第一節(jié)概述一、高分子材料在建筑工程中的地位合成高分子材料是以人工合成的高分子化合物（聚合物）為基礎(chǔ)材料，添加各種輔助材料制成的有機(jī)高分子材料?，F(xiàn)有三大合成材料：塑料；橡膠；纖維。高分子材料在建筑上的應(yīng)用應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)材料：裝飾板材；各種管材和異性材，水管、門窗框等；建筑防水材料，屋頂膜；建筑涂料；建筑保溫、隔聲材料；應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料：橋梁，如人行天橋等；輕結(jié)構(gòu)建筑物，玻璃鋼、聚合物混凝土等；混凝土的增強(qiáng)筋等。二、高分子材料簡介定義：高分子材料的主要組成是高分子化合物高分子化合物是由一種或多種簡單低分子化合物聚合而成的，也叫聚合物或高聚物。高分子化合物的組成

高分子化合物（聚合物）是由一種或幾種小分子化合物（單體），通過聚合反應(yīng)，以共價(jià)鍵連接若干個(gè)重復(fù)結(jié)構(gòu)單元成形的分子量很大的化合物?；瘜W(xué)組成：合成高分子主要由碳、氫元素組成，同時(shí)也含有少量雜原子，如：氧、氮、硫、磷、硅、鈦等。單體組成：烴、羧酸、酯、醚等有機(jī)化合物及其衍生物。按高分子主鏈組成，聚合物的分類碳鏈聚合物主鏈上只含碳元素，如聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、丁苯橡膠、氯丁橡膠等。雜鏈聚合物主鏈上除碳元素外，還含有O、N、P、S等元素，如聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂等。元素聚合物主鏈上沒有碳元素，而有Si、Al、O、S、P、N、Ti等元素，如有機(jī)硅樹脂、聚鈦氧烷樹脂、聚氯磷氰等。幾個(gè)基本概念單體：用來合成聚合物的簡單低分子化合物

如：聚乙烯-[-CH2-CH2-]-n

的單體為CH2＝CH2，鏈節(jié)：大分子鏈的基本結(jié)構(gòu)單元，

-[-CH2-CH2-]-聚合度：大分子鏈中鏈節(jié)的重復(fù)次數(shù)n；分子量的多分散性：聚合物是由大量的大分子鏈組成的。各個(gè)大分子鏈的鏈節(jié)數(shù)不同，大分子鏈的長短不同、分子量也不同，聚合物中大分子鏈的分子量不等的現(xiàn)象稱為分子量的多分散性（一）聚合物的聚合反應(yīng)定義：由單體合成聚合物的反應(yīng)稱為聚合反應(yīng)官能團(tuán)：在聚合反應(yīng)中，參加反應(yīng)的僅是單體分子中具有反應(yīng)能力的基團(tuán)，這種基團(tuán)通常稱之為官能團(tuán)官能度：參加反應(yīng)的官能團(tuán)數(shù)目或它在聚合反應(yīng)中所具有的能接上新分子的位置數(shù)具有雙官能度或多官能度的單體之間反應(yīng)才能合成聚合物聚合反應(yīng)加聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)

以不飽和烴或環(huán)烴單體分子，經(jīng)過不斷的加成反應(yīng)，形成高分子化合物的聚合反應(yīng)；例如：

nCH2=CH→[－CH2－CH－]nClCl1、加聚反應(yīng)常用的熱塑性塑料均是有加聚反應(yīng)合成的，如：聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等

由具有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能基團(tuán)的單體，相互縮合形成高分子化合物的反應(yīng)；例如：

CH3

CH2－CH－CH2+HO－－C－－OHOClCH3CH3

→CH2－CH－CH2－O－－C－－OHOClCH32、縮聚反應(yīng)三大熱固性樹脂均是縮聚反應(yīng)合成的（二）聚合物的命名按聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)命名根據(jù)聚合物的原料單體命名采用商品名稱和代表符號(hào)（三）聚合物的結(jié)構(gòu)及其對性能的影響大分子和大分子間的相互作用大分子鏈的近程結(jié)構(gòu)化學(xué)組成鏈接方式：頭—頭、頭—尾和尾—尾三種連接方式空間構(gòu)型：無規(guī)立構(gòu)。全同立構(gòu)和間同立構(gòu)

大分子鏈的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)大分子鏈的幾何形狀：線型，支鏈型和體型(或網(wǎng)型)

