建筑材料第9章合成高分子材料

第九章合成高分子材料11/1/20221---合成高分子材料2022/11/12張拉膜結(jié)構(gòu)充氣膜結(jié)構(gòu)2022/11/13箱形拱橋——紅旗橋鋼結(jié)構(gòu)+膜結(jié)構(gòu)水立方2022/11/14高分子化合物的定義高分子化合物是由千萬個原子彼此以共價鍵連接的大分子化合物，其相對分子量一般在104以上，通常指高聚物或聚合物。雖然它的分子量很大，但其化學(xué)組成卻比較簡單，一個大分子往往是由許多相同的、簡單的結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵重復(fù)連接而成的。2022/11/15第9章合成高分子材料9.1合成高分子材料的分子特征及性能特點

9.2高分子材料在土木工程中的應(yīng)用

2022/11/169.1合成高分子材料的分子特征和性能特點9.1.1合成高分子材料的分子特征9.1.2合成高分子材料的性能特點2022/11/179.1.1合成高分子材料的分子特征高分子化合物線型聚合物體型聚合物按其鏈節(jié)在空間排列的幾何形狀線型支鏈型2022/11/189.1.1合成高分子材料的分子特征線型聚合物體型聚合物特點：可以溶解在一定溶劑中，可以軟化，甚至熔化。應(yīng)用：線型無支鏈結(jié)構(gòu)的聚合物：聚苯乙烯、用低壓法制造的高密度聚乙烯和聚酯纖維素分子。線型帶支鏈結(jié)構(gòu)的聚合物：低密度聚乙烯、聚醋酸乙烯等。特點：制備成型后再加熱時不軟化，也不能流動。應(yīng)用：酚醛樹脂、不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、尿酸樹脂等。2022/11/19

9.1.2合成高分子材料的性能特點一般合成高分子材料有七方面的性能優(yōu)點：優(yōu)良的加工性能；質(zhì)輕；導(dǎo)熱系數(shù)??；化學(xué)穩(wěn)定性較好；電絕緣性好；功能的可設(shè)計性強；出色的裝飾性能。高分子板整體櫥柜2022/11/110

9.1.2合成高分子材料的性能特點合成高分子材料有三方面的性能缺點：易老化；可燃性及毒性；耐熱性較差。使用溫度偏高會促進其老化，甚至分解；有的塑料受熱會發(fā)生變形，在使用中要注意其使用溫度的限制。老化：高分子化合物在陽光、空氣、熱以及環(huán)境介質(zhì)中的酸、堿、鹽等作用下，分子組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使其性質(zhì)變化，如失去彈性、出現(xiàn)裂紋、變硬、變軟或變脆、發(fā)粘失去原有使用功能的現(xiàn)象。實例：塑料、有機涂料、有機膠黏劑都會出現(xiàn)老化。防老化措施：①加防老化劑；②涂防護層。高分子材料一般屬于可燃的材料，部分高分子材料燃燒時發(fā)煙，產(chǎn)生有毒氣體。一般可通過改進配方制成自熄和難燃甚至不燃的產(chǎn)品，但其防火性仍比無機材料差。2022/11/1112022/11/112工程實例分析PVC下水管破裂原因分析

現(xiàn)象廣東某企業(yè)生產(chǎn)硬聚氯乙烯下水管，在廣東省許多建筑工程中被使用，由于其質(zhì)量優(yōu)良而受到廣泛的好評，當(dāng)該產(chǎn)品外銷到北方時，施工隊反應(yīng)在冬季進行下水管安裝時，經(jīng)常發(fā)生水管破裂的現(xiàn)象。2022/11/113

經(jīng)技術(shù)專家現(xiàn)場分析，認為主要是由于水管的配方所致，因為該水管主要是在南方建筑工程上使用，由于南方常年的溫度都比較高，該PVC的抗沖擊強度可以滿足實際使用要求，但北方的冬天，溫度會下降到零下幾十度，這時PVC材料變硬、變脆，抗沖擊強度已達不到要求。北方市場的PVC下水管需要重新進行配方，生產(chǎn)廠家經(jīng)改進配方，在PVC配方中多加抗沖擊改性劑，解決了水管易破裂的問題。原因分析PVC下水管破裂原因分析

2022/11/1149.2土木工程常用的合成高分子材料9.2.2膠粘劑9.2.1建筑塑料2022/11/1159.2.1建筑塑料1.

