科是水工工程和建筑材料相互交叉的學(xué)科，水工材料學(xué)科的研究對(duì)象主要是水工混凝土材料、高分子聚合物材料、金屬材料以及水生態(tài)保護(hù)和修復(fù)用新材料等。

福建省水電資源豐富，建國(guó)以來(lái)，福建省進(jìn)行了大規(guī)模的水利水電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，截至2011年末，福建省全省水庫(kù)共有3692座；共有水電站6678座；規(guī)模以上的水閘有2381座；已建堤防長(zhǎng)度3552.78公里；全省有防洪任務(wù)的河段長(zhǎng)度為7246.98公里[1]。我省傳統(tǒng)的壩工技術(shù)主要有土石壩、混凝土重力壩以及具有地方特色的砌石拱壩或砌石重力壩。近年來(lái)，伴隨著新材料、新工藝發(fā)展，碾壓混凝土壩、鋼筋混凝土面板堆石壩、膠凝砂礫石壩等壩工新技術(shù)在福建得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

水工材料作為水工結(jié)構(gòu)物的基本單元，已成為推動(dòng)水工建設(shè)工藝發(fā)展及變革的關(guān)鍵性因素。

2 我國(guó)水利工程材料學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)大壩建設(shè)在世界各國(guó)中不僅數(shù)量上居首位，而在大壩高度也明顯增長(zhǎng)。我國(guó)已建成運(yùn)行的水布埡面板堆石壩（壩高233m）是世界最高的混凝土面板堆石壩；龍灘碾壓混凝土重力壩（壩高216.5m）是世界最高的碾壓混凝土重力壩；沙牌碾壓混凝土拱壩（壩高132m）是世界上最高的碾壓混凝土拱壩； 2012年建成的錦屏一級(jí)雙曲拱壩（壩高305m）代替小灣雙曲拱壩（壩高292m）成為世界在建最高的雙曲拱壩，標(biāo)志著中國(guó)在筑壩關(guān)鍵技術(shù)方面已取得突破性進(jìn)展?？傮w上，我國(guó)的筑壩技術(shù)在國(guó)際上處于領(lǐng)先水平或先進(jìn)水平，遠(yuǎn)距離跨流域調(diào)水成為21世紀(jì)水利建設(shè)的一大特點(diǎn)，這些成就的取得離不開筑壩材料的技術(shù)進(jìn)步。

2.1 水工混凝土材料新特點(diǎn)

水工混凝土是水利工程中尤其是大型水利工程中最主要的建筑材料。中國(guó)近30年來(lái)建成的大中型閘壩數(shù)百座，其中混凝土用量多達(dá)1000立方萬(wàn)米以上。

主要的新材料應(yīng)用成果有：

2.1.1摻和料趨向多樣化

水工混凝土摻入一定量的活性摻和料，不僅可以降低水化熱溫升，而且還可改善水工混凝土的抗侵蝕性，達(dá)到變廢為寶、節(jié)約資源的目的。國(guó)外大體積混凝土摻加的摻和料種類很多，有浮石、灰質(zhì)頁(yè)巖、天然火山灰、凝灰?guī)r等。雖然我國(guó)20世紀(jì)60年代也開始進(jìn)行粉煤灰在水工混凝土的應(yīng)用研究，并在三門峽壩、劉家峽壩采用，但是大規(guī)模應(yīng)用還是80年代，同時(shí)隨著碾壓混凝土在我國(guó)同步推廣，高摻量粉煤灰在碾壓混凝土壩中的應(yīng)用（大部分高達(dá)50%以上，最高的廣西龍灘達(dá)76.8%），目前粉煤灰仍是水工混凝土的主要摻和料。

西南地區(qū)部分工程研究開發(fā)礦渣粉、鋼渣粉、磷渣粉、石灰?guī)r粉、凝灰?guī)r粉、火山灰等水工混凝土摻和料，成功應(yīng)用于景洪、大朝山、貴州索風(fēng)營(yíng)、云南弄令等碾壓混凝土壩工程，錳硅渣在水工混凝土中的應(yīng)用也進(jìn)行了部分試驗(yàn)研究，這些都為我國(guó)缺少粉煤灰資源的西南地區(qū)修建碾壓混凝土壩提供了一種新的途徑，促進(jìn)了以粉煤灰為主的摻合料料源多樣化。經(jīng)試驗(yàn)表明，這些新開發(fā)的摻和料與粉煤灰具有相似的填充效應(yīng)、二次水化效應(yīng)和改善和易性效應(yīng)，只是程度上有所差異。

2.1.2抗裂性能不斷提高

隨著第三代高效減水劑——聚羧酸系高效減水劑在水工混凝土中應(yīng)用，用于抑制高強(qiáng)抗沖耐磨混凝土收縮開裂的減縮劑應(yīng)用（公伯峽），R18035~R18040級(jí)中彈低熱水工高強(qiáng)混凝土在高拱壩中的應(yīng)用（二灘、小灣、錦屏一級(jí)），聚丙烯纖維在面板壩面板混凝土中的廣泛應(yīng)用，使得混凝土的抗裂性能均在不同程度上得到提高。武漢化工學(xué)院研制WHDF增強(qiáng)密實(shí)（抗裂）劑，是一種應(yīng)用于堆石壩面板混凝土抗裂的高性能外加劑，已經(jīng)應(yīng)用于湖北小溪口電站面板壩、重慶魚跳電站面板等工程。一些工程使用了膨脹材料，也都取得一定的效果，如烏魯瓦提、珊溪、梅溪等工程則在面板混凝土中使用TMS、VF-II防裂劑、UEA等膨脹材料。MgO微膨脹混凝土筑壩技術(shù)近年來(lái)也受到了廣泛關(guān)注，其中外摻MgO微膨脹混凝土（索風(fēng)營(yíng)、東風(fēng)、長(zhǎng)沙、壩美等），高含MgO中熱硅酸鹽水泥（構(gòu)皮灘、小灣、溪洛渡、錦屏等）。但是所摻MgO是否為輕燒、摻后總量不得超過(guò)5%、必須摻和均勻等條件在一定程度上制約了摻MgO技術(shù)的發(fā)展。

2.2 高分子和有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合的修補(bǔ)材料

修補(bǔ)材料是水工新材料的一個(gè)重要分支。20世紀(jì)80年代，南京水科院借鑒國(guó)際上聚合物水泥基材料的研究成果，開發(fā)了具有優(yōu)異黏結(jié)、抗裂、耐老化性能的丙烯酸共聚乳液，在水工修補(bǔ)中大量推廣應(yīng)用。80～90年代，針對(duì)水下修補(bǔ)的需要，南京水科院和中國(guó)水科院分別開發(fā)出NNDC水下不分散混凝土及涂層技術(shù)。漫灣水電站水墊塘水下補(bǔ)強(qiáng)加固采用HK-NDC水下不分散混凝土，因不存在構(gòu)筑和拆除圍堰等問(wèn)題，工期縮短，取得良好效果。北京華石納固科技公司在自密實(shí)混凝土基礎(chǔ)上研發(fā)了水下不分散自密實(shí)灌漿及封堵技術(shù)，于2012年成功應(yīng)用于湖北野三河水電站溶洞封堵工程。

