揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)道路建筑材料教案學(xué)習(xí)情境七工程高分子聚合物材料應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解工程高聚物材料的基本概念、特性及其應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：程高聚物材料的基本概念、常用種類、基本特性及其在路橋工工程高聚物材料的基本概念、常用種類、基本特性及其在路橋工程中的應(yīng)用程中的應(yīng)用。重點(diǎn)難點(diǎn)：高聚物的分類與應(yīng)用情境導(dǎo)入：工程聚合物材料是以聚合物為主要原料加工而成的塑料、合成橡膠、合成纖維和膠結(jié)劑等，也被稱為高分子建材。在道路防水工程中應(yīng)用廣泛。教學(xué)單元一：工程高分子聚合物材料應(yīng)用(一）聚合物材料概念1.聚合物定義聚合物是由千萬(wàn)個(gè)低分子化合物通過(guò)聚合反應(yīng)連接而成，因而又稱為高分子化合物或高聚物。雖然聚合物的分子量一般都很大，但其化學(xué)組成并不復(fù)雜，一般是由一種或幾種簡(jiǎn)單的低分子化合物以重復(fù)的方式相連而得。例如，聚乙烯是通過(guò)乙烯分子的重復(fù)連接得到的，其反應(yīng)過(guò)程如式（8-1）所示，等式左端為乙烯分子式，右端為聚乙烯分子式：[CH2—CH[CH2—CH2]nnCH2=CH2聚合物乙烯單體聚乙烯2.聚合物的命名（1）根據(jù)單體名稱命名：（2）習(xí)慣命名和商品命名：（二）高分子聚合物的分子結(jié)構(gòu)聚合物的各種性能由其結(jié)構(gòu)決定，按分子鏈的鏈接方式，聚合物分為線型、支化和交聯(lián)聚合物。（三）高聚物分類聚合物可以從不同的角度來(lái)分類，如從單體來(lái)源、合成方法、最終用途、加熱行為、聚合物結(jié)構(gòu)等。1、按分子主鏈的元素結(jié)構(gòu)，聚合物可分為碳鏈、雜鏈和元素有機(jī)三類。碳鏈聚合物：大分子主鏈完全由碳原子組成。絕大部分烯類和二烯類聚合物屬于這一類，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。雜鏈聚合物：大分子主鏈中除碳原子外，還有氧、氮、硫等雜原子，如聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚硫橡膠等。工程塑料、合成纖維、耐熱聚合物大多是雜鏈聚合物。元素有機(jī)聚合物：大分子主鏈中沒有碳原子，主要由硅、硼、鋁和氧、氮、硫、磷等原子組成，但側(cè)基卻由有機(jī)基團(tuán)組成，如甲基、乙基、乙烯基等。有機(jī)硅橡膠就是典型的例子。元素有機(jī)又稱雜鏈的半有機(jī)高分子，如果主鏈和側(cè)基均無(wú)碳原子，則成為無(wú)機(jī)高分子。2、按材料的性質(zhì)和用途分類，高聚物可分為塑料、橡膠和纖維。二常用的工程聚合物材料（一）塑料塑料是以合成或天然聚合物為主要成分，輔以填充劑、增塑劑和其他助劑，在一定溫度和壓力下加工成型的材料或制品。其中的聚合物常稱作樹脂，可為晶態(tài)和非晶態(tài)。塑料的行為介于纖維和橡膠之間，有很廣的范圍，軟塑料接近橡膠，硬塑料接近纖維。工程聚合物材料是以聚合物為主要原料加工而成的合成橡膠、纖維、塑料及膠結(jié)劑等，也稱為高分子建材。