大分子鏈的構(gòu)象大分子鏈的柔順性

大分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

線型結(jié)構(gòu)支鏈型結(jié)構(gòu)體型結(jié)構(gòu)非晶態(tài)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)晶態(tài)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)聚合物性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系

線型和支鏈型高分子組成的聚合物具有熱塑性，受熱熔化，也能溶于特定的溶劑中形成溶液，強(qiáng)度較低、彈性模量較小、變形較大、耐熱性交差；支鏈型聚合物的溶解度比線型聚合物大，密度、熔點(diǎn)、強(qiáng)度則較低。體型高分組成的聚合物具有熱固性，它們不溶不熔，強(qiáng)度、硬度、脆性較高，耐熱性好等。聚合物的結(jié)晶度越大，密度、強(qiáng)度、硬度、彈性模量、耐熱性提高，塑性、韌性、吸濕性、溶解度降低。（四）溫度對聚合物力學(xué)狀態(tài)的影響線型無定形聚合物晶態(tài)聚合物體型聚合物的力學(xué)狀態(tài)線形聚合物的狀態(tài)與溫度的關(guān)系

隨著溫度的升高，非晶態(tài)線型和支鏈型聚合物呈現(xiàn)三種狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。玻璃態(tài)玻璃化溫度以下，聚合物處于無定性的硬脆狀態(tài)，變形較小，強(qiáng)度和硬度較高；高彈態(tài)玻璃化溫度以上、粘流溫度以下，聚合物變得很柔軟而富有彈性，能產(chǎn)生較大的彈性變形和塑性變形，強(qiáng)度相對較低。粘流態(tài)粘流溫度以上，聚合物變?yōu)榭梢远ㄏ蛄鲃?dòng)的粘稠液體，是其塑制成型溫度。玻璃態(tài)與高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度為玻璃化溫度Tg；高彈態(tài)與粘流態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度為粘流溫度Tf。

TgTxTf溫度變形非晶態(tài)聚合物在一定壓力下變形～溫度曲線Tx－脆化溫度；Tg－玻璃化溫度；Tf－粘流溫度。晶態(tài)聚合物

一般分子量的晶態(tài)聚合物有明確的熔點(diǎn)Tm。熔點(diǎn)以下為晶態(tài)，熔點(diǎn)以上變?yōu)檎承砸后w，進(jìn)入粘流態(tài)分子量較大的晶態(tài)聚合物

熔點(diǎn)Tm，當(dāng)T>Tm，出現(xiàn)高彈態(tài)，溫度Tf時(shí)，進(jìn)入粘流態(tài)非完全晶態(tài)的聚合物無定形區(qū)，有玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)晶區(qū)，隨分子量的大小不同，有可能出現(xiàn)或不出現(xiàn)高彈態(tài)。

為什么高分子材料的變形與溫度存在上述關(guān)系？答：高分子材料的變形取決其分子運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)分為四種運(yùn)動(dòng)單元：基團(tuán)運(yùn)動(dòng)、鏈節(jié)運(yùn)動(dòng)、鏈段運(yùn)動(dòng)和大分子鏈運(yùn)動(dòng)。它們與溫度密切相關(guān)。在較低溫度（Tg）下，只有基團(tuán)或鏈節(jié)的振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，變形量較??；在較高溫度下，發(fā)生鏈段蠕動(dòng)；在粘流溫度以上，發(fā)生大分子鏈的滑動(dòng)或整體移動(dòng)，變形量大。體型聚合物的力學(xué)狀態(tài)

輕度交聯(lián)時(shí)，可以有玻璃態(tài)和高彈態(tài)，但沒有粘流態(tài)；交聯(lián)密度增大，玻璃態(tài)溫度提高，高彈區(qū)縮小；當(dāng)交聯(lián)密度增大到一定程度，只有玻璃態(tài)一種狀態(tài)；交聯(lián)密度較高的體型聚合物沒有力學(xué)狀態(tài)的變化，因此耐熱性好。

三、高分子材料的性能與結(jié)構(gòu)高分子材料的性能特點(diǎn)高分子材料的彈性模量和強(qiáng)度都較低

高分子材料發(fā)生應(yīng)力松弛高分子材料一般在0.75Tg以下是脆性的；在0.75～1Tg之間是剛硬性的，只能發(fā)生彈性變形；高分子材料的主要弱點(diǎn)是老化

