摘要：随着我国建设经济的快速发展，筑坝水平有突飞猛进的提高，很多水工建筑物的规模己跃居世界第一位，一些被世界坝工权威、专家定为“难以克服”的技术难题也己被相继征服，我国己成为世界坝工建设的中心。近年来，中国水利水电科学研究院结构材料研究所立足国家水利水电工程建设的需要，以国家水利水电科技创新与可持续发展为目标，承担了许多国家自然科学基金项目、国家科技攻关项目、部级重点项目以及重大工程项目等研究，特别是近十年，结合水利水电工程建设的实际，注重对已有的科研成果进行科技产品与技术的转化，使科研与生产连接更加密切，取得了较好的效果。
　　关键词：水工混凝土；水工材料；高分子材料；施工控制
　　水工材料研究主要包括水工混凝土掺合料与外加剂、碾压混凝土、面板混凝土、水工混凝土耐久性与抗裂性、特种混凝土、全级配混凝土、混凝土三轴强度与徐变、高分子材料等研究与应用，水工混凝土建筑物缺陷检测、评估与修补加固，以及研制材料试验仪器设备、制订混凝土试验方法与现场检测方法、研发新材料产品、制订与修订规程规范、编写出版著作等。
　　1、水土混凝土掺合料
　　水工混凝土掺合料主要包括粉煤灰、硅粉、磨细矿渣粉、石灰石粉、磷渣粉、凝灰岩粉等。结构材料研究所主要对前四种掺合料进行了试验研究与应用工作。
　　1.1　粉煤灰
　　对粉煤灰混凝土抗冻耐久性问题，我所进行了高掺粉煤灰混凝土抗冻耐久性研究。试验结果表明，掺引气剂可使高掺40％粉煤灰的碾压混凝土抗冻等极达到F400，解决了粉煤灰混凝土的抗冻耐久性问题。
　　1.2　硅粉
　　我所主要开展了高强硅粉抗冲磨混凝土与硅粉水泥灌浆材料的研究与应用工作。试验结果表明，与不掺硅粉的相比，掺硅粉能提高混凝土抗冲磨性，特别是能提高抗空蚀能力3～5倍。掺硅粉水泥浆材能提高强度与可灌性。
　　1.3　磨细矿渣粉
　　我所主要进行了掺磨细矿渣粉提高混凝土抗硫酸盐能力，掺磨细矿渣配制水泥灌浆材料以提高浆材强度，以及“磨细矿渣+石灰石粉”作为碾压混凝土双掺料等试验研究，取得了显著的技术经济效益。
　　1.4　石灰石粉近
　　多年以来，我所在石粉综合利用方面不断开拓与创新，从石灰石粉代砂与石灰石粉部分代粉煤灰，到石灰石粉作碾压混凝土掺合料，做了大量试验研究与应用工作。试验结果表明，石灰石粉与磨细矿渣双掺合料方案中的石灰石粉可调节掺合料的活性和颗粒粒径分布，降低碾压混凝土绝热温升，改善碾压混凝土和易性与可碾性。
　　2、碾压混凝土坝防渗技术
　　碾压混凝土坝浇筑层面多，若层面结合不好，很易发生渗漏。我所很早就开始对碾压混凝土坝防渗技术进行了研究，提出了上游面3m左右范围用常态混凝土、富浆二级配碾压混凝土与变态混凝土(在碾压混凝土中灌水泥浆，再用插入式振捣器振实的混凝土)防渗，以及采用PVC复合土工膜防渗等技术措施，并在实际工程中得到了应用，其中采用PVC复合土工膜作为温泉堡水库碾压混凝土拱坝防渗体。
　　3、面板堆石坝面板混凝土
　　3.1　面板混凝土抗裂性
　　通过对影响面板混凝土抗裂性的主要因素的分析与试验研究，提出了提高面板混凝土抗裂性的技术措施，如掺优质掺合料、高性能减水剂与引气剂、合成纤维或钢纤维，以及涂表面养护剂与粘贴土工膜等。
　　3.2　面板混凝土抗溶蚀耐久性
　　面板堆石坝混凝土面板的特点是面积大、厚度较薄，又长期受压力水作用，因此面板混凝土抗溶蚀耐久性显得尤为重要。我所结合200m级混凝土面板堆石坝进行了面板混凝土抗溶蚀耐久性的研究，分析了混凝土溶蚀机理与影响因素，提出了200m级高面板坝面板混凝土允许渗透系数的计算方法与指标，以及提高面板混凝土抗溶蚀耐久性技术措施等。
　　3.3　混凝土面板结构受力分析与配筋
　　对混凝土面板结构受力分析得出的结果，混凝土面板受到各种力的作用，其中有温度、湿度变化及基础、坝体变形引起的面板收缩应力；由外荷载作用引起的面板弯曲应力；由面板混凝土的物理化学作用引起的膨胀应力。根据计算分析得出面板裂缝主要是由温度与湿度变化引起的结论。
　　4、水工混凝土耐久性
　　水工混凝土耐久性主要包括混凝土抗冻性、抗冲磨空蚀性、抗化学侵蚀性、碱骨料反应等。
　　4.1　混凝土抗冻性
