工程聚合物-道路建筑材料課件

韋琴本章主要內(nèi)容：

理解聚合物基本概念，了解常用的工程聚合物種類以及在公路工程中的應(yīng)用。課時(shí)：2學(xué)時(shí)第七章

工程高分子聚合物材料

一、聚合物定義及命名1．聚合物定義

所謂聚合物是通過聚合的方式將成千上萬的小分子連接而成的一類物質(zhì)，由于這類物質(zhì)聚合成的分子量很大，所以又稱為高分子或高聚物。聚合物天然合成淀粉、蛋白質(zhì)、纖維和橡膠等聚合物聚乙烯、聚苯乙烯、丁苯橡膠第一節(jié)聚合物的基本概念

注：聚合物的分子量很大，但其化學(xué)結(jié)構(gòu)卻比較簡單，是小分子物質(zhì)結(jié)構(gòu)重復(fù)組合。如常見的日用工程塑料聚氯乙烯是由單個(gè)氯乙烯分子聚合在一起形成。聚氯乙稀聚苯乙烯酚醛樹脂丁苯橡膠2．聚合物材料的命名（1）根據(jù)單體名稱命名

a.聚合物由一種單體聚合而成，在構(gòu)成聚合物的單體前加“聚”字

b.聚合物由兩種或兩種以上單體聚合而成，則將單體名稱的縮寫放在前面，在其后根據(jù)用途加上“樹脂”、“橡膠”等名稱。

（2）習(xí)慣命名和商品命名：

習(xí)慣命名：聚酰胺66己二酸類和己二胺聚合成的己二酰己二胺商品名稱：尼龍66，有機(jī)玻璃，環(huán)氧樹脂等英文縮寫聚乙烯PE、聚氯乙稀PVC高分子聚合物的分子結(jié)構(gòu)高分子聚合物是由不同結(jié)構(gòu)層次的分子有規(guī)律的排列、堆砌而成。按分子幾何結(jié)構(gòu)形態(tài)來分，可分為：1、線性：其分子為線狀長鏈分子。特點(diǎn)：具有良好的彈性、塑性、柔順性，海鷗一定的強(qiáng)度，但硬度小。2、支鏈型其分子在主鏈上帶有比主鏈短的支鏈。3、體型是由線型或支鏈型高聚物分子以化學(xué)鍵交聯(lián)形成，呈空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：不能溶解于任何溶劑，最多只能溶脹。加熱后不軟化、也不能流動(dòng)，加工時(shí)只能一次塑制。塑性和彈性低，但硬度與脆性較大，耐熱性較好。三、高分子聚合物的分類高聚物的分類1、按高分子聚合物的合成材料分為塑料、合成橡膠、合成纖維等2、按分子結(jié)構(gòu)，分為線型、支鏈型、體型3、按反應(yīng)類別分加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)。其反應(yīng)物為加聚物和縮聚物。一、定義：

土工布是以聚合物為原料加工成絲、纖維、紗等做成的平面結(jié)構(gòu)的土工織物。土工布是一種新型建材，主要應(yīng)用于水庫、公路、鐵路、海岸、隧道、機(jī)場等，具有過濾、排水、隔離、加固、防滲等作用，同時(shí)具有良好的抗老化和防腐蝕性。大量工程實(shí)踐證明土工布及符合土工膜確實(shí)是巖土工程作業(yè)中首選的材料。

土工布土工材料的分類

土工合成材料一般分為四大類：（1）土工織物（2）土工格柵（3）土工網(wǎng)（4）土工膜

（5）土工復(fù)合材料（由兩種以上材料復(fù)合成的土工材料）土工布二、土工合成材料的技術(shù)性質(zhì)

土工合成材料的性質(zhì)包括物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、水力學(xué)性質(zhì)、土工合成材料與土相互作用以及耐久性等內(nèi)容。測試的目的可歸納為兩個(gè)方面：一是提供工程設(shè)計(jì)所需的參數(shù)，如材料的厚度、孔徑、抗拉強(qiáng)度、滲透系數(shù)、與土的界面摩擦系數(shù)等；二是用于比較多種產(chǎn)品的性能指標(biāo)，例如單位面積質(zhì)量、孔隙率、撕裂強(qiáng)度等，往往不應(yīng)用于具體的設(shè)計(jì)公式，常用于選材的對比和判斷特定工程應(yīng)用的適宜性。一、土工合成材料的物理性質(zhì)1、單位面積質(zhì)量2、厚度3、孔徑4、幅寬二、土工合成材料的力學(xué)性質(zhì)反應(yīng)土工合成材料力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)主要有：拉伸強(qiáng)度、撕破強(qiáng)度、頂破強(qiáng)度、刺破強(qiáng)度、穿透強(qiáng)度和握持強(qiáng)度等。三、土工合成材料的水力學(xué)性質(zhì)土工織物常被用于排水和過濾材料。土工織物可以讓水和空氣自由通過，并能有效的截留和控制土顆粒的流失。