從熱行為角度將高分子材料分為熱塑性塑料，熱固性塑料和橡膠三大類。熱塑性塑料中的聚合物是線型鏈狀結(jié)構(gòu)，加熱時(shí)軟化或熔融，可注射入模子成型，在取出前需冷卻，成型過程中不發(fā)生進(jìn)一步聚合或交聯(lián)，可反復(fù)多次加熱成型。熱固性塑料中的聚合物為體型結(jié)構(gòu)，其成型加工是用相對低分子量的粘稠體樹脂和固化劑混合，在一定溫度和壓力下發(fā)生聚合或交聯(lián)反應(yīng)，在成型時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈地交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：不溶不熔橡膠是在線型鏈狀結(jié)構(gòu)中形成少量的交聯(lián)，特點(diǎn)：有很好的彈性優(yōu)良的加工性能質(zhì)輕導(dǎo)熱系數(shù)小化學(xué)穩(wěn)定性好電絕緣性好功能的可設(shè)計(jì)性強(qiáng)出色的裝飾性能高分子材料的優(yōu)點(diǎn)易老化可燃性及毒性耐熱性差1980年美國米高梅旅館火災(zāi)84人死亡、679人受傷！高分子材料的缺點(diǎn)第二節(jié)塑料塑料的組成塑料的分類塑料的主要特性塑料塑料是指以樹脂（或在加工過程中用單體直接聚合）為主要成分，以增塑劑、填充劑、潤滑劑，著色劑等添加劑為輔助成分，在加熱、加壓條件下的加工過程中能流動(dòng)，并能塑造成型為具有一定形狀的制品的高分子材料。一、塑料的基本組成

1、樹脂

塑料的主要組分，不僅起著膠結(jié)其他組分的作用，而且決定了塑料的類型、性能、用途和成本等。

2、填料與增強(qiáng)材料

化學(xué)性質(zhì)不活潑得分狀、片裝或纖維狀的固體物質(zhì)，可改善或提高塑料的強(qiáng)度、硬度、耐熱性等性能；減低成本，其摻量為30%~70%。

3、增塑劑

分子量小、熔點(diǎn)低和難揮發(fā)的有機(jī)化合物，可則噶塑料的柔軟性和可塑性、降低玻璃化溫度和粘流溫度。

4、其他助劑：包括著色劑、抗老劑、穩(wěn)定劑、固化劑、潤滑劑等。二、塑料的分類1．按使用特性分類通用塑料指產(chǎn)量大、用途廣、成型性好、價(jià)格低的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等。工程塑料指能承受一定外力作用，具有良好的機(jī)械性能和耐高、低溫性能，尺寸穩(wěn)定性較好，可以用作工程結(jié)構(gòu)的塑料，如聚酰胺、聚砜等。特種塑料指具有特種功能，可用于特殊應(yīng)用領(lǐng)域的塑料。如氟塑料和有機(jī)硅具有突出的耐高溫、自潤滑等特殊功能。增強(qiáng)塑料和泡沫塑料具有高強(qiáng)度、高緩沖性等特殊性能。

2．按理化特性分類

熱固性塑料指在受熱或其他條件下能通過交聯(lián)反應(yīng)而固化，具有再次受熱不溶不熔特性的塑料，如酚醛塑料、環(huán)氧塑料、聚酯樹脂等。又分烴類、含極性基因的乙烯基類、工程類、纖維素類等多種類型。熱塑料性塑料指在特定溫度范圍內(nèi)能反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化的塑料，如聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等。又分甲醛交聯(lián)型和其他交聯(lián)型兩種類型。

三、塑料的主要特性

塑料密度小，質(zhì)輕，比強(qiáng)度高；良好的耐沖擊性和耐磨耗性；化學(xué)穩(wěn)定性好，不會(huì)銹蝕，耐水防水；電絕緣性好，導(dǎo)熱性低；優(yōu)良的裝飾性，著色性好成型加工性良好，生產(chǎn)能耗低；大部分塑料耐熱性差，熱膨脹率大，易燃燒；尺寸穩(wěn)定性差，容易變形；多數(shù)塑料耐低溫性差，低溫下變脆；容易受光、熱等老化。四、常用的建筑塑料

1、熱塑性塑料聚乙烯(PE)