從美國(guó)引進(jìn)聚脲抗沖磨材料、“海島結(jié)構(gòu)”環(huán)氧合金抗沖磨材料、碳纖維復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)材料、環(huán)氧/聚氨酯互穿網(wǎng)絡(luò)灌漿材料等，并在工程上得到成功應(yīng)用。

2.3 新型特種混凝土材料

2.3.1多元膠凝粉體配制混凝土

中國(guó)水科院成功研制多元膠凝材料，即在水泥中摻入具有不同顆粒分布和潛在膠凝活性的礦物細(xì)摻合料粉體組成混合體系，使其具有緊密堆積結(jié)構(gòu)，多元膠凝粉體配制混凝土通過(guò)調(diào)控各組分的水化進(jìn)程匹配和復(fù)合膠凝效應(yīng)，從而達(dá)到密實(shí)、抗裂、抗沖耐磨等優(yōu)良性能。

2.3.2堆石混凝土

2003年，清華大學(xué)基于自密實(shí)混凝土技術(shù)，發(fā)明了適合大體積混凝土施工的“堆石混凝土大壩施工方法”專利技術(shù)。該技術(shù)一改傳統(tǒng)混凝土的施工方法，首先將大粒徑的塊石入倉(cāng)，形成有空隙的堆石體（1.5m～2.0m/層），然后從堆石體上部澆入堆石混凝土專用的自密實(shí)混凝土，利用其特有的高流動(dòng)、抗離析、強(qiáng)填充粘結(jié)性能，依靠自重完全填充堆石體空隙，形成完整、密實(shí)、有較高強(qiáng)度和低水化熱的大體積混凝土。

堆石混凝土經(jīng)過(guò)10年的發(fā)展與推廣，目前已在四川向家壩水電站、云南虎跳峽水庫(kù)、山西恒山水庫(kù)等30多個(gè)筑壩、堤防建設(shè)、隧洞襯砌、病險(xiǎn)水庫(kù)加固等工程中應(yīng)用。

2.3.3水工瀝青混凝土

以瀝青混凝土作為防滲體的堆石壩始于20世紀(jì)30年代，至今已建造了200多座（大部分在歐洲）瀝青混凝土面板堆石壩、瀝青混凝土作為襯砌護(hù)面的庫(kù)岸和一定數(shù)量的瀝青混凝土心墻壩。20世紀(jì)70～80年代，隨著我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展，瀝青混凝土廣泛用于水利工程中，但當(dāng)時(shí)所建的瀝青混凝土防滲工程由于部分工程的設(shè)計(jì)、施工水平以及瀝青品質(zhì)等問(wèn)題使得施工質(zhì)量欠佳，瀝青混凝土防滲面板出現(xiàn)裂縫、流淌、鼓包等問(wèn)題。之后幾年水工瀝青混凝土的發(fā)展幾乎處于停滯狀態(tài)。90年代以后，隨著天荒坪抽水蓄能電站（采用瀝青混凝土面板防滲）、三峽工程茅坪溪土石壩（采用瀝青混凝土心墻防滲）、四川南埡河冶勒工程（采用瀝青混凝土心墻防滲）、河北張河灣抽水蓄能電站（上庫(kù)采用瀝青混凝土面板防滲）等工程的修建，以瀝青混凝土作為防滲體的技術(shù)又開始發(fā)展。

2.4 金屬材料在水工建筑中的合理應(yīng)用及其防腐技術(shù)

近年來(lái)，隨著鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)逐漸被認(rèn)可，不少水利水電主體工程或主體工程的一部分也采用（王甫洲水電站主廠房鋼網(wǎng)架、四川省九龍縣色者電站工程鋼結(jié)構(gòu)廠房）；新型結(jié)構(gòu)的鋼閘門不斷得到應(yīng)用，如水力自控翻板閘門、滾輪連桿式鋼結(jié)構(gòu)翻板閘門、液壓互動(dòng)翻板閘門，為“活動(dòng)”擋水建筑物，取代固定堰或降低固定堰壩的高度，可提高水庫(kù)的有效庫(kù)容，發(fā)揮水庫(kù)的最大經(jīng)濟(jì)效益。三峽工程采用無(wú)門槽的反鉤閘門型式，南京秦淮河整治工程三汊河河口閘采用新型的護(hù)鏡式鋼閘門；新型金屬防洪墻應(yīng)用，避免為了提高防洪標(biāo)準(zhǔn)而將防洪堤越修越高，河道變渠道，高聳的防洪堤不能體現(xiàn)人與自然的和諧。近年來(lái)，抵擋大洪水的移動(dòng)式金屬防洪擋板出現(xiàn)在德國(guó)、奧地利等國(guó)，我國(guó)哈爾濱市在2002年建成了一段“活動(dòng)鋼閘板防洪墻”，金屬防洪墻安裝簡(jiǎn)便、自動(dòng)升降?？购樵僖膊挥貌捎萌撕?zhàn)術(shù)，車?yán)缈钙錾炒拥獭?/p>

水工金屬結(jié)構(gòu)防腐措施主要有涂料保護(hù)法、噴鋅防腐蝕等。涂料防腐是閘門常用的防護(hù)方法，施工簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)易行，適用范圍廣。高效優(yōu)質(zhì)涂料、噴鋅防腐蝕在水工金屬構(gòu)件中廣泛使用。近年來(lái)，新型防腐技術(shù)，如金屬結(jié)構(gòu)熱噴涂鋅、鋅鋁合金防腐技術(shù)，外加電流法的陰極保護(hù)，玻璃鋼防腐保護(hù)、熱噴涂金屬階梯涂層鋼結(jié)構(gòu)防腐新技術(shù)得到應(yīng)用。

2.5 水生態(tài)保護(hù)和修復(fù)用新材料

在國(guó)外，對(duì)環(huán)境、生態(tài)退化問(wèn)題的認(rèn)識(shí)較早，很早就開始研究傳統(tǒng)護(hù)岸技術(shù)對(duì)環(huán)境與生態(tài)的影響。20世紀(jì)80年代以后，國(guó)外開始對(duì)河道整治技術(shù)中一些破壞生態(tài)環(huán)境的施工方案與技術(shù)進(jìn)行反思，德國(guó)提出全新“親近自然河流的概念”，荷蘭、英國(guó)、丹麥等國(guó)均把生態(tài)堤岸與河流形態(tài)修復(fù)相結(jié)合?；謴?fù)自然堤岸是當(dāng)前美國(guó)河流生態(tài)修復(fù)的重要措施之一。日本在20世紀(jì)80年代末、90年代初開展了“多自然河川計(jì)劃”。

