黎明職業(yè)大學(xué)土木建筑工程系第10章

合成高分子材料的檢測與應(yīng)用§10－1概述一、合成高分子材料概念合成高分子是由高分子組成的材料。在土木工程中所涉及的主要有塑料、橡膠、化學(xué)纖維、建筑膠和涂料。這些高分子材料的基本成分是人工合成的，簡稱高聚物。由高聚物加工或用高聚物對傳統(tǒng)材料進(jìn)行改性所制得的土木工程材料，習(xí)慣上稱為化學(xué)建材?；瘜W(xué)建材在土木工程中的應(yīng)用日益廣泛，在裝飾、防水、膠黏、防腐等各個(gè)方面所起的重要作用。二、高分子材料的分類按分子鏈的形狀分類（三種）1）線型高分子材料—主鏈原子排列成長鏈狀；

2）支鏈型高分子材料—主鏈也是長鏈狀，但帶有大量的支鏈；

3）體型高分子材料—長鏈被許多橫跨鏈交聯(lián)成網(wǎng)狀，或者在單體聚合過程中在二維空間或三維空間交聯(lián)形成空間網(wǎng)絡(luò)。二、高分子材料的分類按對熱約性質(zhì)分類（兩類）1）熱塑性樹脂——受熱時(shí)呈現(xiàn)出可塑性，甚至熔化，冷卻后又凝固硬化。這種變化是可逆的，可以重復(fù)多次。其分子間的作用力較弱，為線型及帶支鏈的樹脂。2）熱固性樹脂——是一些支鏈型高分子材料，加熱時(shí)轉(zhuǎn)變成黏稠狀態(tài)，發(fā)生化學(xué)變化，相鄰的分子相互連接，轉(zhuǎn)變成體型結(jié)構(gòu)而逐漸固化，最終成為不能熔化、不能溶解的物質(zhì)。這種變化是不可逆的，大部分縮合樹脂屬于此類。二、高分子材料的分類按高分子材料的結(jié)晶分（兩種）1）高分子材料按它們的結(jié)晶性能，分為晶態(tài)高分子材料和非晶態(tài)高分子材料。結(jié)晶所占的百分比稱為結(jié)晶度。一般來說，結(jié)晶度越高，高分子材料的密度、彈性模量、強(qiáng)度、硬度、耐熱性、折光系數(shù)等越大，而沖擊韌性、黏附力、斷裂伸長率、溶解度等越小。2）晶態(tài)高分子材料—不透明或半透明的。3）非晶態(tài)高分子材料—為透明的；體型高分子材料只有非晶態(tài)一種。二、高分子材料的分類按高分子材料的變形與溫度分類非晶態(tài)高分子材料的變形與溫度的關(guān)系見右圖

玻璃化溫度TR低于室溫的稱為橡膠，高于室溫的稱為塑料。玻璃化溫度是塑料的最高使用溫度，但卻是橡膠的最低使用溫度。三、高分子材料的基本性質(zhì)物理力學(xué)性質(zhì)質(zhì)輕，密度小（在0.90~2.20kg/cm3之間）

比強(qiáng)度高（輕質(zhì)高分子材料）彈性好絕緣性好（具有良好的隔絕性能）耐磨性好彈性模量低耐水性、耐濕性好物理、化學(xué)性能易老化耐腐蝕性優(yōu)良耐熱性與抗火性差四、高分子材料的合成方法及命名

合成方法加成聚合又叫加聚反應(yīng)，一般為線型分子，其組成與單體的組成基本相同，反應(yīng)過程中不產(chǎn)生副產(chǎn)物。縮合聚合又叫縮聚反應(yīng)可以是線型的或體型的反應(yīng)過程生成的產(chǎn)物。四、高分子材料的合成方法及命名