分低密度、中密度高密度三種。密度較小、化學(xué)穩(wěn)定性、耐水性和耐寒性良好、耐熱性差、易燃燒和光老化。建材制品有各種管道、防水膜等。聚丙烯(PP)

剛性較大、耐熱性好(加熱到150℃不變形)。強(qiáng)度、彈性模量、硬度都高、對高頻電的絕緣性能好。建材制品有各種給水管道、防水膜等。聚氯乙烯(PVC)

常見有軟、硬質(zhì)聚氯乙烯二種，抗拉強(qiáng)度、剛度、硬度較大，有良好的耐水性、耐油性、耐化學(xué)藥品侵蝕性和阻燃性。建材制品有各種給水管道、防水材料、門窗框等。聚四氟乙烯塑料俗稱塑料王，具有非常優(yōu)良的耐高、低溫性能，可在-180～260℃范圍內(nèi)長期使用,幾乎耐所有化學(xué)藥品,摩擦系數(shù)極低,僅為0.04。它對其他物質(zhì)不粘附，不吸水，電性能優(yōu)良，良好的耐水、耐老化性能。缺點(diǎn)是強(qiáng)度低。聚酰胺塑料俗稱尼龍,具有突出的耐磨性和自潤滑性，沖擊韌性好，強(qiáng)度高，耐蝕性和成型性好，缺點(diǎn)是耐熱性差、工作溫度不能超過100℃,導(dǎo)熱性差,吸水性高。主要用于制作纖維。聚甲基丙烯酸甲脂俗稱有機(jī)玻璃透光率達(dá)92%,比重只是無機(jī)玻璃的一半。強(qiáng)度、沖擊韌性都優(yōu)于無機(jī)玻璃，抗稀酸、稀堿、潤滑油和堿氫燃料的作用，在自然條件下老化發(fā)展緩慢。缺點(diǎn)是硬度低，易擦傷。用作裝飾板材。

塑料排水管塑料給水管塑料管塑料粒料塑料管擠出成型塑料窗異性材截面塑料窗異性材截面塑料門異性材塑料門塑料地板2、熱固性塑料酚醛塑料(PF)

由于制備條件不同，有熱塑性和熱固性二類。它們耐磨性好，絕緣性、耐熱性、耐蝕性也都很好。缺點(diǎn)是性脆，不耐堿。用于制作電工器材（如插頭、開關(guān)等），裝飾材料、隔聲隔熱材料等。熱塑性酚醛樹脂還可配制油漆、膠粘劑、涂料和防腐蝕用膠泥等。環(huán)氧塑料(EP)是環(huán)氧樹脂加固化劑、填料和增強(qiáng)材料后形成的熱固性塑料，常用固化劑有胺類和酸酐類化合物。它們強(qiáng)度較高，韌性較好，尺寸穩(wěn)定性高，耐久性好，耐熱、耐寒，具有優(yōu)良的電絕緣性能。缺點(diǎn)是稍有毒性。用于制備增強(qiáng)塑料、泡沫塑料、澆注塑料、粘結(jié)劑和涂料等。

聚酯塑料強(qiáng)度和表面耐磨性較高；可在100

C下長期使用；添加增塑劑可以大幅度提高其韌性；有較好的耐水性，但耐堿和溶劑的性能較差，不耐氧化性介質(zhì)，固化過程中有較大收縮變形。主要用于玻璃鋼和樹脂混凝土，可以制造很多種建材制品，如波形瓦、管材、人造石材等。有機(jī)硅塑料（SI）具有優(yōu)良的耐高溫（500～600

C）和防火性；良好的電絕緣性和憎水性；耐腐蝕能力很強(qiáng)；粘結(jié)強(qiáng)度高，可用于粘結(jié)金屬材料和非金屬材料；但其機(jī)械強(qiáng)度較低。主要有硅油、硅樹脂及其硅塑料和硅橡膠?？芍瞥赡蜔帷⒛退?、耐腐蝕及電絕緣性能均好的模壓塑料、層壓塑料和泡沫塑料制品，還可用作粘結(jié)劑、防水涂料、混凝土外加劑等。

