建筑材料课件章10

黎明职业大学土木建筑工程系第10章合成高分子材料的检测与应用 §10－1概述 一、合成高分子材料概念合成高分子是由高分子组成的材料。在土木工程中所涉及的主要有塑料、橡胶、化学纤维、建筑胶和涂料。这些高分子材料的基本成分是人工合成的，简称高聚物。由高聚物加工或用高聚物对传统材料进行改性所制得的土木工程材料，习惯上称为化学建材。化学建材在土木工程中的应用日益广泛，在装饰、防水、胶黏、防腐等各个方面所起的重要作用。 二、高分子材料的分类按分子链的形状分类（三种）1）线型高分子材料—主链原子排列成长链状；2）支链型高分子材料—主链也是长链状，但带有大量的支链；3）体型高分子材料—长链被许多横跨链交联成网状，或者在单体聚合过程中在二维空间或三维空间交联形成空间网络。 二、高分子材料的分类按对热约性质分类（两类）1）热塑性树脂——受热时呈现出可塑性，甚至熔化，冷却后又凝固硬化。这种变化是可逆的，可以重复多次。其分子间的作用力较弱，为线型及带支链的树脂。2）热固性树脂——是一些支链型高分子材料，加热时转变成黏稠状态，发生化学变化，相邻的分子相互连接，转变成体型结构而逐渐固化，最终成为不能熔化、不能溶解的物质。这种变化是不可逆的，大部分缩合树脂属于此类。 二、高分子材料的分类按高分子材料的结晶分（两种）1）高分子材料按它们的结晶性能，分为晶态高分子材料和非晶态高分子材料。结晶所占的百分比称为结晶度。一般来说，结晶度越高，高分子材料的密度、弹性模量、强度、硬度、耐热性、折光系数等越大，而冲击韧性、黏附力、断裂伸长率、溶解度等越小。2）晶态高分子材料—不透明或半透明的。3）非晶态高分子材料—为透明的；体型高分子材料只有非晶态一种。 二、高分子材料的分类按高分子材料的变形与温度分类非晶态高分子材料的变形与温度的关系见右图玻璃化温度TR低于室温的称为橡胶，高于室温的称为塑料。玻璃化温度是塑料的最高使用温度，但却是橡胶的最低使用温度。 三、高分子材料的基本性质物理力学性质质轻，密度小（在0.90~2.20kg/cm3之间）比强度高（轻质高分子材料）弹性好绝缘性好（具有良好的隔绝性能）耐磨性好弹性模量低耐水性、耐湿性好物理、化学性能易老化耐腐蚀性优良耐热性与抗火性差 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应，一般为线型分子，其组成与单体的组成基本相同，反应过程中不产生副产物。缩合聚合又叫缩聚反应可以是线型的或体型的反应过程生成的产物。 四、高分子材料的合成方法及命名命名由加聚反应生成的树脂称为聚合树脂，其命名一般是在其原料名称前面冠以“聚”字，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。由缩聚反应生成的树脂称为缩合树脂。其命名一般是在原料名称后加上“树脂”两字，如酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂等。 §9－2常用建筑高分子材料 一、树脂和塑料树脂和塑料的概念和分类树脂是指在受热时通常有软化或熔融范围。作为塑料基材的任何高分子材料都可称为树脂。塑料是指以树脂为主要成分，含有各种添加剂（如增塑剂、填充剂、润滑剂、颜料等），而且在加工过程中能流动成型的高分子材料。塑料按其用途可分为通用塑料和工程塑料两种。作为水泥混凝土或沥青混合料改性的塑料属于通用塑料，直接作为桥梁或道路结构构件的塑料属于工程塑料。 一、树脂和塑料塑料的特点1.优点:轻质高强加工性能好导热系数小，绝热性好装饰性优异多功能经济2.