（二）合成橡膠合成橡膠是以石油、天然氣為原料，以二烯烴和烯烴為單體聚合而成的高分子物質(zhì)。合成橡膠的分類方法有很多，如下：①按成品狀態(tài)可分為液體橡膠（如端羥基聚丁二烯）、固體橡膠、乳膠和粉末橡膠等。②按橡膠制品形成過(guò)程可分為熱塑性橡膠（如可反復(fù)加工成型的三嵌段熱塑性丁苯橡膠）、硫化型橡膠（需經(jīng)硫化才能制得成品，大多數(shù)合成橡膠屬此類）。③按生膠充填的其他非橡膠成分可分為充油母膠、充炭黑母膠和充木質(zhì)素母膠。④實(shí)際應(yīng)用中又按使用特性分為通用型橡膠和特種橡膠兩大類。通用型橡膠指可以部分或全部代替天然橡膠使用的橡膠，如丁苯橡膠、異戊橡膠、順丁橡膠等，主要用于制造各種輪胎及一般工業(yè)橡膠制品。通用橡膠的需求量大，是合成橡膠的主要品種。（三）合成纖維合成纖維是以有機(jī)高分子聚合物為原料，經(jīng)熔融或溶解后紡制成的纖維，如聚酰胺、聚酯纖維等。合成纖維的化學(xué)組成和天然纖維完全不同，是從一些本身并不含有纖維素或蛋白質(zhì)的物質(zhì)如石油、煤、天然氣、石灰石或農(nóng)副產(chǎn)品，加工提煉出來(lái)的有機(jī)物質(zhì)，再用化學(xué)合成與機(jī)械加工的方法制成纖維。主要合成纖維的性能見表8-2。三、高聚物在公路工程中的應(yīng)用1、土工合成材料土工織物土工織物是用于巖土工程和土木工程的機(jī)織、針織或非織造的可滲透的聚合物材料，主要分為紡織的和無(wú)紡兩類（如圖8-2）。紡織土工織物通常具有較高的強(qiáng)度和剛度，但過(guò)濾、排水性較差;無(wú)紡?fù)凉た椢镞^(guò)濾、排水性能較好且斷裂延伸率較高，但強(qiáng)度相對(duì)較低。土工膜土工膜是由聚合物或?yàn)r青制成的一種相對(duì)不透水的薄膜，主要由聚氯乙烯（PVC）、氯磺化聚乙烯（CSPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（VLDPE）制成。其滲透性低，常用作流體或蒸汽的阻攔層。土工格柵土工格柵是由有規(guī)則的網(wǎng)狀抗拉條帶形成的用于加筋的土工合成材料，主要有聚酯纖維和玻璃纖維兩類。其質(zhì)量輕且具有一定柔性，常用作加筋材料，對(duì)土起加固作用。特種土工材料5、土工復(fù)合材料土工織物、土工膜、土工格柵和某些特種土工合成材料，將其兩種或兩種以上互相組合起來(lái)就成為土工復(fù)合材料（如圖8-3）。土工復(fù)合材料可將不同材料的性質(zhì)結(jié)合起來(lái)，更好的滿足工程需要。應(yīng)用案例1土工格柵加筋在錦屏電站進(jìn)廠道路工程中的應(yīng)用四川錦屏電站的建設(shè)，首先必須修建條沿著雅礱江、穿越山嶺地區(qū)的一條進(jìn)廠道路。在進(jìn)廠道路局部路段需要填筑高度為52.5m的高填方陡坡路基，由于進(jìn)場(chǎng)道路緊鄰雅礱江，因此，修建傳統(tǒng)的陡坡結(jié)構(gòu)是不現(xiàn)實(shí)的，設(shè)計(jì)人員考慮了漿砌石擋墻、鋼筋混凝土擋墻、土工格柵加筋三種方案，對(duì)其經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性進(jìn)行了綜合比較。通過(guò)比較，土工格柵處理方案無(wú)論從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、施工等方而均比漿砌石擋墻和鋼筋混凝土擋墻處理方案具有優(yōu)勢(shì)，最終選擇了具有包裹式坡面的土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)方案。