3、增強(qiáng)塑料組成：樹脂，紙、短切纖維或纖維織物、片狀材料等增強(qiáng)材料；填料和添加劑。常用樹酯有環(huán)氧、酚醛、不飽和聚酯等。特點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，各向異性，成形工藝多樣。用途：輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、屋頂膜、裝飾材料和電絕緣材料，混凝土的增強(qiáng)筋和修補(bǔ)材料等。結(jié)構(gòu)工程中，應(yīng)用較多的是玻璃纖維（GRP，俗稱玻璃鋼）或碳纖維增強(qiáng)塑料。玻璃纖維、芳綸纖維與碳纖維的FRP制品玻璃纖維、芳綸纖維與碳纖維制品纖維增強(qiáng)塑料及其應(yīng)用纖維增強(qiáng)聚合物作為預(yù)應(yīng)力束，代替鋼材：其中纖維包括玻璃纖維、芳綸纖維或碳纖維；其抗拉強(qiáng)度高、徐變小、彈性模量適中、抗腐蝕性能好；纖維增強(qiáng)聚合物作為加固材料：用碳纖維薄片代替鋼板，放置在需要加固的部位并涂刷聚合物粘結(jié)成整體。纖維增強(qiáng)塑料棒作為混凝土的配筋纖維增強(qiáng)材料作為橋面板配筋纖維增強(qiáng)材料作為橋面板配筋纖維增強(qiáng)材料儲(chǔ)油設(shè)施纖維增強(qiáng)樹脂用于受損鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固第三節(jié)膠粘劑

能在兩個(gè)物體表面間形成薄膜，并能將它們緊密粘結(jié)在一起的物質(zhì)。又稱為粘合劑、粘結(jié)劑等

一、組成

1.基料也稱粘料或膠料，一般是具有較強(qiáng)粘合性能的材料，如合成樹脂、合成橡膠等。它賦予膠粘劑粘結(jié)強(qiáng)度、耐久性及其它物理力學(xué)性能。2.溶劑溶解基料，調(diào)節(jié)膠粘劑的粘度，以便于施工；降低基料分子的內(nèi)聚力，以利于膠粘劑對被粘物表面的滲透或浸潤，提高粘結(jié)強(qiáng)度。3、固化劑及促進(jìn)劑使基料的分子鏈交聯(lián)成體型結(jié)構(gòu)，以增加膠粘劑分子間的作用力和內(nèi)聚強(qiáng)度，以及膠粘劑與被粘物間的粘結(jié)力，促進(jìn)劑可以促進(jìn)固化反應(yīng)或降低固化反應(yīng)溫度。4、增塑劑與增韌劑提高固化后膠粘劑層的柔韌性。5、填料活性或惰性礦物粉末降低收縮性，增加稠度和增大粘度，提高強(qiáng)度和耐熱性。

二、膠粘劑的分類

（1）無機(jī)膠粘劑基料是無機(jī)鹽，如硅酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽和硼酸鹽等，膠粘劑品種有水玻璃、硅酸鹽水泥、磷酸－氧化銅、石膏等。（2）天然有機(jī)膠粘劑基料是天然化合物有淀粉、蛋白、天然樹酯、天然橡膠、瀝青等，膠粘劑品種有淀粉、骨膠、魚膠、松香、生漆、天然橡膠溶液和瀝青酯等。（3）合成有機(jī)膠粘劑基料是合成樹脂、合成橡膠等，膠粘劑品種有聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、氯丁橡膠、丁腈橡膠、有機(jī)硅橡膠等等。三、膠粘劑的粘結(jié)理論

機(jī)械咬合理論膠粘劑滲入被粘物表面空隙中形成許多微小的咬合點(diǎn)，使膠粘劑層與被粘物牢固地咬合在一起。物理吸附理論膠粘劑分子與被粘物表面分子相互吸附，產(chǎn)生分子間次價(jià)鍵力（即范德華力）?；瘜W(xué)鍵理論膠粘劑分子與被粘物表面分子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)鍵合擴(kuò)散理論膠粘劑分子與被粘物表面層分子發(fā)生相互擴(kuò)散，產(chǎn)生相互作用力而膠結(jié)起來四、膠粘劑的基本要求

在土木建筑工程中所用的膠粘劑應(yīng)滿足下列基本要求：1、有足夠的流動(dòng)性和對被粘物表面的浸潤性，保證被粘物表面能被完全浸潤。2、固化速度和粘度容易調(diào)整，且易于控制。3、膠粘劑的膨脹與收縮變形小。4、不易老化，膠粘劑的性能不因溫度及其它環(huán)境條件而變化。5、粘結(jié)強(qiáng)度大。五、影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素

1、膠粘劑所用基料的分子量與組成分子鏈中含有較多極性基