　　通过调查并提出水工混凝土建筑物耐久性和老化病害处理调查报告；通过在冻融过程中混凝土宏观特性与微观结构的测试，研究了混凝土冻融破坏机理；提出抗冻混凝土必须掺用引气剂，气泡间距系数一般不宜超过2501xm；通过试验得出，C80、C100高强混凝土具有超常抗冻性，其抗冻等级大于F1200。高强混凝土冻融破坏机理是冻融过程中正、负温度交替变化而产生疲劳应力所致；初步提出适合我国国情，以混凝土结构安全使用寿命为目标的混凝土抗冻性定量化设计方法及相关技术条件。
　　4.2　混凝土抗冲磨与抗空蚀性
　　我对混凝土冲磨仪(圆环法)与混凝土空蚀试验设备进行了研制，并制订混凝土抗冲磨与抗空蚀试验方法，还对环氧砂浆、呋喃树脂砂浆、铸石板、铸铁板等材料在石棉水电站冲砂闸进行了抗冲磨现场试验。
　　研制铁矿石骨料抗冲磨混凝土，与普通骨料混凝土相比，铁矿石骨料抗冲磨混凝土的抗冲磨强度提高2倍左右，与老混凝土粘结强度提高50～100％；研制硅粉高强混凝土，与不掺硅粉的混凝土相比，其抗冲磨强度提高1倍左右，而抗空蚀性可提高3～5倍；研制出改性环氧和聚氨酯环氧两大系列柔性抗冲磨涂层材料，以及柔性全封闭抗冲磨喷涂技术。
　　4.3　混凝土化学侵蚀性
　　压力水作用下混凝土渗漏溶蚀是混凝土中水化产物Ca(0m，随渗漏而不断流失，引起其他水化产物不断分散，并逐步失去胶凝性的一种侵蚀现象，当ca(0H)₂溶出(以CaO计)达25％时，混凝土抗压强度下降36％左右，抗拉强度下降60％左右。 　　高浓度及应力作用下混凝土硫酸盐侵蚀试验结果表明，在浓度高达8000mg／L情况下，无论混凝土处于浸泡条件或干湿循环条件，应力作用均会加速混凝土硫酸盐侵蚀破坏。应力等级越高，其腐蚀速度越快。
　　4.4　碱骨料反应
　　混凝土碱骨料反应及抑制碱骨料反应措施的试验研究，提出了掺粉煤灰抑制碱骨料反应，其掺量不宜小于20％的结论。
　　5、混凝土抗裂性
　　5.1　低热高抗裂新型大坝混凝土
　　采用高贝利水泥(低热水泥)配制低热高抗裂新型大坝混凝土获得成功，并开展了变温养护条件下混凝土强度、弹性模量、抗拉强度、极限拉伸等性能试验。试验结果表明，在变温养护条件下，以上性能试验结果均比标准养护条件的提高。低热高抗裂新型大坝混凝土的抗裂性优于中热大坝混凝土。
　　5.2　水工混凝土抗裂性表达式
　　提出水工混凝土材料抗裂性(抗裂指数)与水工混凝土结构抗裂性(抗裂安全系数)的区别，对以往已有的水工混凝土材料抗裂指数计算公式进行了评价，指出它们存在考虑因素不全面、公式物理意义不明确及考虑现场情况等问题，并提出考虑因素全面、物理意义明确的水工混凝土材料抗裂指数计算公式。
　　5.3　提高水工混凝土结构抗裂性的措施
　　通过对水工混凝土抗裂性影响因素的分析，提出了提高水工混凝土结构抗裂性的技术措施有两个方面：①提高混凝土材料本身的抗裂能力，即选择优质骨料(线胀系数较小骨料)、选用发热量低而有微膨胀自生体积变形的水泥、掺用活性掺合料(粉煤灰等)、掺用外加剂及优化混凝土配合比等；②采取施工措施，造就混凝土能适应的人为环境(约束条件、温度及湿度等)，即合理分缝分块、降低浇筑温度、通水冷却、加强养护与表面保温保护等。
　　5.4　水工混凝土断裂力学研究
　　我所对混凝土断裂韧度和断裂能进行了大量试验研究和理论分析，阐明了裂缝端微裂缝区、亚临界扩展长度以及混凝土抗拉强度、骨料粒径与试件尺寸等对断裂韧度的影响，提出了确定断裂韧度的计算公式和线弹性断裂力学的应用条件。另外，还开展了混凝土复合型裂缝的断裂准则的理论分析和试验研究，提出了包括准则和裂缝转角的工程断裂判据，并用于混凝土坝裂缝稳定性分析。
　　5.5　制订材料试验方法与现场检测方法
　　①水工混凝土试验方法；②碾压混凝土试验方法；③全级配混凝土试验方法：④环氧砂浆试验方法；⑤碾压混凝土拌合物仓面贯入阻力检测方法；⑥喷射混凝土与围岩黏结强度现场检测方法(喷射轴拉法)。
　　6、结束语
　　每一个大型水工建筑物的设计和施工都会遇到新的挑战，这是水工结构学科发展的特点。同时，水工结构是一门强交叉性学科。可以说，没有现代计算机、网络、先进的勘测、试验和监测技术手段的发展，就没有学科今天的发展。经过不断努力，结构材料研究所从事的研究领域不断拓展、科研队伍不断发展壮大、科研能力不断得到提高。