缺点:耐热性差、易燃易老化热膨胀性大刚度小 一、树脂和塑料—名称代号主要特性主要用途聚乙烯PE若软性好，耐低温性能好，加工性能好；刚度差，耐热性能差，耐老化性能差。防水材料、给排水管、绝缘材料聚氯乙稀PVC耐化学腐蚀和电绝缘性能优良，难燃；但耐热性能较差，高温时易降解是建筑中应用最多的塑料聚苯乙烯PS电绝缘性能好，耐辐射，加工性好；但脆性大，耐冲击和耐热性能差。主要以泡沫塑料的形式作为隔热材料聚丙烯PP管材、卫生洁具、模板等ABS塑料建筑五金、各种管材、模板、异型管酚醛树脂PF电绝缘性能和力学性能良好。坚固耐用、尺寸稳定、不易变形生产各种层压板、玻璃钢制品、涂料常用建筑塑料 一、树脂和塑料常用建筑塑料制品玻璃钢（GRP）：以玻璃纤维为增强材料，以合成树脂为基体，经成型、固化而成的固体材料。玻璃钢制品具有良好透光性和装饰性，且强度高，重量轻，具有良好耐化学腐蚀性能和电绝缘性能，加之成型工艺简单灵活，在建筑卫生洁具上被广泛使用。水暖工程材料给排水管、各种管件；卫生洁具防水工程材料防水卷材、防水涂料、密封材料、止水带隔热材料泡沫塑料、现场发泡的泡沫塑料装饰材料塑料地板、地毯、壁纸、建筑涂料、塑料门窗、塑料吊顶、塑料隔断等 一、树脂和塑料建筑塑料制品实例 一、树脂和塑料树脂橡胶的硫化橡胶是在外力作用下可发生较大形变，外力撤销后又迅速复原，在使用条件下具有高弹性的高分子材料。橡胶的硫化又称交联。橡胶硫化的目的是为了提高其强度、变形性、耐久性、抗剪切能力，减少其塑性。硫化的实质是利用硫化剂（又称交联剂）使橡胶由线型分子结构交联成为网型分子结构弹性体的过程。常用的橡胶制品均为硫化橡胶。 一、树脂和塑料树脂橡胶的再生处理橡胶的再生处理主要是脱硫。脱硫是指将废旧橡胶经机械粉碎和加热处理等，使橡胶氧化解聚，即由大网型结构转变为小网型结构和少量的线型结构的过程。脱硫后的橡胶除具有一定的弹性外，还具有一定的塑性和黏性。经再生处理的橡胶称为再生橡胶或再生胶。再生橡胶主要用于沥青的改性。 二、橡胶——常用橡胶名称代号主要特性主要内容丁苯橡胶SBR综合性能较好，强度较高，延伸率大，抗磨性和耐寒性也较好。拌制聚合物水泥混凝土；也可与乳化沥青共混制成改性沥青乳液丁基橡胶IIR具有较好的抗拉强度和大的延伸率，耐老化性能好，玻璃化温度低且耐热性好。作为沥青改性剂掺量为2.00%左右氯丁橡胶CR具有较高的抗拉强度和相对伸长率，耐磨性好，且耐热、耐寒，硫化后不易老化是一种常用胶种。可用于制备路面用沥青混合料。也可作为桥面或高架路面防水层涂料。聚丁二烯橡胶BR具有高弹性外，耐磨性也较好，特别是具有优良的耐寒性。但抗拉强度较低，相对伸长率稍低。可用于沥青改性，特别是对改善沥青的低温性能有明显的效果。乙丙橡胶EPM由于它具有较好的综合力学性能、耐热性能和耐老化性能普遍用乙丙橡胶改性沥青。 三、高聚物合金是指多组分和多相同时并存于某一共混体系中的高分子材料。名称代号主要特性主要用途丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS具有优良的抗冲击性，特别是在低温下仍然较优；优良的抗蠕变性能，良好的抗拉强度、但耐热性较差用于改性沥青可得综合性能优良的沥青。高冲击聚苯乙烯HIPS具有高的韧性和抗冲击强度可用于桥梁结构中替代钢材、木材等结构材料苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS它的性能兼有橡胶和塑料的特性。具有弹性好、抗拉强度高、低温变性性能好广泛应用于高级路面和屋面防水材料 §10－3高分子材料在土木工程中的应用 一、高分子防水材料三元乙丙-丁基橡胶卷材概念：以三元乙丙橡胶为主，掺入适量的丁基橡胶、硫化剂、促硬剂、软化剂和补强剂等，经过密炼、拉片、过滤、挤出（或压延）成型、硫化、检验和分卷等工序加工制成的产品。