建筑塑料的基本組成2.

建筑塑料的分類及主要性能3.

塑料型材及管材2022/11/116

1.

建筑塑料的基本組成

建筑上常用的塑料制品絕大多數(shù)都是以合成樹脂（即合成高分子化合物）和添加劑組成的多組分材料。“有機玻璃”是由聚甲基丙烯酸甲酯合成的樹脂，在聚合反應(yīng)中不加入其他組分，制成的具有較高機械強度和良好抗沖擊性能且有高透明度的有機高分子材料。如標(biāo)牌、廣告牌，燈箱的面板。（1）合成樹脂合成樹脂在塑料中起膠結(jié)作用，通過膠結(jié)作用把填充料等膠結(jié)成堅實整體。因此，塑料的性質(zhì)主要取決于樹脂的性質(zhì)。在一般樹脂中，合成樹脂約占30%~60%。2022/11/117（2）添加劑為了改善塑料的某些性能而加入的物質(zhì)統(tǒng)稱為添加劑。1.

建筑塑料的基本組成

1）填料填料又稱填充劑，常常占塑料組成材料的40%~70%。作用：提高塑料的強度和剛度；減少塑料在常溫下的蠕變現(xiàn)象及改善熱穩(wěn)定性；降低塑料制品的成本，增加產(chǎn)量等。常用填充料：木屑、滑石粉、石灰石粉、碳黑、鋁粉、玻璃纖維等。2022/11/1182）增塑劑作用：提高塑料加工時的可塑性及流動性；改善塑料制品的柔韌性。常用增塑劑：用于改善加工性能及常溫的柔韌性的鄰苯二甲酸二丁酯，鄰苯二甲酸二辛酯；屬于耐寒增塑劑的脂肪族二元酸酯類增塑劑等。（2）添加劑3）其他添加劑根據(jù)建筑塑料使用及成型加工的需要，還有著色劑、固化劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、發(fā)泡劑、阻燃劑等。2022/11/1192.

建筑塑料的分類及主要性能

建筑上常用塑料有熱塑性塑料和熱固性塑料，主要性能見下表。2022/11/120

3.

塑料型材及管材(1)塑料型材1)塑料地板塑料地板包括用于地面裝飾的各類塑料塊板和鋪地卷材。應(yīng)用：絕大多數(shù)的公用建筑，如辦公樓、商店、學(xué)校等地面。2022/11/121

3.

塑料型材及管材2)塑料門窗(1)塑料型材塑料門窗一般采用PVC（聚氯乙烯）塑料;①隔熱性能優(yōu)異；②氣密性、水密性好；③裝飾性好；④加工性能好；⑤隔聲性能好。塑料門窗與鋼木門窗及鋁合金門窗相比有以下特點：2022/11/122塑料窗異型材截面2022/11/123塑料窗異性材截面2022/11/124塑料門異性材2022/11/125塑料門2022/11/1263.

塑料型材及管材(2)塑料型材3)塑料墻紙塑料墻紙是以一定材料為基材，表面進行涂塑處理后，再經(jīng)過印花、壓花或發(fā)泡處理等多種工藝制成的一種墻面裝飾材料。2022/11/1273.