我國(guó)在于上世紀(jì)90年代后期著手研究應(yīng)用生態(tài)修復(fù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)河道生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)。如胡海泓在廣西桂林漓江生態(tài)河道建設(shè)工程提出籠石擋墻、網(wǎng)籠墊塊護(hù)坡、復(fù)合植被護(hù)坡等生態(tài)型護(hù)岸技術(shù)；在引灤入唐工程中，陳海波提出網(wǎng)格反慮生物組合護(hù)坡技術(shù)；周躍提出了“坡面生物工程”技術(shù)，闡述了土壤植被系統(tǒng)及其坡面生態(tài)工程的意義；陳明曦等認(rèn)為，生物護(hù)岸是以河流生態(tài)系統(tǒng)為中心，集防洪效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)、景觀效應(yīng)和自凈效應(yīng)于一體，以河流動(dòng)力學(xué)為手段而修建的新型水利工程。21世紀(jì)初，多個(gè)省份在河道生態(tài)建設(shè)方面進(jìn)行了有益的探索與實(shí)踐，全國(guó)各地建設(shè)了一批生態(tài)河堤試驗(yàn)工程。

目前國(guó)內(nèi)外常見的護(hù)岸方法大致可以分為三類：

一是單純的植被護(hù)岸，即利用植被筋絡(luò)的固土功能來(lái)保護(hù)岸坡，此類純植物措施護(hù)岸在抗水流、風(fēng)浪沖刷能力上十分有限。

二是植被護(hù)岸與工程措施相結(jié)合（如通過(guò)土工網(wǎng)生態(tài)砼現(xiàn)澆網(wǎng)格、種植槽或使用預(yù)制件、土工植物或編制袋（纖維袋）填土等方式，對(duì)植被進(jìn)行加筋，增強(qiáng)岸坡抗侵蝕的能力）。這種方法需要合適材料加入土體，然后培育植被，最后形成較強(qiáng)能力的護(hù)岸結(jié)構(gòu)。該工法從實(shí)施到工程發(fā)揮作用存在一過(guò)渡期，過(guò)渡期護(hù)岸功能較弱。另外，加入的材料具有一定的使用壽命。

三是生態(tài)材料護(hù)岸，如利用網(wǎng)籠或籠石結(jié)構(gòu)或植被型生態(tài)混凝土進(jìn)行護(hù)岸。該類結(jié)構(gòu)具有很好的抗沖性能，網(wǎng)籠或籠石結(jié)構(gòu)還可為水生動(dòng)物和微生物提供生存空間。植被型生態(tài)混凝土就是日本近年來(lái)在河道護(hù)坡方面的研究成果。植被型生態(tài)混凝土主要由多孔混凝土、保水材料、難溶性肥料和表層土組成。該類方法適合在河岸的水陸交錯(cuò)地帶應(yīng)用，以抵御強(qiáng)烈的水流沖刷和頻繁變化的水陸環(huán)境，也能培育相應(yīng)植被進(jìn)行適當(dāng)生態(tài)修復(fù)。

3 福建省水利工程材料學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀與主要成就

3.1 新型特種混凝土材料

3.1.1碾壓混凝土

自從1986年福建建成了中國(guó)第一座碾壓混凝土壩——大田坑口水庫(kù)大壩，福建省在碾壓混凝土上有較明顯優(yōu)勢(shì)，先后建成了龍門灘、水口、水東、山仔、溪柄溪一級(jí)、涌溪三級(jí)、棉花灘、周寧、白沙水電站、洪口電站等，碾壓混凝土筑壩技術(shù)日益成熟。在試驗(yàn)研究、配合比優(yōu)化以及工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)等工作基礎(chǔ)上，已逐步形成了具有地方特色的“低水泥用量、高摻粉煤灰、高效減水劑與引氣劑雙摻、適當(dāng)石粉含量、相對(duì)低Vc值、突出耐久性”等碾壓混凝土的配合比設(shè)計(jì)理念。

據(jù)有關(guān)資料[2]，福建11座已建的碾壓混凝土壩和全國(guó)碾壓混凝土壩（2001年后為不完全統(tǒng)計(jì)）中膠凝材料用量，福建碾壓壩的平均水泥用量（60.8 kg/m3）明顯低于全國(guó)平均水平（76.65～78.45kg/m3），粉煤灰摻量（62.0%）高于全國(guó)平均水平（47.74%～55.42%），具有低水泥用量高摻粉煤灰的明顯特性，粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)和活性效應(yīng)使混凝土有良好的施工和易性以及后期強(qiáng)度仍有明顯增長(zhǎng)，同時(shí)混凝土的絕熱溫升大幅下降，混凝土的綜合指標(biāo)較好。

3.1.2堆石壩面板混凝土

在萬(wàn)安溪、芹山面板混凝土防裂研究基礎(chǔ)上，街面面板配合比的主要防裂措施為：在面板混凝土中摻入粉煤灰、高效減水劑、膨脹劑及聚丙烯纖維等，以減少混凝土中水泥用量、降低用水量、減少混凝土干縮、降低水化熱設(shè)計(jì)值，從而提高混凝土的抗裂性能，同時(shí)論證在II期面板施工中采用鋼纖維混凝土。

在仙游抽水蓄能電站上庫(kù)、下庫(kù)面板混凝土中施工中摻用纖維素纖維，取得了良好應(yīng)用效果。迄今為止，混凝土工程用纖維一共經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展時(shí)期，第一代工程用纖維是植物纖維（如木屑、稻草等）；第二代工程用纖維是化學(xué)合成纖維（如聚丙烯、聚丙烯腈等）；第三代是工程用纖維素纖維，它是第二代工程纖維化學(xué)合成纖維的更新?lián)Q代產(chǎn)品。纖維素纖維作為混凝土次增強(qiáng)（加筋）材料，由于其特殊的材料來(lái)源和空腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即可減少或防止在混凝土澆筑后早期硬化階段，因泌水和水分散失而引起塑性收縮和微裂縫；也可以減少和防止混凝土硬化后期產(chǎn)生干縮裂縫及溫度變化引起的微裂縫。

3.1.3膠凝砂礫石筑壩材料

膠凝砂礫石（CSG）壩是以壩址附近的河床砂礫石以及開挖棄渣粗粒料，加入膠凝材料和水進(jìn)行簡(jiǎn)易拌和而成的。原先這些材料在一般混凝土工程中是無(wú)法直接利用的，屬棄料。膠凝砂礫石（CSG）壩的發(fā)展，最大程度上避免土地植被遭工程破壞，在國(guó)外該技術(shù)稱之為“zero emission dam”（無(wú)污染壩），起源于日本。2001年起，福建省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院著手研究CSG筑壩材料配合比與材料特性，并于2004年成功應(yīng)用于福建尤溪街面水電站的量水堰（壩高16.3m量水堰，為主壩壩體的一部分），成為我國(guó)第一座永久性的膠凝砂礫石壩工程。

膠凝砂礫石是利用膠凝材料和砂礫石料，經(jīng)拌合、攤鋪、振動(dòng)碾壓形成的具有一定強(qiáng)度和抗剪性能的材料。當(dāng)膠凝材料總量在70 kg/m3左右，水泥用量在40kg/m3左右時(shí)，基本上就可以滿足筑壩要求,較國(guó)內(nèi)一般RCC壩膠凝材料用量減少60%，水泥用量減少53%左右，彈性模量可達(dá)10000MPa以上，泊松比約為0.2，容重2.2～2.5t/m3。