命名由加聚反應(yīng)生成的樹脂稱為聚合樹脂，其命名一般是在其原料名稱前面冠以“聚”字，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。由縮聚反應(yīng)生成的樹脂稱為縮合樹脂。其命名一般是在原料名稱后加上“樹脂”兩字，如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂等?！?－2常用建筑高分子材料一、樹脂和塑料樹脂和塑料的概念和分類樹脂是指在受熱時(shí)通常有軟化或熔融范圍。作為塑料基材的任何高分子材料都可稱為樹脂。塑料是指以樹脂為主要成分，含有各種添加劑（如增塑劑、填充劑、潤滑劑、顏料等），而且在加工過程中能流動(dòng)成型的高分子材料。塑料按其用途可分為通用塑料和工程塑料兩種。作為水泥混凝土或?yàn)r青混合料改性的塑料屬于通用塑料，直接作為橋梁或道路結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑料屬于工程塑料。一、樹脂和塑料塑料的特點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn):輕質(zhì)高強(qiáng)加工性能好導(dǎo)熱系數(shù)小，絕熱性好裝飾性優(yōu)異多功能經(jīng)濟(jì)2.缺點(diǎn):耐熱性差、易燃易老化熱膨脹性大剛度小一、樹脂和塑料—名稱代號主要特性主要用途聚乙烯PE若軟性好，耐低溫性能好，加工性能好；剛度差，耐熱性能差，耐老化性能差。防水材料、給排水管、絕緣材料聚氯乙稀PVC耐化學(xué)腐蝕和電絕緣性能優(yōu)良，難燃；但耐熱性能較差，高溫時(shí)易降解是建筑中應(yīng)用最多的塑料聚苯乙烯PS電絕緣性能好，耐輻射，加工性好；但脆性大，耐沖擊和耐熱性能差。主要以泡沫塑料的形式作為隔熱材料聚丙烯PP管材、衛(wèi)生潔具、模板等ABS塑料建筑五金、各種管材、模板、異型管酚醛樹脂PF電絕緣性能和力學(xué)性能良好。堅(jiān)固耐用、尺寸穩(wěn)定、不易變形生產(chǎn)各種層壓板、玻璃鋼制品、涂料常用建筑塑料一、樹脂和塑料常用建筑塑料制品玻璃鋼（GRP）：以玻璃纖維為增強(qiáng)材料，以合成樹脂為基體，經(jīng)成型、固化而成的固體材料。玻璃鋼制品具有良好透光性和裝飾性，且強(qiáng)度高，重量輕，具有良好耐化學(xué)腐蝕性能和電絕緣性能，加之成型工藝簡單靈活，在建筑衛(wèi)生潔具上被廣泛使用。水暖工程材料給排水管、各種管件；衛(wèi)生潔具防水工程材料防水卷材、防水涂料、密封材料、止水帶隔熱材料泡沫塑料、現(xiàn)場發(fā)泡的泡沫塑料裝飾材料塑料地板、地毯、壁紙、建筑涂料、塑料門窗、塑料吊頂、塑料隔斷等一、樹脂和塑料建筑塑料制品實(shí)例一、樹脂和塑料樹脂橡膠的硫化橡膠是在外力作用下可發(fā)生較大形變，外力撤銷后又迅速復(fù)原，在使用條件下具有高彈性的高分子材料。橡膠的硫化又稱交聯(lián)。橡膠硫化的目的是為了提高其強(qiáng)度、變形性、耐久性、抗剪切能力，減少其塑性。硫化的實(shí)質(zhì)是利用硫化劑（又稱交聯(lián)劑）使橡膠由線型分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)成為網(wǎng)型分子結(jié)構(gòu)彈性體的過程。常用的橡膠制品均為硫化橡膠。一、樹脂和塑料樹脂橡膠的再生處理橡膠的再生處理主要是脫硫。脫硫是指將廢舊橡膠經(jīng)機(jī)械粉碎和加熱處理等，使橡膠氧化解聚，即由大網(wǎng)型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樾【W(wǎng)型結(jié)構(gòu)和少量的線型結(jié)構(gòu)的過程。脫硫后的橡膠除具有一定的彈性外，還具有一定的塑性和黏性。

經(jīng)再生處理的橡膠稱為再生橡膠或再生膠。再生橡膠主要用于瀝青的改性。二、橡膠——常用橡膠

名稱代號主要特性主要內(nèi)容丁苯橡膠SBR綜合性能較好，強(qiáng)度較高，延伸率大，抗磨性和耐寒性也較好。拌制聚合物水泥混凝土；也可與乳化瀝青共混制成改性瀝青乳液丁基橡膠IIR具有較好的抗拉強(qiáng)度和大的延伸率，耐老化性能好，玻璃化溫度低且耐熱性好。作為瀝青改性劑摻量為2.00%左右氯丁橡膠CR具有較高的抗拉強(qiáng)度和相對伸長率，耐磨性好，且耐熱、耐寒，硫化后不易老化是一種常用膠種。可用于制備路面用瀝青混合料。也可作為橋面或高架路面防水層涂料。聚丁二烯橡膠BR具有高彈性外，耐磨性也較好，特別是具有優(yōu)良的耐寒性。但抗拉強(qiáng)度較低，相對伸長率稍低?？捎糜跒r青改性，特別是對改善瀝青的低溫性能有明顯的效果。乙丙橡膠EPM由于它具有較好的綜合力學(xué)性能、耐熱性能和耐老化性能普遍用乙丙橡膠改性瀝青。三、高聚物合金

