水工建築材料，可用以修建水工建築物的各種材料的總稱。
基本介紹
- 中文名：水工建築材料
- 用途：修建水工建築物
歷史,材料,有機材料,複合材料,
歷史
水工建築材料隨著社會生產力的發展而逐步發展。中國古代早有“築土御水”之說。戰國時代水利事業獲得發展，如在這一時期修建的都江堰工程使用了大量的竹子、木材、砂石料和黏土。
南朝梁天監十三年(514)在修建浮山堰中曾套用鐵件貫串石塊築堤。
明代《天工開物》中詳細記載了用糯米石灰三合土修建儲水池的方法。
19世紀以來，建築鋼材、水泥、混凝土和鋼筋混凝土相繼問世，成為主要的建築材料。20世紀又有多種具有特殊性能的水泥、混凝土外加劑、防水材料、合成高分子材料和預應力混凝土等逐步得到發展和套用。水工建築物由於經常受到水的壓力、水流沖刷、磨損、凍融或乾濕循環等作用，出現混凝土凍脹破裂、收縮開裂、腐蝕、空化、化學侵蝕、海生物侵蝕、鋼材鏽蝕、木材腐蝕、瀝青與合成高分子材料老化等問題，都較其他建築物嚴重，需要重視。水利工程使用的建築材料種類繁多，現擇要說明如下。
材料
用於修建土石壩的天然土、砂、石料。天然材料的性質、數量和分布以及能否合理選用，直接影響土石壩的質量和造價。材料選用一般要滿足：具有與其使用目的相應的工程性質、材料性質比較穩定和便於施工等要求。土石壩材料按材料性質可分為土料（含細粒黏性土及礫石土）、砂礫料和石料（含天然卵石、漂石及開採的碎石岩塊），按滲透性可分為不透水料、半透水料及透水料，按材料用途及填築部位可分為防滲料、壩殼料、反濾料、過渡料及護坡料等。
①防滲料。壩體內減小壩身滲流量的材料。一般要求有足夠的防滲性能，無過量的可溶鹽和有機質，有較好的塑性和滲透穩定性，浸水與失水時體積變化較小和便於施工。具有以上性質的黏性土、礫石土、風化礫石土、開挖出來的風化岩、人工摻和的礫石土都可作為防滲料。
②壩殼料。主要用於保持壩身穩定的材料。一般要求有較高的強度，在下游壩殼水下部位及上游壩殼水位變動區還要有較高的透水性。砂、礫石、卵石、漂石、料場開採和由建築物地基開挖的石料都可作為壩殼料。20世紀60年代以來，風化岩、軟岩石等材料在高壩中得到大量套用。
③反濾料。在防滲料和壩殼料之間為防止滲透破壞，防止細粒土流失而設定的材料。防滲體和壩殼的粒徑及剛度相差很大，為避免壩體內剛度突變，常在中間設定過渡料。一般過渡料也兼有反濾料的作用。反濾料和過渡料應具備一定的顆粒級配、一定的透水性，質地緻密堅硬，有較高的抗水性和抗風化能力。一般選用天然砂礫料或爆破後的岩塊，再經人工破碎、篩分。
④護坡料。保護土石壩壩坡的材料，可用拋石、乾砌石、漿砌石、混凝土、瀝青混凝土以及草皮等材料。上游護坡石料要求質地堅硬，不易風化，石塊尺寸能抵抗風浪淘刷。下游護坡主要防止雨水沖刷，可用砌石、碎石、草皮等材料。
混凝土
混凝土的主要組分為水泥、砂、石及水，還有摻和料及外加劑。混凝土強度一般指抗壓強度，通過標準試塊測定。中國水工混凝土分為75、100、150、200、250、300、400、500及600共9個標號。
①水泥。用水泥製成的砂漿或混凝土堅固耐用，在水工建築物中廣泛套用。為適應水利工程的需要，中國還生產大壩水泥、抗硫酸鹽水泥和灌漿水泥等。大壩水泥主要用於要求水化熱較低的大壩或大體積混凝土工程。抗硫酸鹽水泥用於受硫酸鹽侵蝕、凍融和乾濕作用的河港工程及地下工程。灌漿水泥具有凝結時間較長，流動性較好和析水性較小的特點，適用於固結灌漿、帷幕灌漿和接縫灌漿，還可用於密封伸縮縫和修補裂縫等。