膠凝砂礫石壩是一種結(jié)合了碾壓混凝土壩和混凝土面板壩的優(yōu)點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的一種新壩型，是傳統(tǒng)土石壩、砌石壩、混凝土壩等筑壩技術(shù)體系的有益補(bǔ)充，其強(qiáng)調(diào)“宜材適構(gòu)”理念，注重就地取材、減少棄料、快速施工、易于維護(hù)、節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)。繼街面水電站堆石壩下游量水堰膠凝砂礫石壩之后，經(jīng)試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和反演全過(guò)程研究，取得福建洪口水電站上游圍堰35.5米級(jí)膠凝砂礫石高壩的技術(shù)突破，形成了達(dá)到全國(guó)領(lǐng)先水平的環(huán)保節(jié)能新壩型——膠凝砂礫石（CSG）新型筑壩技術(shù)。膠凝砂礫石（CSG）新型筑壩技術(shù)獲2006年省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)與實(shí)踐，我國(guó)已取得不少實(shí)質(zhì)性的筑壩經(jīng)驗(yàn)。目前，我國(guó)已建成多座膠凝砂礫石壩圍堰，包括福建街面和洪口、云南功果橋、貴州沙陀、四川飛仙關(guān)等圍堰工程。此外，最大壩高60.6m的山西守口堡水庫(kù)膠凝砂礫石壩即將開工建設(shè)。

3.1.4低彈?；炷练罎B墻材料

混凝土防滲墻在大壩工程中使用由來(lái)已久，防滲墻材料由于所處環(huán)境和受力特點(diǎn)不同，對(duì)混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性能、彈性模量等各方面均提出了較高的要求。

20世紀(jì)80年代中后期，我國(guó)開始塑性混凝土研究，并在一些臨時(shí)圍堰及低壩壩體中應(yīng)用，早期施工塑性混凝土強(qiáng)度多在2～4MPa，由于塑性混凝土中的水泥用量低，其強(qiáng)度也低，引起一些關(guān)于其耐久性的擔(dān)心，未被業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)同。在近年土石壩除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)中，福建、浙江等省率先提出了彈模與強(qiáng)度稍高于塑性混凝土的防滲墻混凝土，設(shè)計(jì)指標(biāo)一般要求大于5MPa，一些工程要求抗壓強(qiáng)度不小于8MPa，其彈模一般會(huì)大于3000MPa，低彈?；炷粮拍顟?yīng)運(yùn)而生。

在 “十一五”期間，福建省在大中型土石壩除險(xiǎn)加固，壩體防滲加固較多采用防滲墻。結(jié)合省水利廳科研項(xiàng)目“病險(xiǎn)土石壩加固技術(shù)研究”（2005年）與“土石壩低彈模塑性混凝土防滲墻技術(shù)研究” （2009年），進(jìn)行了粘土混凝土與塑性混凝土防滲墻材料以及摻膨潤(rùn)土低彈模混凝土配合比與性能試驗(yàn)研究，低彈?；炷潦切滦偷姆罎B材料，課題中還就低彈?；炷恋膹椖Ｔ囼?yàn)方法、滲透溶蝕、聲波法檢測(cè)防滲墻體混凝土質(zhì)量等方面開展試驗(yàn)研究。低彈?；炷烈呀?jīng)在寧化橋下、南安坂頭、長(zhǎng)樂(lè)三溪等多座水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中成功應(yīng)用，該課題獲2012年度省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

低彈?；炷僚c普通混凝土相比具有較低的彈性模量，與塑性混凝土相比具有較高的強(qiáng)度和抗?jié)B性能，可用于高中土石壩的永久性防滲墻。該混凝土的原材料來(lái)源廣、施工簡(jiǎn)便、質(zhì)量穩(wěn)定，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

3.1.5堆石混凝土

2010年，在福建省水利廳科技處大力支持下，堆石混凝土在武夷山楊莊防洪堤工程中應(yīng)用。利用河中蘊(yùn)藏的河卵石作為堆石，堆石率高達(dá)57%，混凝土量只有43%，與同強(qiáng)度等級(jí)C15混凝土相比，可節(jié)省造價(jià)約20%。施工速度快，縮短工期。工程經(jīng)受住2010年6月武夷山特大暴雨的考驗(yàn)，防洪堤完好無(wú)損。在武夷山楊莊防洪堤工程中應(yīng)用取得良好效果后，繼而又將堆石混凝土技術(shù)引進(jìn)到三明市城區(qū)水毀修復(fù)工程。

3.1.6 HF抗沖耐磨混凝土材料

洪口水電站壩高130m，是我省第一高壩。選用碾壓混凝土重力壩，溢流面反弧段底部流速較大，一般在40m/s，個(gè)別點(diǎn)達(dá)43m/s。

在抗沖磨方案選擇中，進(jìn)行了摻硅粉混凝土、NE-II型環(huán)氧砂漿、多元凝膠粉體、HF高強(qiáng)耐磨粉煤灰混凝土性能對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)抗沖磨混凝土的物理力學(xué)性能、抗沖磨性能、施工和易性以及經(jīng)濟(jì)性等多方面研究比較，最后選定HF高強(qiáng)耐磨粉煤灰混凝土作為洪口水電站大壩溢流面抗沖耐磨混凝土。

HF混凝土自1992年開發(fā)研究以來(lái)，已在國(guó)內(nèi)多個(gè)水電工程中推廣使用。在HF外加劑的激發(fā)作用下，粉煤灰的活性被激發(fā)，與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生快速反應(yīng)，生成S-C-H膠凝，即顯著提高混凝土的整體強(qiáng)度并使混凝土的膠凝產(chǎn)物致密、堅(jiān)硬、耐磨，改善膠材與骨料間的界面性能。配制出干縮小、泌水少、絕熱溫升小、自密實(shí)、施工簡(jiǎn)便、高抗沖磨混凝土。

HF混凝土在洪口溢流面成功應(yīng)用并經(jīng)多次泄洪考驗(yàn)，溢流面表面光滑平整、無(wú)任何損壞，同時(shí)節(jié)省投資，該成果獲2008年水利廳科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

3.1.7防腐蝕海工混凝土材料

我省修建于20世紀(jì)70～80年代、地處入海口的多數(shù)水閘，現(xiàn)上部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在由于鋼筋銹蝕引起的順筋開裂、混凝土翹裂、剝落，鋼筋裸露、銹損的現(xiàn)象。以往在水閘建設(shè)時(shí)，水閘混凝土結(jié)構(gòu)中除了部分混凝土閘門會(huì)進(jìn)行刷環(huán)氧涂層保護(hù)外，其它多數(shù)結(jié)構(gòu)未進(jìn)行防腐蝕處理。