是指多組分和多相同時(shí)并存于某一共混體系中的高分子材料。名稱代號主要特性主要用途丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS具有優(yōu)良的抗沖擊性，特別是在低溫下仍然較優(yōu)；優(yōu)良的抗蠕變性能，良好的抗拉強(qiáng)度、但耐熱性較差用于改性瀝青可得綜合性能優(yōu)良的瀝青。高沖擊聚苯乙烯HIPS具有高的韌性和抗沖擊強(qiáng)度可用于橋梁結(jié)構(gòu)中替代鋼材、木材等結(jié)構(gòu)材料苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS它的性能兼有橡膠和塑料的特性。具有彈性好、抗拉強(qiáng)度高、低溫變性性能好廣泛應(yīng)用于高級路面和屋面防水材料§10－3高分子材料在土木工程中的應(yīng)用一、高分子防水材料三元乙丙-丁基橡膠卷材概念：以三元乙丙橡膠為主，摻入適量的丁基橡膠、硫化劑、促硬劑、軟化劑和補(bǔ)強(qiáng)劑等，經(jīng)過密煉、拉片、過濾、擠出（或壓延）成型、硫化、檢驗(yàn)和分卷等工序加工制成的產(chǎn)品。性能：耐老化性能最佳，化學(xué)穩(wěn)定性也好。質(zhì)輕、拉強(qiáng)度高、延伸率大、使用溫度范圍寬、使用壽命長、耐酸、耐堿、耐腐蝕等用途：是屋面、地下室和水池防水工程的主體材料，主要用于各種建筑防水工程的修繕，外露層面的防水工程，各種地下工程的防水，廚房、衛(wèi)生間及浴室內(nèi)防水，橋梁、隧道的防水以及其他防水工程。一、高分子防水材料改性瀝青柔性油氈概念：以聚酯纖維無紡布為胎體，以SBS橡膠-瀝青為面層，以塑料薄膜為隔離層，油氈表面帶有砂粒的防水卷材稱為改性瀝青柔性卷材。性能：耐高、低溫性能、彈性和耐疲勞性高，熱施工方法改為冷黏結(jié)施工方法用途：廣泛用作屋面及地下室的防水工程它是冬季施工的較好材料。一、高分子防水材料密封材料概念：就是用于建筑防水、防塵和隔氣。建筑密封技術(shù)包括三個(gè)方面:合理的密封設(shè)計(jì)、優(yōu)質(zhì)的密封材料和正確的密封施工方法。主要發(fā)展方向：我國較好的密封材料產(chǎn)品有馬牌油膏、上海油膏以及聚氯乙烯膠泥和塑料油膏。今后展的主要方向是：逐步用人工合成高分子材料代替瀝青類材料；以中、高檔次密封材料作為開發(fā)對象；同時(shí)組織有關(guān)部門制定并完善各類密封材料的標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法。一、高分子防水材料常用密封材料名稱主要特性主要用途聚氯乙烯嵌縫接縫膏和塑料油膏良好的黏結(jié)性、防水性、彈塑性，耐熱耐寒和抗老化性能也較好也可冷用可熱用適于各種屋面嵌縫或表面涂布的防水層，也可用于水渠、管道等的接頭；用于工業(yè)廠房防水屋面嵌縫和大型墻板嵌縫聚氨酯密封膏其彈性、黏結(jié)性及耐氣候老化性能特別好，與混凝土的黏結(jié)性也很好，同時(shí)不需要打底。作屋面、墻面的水平垂直接縫，尤其適用于游泳池工程。用于公路及機(jī)場跑道的補(bǔ)縫、接縫的好材料，也可用于玻璃、金屬材料的嵌縫。聚氯乙烯膠泥質(zhì)輕、原料易得、防水性能好、施工簡便、成本低?？梢栽冢?5℃~＋80℃條件下適用于各種坡度的工業(yè)廠房與民用建筑屋面工程，也適用于有硫酸、鹽酸、硝酸、氫氧化鈉氣體腐蝕的屋面工程。二、涂料概念：涂料是指涂敷于物體表面，并能形成牢固附著、完整保護(hù)膜的材料?，F(xiàn)在通常將以合成樹脂（包括無機(jī)高分子材料）為主要成膜物質(zhì)的稱為涂料，將以天然油脂、樹脂為主要成膜物質(zhì)或經(jīng)合成樹脂改性的稱為油漆。建筑涂料是指使用于建筑物起裝飾作用、保護(hù)作用及其他特殊功能作用的一類涂料。二、涂料主要成膜物質(zhì)將涂料中的其他組分粘結(jié)成為一體。具有獨(dú)立成膜能力，決定涂料的使用和所形成涂膜的主要技術(shù)性能。分為油基漆和樹脂漆兩類。次要成膜物質(zhì)是涂料中的各種顏料。使得涂膜著色，并賦予涂膜良好的遮蓋力，增加涂膜質(zhì)感，改善涂膜性能，降低涂料成本。分為著色顏料、防繡顏料和體質(zhì)顏料。溶劑（含輔助成膜物質(zhì)）有機(jī)溶劑水溶解成膜物質(zhì)、調(diào)整涂料黏度、控制涂料干燥速度，使各種原材料分散而形成均勻的黏稠液體。改性涂料性能，提高薄膜質(zhì)量的輔助材料分為燃料和輔助材料兩類助劑改善涂料性能，提高涂膜質(zhì)量的輔助材料涂料的組成二、涂料防水涂料防水涂料大多是以液態(tài)高分子材料為主體的防水材料，有溶劑性和水乳性兩種。通常用涂布的方法將防水涂料涂刮在防水基層上，在常溫下固化，形成具有一定彈性的涂膜防水層。形成增強(qiáng)的涂膜防水層特點(diǎn)：安全性好溫度適應(yīng)性強(qiáng)操作簡便，施工速度快防水性能好二、涂料——常用防水涂料名稱主要特性主要用途聚氨酯防水涂料固化收縮很小，防水涂膜具有彈性高、延伸率大、耐高低溫性好、耐油、耐化學(xué)藥品腐蝕等優(yōu)異性能用于一般工業(yè)與民用建筑中的屋面、地下室、浴室、衛(wèi)生間地面等防水工程，也可以用于水池的防水氯丁膠乳瀝青防水涂料它兼有橡膠的高彈性、耐溫性和瀝青的黏結(jié)性、憎水性的雙重優(yōu)點(diǎn)，克服了熱淌冷脆的缺陷；具有防水、抗?jié)B、不延燃、無毒、抗基層變形能力強(qiáng)、耐老化等特點(diǎn)可代替二氈三油的屋面防水、地下室墻面和地面防水，可作廁所、廚房及室內(nèi)地面防水；對于復(fù)雜的屋面、天溝及有振動(dòng)的屋面尤為適宜；還適于對伸縮縫、天溝等處的漏水進(jìn)行修補(bǔ)；此外，還可用作防腐地坪的防水隔離層氯丁橡膠-海帕倫涂料耐候性及抗基層發(fā)絲裂紋的能力較好，且是非常耐久的彈性體材料三、建筑膠（黏結(jié)膠）組成、要求及分類:組成：多組分材料，有合成高分子材料（黏料）外，還有各種助劑基本要求：具有足夠的流動(dòng)性，能充分浸潤被粘物表面，黏結(jié)強(qiáng)度高，脹縮變形小，易于調(diào)節(jié)其黏結(jié)性和硬化速度，不易老化失效。分類：按黏料分為熱固型、熱塑性、橡膠型和混合型四種。黏結(jié)原理理論機(jī)械連接理論：黏結(jié)力來自機(jī)械力。物理吸附理論：黏結(jié)力來自分子間的引力。化學(xué)黏結(jié)理論：黏結(jié)力來自化學(xué)鍵。擴(kuò)散理論：黏結(jié)力來自擴(kuò)散作用。四、高分子改性水泥混凝土