性能：耐老化性能最佳，化学稳定性也好。质轻、拉强度高、延伸率大、使用温度范围宽、使用寿命长、耐酸、耐碱、耐腐蚀等用途：是屋面、地下室和水池防水工程的主体材料，主要用于各种建筑防水工程的修缮，外露层面的防水工程，各种地下工程的防水，厨房、卫生间及浴室内防水，桥梁、隧道的防水以及其他防水工程。 一、高分子防水材料改性沥青柔性油毡概念：以聚酯纤维无纺布为胎体，以SBS橡胶-沥青为面层，以塑料薄膜为隔离层，油毡表面带有砂粒的防水卷材称为改性沥青柔性卷材。性能：耐高、低温性能、弹性和耐疲劳性高，热施工方法改为冷黏结施工方法用途：广泛用作屋面及地下室的防水工程它是冬季施工的较好材料。 一、高分子防水材料密封材料概念：就是用于建筑防水、防尘和隔气。建筑密封技术包括三个方面:合理的密封设计、优质的密封材料和正确的密封施工方法。主要发展方向：我国较好的密封材料产品有马牌油膏、上海油膏以及聚氯乙烯胶泥和塑料油膏。今后展的主要方向是：逐步用人工合成高分子材料代替沥青类材料；以中、高档次密封材料作为开发对象；同时组织有关部门制定并完善各类密封材料的标准及试验方法。 一、高分子防水材料常用密封材料名称主要特性主要用途聚氯乙烯嵌缝接缝膏和塑料油膏良好的黏结性、防水性、弹塑性，耐热耐寒和抗老化性能也较好也可冷用可热用适于各种屋面嵌缝或表面涂布的防水层，也可用于水渠、管道等的接头；用于工业厂房防水屋面嵌缝和大型墙板嵌缝聚氨酯密封膏其弹性、黏结性及耐气候老化性能特别好，与混凝土的黏结性也很好，同时不需要打底。作屋面、墙面的水平垂直接缝，尤其适用于游泳池工程。用于公路及机场跑道的补缝、接缝的好材料，也可用于玻璃、金属材料的嵌缝。聚氯乙烯胶泥质轻、原料易得、防水性能好、施工简便、成本低。可以在－25℃~＋80℃条件下适用于各种坡度的工业厂房与民用建筑屋面工程，也适用于有硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠气体腐蚀的屋面工程。 二、涂料概念：涂料是指涂敷于物体表面，并能形成牢固附着、完整保护膜的材料。现在通常将以合成树脂（包括无机高分子材料）为主要成膜物质的称为涂料，将以天然油脂、树脂为主要成膜物质或经合成树脂改性的称为油漆。建筑涂料是指使用于建筑物起装饰作用、保护作用及其他特殊功能作用的一类涂料。 二、涂料主要成膜物质将涂料中的其他组分粘结成为一体。具有独立成膜能力，决定涂料的使用和所形成涂膜的主要技术性能。分为油基漆和树脂漆两类。次要成膜物质是涂料中的各种颜料。使得涂膜着色，并赋予涂膜良好的遮盖力，增加涂膜质感，改善涂膜性能，降低涂料成本。分为着色颜料、防绣颜料和体质颜料。溶剂（含辅助成膜物质）有机溶剂水溶解成膜物质、调整涂料黏度、控制涂料干燥速度，使各种原材料分散而形成均匀的黏稠液体。改性涂料性能，提高薄膜质量的辅助材料分为燃料和辅助材料两类助剂改善涂料性能，提高涂膜质量的辅助材料涂料的组成 二、涂料防水涂料防水涂料大多是以液态高分子材料为主体的防水材料，有溶剂性和水乳性两种。通常用涂布的方法将防水涂料涂刮在防水基层上，在常温下固化，形成具有一定弹性的涂膜防水层。