省水科院提出大摻量粉煤灰以提高混凝土結(jié)構(gòu)抗氯離子侵蝕能力，增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。對(duì)于舊結(jié)構(gòu)提出采用水泥基滲透結(jié)晶材料作為混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)材料，從而延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。該課題成果在羅源松山圍墾擋潮排澇閘閘門板、胸墻等混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，該成果獲2007年水利廳科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

在福寧灣圍墾工程建設(shè)中，采用礦渣、粉煤灰取代大部分普通硅酸鹽水泥的配合比方案，取得了良好的抗氯離子滲透效果。

3.2 水生態(tài)保護(hù)和修復(fù)用新材料

我省在“十五”期間城市防洪堤建設(shè)和河道治理中，一般采用混凝土或漿砌石來(lái)修筑堤壩。這種剛性護(hù)坡護(hù)面材料既隔斷河流與岸坡的“交流”，又切斷了河流水生動(dòng)植物的生命鏈，構(gòu)筑的空間給人以粗、硬、冷、暗的感覺。

近些年，隨著河道整治工程從注重解決防洪排澇的剛性結(jié)構(gòu)，到兼顧防洪排澇與水環(huán)境治理、景觀要求、生態(tài)系統(tǒng)改善的生態(tài)護(hù)岸觀念轉(zhuǎn)變，新型的生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。

邵武市水利部門在全省率先應(yīng)用生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，2007年，同青溪流域治理工程應(yīng)用生態(tài)格網(wǎng)，大埠崗南邊溪流域治理工程綜合應(yīng)用生態(tài)袋、生物護(hù)岸等新技術(shù)，建成了多處 “柔性”護(hù)岸，幾個(gè)月后，河流堤壩上已長(zhǎng)滿灌木、小徑竹等植被，河流、河岸、農(nóng)田、村莊渾然成一體，造就了堅(jiān)固而又生態(tài)美觀的河堤。該項(xiàng)技術(shù)榮獲省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

隨著傳統(tǒng)水工學(xué)到生態(tài)水工學(xué)的發(fā)展，我省出現(xiàn)了一種全向互鎖型生態(tài)護(hù)底砌塊。這是一種新發(fā)明的、用于鋪砌護(hù)坡、護(hù)底的材料，采用全方位互相卡鎖的超強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。由該砌塊構(gòu)筑的生態(tài)型防沖刷護(hù)面結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的整體連鎖性能、抗沖刷能力，抗波浪浮托力強(qiáng)，適應(yīng)性好。近幾年，全向互鎖型生態(tài)護(hù)底砌塊也在福州、寧德、南平、三明等地的生態(tài)擋墻和護(hù)坡中使用。

4 我省水工材料學(xué)科發(fā)展的目標(biāo)與方向

4.1 學(xué)科發(fā)展的目標(biāo)

我省水工材料學(xué)科發(fā)展的目標(biāo)是，響應(yīng)黨中央生態(tài)水利建設(shè)號(hào)召，根據(jù)福建省具體情況，努力在“四新技術(shù)”研究基礎(chǔ)上，推動(dòng)我省水工材料學(xué)科全面發(fā)展，使得新材料的應(yīng)用研究與推廣方面有明顯創(chuàng)新與突破。

4.2 學(xué)科發(fā)展方向

2012年經(jīng)省政府正式批復(fù)實(shí)施的《福建大水網(wǎng)規(guī)劃》，規(guī)劃新建大中型水庫(kù)54座、擴(kuò)建大中型水庫(kù)5座、新建引調(diào)水工程75處，還有近千公里堤防與護(hù)岸（坡）建設(shè)。同時(shí)，建國(guó)60多年來(lái)，已建的水工建筑物正經(jīng)歷著老化過(guò)程，部分工程處于病險(xiǎn)期。當(dāng)前我省水利建設(shè)掀起一輪新的建設(shè)高潮。基于有利的發(fā)展機(jī)遇，結(jié)合福建省水利“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃，我省水工材料的發(fā)展方向是：突出綠色、生態(tài)；探索水工混凝土配合比新思路、分析混凝土的抗裂性；促進(jìn)新型修補(bǔ)護(hù)面、水下灌漿封堵等材料的應(yīng)用與推廣。

4.2.1持續(xù)推進(jìn)綠色環(huán)?；炷恋膽?yīng)用

“綠色混凝土”[3]的含義是：更多地節(jié)約水泥熟料，減少環(huán)境污染，更多地?fù)郊右怨I(yè)廢渣為主的摻和料，更大幅度發(fā)揮高性能的優(yōu)勢(shì)，減少水泥與混凝土用量。膠凝砂礫石（CSG筑壩材料）以及堆石混凝土（RFC）均為“綠色、環(huán)境友好型混凝土”?，F(xiàn)已頒發(fā)了《堆石混凝土和膠凝砂礫石筑壩技術(shù)導(dǎo)則》（征求意見稿）。

研究膠凝砂礫石（CSG）筑壩材料在主體工程中應(yīng)用[4]，在現(xiàn)有膠凝砂礫石圍堰壩研究成果的基礎(chǔ)上，開展膠凝砂礫石壩在主體工程中的材料耐久性、壩體防滲、施工方法和結(jié)構(gòu)力學(xué)分析等技術(shù)研究，為膠凝砂礫石壩在主體工程中的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

研究固體廢棄物在堆石混凝土（RFC）中循環(huán)利用，在現(xiàn)有堆石混凝土應(yīng)用基礎(chǔ)上，推進(jìn)固體廢棄物在堆石混凝土中的循環(huán)利用，可以把難以消化掉的塊狀廢棄混凝土再利用，是一項(xiàng)名副其實(shí)的環(huán)保、節(jié)能、低碳型的施工方法，節(jié)約大量成本而凸顯其綠色節(jié)能優(yōu)勢(shì)的堆石混凝土新技術(shù)。

研究堆石混凝土與膠凝砂礫石筑壩材料聯(lián)合應(yīng)用，《堆石混凝土和膠凝砂礫石復(fù)合材料壩及其設(shè)計(jì)與方法》已獲專利，標(biāo)志著堆石混凝土技術(shù)即將擴(kuò)展到一個(gè)全新的領(lǐng)域。復(fù)合材料上游側(cè)壩體為堆石混凝土部分，下游側(cè)壩體為膠凝砂礫石部分，能同時(shí)發(fā)揮RFC和CSG兩種材料的優(yōu)點(diǎn)。爭(zhēng)取聯(lián)合新壩型在我省有所突破。

4.2.2混凝土配合比設(shè)計(jì)適應(yīng)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展

人工砂逐步取代天然砂。天然砂作為一種短期內(nèi)不可再生的資源已近枯竭，同時(shí)天然砂采挖對(duì)自然生態(tài)和河道造成了巨大破壞。2010年，省建設(shè)科技發(fā)展促進(jìn)中心與中國(guó)水利水電第十六工程局聯(lián)合召開的“人工砂石料生產(chǎn)技術(shù)工藝與應(yīng)用推介會(huì)”提出，以人工砂替代天然砂，將是緩解和解決我國(guó)工程建設(shè)所需用砂與天然砂資源減少之間矛盾日趨突出的有效途徑。人工砂表面粗糙，石粉顆粒細(xì)小，增大混凝土的用水量，增大混凝土開裂的傾向，另一方面，人工砂具有增大混凝土強(qiáng)度的特性，可減小混凝土開裂的傾向，因此對(duì)人工砂混凝土的抗裂性能有必要進(jìn)行全面的研究。