塑料型材及管材(2)塑料型材4)玻璃鋼建筑制品用玻璃纖維及其織物為增強材料，以不飽和聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂等為膠粘材料制成的一種復(fù)合材料。特點：質(zhì)量小，強度接近鋼材，因此稱為玻璃鋼。應(yīng)用：玻璃鋼波形瓦、玻璃鋼采光罩、玻璃鋼衛(wèi)生潔具等。玻璃鋼采光板2022/11/128復(fù)合材料(Compositematerials)，是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細粒等。2022/11/129（1）質(zhì)量輕，施工安裝和維修方便。（2）表面光滑，不生銹，不結(jié)垢，流體阻力小。（3）強度高，韌性好，耐腐蝕，使用壽命長。（4）品種多樣，可滿足各行業(yè)的使用要求。3.

塑料型材及管材(2)塑料管材2022/11/130

1)硬質(zhì)聚氯乙烯（UPVC）塑料管特點：具有較高的硬度和剛度，價格比其它塑料管低。應(yīng)用：可用作給水、排水、灌溉、供氣、排氣等管道，住宅生活用管道，工礦業(yè)工藝管道以及電線、電纜套管等。2）聚乙烯（PE）管特點：比強度高，韌性和耐低溫性能好。應(yīng)用：聚乙烯管中，中密度和高密度管材最適宜作城市燃氣和天然氣管道；低密度聚乙烯管宜用作飲用水管、電纜導(dǎo)管、農(nóng)業(yè)噴灑管道，特別是用于需要移動的管道。2022/11/131

3)聚丙烯（PP）塑料管和PPR塑料管特點：具有較高的表面硬度和表面光潔度，流體阻力小，使用溫度范圍為100℃以下。應(yīng)用：多用作化學(xué)廢料排放管、化驗室廢水管、鹽水處理管及鹽水管道。①聚丙烯（PP）塑料管特點：具有優(yōu)良的韌性和抗溫度變形性能，能耐95℃以上的沸水，是制作熱水管的優(yōu)良材料。②無規(guī)共聚聚丙烯（PP-R）塑料管2022/11/1324)其他塑料管具有比硬聚氯乙烯管更高的沖擊韌性和熱穩(wěn)定性，可用作工作溫度較高的管道。①ABS塑料管②聚丁烯（PB）塑料管主要用作給水管、冷、熱水管、樓板采暖供熱管及燃氣管道。③玻璃鋼（FRP）管玻璃纖維增強塑料俗稱玻璃鋼。特點：強度高、質(zhì)量小、耐腐蝕、不結(jié)垢、阻力小、運輸方便、拆裝簡便、檢修容易。應(yīng)用：主要用作石油化工管道和大口徑給排水管。2022/11/133塑料排水管2022/11/134塑料給水管2022/11/135塑料管2022/11/136塑料管與鍍鋅鐵管優(yōu)缺點比較請觀察使用兩年后的塑料管和鍍鋅鐵管的照片，如圖A和圖B所示，對其優(yōu)缺點予以比較。圖A塑料管圖B鍍鋅鐵管

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討論塑料管與鍍鋅鐵管優(yōu)缺點比較從圖A和圖B中可見：鍍鋅鐵管已生銹，產(chǎn)生污垢。塑料管內(nèi)壁光滑如新。水的流動摩擦阻力很小，而且不會生銹，所以用塑料管作為上水管，不僅可以減少輸水的水頭損失，減少能耗，而且沒有管內(nèi)的銹蝕和污垢產(chǎn)生，使水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)提高。2022/11/1389.2.2膠粘劑膠粘劑是能將各種材料緊密粘結(jié)在一起的物質(zhì)的總稱。1.膠粘劑的基本要求

基本要求：適宜的粘度，適宜的流動性；具有良好的浸潤性，能很好地浸潤被粘結(jié)材料的表面；在一定的溫度、壓力、時間等條件下，可通過物理和化學(xué)作用固化；具有足夠的粘結(jié)強度和較好的其他性能；膠粘劑還必須對人體無害。2022/11/139

2.

