水工建筑材料

可用以修建水工建筑物的各种材料的总称。水工建筑材料随着社会生产力的发展而逐步发展。中国古代早有“筑土御水”之说。战国时代水利事业获得发展，例如在这一时期修建的都江堰工程使用了大量的竹子、木材、砂石料和粘土。南朝梁天监十三年(514)在修建浮山堰中曾应用铁件贯串石块筑堤。明代《天工开物》中详细记载了用糯米石灰三合土修建贮水池的方法。19世纪以来，建筑钢材、水泥、混凝土和钢筋混凝土相继问世，成为主要的建筑材料。20世纪又有多种具有特殊性能的水泥、混凝土外加剂、防水材料、合成高分子材料和预应力混凝土等逐步得到发展和应用。水工建筑物由于经常受到水的压力、水流冲刷、磨损、冻融或干湿循环等作用，出现混凝土冻胀破裂、收缩开裂、腐蚀、空蚀、化学侵蚀、海生物侵蚀、钢材锈蚀、木材腐蚀、沥青与合成高分子材料老化等问题，都较其他建筑物严重，需要重视。

建筑材料按其组成物质可分为四大类。①矿物质材料，包括天然土、砂、石及其加工制成的材料，如烧土制品（砖、瓦等）、无机胶凝材料（石灰、石膏、各类水泥等）、砂浆及各种混凝土等；②有机材料，包括木材、竹材、沥青、合成高分子材料（如环氧树脂、聚乙烯树脂）等;③金属材料,包括黑色及有色金属材料；④复合材料，即由上述两种或两种以上材料组合构成的材料，如沥青砂浆、环氧混凝土、土工织物等。水利工程使用的建筑材料种类繁多，现择要说明如下。

土石坝材料用于修建土石坝的天然土、砂、石料。天然材料的性质、数量和分布以及能否合理选用，直接影响土石坝的质量和造价。土石坝材料的运费一般占土石坝造价的50％～60％，如能就地、就近取材，缩短运距，就可以大幅度降低土石坝的造价。材料选用一般要满足以下要求:①具有与其使用目的相应的工程性质,如防渗料有足够的防渗性能,坝壳料有较高的强度,反滤料有良好的级配和排水性能等；②材料性质比较稳定，如在大气和水的作用下不致严重风化变质，在渗流作用下不致因可溶盐溶蚀而造成渗流通道，在高水头作用下有足够的抗管涌能力等；③便于施工，如要求土料含水量在最优含水量左右，无超径料等。土石坝材料分类：①按材料性质可分为土料（含细粒粘性土及砾石土）、砂砾料和石料(含天然卵石、漂石及开采的碎石岩块)；②按渗透性可分为不透水料、半透水料及透水料；③按材料用途及填筑部位可分为防渗料、坝壳料、反滤料、过渡料及护坡料。

防渗料坝体内减小坝身渗流量的材料。一般要求：①有足够的防渗性能，对均质坝渗透系数不大于1×10-4cm/s，对心墙或斜墙不大于1×10-5cm/s；②无过量的可溶盐和有机质；③有较好的塑性和渗透稳定性；④浸水与失水时体积变化较小；⑤便于施工。具有以上性质的粘性土、砾石土、风化砾石土、开挖出来的风化岩、人工掺和的砾石土都可作为防渗料。

坝壳料主要用于保持坝身稳定的材料。一般要求有较高的强度，在下游坝壳水下部位及上游坝壳水位变动区还要有较高的透水性。砂、砾石、卵石、漂石、料场开采和由建筑物地基开挖的石料都可作为坝壳料。堆石坝早期采用高处抛填配以射水冲实的方法，对石料质量要求严格；20世纪60年代以来，堆石坝