水泥的粉磨技術(shù)與強(qiáng)度提高。隨著粉磨技術(shù)提高，近年來(lái)水泥細(xì)度愈來(lái)愈高，水泥中具有較高活性的＜0.045mm顆粒達(dá)到70%以上，水泥強(qiáng)度提高，特別是早期強(qiáng)度。目前我國(guó)常用硅酸鹽水泥實(shí)際活性要比30年前高出2個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。目前使用的42.5普通硅酸鹽水泥相當(dāng)于過(guò)去的525#水泥，或更早標(biāo)準(zhǔn)的600號(hào)水泥。

第三代聚羧酸外加劑將逐步取代第一、第二代混凝土外加劑。從紙漿廢液中提取的第一代混凝土外加劑木質(zhì)素磺酸鹽到第二代的萘系磺酸鹽甲醛縮合物等,由于萘系產(chǎn)品采用的石化萘（80%左右）品質(zhì)出現(xiàn)很大波動(dòng)，硫酸鹽超標(biāo)，且存在的甲醛對(duì)人和環(huán)境有害。而聚羧酸外加劑生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保，工藝簡(jiǎn)單，具有超強(qiáng)的減水性能，產(chǎn)品從早期的減水型向功能型發(fā)展。在強(qiáng)化可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境的潮流下，聚羧酸發(fā)展將是時(shí)代發(fā)展的必然選擇。

4.2.3高抗裂混凝土的研究

水工混凝土重點(diǎn)不是追求更高的強(qiáng)度等級(jí)，而是研究提高混凝土的抗裂性和耐久性。以往進(jìn)行的抗裂性混凝土研究中，多以摻加高效減水劑、減縮劑、抗裂劑、膨脹劑、增密劑、纖維等來(lái)改善混凝土某一兩方面的性能，主要是使混凝土密實(shí)、減少收縮或使混凝土微膨脹，對(duì)影響混凝土抗裂因素指標(biāo)的全面分析方面涉及不多。

而混凝土是一多元體，混凝土指標(biāo)中影響混凝土材料本身的抗裂因素很多，可分兩類：對(duì)混凝土抗裂性有利的因素（混凝土極限拉伸、抗拉強(qiáng)度、徐變、膨脹型自生體變等）和對(duì)混凝土抗裂性不利的因素（干縮、溫度變形、收縮型自生體變、彈性模量等）。2003年，黃國(guó)興等人對(duì)三峽大壩混凝土進(jìn)行抗裂性分析時(shí)提出的影響因素較全面、物理意義較明確的混凝土抗裂指數(shù)公式[5]如下：

式中，εp為混凝土極限拉伸值，10-6；RL為混凝土軸拉強(qiáng)度；C為混凝土徐變度，10-6/MPa；G為自生體積變形，10-6（膨脹取正值、收縮取負(fù)值）；α為線膨脹系數(shù)，10-6/℃；Tr為水化熱溫升；εs為混凝土干縮率，10-6。分子是在拉應(yīng)力作用下混凝土產(chǎn)生的極限拉伸變形與徐變變形，還有混凝土本身自生體積變形，分母為在溫度與相對(duì)濕度變化作用下混凝土發(fā)生的有害收縮變形。兩者比值越大，表明混凝土抗裂指數(shù)越大，混凝土抗裂性能越好。

抗裂性要求較高的混凝土用抗裂性指數(shù)來(lái)分析，使所配制混凝土真正達(dá)到高抗裂性能。當(dāng)然，除了混凝土材料本身的抗裂性，水工混凝土結(jié)構(gòu)的防裂措施還涉及溫控設(shè)計(jì)和防裂施工技術(shù)。

4.2.4低熱高性能混凝土

利用聚羧酸超高減水率特點(diǎn)，科學(xué)地大量使用礦物摻和料，提出“三低一高”低熱高性能水工混凝土的發(fā)展方向，即低水膠比、低用水量、低水泥用量、高粉煤灰摻量。

近年來(lái)，粉煤灰等摻和料單價(jià)迅猛增長(zhǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，摻和料運(yùn)到工地的單價(jià)已相當(dāng)于水泥單價(jià)的80%以上，必須考慮粉煤灰效益發(fā)揮的問(wèn)題。摻和料在混凝土中主要效應(yīng)有：①與水泥生成的Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng)，產(chǎn)生后期強(qiáng)度; ②填充空隙，改善和易性。因此，可以將其填充空隙作用由其他粉體材料替代，如用人工砂中石粉作為粉體材料置換部分摻和料達(dá)到改善混凝土和易性的目的。

4.2.5瀝青混凝土防滲技術(shù)

瀝青混凝土以其優(yōu)良的防滲性能、適應(yīng)變形能力、裂縫自愈能力，在水電工程，尤其是土石壩工程中有著廣泛的應(yīng)用前景。生產(chǎn)石油瀝青的原油成分復(fù)雜、瀝青和瀝青混凝土的流變性能決定其為較復(fù)雜材料。隨著我省抽水蓄能電站持續(xù)建設(shè)、面板壩建設(shè)數(shù)量逐年遞增，給水工瀝青混凝土技術(shù)提供了發(fā)展契機(jī)。今后應(yīng)從材料試驗(yàn)、計(jì)算理論和工程應(yīng)用方面開展進(jìn)一步研究，促進(jìn)瀝青混凝土防滲技術(shù)在我省的應(yīng)用和推廣。

4.2.6高耐久性與適應(yīng)性的水工修補(bǔ)材料

⑴結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固材料。碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)由于施工簡(jiǎn)便，不增大截面、重量，不改變外形，日漸受到國(guó)內(nèi)外工程界重視。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)碳纖維片，在材質(zhì)均勻性、預(yù)浸樹脂含量等關(guān)鍵技術(shù)方面與國(guó)外相比，尚有較大差距。

⑵混凝土表面修補(bǔ)與防護(hù)材料。修補(bǔ)材料應(yīng)具有良好耐久性，并優(yōu)于老材料；新老材料應(yīng)有良好的粘結(jié)性能；新老材料的線膨脹系數(shù)盡量接近；新老材料的收縮性能應(yīng)基本一致；新老材料的彈性模量應(yīng)盡量一致。