膠粘劑的基本組成材料粘結(jié)料固化劑增韌劑填料稀釋劑改性劑是粘結(jié)劑中最基本的組分，它的性質(zhì)決定了膠黏劑的性能、用途和使用工藝。使膠粘劑變成堅硬的固體。提高粘結(jié)劑硬化后的韌性和抗沖擊能力。改善粘結(jié)劑的機械性能，降低膠粘劑的成本。降低膠粘劑的粘度，便于操作，提高膠粘劑濕潤性和流動性。改善粘結(jié)劑的某一性能，滿足特殊要求。2022/11/140

3.

土木工程中常用的膠粘劑性能特點及應(yīng)用膠粘劑可分為熱塑性樹脂膠粘劑和熱固性樹脂膠粘劑。(1)熱塑性樹脂膠粘劑

(2)熱固性樹脂膠粘劑(3)合成橡膠膠粘劑2022/11/141(1)熱塑性樹脂膠粘劑

聚醋酸乙烯膠粘劑是常用的熱塑性樹脂膠粘劑，俗稱白乳膠。它是一種使用方便、價格便宜，應(yīng)用廣泛的非結(jié)構(gòu)膠。它對各種極性材料有較高的粘附力，但耐熱性、對溶劑作用的穩(wěn)定性及耐水性較差，只能作為室溫下使用的非結(jié)構(gòu)膠。2022/11/142(2)熱固性樹脂膠粘劑1)不飽和聚酯樹脂膠粘劑2)環(huán)氧樹脂膠粘劑特點：不飽和聚酯樹脂膠粘劑的粘接強度高，抗老化性及耐熱性好，可在室溫下和常壓下固化，但固化時的收縮大，使用時須加入填料或玻璃纖維等。應(yīng)用：不飽和聚酯樹脂膠粘劑可用于粘接陶瓷、玻璃、木材、混凝土和金屬等結(jié)構(gòu)構(gòu)件。特點：環(huán)氧樹脂膠粘劑的耐酸、耐堿侵蝕性好，可在常溫、低溫和高溫等條件下固化，并對金屬、陶瓷、木材、混凝土、硬塑料等均有很高的粘附力。在粘接混凝土方面，其性能遠遠超過其它膠粘劑。應(yīng)用：廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的修補和混凝土結(jié)構(gòu)的補強與加固。2022/11/143(3)合成橡膠膠粘劑1)氯丁橡膠膠粘劑2)丁腈橡膠膠粘劑它是目前應(yīng)用最廣的一種橡膠膠粘劑。氯丁橡膠膠粘劑對水、油、弱堿、弱酸、脂肪烴和醇類都具有良好的抵抗力，可在－50～＋80℃的溫度下工作，但具有徐變性，且易老化。建筑上常用在水泥混凝土或水泥砂漿的表面上粘貼塑料或橡膠制品等。它的最大的優(yōu)點是耐油性好，剝離強度高，對脂肪烴和非氧化性酸具有良好的抵抗力。丁腈橡膠膠粘劑主要用于粘接橡膠制品，以及橡膠制品與金屬、織物、木材等的粘結(jié)。2022/11/144觀察與討論大理石面板粘結(jié)力低的原因分析

某工程外墻裝修采用大理石面板，需使用掛石膠粘結(jié)，該膠粘劑的粘結(jié)強度達到20MPa，但實際測得的粘結(jié)強度遠低于此值，觀察大理石表面，發(fā)現(xiàn)不夠清潔。討論粘結(jié)力低的原因。2022/11/145

討論大理石面板粘結(jié)力低的原因分析

大理石表面不夠清潔，是導(dǎo)致粘結(jié)強度不夠的主要原因。

膠粘劑能夠?qū)⒉牧侠喂陶辰Y(jié)在一起，是因為膠粘劑與材料間存在粘結(jié)力。一般認為粘結(jié)力主要來源于以下幾個方面：

①機械粘結(jié)力膠粘劑涂敷在材料的表面后，能滲入材料表面的凹陷處和表面的孔隙內(nèi)，膠粘劑在固化后如同鑲嵌在材料內(nèi)部。正是靠這種機械錨固力將材料粘結(jié)在一起。