改用薄层铺筑，振动压实的方法，风化岩、软岩石等材料在高坝中得到大量应用。

反滤料在防渗料和坝壳料之间为防止渗透破坏，防止细粒土流失而设置的材料。防渗体和坝壳的粒径及刚度相差很大，为避免坝体内刚度突变，常在中间设置过渡料。一般过渡料也兼有反滤料的作用。这两种材料的合理使用都是保证土石坝安全运行的重要措施。反滤料和过渡料应具有以下性质：①一定的颗粒级配；②一定的透水性；③质地致密坚硬，具有较高的抗水性和抗风化能力。一般选用天然砂砾料或爆破后的岩块再经人工破碎、筛分。

护坡料保护土石坝坝坡的材料，可用抛石、干砌石、浆砌石、混凝土、沥青混凝土以及草皮等材料。上游护坡石料要求质地坚硬，不易风化，石块尺寸能抵抗风浪淘刷。下游护坡主要防止雨水冲刷，可用砌石、碎石、草皮等材料。

混凝土由胶凝材料、骨料、水及其他掺和料按一定比例拌制的拌和物。它是用途极为广泛的建筑材料，种类很多：①按胶凝材料分，有水泥混凝土、沥青混凝土、硅酸盐混凝土及聚合物混凝土；②按容重分，有重混凝土（容重大于2700kg/m3）、普通混凝土（容重为1900～2600kg/m3）和轻混凝土（容重小于1900kg/m3）；③按使用功能分，有水工混凝土、建筑混凝土、道路混凝土、耐火或耐酸和防射线混凝土等；④按施工工艺分，有常规混凝土、碾压混凝土、喷射混凝土及泵送混凝土；⑤按强度标号分，有低标号、高标号和超高标号混凝土。此外还有按某种特征（材料、工艺、配筋、结构、性能等）来命名,以区别于其他混凝土,如加气混凝土、无砂混凝土、浸渍混凝土、钢筋混凝土、纤维混凝土、干硬性混凝土、高流态混凝土、预填骨料压浆混凝土等。用得最多的还是由水泥、砂、石和水配制的普通混凝土以及配有钢筋的钢筋混凝土。

普通混凝土中的水泥和水形成水泥浆，包裹骨料表面并填充中间空隙；在硬化前起粘聚、润滑作用，使混凝土拌和物易于拌匀、浇筑和振捣；在硬化后形成水泥石,把骨料胶结成一整体。混凝土的原材料丰富,适应性强,但抗拉强度较低，性脆易裂,可配以钢筋或纤维，制成加筋混凝土来适当弥补上述缺点，扩大使用范围。混凝土的工作性，又称和易性，是指混凝土拌和物在施工过程中(拌和、运输、浇筑及振捣)保持均匀密实而不分层与不离析的性能。它综合反映了拌和物的流动性、粘聚性、保水性及易密性。常用坍落度（标准圆柱形混凝土拌和物试件下坍的厘米数）作为流动性指标。坍落度为零的混凝土称干硬性混凝土。

混凝土强度一般指抗压强度，是混凝土最重要的性质,通过标准试块测定。用规定方法制取的标准试块,在标准条件下养护，按龄期（从加水拌和成型至强度测试止的天数）28天的抗压强度而划分的等级称为混凝土标号。中国水工混凝土分为75、100、150、200、250、300、400、500及600等9个标号。决定混凝土强度的主要因素是水泥标号和水灰比（拌和物中拌和水量与水泥用量的重量比）。混凝土的其他强度，如抗弯强度约为抗压强度的1/5～1/8,直接抗剪强度为抗压强度的1/4～1/6;抗拉强度为抗压强度的1/9～1/15。混凝土的弹性模量,随标号增高而增大；其抗裂性能通常以极限拉伸值（轴向拉伸断裂时的极限拉应变）作为指标。混凝土的耐久性指其抵抗随时间而引起性能与状态改变的能力，通常包括抗渗性、抗冻性、抗磨性、抗侵蚀性等。合理选择水泥及其他原材料、严格控制水灰比、优化配合比设计、掺用适当的外加剂、采用表面保护处理以及加强施工质量控制，可以提高混凝土的耐久性。混凝土的主要组分为水泥、砂、