對(duì)于混凝土表面已產(chǎn)生破壞的情況, 包括出現(xiàn)順筋開裂、混凝土崩落、鋼筋銹蝕、混凝土局部剝蝕等, 原則上應(yīng)采用局部修補(bǔ)和全面封閉防護(hù)相結(jié)合的方法。用于表面直接保護(hù)的材料有：①有機(jī)涂料：改性VAE柔性防碳化涂料，顏色可調(diào)； SK手刮聚脲分為抗沖磨型和防滲型兩種，可用于水位變化區(qū)和水下混凝土表面防護(hù)。雙組份噴涂聚脲適用于混凝土迎水面大面積修補(bǔ)；②水泥基類材料：高標(biāo)號(hào)水泥砂漿、預(yù)縮砂漿、聚合物水泥砂漿，可研究應(yīng)用聚合物砂漿（混凝土）摻加減縮劑以減少收縮、龜裂。修補(bǔ)的效果與修補(bǔ)的工藝關(guān)系密切，基面的處理、修補(bǔ)層厚度以及施工面光滑程度等直接影響修補(bǔ)效果。

⑶灌漿材料。目前省內(nèi)工程灌漿材料主要有水泥、水泥粘土類漿液、水泥-水玻璃類以及各種化學(xué)材料（丙凝、聚氨酯類）?；瘜W(xué)材料由于價(jià)格昂貴、有污染而受到一定限制。超細(xì)水泥基灌漿材料具有與化學(xué)灌漿相似的良好滲透性和可灌性，具有更高強(qiáng)度和耐久性，同時(shí)環(huán)保、無(wú)污染。目前一種新型固結(jié)灌漿材料已在大壩防滲、堵漏及地基加固等工程中備受關(guān)注，它由主料和輔料兩部分組成，主料部分所含礦物主要是無(wú)水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣，具有較高的水灰比（1.0～2.0），流動(dòng)性好，易于灌漿設(shè)備泵送，且可以結(jié)合外加劑使用，更好地發(fā)揮新型灌漿材料的性能。

4.2.7新型水工金屬材料應(yīng)用與防腐技術(shù)

加快能兼顧環(huán)境美化、旅游景點(diǎn)開發(fā)的新型結(jié)構(gòu)鋼閘門在我省水利工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。莆田木蘭溪、金莆供水等引調(diào)水工程大量使用鋼管，加之已建閘壩金屬結(jié)構(gòu)的防腐維護(hù)，有必要應(yīng)用防腐新材料新技術(shù)，降低工程壽命周期維護(hù)成本。其中聚脲噴涂彈性體在鋼架結(jié)構(gòu)、引水管線、金屬閘門的防腐防護(hù)處理，特別對(duì)海水侵蝕的構(gòu)件具有獨(dú)特的防護(hù)作用。熱噴涂金屬階梯涂層鋼結(jié)構(gòu)防腐新技術(shù)閘門水線附近等一些經(jīng)常受摩擦、沖刷部位，采用熱噴涂金屬階梯涂層防腐技術(shù)，其涂層耐磨損，外觀整潔，保護(hù)周期長(zhǎng)，防腐性能好。

4.2.8水生態(tài)保護(hù)和修復(fù)新材料新技術(shù)

4.2.8.1 河道修復(fù)斷面設(shè)計(jì)

河道斷面型式上引入園林設(shè)計(jì)理念，建成園林式河道，突出親水、綠化。以福州內(nèi)河為例，采用復(fù)式斷面[6]（見圖1），常水位以下采用擋墻或護(hù)坡，常水位以上土坡種植草皮、低矮灌木、楊柳，常水位處設(shè)置親水平臺(tái)。

圖1 河道式復(fù)式斷面

4.2.8.2 水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)用材料

①生態(tài)混凝土球（見圖2）。生態(tài)混凝土球具有較強(qiáng)的抗沖刷性能以及粗骨料的多孔構(gòu)造，植物生長(zhǎng)必需的養(yǎng)分和根系能夠進(jìn)入多孔質(zhì)生態(tài)混凝土連續(xù)空隙中，是一種能呼吸的混凝土，土壤與外界可以進(jìn)行水氣交換。生態(tài)混凝土球凸起的球體可以營(yíng)造多樣化的邊界水流環(huán)境，形成豐富的水力多樣化條件，其孔間間隙適合本地物種生存，波浪水流拍打岸坡的同時(shí)，掉進(jìn)生態(tài)混凝土孔隙間，緩解硬流硬沖擊格局，采取“以柔克剛”策略能較好地起到消能效果。

圖2 生態(tài)混凝土球護(hù)岸

②自鎖裝置相搭接植生塊護(hù)岸方案（見圖3），由于植生塊之間開孔（開孔率達(dá)30%），為河道與陸地之間的水文交換提供通道，也為植物生長(zhǎng)留有空間，植生塊間采用自鎖裝置相搭接形成護(hù)岸加筋格局，較拋石以及四邊形預(yù)制混凝土塊整體性強(qiáng)。但需要盡快培育成根系較為發(fā)達(dá)的植被，否則在水流的強(qiáng)烈來(lái)回淘刷下，易引起塊間孔隙內(nèi)和塊下土體淘空。

圖3 植生塊互鎖方案

③異型塊魚巢（見圖4），在水下砌筑異型塊魚巢，為魚類等水生動(dòng)物提供棲息等生存環(huán)境，可增加河流生態(tài)系統(tǒng)多樣性并提高水體自凈能力。

圖4 異型塊魚巢

④拋石縫間種植香根草（見圖5），利用香根草發(fā)達(dá)根系的錨固作用，配合拋石進(jìn)行海堤護(hù)岸加固，拋石由于香根草植株的攔截作用，不會(huì)被水沖走。同時(shí)拋石也保護(hù)了地表土不被水流及雨水沖走，兩者互相配合，效果較好，香根草植株間的空隙也給本地植被提供一定的空間。

圖5 拋石縫間種植香根草

5 存在問(wèn)題與解決對(duì)策

近些年來(lái)，福建省在項(xiàng)目帶動(dòng)科技發(fā)展下，水工材料特別是水工混凝土材料方面研究應(yīng)用取得了一定的成果，但在水工材料全面發(fā)展和推廣應(yīng)用方面仍有些不足。

5.1 存在問(wèn)題

5.1.1我省水工材料發(fā)展不均衡

部分領(lǐng)域發(fā)展有一些優(yōu)勢(shì)，但仍有許多領(lǐng)域相對(duì)滯后。我省在碾壓混凝土方面有較明顯優(yōu)勢(shì)，形成了具有地方特色技術(shù)。萬(wàn)安溪、芹山、街面等工程面板混凝土防裂技術(shù)取得成功，在仙游抽水蓄能電站上庫(kù)、下庫(kù)面板混凝土施工中摻用纖維素纖維，取得了良好應(yīng)用效果。2001年起，開始研究CSG筑壩材料配合比與材料特性，于2004年成功應(yīng)用于街面水電站的量水堰，成為我國(guó)第一座永久性的膠凝砂礫石壩工程。之后在洪口水電站上游圍堰35.5米級(jí)膠凝砂礫石高壩取得技術(shù)突破。土石壩低彈模塑性混凝土防滲墻技術(shù)已經(jīng)在寧化橋下、南安坂頭、長(zhǎng)樂(lè)三溪等多座水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中成功應(yīng)用。近年我省出現(xiàn)了一種全向互鎖型生態(tài)護(hù)底砌塊，在福州、寧德、南平、三明等地的生態(tài)擋墻和護(hù)坡中使用，效果較好。但與國(guó)內(nèi)外新型水工材料的發(fā)展與應(yīng)用相比，我省在諸多方面相對(duì)滯后，如高分子和有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合的修補(bǔ)材料、堆石混凝土、水工瀝青混凝土防滲體技術(shù)、水工鋼結(jié)構(gòu)與新型結(jié)構(gòu)的鋼閘門應(yīng)用、活動(dòng)金屬防洪墻方面、發(fā)展新型防腐技術(shù)、生態(tài)堤岸與河流形態(tài)修復(fù)工程等諸多方面技術(shù)相對(duì)滯后或處于空白狀態(tài)。