②骨料。砂與石子的總稱。一般粒徑為0.15～5毫米的骨料為砂，又稱細骨料；粒徑大於5毫米的骨料為石子，又稱粗骨料。產自天然河床或岸上的稱天然骨料；開採岩石經機械破碎、粉磨、篩分而成的稱人工骨料。一般天然骨料成本較低，宜優先使用。骨料一般占混凝土體積的3/4以上，起骨架作用，並可減少混凝土因水泥硬化、乾縮濕脹而引起的體積變化。砂一般不分級（也有分兩級的）。石子分為4級，即小石、中石、大石和特大石，各級的最大粒徑分別為20、40、80和120毫米（或150毫米）。根據建築物斷面和鋼筋間距大小，一般結構選用二級配或三級配，四級配多用於大斷面素混凝土。骨料的粒徑越大，越能節約水泥，但限於施工設備及工藝條件，一般最大粒徑約為120毫米。
③外加劑。為改善混凝土某些物理力學性能或改善施工條件所摻用的化學製劑及工業副產品，有降低混凝土拌和用水、節約水泥的減水劑，改變混凝土凝結時間的緩凝劑或速凝劑，提高混凝土耐久性的加氣劑，易於泵送或生產高強混凝土的高效減水劑等。中國水工建築物中常用的外加劑有亞硫酸紙漿廢液、木質磺酸鈣、糖蜜或糖蜜酒精廢液、加氣劑、松香熱聚物等。有時使用有兩種以上外加劑的複合製劑，對大體積混凝土，複合製劑既可降低水泥用量，減少水化熱，又可降低和推遲溫峰，對溫度控制、防止裂縫都有積極作用。有的外加劑對水泥有選擇性。
④摻和料。在水泥熟料中摻以天然或人工的礦物質材料，用以調節水泥標號，降低水化熱，改善混凝土和易性與密實性，提高抗侵蝕能力，防止鹼骨料反應等。有的摻和料與水泥產生化學作用，生成水化產物的稱為活性混合材，如火山灰、頁岩、浮石、硅藻土、凝灰岩、粉煤灰等；有的僅起填充作用或改善和易性，不產生水化產物的稱為惰性混合材，如石粉、黏土等。使用最為廣泛的摻和料為粉煤灰，它改善水工混凝土性能的作用比較顯著，對節約水泥用量、降低工程成本也有顯著的經濟效益。
⑤砂漿。由膠凝材料、細骨料和水等按一定比例配製的拌和物。它常以薄層使用，起黏結、傳遞應力、襯墊以及表面裝飾和防護作用，主要用於砌築磚、石、預製塊體和表面抹灰等。按膠凝材料的不同，可分為水泥砂漿、石灰砂漿、混合砂漿、瀝青砂漿、樹脂砂漿和聚合物水泥砂漿。砂漿按抗壓強度等級劃分砂漿標號。中國在水工建築物中常用的標號為25、50、100、150和200號。
有機材料
水工建築常用的有機材料主要有以下幾類。
①木材。水利工程常用作模板、腳手架、渡槽、閘門、施工便橋以及房屋裝修和生活辦公用具等。
②瀝青。水利工程如渠道、蓄水池、堤防護面、大壩和壩基的防滲體以及伸縮縫、止水井的灌注等多使用黏滯性較低、塑性好的道路石油瀝青。
③合成高分子材料。如塑膠、橡膠、纖維、塗料、黏合劑等。水利工程中塑膠可代替部分止水銅片；塑膠薄膜可用於渠道、蓄水池的防滲襯砌；塑膠與玻璃纖維或其織物的層疊材料稱玻璃纖維增強塑膠，又稱玻璃鋼，用於鋼絲網水泥薄壁構件和溢流面的護面層；多孔塑膠板可用於排水系統；泡沫塑膠板可用於混凝土的表面保溫；合成橡膠用於閘門的止水；合成橡膠與錦綸或其他帆布組合的層疊材料可用作橡膠壩的壩袋，其乳液作為外加劑可提高水泥混凝土的塑性；纖維織物可用以代替傳統的砂礫石反濾層或梢料沉排，或做成巨型砂袋堆築堤壩等。金屬材料 水利工程使用普通碳素鋼與普通低合金鋼（又稱低合金高強度鋼）較多。建築用鋼大多將鋼材製成線材或型鋼使用，如圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼軌、鋼板、鋼帶、鋼管、鋼絲等。鋼筋用於鋼筋混凝土結構，分光面鋼筋和螺紋鋼筋。
複合材料
水工建築物常用的複合材料有：
①以瀝青為基材的防水材料。
②以水泥、石英粉、砂、石等做填料，摻入環氧樹脂組成的環氧砂漿或環氧混凝土。
③土工合成材料。主要分為土工織物、土工薄膜及特種土工合成材料。