該工程是中國(guó)國(guó)內(nèi)目前最高的土工合成材料加筋結(jié)構(gòu)。該工程完工至今結(jié)構(gòu)完好、道路路面平整、線形順暢、路基邊坡安全穩(wěn)定。2、聚合物混凝土聚合物混凝土是由有機(jī)、無(wú)機(jī)材料復(fù)合而成的混凝土。按組成材料和制作工藝可分為三種：聚合物浸漬混凝土、聚合物水泥混凝土和聚合物膠結(jié)混凝土。3、纖維加筋混凝土纖維加筋瀝青混合料纖維加筋水泥混凝土纖維加筋水泥穩(wěn)定碎石四、其他應(yīng)用1、膠粘劑2、裂縫修補(bǔ)與嵌縫材料應(yīng)用案例2環(huán)氧樹脂在混凝土路面修補(bǔ)中的應(yīng)用某市某快速環(huán)道竣工后，混凝土路面產(chǎn)生很多縱縫碎邊，影響道路的正常使用，采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行縱縫的修補(bǔ)。主要材料包括：環(huán)氧樹脂、聚酰胺（固化劑）、丙酮（稀釋劑）、填充料。施工方法：1）割槽沿破碎中縫兩側(cè)，寬度視破碎程度而定，一般約為50～60mm寬，用切割機(jī)切割深度約80mm兩道槽，后用人工將槽內(nèi)破碎混凝土鑿除并清理干凈。2）修補(bǔ)材料的拌制①填充材料拌制：將干凈河砂、普通硅酸鹽水泥、白水泥按2：1：1比例混合攪拌均勻，這里要注意河砂材料必須是干燥的。摻和白水泥僅僅是為了調(diào)和顏色，讓修補(bǔ)后的路面與混凝土路面的灰白色近似。②環(huán)氧樹脂拌制：用一個(gè)容器如鐵桶將6101環(huán)氧樹脂與聚酰胺按1：0.5～1.2比例攪拌均勻，同時(shí)為了增加其液態(tài)流動(dòng)性可摻丙酮作為稀釋混和的膠體，最大摻量30%，不影響其使用強(qiáng)度。③環(huán)氧樹脂修補(bǔ)混合物拌制：將拌制均勻的環(huán)氧樹脂膠體倒入拌制好的填充材料中，一起攪拌均勻，即可得到修補(bǔ)中縫所需的材料。3）填補(bǔ)中縫用汽油噴燈將其槽內(nèi)的水份吹干，并用竹掃將粉砂清掃干凈，然后將環(huán)氧樹脂混合料分段、分層放入基槽內(nèi)，第一層厚度約為30～40mm，然后鋪第二層混合料并多次沖壓密實(shí)至與路面平。待環(huán)氧樹脂混合料稍凝結(jié)后（常溫下約60分鐘）在面上均勻薄薄撒些白水泥粉并抹光。按上述為法將所有破損中縫修補(bǔ)完成。路面使用至今，修補(bǔ)之處無(wú)破損現(xiàn)象。3、膨脹支座和彈性支座橋梁支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)部件。橋梁和管線工程中的膨脹支座一般采用聚四氟乙烯（PTFE）樹脂，可以保證梁的水平移動(dòng)的要求。彈性支座可采用氯丁橡膠（CR）和聚異戊二烯橡膠（IR）等制作，以減少噪聲和振動(dòng)。小結(jié)以工程聚合物（如塑料、合成橡膠等）為原料制成的，置于土體內(nèi)部、表面及土體之間，發(fā)揮加強(qiáng)或保護(hù)土體的作用的土木工程材料即為土工合成材料，包括土工織物、土工膜、土工格柵、土工復(fù)合材料等，可用于護(hù)坡、地基處理、道路加固、反濾排水等工程。將工程聚合物與混凝土或混凝土中的骨料復(fù)合而成的新型混凝土即為聚合物混凝土。按組成材料和制作工藝可分為三種：聚合物浸漬混凝土、