力學(xué)性質(zhì)主要包括：孔隙率、孔徑的大小及分布情況和參透能力等。1、孔徑率土工織物的孔隙率可直接通過計(jì)算來確定：(9-1)式中：G——土工織物的單位面積質(zhì)量（g/m2）；

P——原材料密度（g/m2）；δ——組織物的厚度（m）無妨織物的孔隙率隨其承受壓力改變而改變。一般情況下，無妨織物的孔隙率在90%以上，承壓后孔隙率明顯降低。2、摻透特性

土工合成材料的摻透特性用其摻透系數(shù)和透水率來評價(jià)。主要包括兩方面：對土工織物來講，摻透特性指的是透水性；對土工膜來講，則是他的防滲性。土工布在道路工程中的應(yīng)用合成織物用于土木工程始于20世紀(jì)50年代末，美國人使用透水性合成纖維有紡織物鋪設(shè)在混凝土塊下，作為沖刷防護(hù)層。

隨著路用性能要求的不斷提高，對常用的筑路材料也有了更高的要求。在公路建設(shè)過程中使用聚合物或利用聚合物材料對現(xiàn)有路用材料進(jìn)行改性，是滿足這種需要的一個(gè)有效方法。在公路工程中土工合成材料的作用主要是過濾、排水、隔離、加筋、防滲和防護(hù)，常用于以下五個(gè)方面。（1）路提加筋（2）臺(tái)背路基填土加筋（3）過濾與排水（4）路基防護(hù)（5）路面裂縫防治1．排水作用土工布是多孔隙透水材料，使水通過其透水通道從土體或土工結(jié)構(gòu)物內(nèi)排出。可用在公路路面的排水設(shè)施、擋土墻及隧洞襯砌后排水系統(tǒng)。2．反濾作用水滲透過土工布時(shí)，保持土工布下的土粒不流失。可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砂礫料反濾層?？捎糜趽跬翂芭潘疁戏礊V；堤壩及護(hù)坡的反濾等。土工布的作用3．分隔作用土工布設(shè)置在兩種不同材料之間，避免不同性質(zhì)材料的相互滲透和相互作用，保持各介質(zhì)和結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性

?？蓪⑵滗佋O(shè)在路面基層與土基之間，以中斷土壤間的毛細(xì)作用，防止路面翻漿。4．加強(qiáng)作用利用其抗拉性能改善路面結(jié)構(gòu)層的力學(xué)性能。用在路面結(jié)構(gòu)層可將荷載或應(yīng)力均勻地?cái)U(kuò)散到較大范圍內(nèi)。常用于軟基處理、修筑加筋擋土墻及橋臺(tái)、加固高填方土基或坡度很陡的邊坡、滑坡處理、加固柔性路面、修補(bǔ)瀝青路面、防止反射裂縫和車轍等。5．防護(hù)作用防護(hù)作用主要是指使用土工布限制或防止土體受外界環(huán)境作用而破壞?？捎糜诘缆愤吰?、泥石流和懸崖側(cè)建筑物障墻防沖、涵洞工程護(hù)底、沙漠地區(qū)滯砂和固砂、防止土基凍害、防止道路鹽漬化措施、邊坡加固、防止瀝青路面開裂。注：在公路和鐵路基石中主要隔離，次要加固、排水和反濾的作用在海岸和河岸方面主要隔離、排水和反濾，次要加固作用。土工布的缺點(diǎn)抗紫外線能力低，不可暴曬。土工布應(yīng)用-壩土工布應(yīng)用-隧道工程

土工布應(yīng)用—地鐵土工布應(yīng)用-道路

土工布應(yīng)用-道路

聚合物混凝土是普通水泥混凝土技術(shù)結(jié)合聚合物材料，以改善原水泥混凝土技術(shù)性能的一種新型材料。聚合物浸漬混凝土聚合物水泥混凝土聚合物膠結(jié)混凝土混凝土和聚合物間的結(jié)合方式三、聚合物改性混凝土強(qiáng)度高、變形好的聚合物水泥膠料