5.1.2自主研究成果少

我省水利科研單位少，每年在水工材料發(fā)展研究方面投入的力量有限，近年來(lái)水工材料方面科研成果較少。

5.1.3設(shè)計(jì)理念未與時(shí)俱進(jìn)

由于水工新材料新技術(shù)的推廣應(yīng)用往往需要規(guī)劃、設(shè)計(jì)等部位或單位支持，因規(guī)劃設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)理念、工程應(yīng)用條件等方面的制約，國(guó)內(nèi)外的一些新型水工材料與水工材料應(yīng)用技術(shù)尚未能在我省大范圍地推廣應(yīng)用，同時(shí)存在示范工程少、規(guī)模小等現(xiàn)象。

5.1.4對(duì)新技術(shù)未能有效吸收與應(yīng)用

近期建設(shè)的河道整治工程、土石壩除險(xiǎn)加固工程，有一部分工程，直接照搬其它地區(qū)的個(gè)別做法，除險(xiǎn)加固項(xiàng)目多以大壩上下游坡面、壩頂硬化為主，尤其在背水坡面改造中一些工程使用較多石材甚至薄層拋光板材，未能貫徹綠色生態(tài)、人與自然和諧的理念。

5.1.5配套施工技術(shù)有待改進(jìn)

在近些年大壩加固工程中，部分工程對(duì)閘墩、壩體坡面、溢流面等結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行混凝土面層防護(hù)，現(xiàn)較多出現(xiàn)空鼓、開裂和成片剝落。一些位于較高處有剝落跡象的修補(bǔ)面無(wú)形中形成了新的安全隱患。若短時(shí)間內(nèi)重新翻新，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重浪費(fèi)資源，引發(fā)社會(huì)問(wèn)題。由于每個(gè)工程具有自身特點(diǎn)，施工技術(shù)、施工環(huán)境、施工工藝不同，水工修補(bǔ)材料的修補(bǔ)效果也明顯不同，故需改進(jìn)與提高水工材料配套施工技術(shù)。

5.2 對(duì)策

5.2.1政策鼓勵(lì)、資金支持

新型水工材料的發(fā)展與工程應(yīng)用離不開決策層面的政策鼓勵(lì)、資金支持。對(duì)于已取得一定成就的我省水工材料，應(yīng)加大推廣示范應(yīng)用的力度，如CSG筑壩材料、土石壩低彈模塑性混凝土防滲墻技術(shù)、纖維抗裂面板混凝土等；對(duì)于發(fā)展相對(duì)滯后或基本處于空白的水工材料，如大型鋼結(jié)構(gòu)、新型水工閘門、生態(tài)混凝土、綠色水工結(jié)構(gòu)工程、新型金屬結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)等給予一定的政策鼓勵(lì)措施，增加資金支持力度，增加試點(diǎn)示范工程，有利于加快這些水工材料的推廣應(yīng)用節(jié)奏與步伐。

5.2.2規(guī)劃、設(shè)計(jì)理念更新

提供平臺(tái)與渠道，鼓勵(lì)規(guī)劃設(shè)計(jì)單位采用水工新材料、新技術(shù)，參加有關(guān)技術(shù)交流活動(dòng)，特別是項(xiàng)目建設(shè)單位、項(xiàng)目主管與審查部門，在新型水工材料應(yīng)用研究方面給予技術(shù)支持。

5.2.3技術(shù)的消化與吸收

針對(duì)河道整治工程、土石壩除險(xiǎn)加固工程一些簡(jiǎn)單做法，強(qiáng)調(diào)技術(shù)的消化與吸收，避免生搬照套。根據(jù)每個(gè)工程特點(diǎn)，同時(shí)貫徹綠色生態(tài)、人與自然和諧的理念，提出適合我省發(fā)展的新型水工材料與施工技術(shù)。

5.2.4施工技術(shù)引進(jìn)與更新

水工新材料的推廣應(yīng)用與其施工技術(shù)是相配套的，結(jié)合每個(gè)工程具體特點(diǎn)、施工環(huán)境，發(fā)展相應(yīng)的施工技術(shù)、施工工藝，培養(yǎng)施工技術(shù)力量，有利于新型水工材料的推廣應(yīng)用與健康發(fā)展。

6 建議

6.1我省在部分水工材料領(lǐng)域已有較明顯優(yōu)勢(shì)，技術(shù)較成熟，形成了具有地方特色技術(shù)，應(yīng)加大推廣應(yīng)用力度；對(duì)于相對(duì)滯后方面，應(yīng)加大政策與資金扶持力度，特別是地方政府與水利行政主管部門的支持。

6.2 普及綠色、環(huán)保、生態(tài)、和諧水利等觀念，培育新的設(shè)計(jì)理念，鼓勵(lì)新材料、新工藝聯(lián)合推動(dòng)發(fā)展。

6.3 水工新材料新技術(shù)的發(fā)展離不開水利科研投入，建議增加水工材料科研經(jīng)費(fèi)的投入，并加強(qiáng)項(xiàng)目跟蹤與管理。

6.4 新型水工材料處于發(fā)展和探索階段，尚有一些需解決和提高的技術(shù)難題，建議加強(qiáng)學(xué)科人才隊(duì)伍建設(shè)，結(jié)合項(xiàng)目帶動(dòng)以促進(jìn)新型材料研究和應(yīng)用。

[1] 福建省水利廳, 福建省統(tǒng)計(jì)局.福建省第一次全國(guó)水利普查公報(bào).2013.

[2] 方坤河.中國(guó)碾壓混凝土壩的混凝土配合比研究[J].水力發(fā)電，2003（11）：51-53.

[3] 林寶玉，丁建彤.水工材料發(fā)展前景展望[J].中國(guó)水利，2006（20）：61-66.

[4] 福建省水利廳.福建省水利“十二五”科技專項(xiàng)規(guī)劃，2011.

[5] 黃國(guó)興.試論水工混凝土的抗裂性[J].水力發(fā)電，2007（7）：33-36.

[6] 吳秋華.城市河道治理中生態(tài)景觀設(shè)計(jì)初探[J].水利科技，2012（1）：55-56.

課題組成員：

1．俞 欽，福建省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，高工。

2．鄭發(fā)順，福建省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，高工。

3．卓文仁，福建省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，教授級(jí)高工。