聚合物浸漬混凝土基本工藝浸漬：是使配制好的浸漬液滲入混凝土孔隙中方法分為自然浸漬、真空浸漬和真空加壓浸漬目。前最常采用的是前兩種。干燥：使聚合物能滲入混凝土的孔隙，必須使混凝土充分干燥，通常干燥溫度為100—l50℃。聚合：使浸漬在混凝土孔隙中的單體聚合固化的過程。其方法有熱聚合、輻射聚合和催化聚合，目前采用較多的是摻加引發(fā)劑的熱聚合法。四、高分子改性水泥混凝土

技術(shù)性能：抗壓強(qiáng)度為普通混凝土的3－4倍抗拉強(qiáng)度約提高3倍；抗彎強(qiáng)度提高2－3倍；彈性模量約提高1倍；抗沖擊強(qiáng)度約提高0.7倍；抗凍性、耐硫酸鹽、耐酸和耐堿等性能也都有很大改善；耐熱性較差，高溫時(shí)聚合物易分解。四、高分子改性水泥混凝土聚合物水泥混凝土材料組成（常用的聚合物有三類）：橡膠乳液類，如天然膠乳（NR）、丁苯膠乳（SBR）和氯丁膠乳（CR）熱塑性樹脂類，如聚丙烯酸酯（PAE）、聚乙酸乙烯酯（PVAC）熱固性樹脂類，如環(huán)氧樹脂（EP）基本要求：具有足夠的流動(dòng)性，能充分浸潤被粘物表面，黏結(jié)強(qiáng)度高，脹縮變形小，易于調(diào)節(jié)其黏結(jié)性和硬化速度，不易老化失效。四、高分子改性水泥混凝土技術(shù)性能：抗彎、抗拉強(qiáng)度高；耐久性好；耐磨性好；抗沖擊性好。四、高分子改性水泥混凝土聚