聚合物水泥混凝土的路面

重慶內(nèi)環(huán)吉慶隧道洞口段

具有立體彩色的路面表觀效果

采用冷拌、攤鋪工藝一次成形

彩色聚合物混凝土透水降噪路面

聚合物充滿了混凝土的毛細(xì)孔和微孔隙1．聚合物浸漬混凝土（）將硬化的混凝土加熱、干燥、抽取孔隙中的空氣，以有機(jī)單體（常用甲基丙稀酸甲脂等）浸漬，然后用加熱或輻射等方法使孔隙中的單體聚合而成。優(yōu)點(diǎn)：提高混凝土抗?jié)B性，改善抗凍性、耐腐蝕性，并提高強(qiáng)度。缺點(diǎn)：耐熱性較差，高溫時(shí)聚合物易分解主要應(yīng)用于耐高壓容器、原子反應(yīng)堆，也可用于海洋深處的構(gòu)筑物。2．聚合物水泥混凝土（PCC）以聚合物乳液拌和水泥，再摻入骨料和砂配制而成的混凝土。聚合物與水泥水化產(chǎn)物相互穿透包裹，填充水泥水化物及骨料間的空隙

聚合物的硬化與水泥的水化同時(shí)進(jìn)行，混凝土的強(qiáng)度發(fā)展迅速，抗拉強(qiáng)度高、耐磨性、耐蝕性高、耐久性、干縮小。主要用于防水或防蝕的混凝土結(jié)構(gòu)物、工業(yè)廠房地面、混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)(包括海上和水下工程)及灌漿工程，也可用于快速修復(fù)混凝土路面、機(jī)場道面及橋面鋪裝層。

3．聚合物膠結(jié)混凝土（PC）這種混凝土完全采用聚合物作為膠結(jié)材料的混凝土。

其性能呈現(xiàn)出一些新的特點(diǎn)：輕質(zhì)高強(qiáng)，大大提高了抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度；同時(shí)也改善了混凝土的抗?jié)B性、抗凍性和耐久性。聚合物混凝土主要用于搶修等特殊用途，也可用于噴射混凝土。聚合物不僅可填充集料間的空隙，而且可浸填集料的孔隙。石油瀝青缺點(diǎn)：高溫抗變形能力、低溫的抗開裂性、與集料的粘附性和抗老化性差。在瀝青中摻入聚合物或利用聚合物對瀝青改性，可以有效地提高瀝青路用性能。

常用：熱塑彈性體改性瀝青、橡膠類改性瀝青和熱塑性樹脂改性瀝青等，其中以采用SBS改性瀝青最好。四、聚合物改性瀝青1、熱塑性樹脂改性瀝青常用的有聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。它們主要是提高瀝青的黏度、改善高溫抗流動(dòng)性，同時(shí)可增大瀝青的韌性。所以它們改善瀝青高溫性能有效，但是低溫性能的改善不明顯。2、橡膠類改性瀝青當(dāng)前改性較好的是丁苯橡膠（SBR）（1）常規(guī)指標(biāo)上，針入度減小，軟化點(diǎn)升高，低溫延度（5°）延度有明顯增加（2）黏度增加（3）熱穩(wěn)定性提高（4）韌度明顯提高，粘附性提高3、熱塑性彈性體改性瀝青對瀝青性能的改善優(yōu)于樹脂和橡膠改性瀝青。常用的是SBS改性瀝青SBS改性瀝青的駐澳改善效果：（1）提高低溫變形能力（2）提高了高溫使用的黏度（3）提高了溫度感應(yīng)性性（4）提高了耐久性

高分子聚合物是一種或幾種低分子化合物（單體）聚合而成的。其中的塑料、合成橡膠和合成纖維被稱為三大合成材料。由于其原料來源廣泛、品種不斷增多，性能越來越優(yōu)異。工程高分子聚合物材料在道路與橋梁工程中應(yīng)用，除了直接作為道路與橋梁結(jié)構(gòu)物構(gòu)建或配件的材料外，更多的是作為改善水泥混凝土或?yàn)r青混合料性能的組分，為此，必須掌握高分子聚合物材料的組成、性能和配制，才能正確選擇和應(yīng)用這類材料。小結(jié)小結(jié)小結(jié)小結(jié)小結(jié)