②物理吸附力膠粘劑分子和材料分子間存在的物理吸附力，即范德華力將材料粘結(jié)在一起。

③化學(xué)鍵力某些膠粘劑分子與材料分子間能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即在膠粘劑與材料間存在有化學(xué)鍵力，是化學(xué)鍵力將材料粘結(jié)為一個整體。對不同的膠粘劑和被粘材料，粘結(jié)力的主要來源也不同，當(dāng)機械粘結(jié)力、物理吸附力和化學(xué)鍵力共同作用時，可獲得很高的粘結(jié)強度。2022/11/146工程實例分析硅膠密封膠失效現(xiàn)象某工程采購單組分硅膠密封膠計劃用作窗的密封，由于某種原因，該工程延遲了半年才施工，使用時發(fā)現(xiàn)膠粘劑無法施工。2022/11/147

原因分析單組分的密封膠貯存穩(wěn)定性較差，是因為固化劑與粘合劑預(yù)先混合在一起，隨著貯存時間的增加，固化劑分解變性的趨勢增加，導(dǎo)致膠粘劑固化失效，所以其貯存的有效期較短。硅膠密封膠失效

防治措施①若使用單組分硅膠密封膠，即買即用，盡量減少貯存時間；

②使用雙組分密封膠。雙組分的密封膠貯存穩(wěn)定性好，固化時間短，且固化時間可調(diào)節(jié)。2022/11/148創(chuàng)新能力培養(yǎng)人們把玻璃纖維增強塑料稱之為玻璃鋼。它具有玻璃般的透明或半透明，又具有鋼鐵般的高強度。它是以玻璃纖維或其他織物增強的高分子樹脂。玻璃鋼密度小、強度大，比鋼鐵結(jié)實，比鋁輕；具有良好的耐酸堿腐蝕特性；不具磁性；瞬間耐高溫，且是優(yōu)良的絕熱材料。

玻璃鋼應(yīng)用廣泛。美國波音747飛機上，采用玻璃鋼制造的零件就達1萬多種。

玻璃鋼在土木工程中得到廣泛應(yīng)用。許多新建的體育館、展覽館巨大的屋頂就是用玻璃鋼制成的，以發(fā)揮其質(zhì)輕、高強及透陽光的長處。由于玻璃鋼耐腐蝕性好，所以利用它制造各種管道、貯罐等。玻璃鋼在土木工程中必將發(fā)揮越來越大的作用。既非玻璃亦非鋼的玻璃鋼2022/11/149常見問題及解答9-1在粘結(jié)結(jié)構(gòu)材料或修補建筑結(jié)構(gòu)（如混凝土、混凝土結(jié)構(gòu)）時，為什么宜選用熱固性膠粘劑？解答：因為結(jié)構(gòu)材料通常是要承受較大的作用力，非結(jié)構(gòu)膠粘劑與被粘物沒有化學(xué)鍵的結(jié)合，所能提供的粘接力有限，而熱固性膠粘劑在粘合的同時還產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),能給粘合面提供較大的作用力，常用熱固性膠粘劑有:環(huán)氧樹脂，不飽和聚酯樹脂，α-氰基丙烯酸酯膠等。修補建筑結(jié)構(gòu)（如混凝土、混凝土結(jié)構(gòu)）時，同樣宜選用熱固性膠粘劑，同樣也是因為建筑結(jié)構(gòu)也要承受較大的作用力的緣故。

2022/11/1509-2使用Ⅰ型硬質(zhì)聚氯乙?。║PVC）塑料管作熱水管。使用一段時間后，為什么管道會變形漏水？解答：Ⅰ型硬質(zhì)聚氯乙稀塑料管是用途較廣的一種塑料管，但其熱變形溫度為70℃，故不甚適宜較高溫的熱