形成增强的涂膜防水层特点：安全性好温度适应性强操作简便，施工速度快防水性能好 二、涂料——常用防水涂料名称主要特性主要用途聚氨酯防水涂料固化收缩很小，防水涂膜具有弹性高、延伸率大、耐高低温性好、耐油、耐化学药品腐蚀等优异性能用于一般工业与民用建筑中的屋面、地下室、浴室、卫生间地面等防水工程，也可以用于水池的防水氯丁胶乳沥青防水涂料它兼有橡胶的高弹性、耐温性和沥青的黏结性、憎水性的双重优点，克服了热淌冷脆的缺陷；具有防水、抗渗、不延燃、无毒、抗基层变形能力强、耐老化等特点可代替二毡三油的屋面防水、地下室墙面和地面防水，可作厕所、厨房及室内地面防水；对于复杂的屋面、天沟及有振动的屋面尤为适宜；还适于对伸缩缝、天沟等处的漏水进行修补；此外，还可用作防腐地坪的防水隔离层氯丁橡胶-海帕伦涂料耐候性及抗基层发丝裂纹的能力较好，且是非常耐久的弹性体材料 三、建筑胶（黏结胶）组成、要求及分类:组成：多组分材料，有合成高分子材料（黏料）外，还有各种助剂基本要求：具有足够的流动性，能充分浸润被粘物表面，黏结强度高，胀缩变形小，易于调节其黏结性和硬化速度，不易老化失效。分类：按黏料分为热固型、热塑性、橡胶型和混合型四种。黏结原理理论机械连接理论：黏结力来自机械力。物理吸附理论：黏结力来自分子间的引力。化学黏结理论：黏结力来自化学键。扩散理论：黏结力来自扩散作用。 四、高分子改性水泥混凝土聚合物浸渍混凝土基本工艺浸渍：是使配制好的浸渍液渗入混凝土孔隙中方法分为自然浸渍、真空浸渍和真空加压浸渍目。前最常采用的是前两种。干燥：使聚合物能渗入混凝土的孔隙，必须使混凝土充分干燥，通常干燥温度为100—l50℃。聚合：使浸渍在混凝土孔隙中的单体聚合固化的过程。其方法有热聚合、辐射聚合和催化聚合，目前采用较多的是掺加引发剂的热聚合法。 四、高分子改性水泥混凝土技术性能：抗压强度为普通混凝土的3－4倍抗拉强度约提高3倍；抗弯强度提高2－3倍；弹性模量约提高1倍；抗冲击强度约提高0.7倍；抗冻性、耐硫酸盐、耐酸和耐碱等性能也都有很大改善；耐热性较差，高温时聚合物易分解。 四、高分子改性水泥混凝土聚合物水泥混凝土材料组成（常用的聚合物有三类）：橡胶乳液类，如天然胶乳（NR）、丁苯胶乳（SBR）和氯丁胶乳（CR）热塑性树脂类，如聚丙烯酸酯（PAE）、聚乙酸乙烯酯（PVAC）热固性树脂类，如环氧树脂（EP）基本要求：具有足够的流动性，能充分浸润被粘物表面，黏结强度高，胀缩变形小，易于调节其黏结性和硬化速度，不易老化失效。 四、高分子改性水泥混凝土技术性能：抗弯、抗拉强度高；耐久性好；耐磨性好；抗冲击性好。 四、高分子改性水泥混凝土聚合物胶结混凝土组成材料：胶结材料：用于拌制聚合物混凝土的树脂或单体。常用的聚合物有环氧树脂（PE）、呋喃树脂（ER）、酚醛树脂（PF）、不饱和聚酯树脂（UP）等；单体有甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（S）骨料：选择高强度和耐磨的岩石，同时要考虑岩石的矿物成分与聚合物的黏附性。其最大粒径通常不大于20mm，级配良好。 四、高分子改性水泥混凝土填料：碱性的碳酸钙系和酸性的氧化硅系，常用的填料有碱性的碳酸钙粒径在1～30μm。技术性能：表观密度小；强度高；与骨料的黏附性强；结构密实。 五、高分子改性沥青热塑性树脂类改性沥青主要是热塑性树脂，最常用的是聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。它提高了沥青的黏度、改善了高温稳定性，同时可以增大沥青的韧性，但是低温性能的改善有时并不明显。最新研究表明：单价低廉和耐寒性好的低密度聚乙烯与其他高分子材料组成合金，可以得到优良的改性沥青。 五、高分子改性沥青合成橡胶类改性沥青丁苯橡胶（SBR）改性沥青的性能：在常规指标中，针入度值减小，软化点升高，常温（25℃）延度稍有增加，特别是低温（5℃）延度有较明显的增加；不同温度下的黏度均有增加，随着温度降低，黏度逐渐增大；热流动性降低，热稳定性明显提高；韧性明显提高；黏附性也有所提高； 五、高分子改性沥青热塑性弹性体改性沥青提高耐久性提高高温使用的黏度提高温度敏感性提高低温变形能力