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合成高分子材料的檢測與應(yīng)用
第十章 合成高分子材料的檢測與應(yīng)用
合成高分子材料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、防腐等各個方面所起的重要作用是其他土木工程材料所不可替代的。
10.1 高分子材料的基本知識
以石油、煤、天然氣、水、空氣及食鹽等為原料，制得的低分子材料單體（如乙烯、氯乙烯、甲醛等），經(jīng)合成反應(yīng)即得到合成高分子材料，這些材料的相對分子質(zhì)量一般都在幾千以上，甚至可達(dá)到數(shù)萬、數(shù)十萬或更大。從結(jié)構(gòu)上看，高分子材料是由許多結(jié)構(gòu)相同的小單元（稱為鏈節(jié)）重復(fù)構(gòu)成的長鏈材料。例如，乙烯（CH2—CH2）的相對分子質(zhì)量為28，而由乙烯為單體聚合而成的高分子材料聚乙烯（—CH2—CH2—）。相對分子質(zhì)量則在1000~35000之間或更大。其中每一個“—CH2—CH2—”為一個鏈節(jié)，n稱為聚合度，表示一個高分子中的鏈節(jié)數(shù)目。
一種高分子材料是由許多結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相類似而聚合度不完全相等，即相對分子質(zhì)量不同的有機(jī)物形成的混合物，稱為同系聚合物，故高分子材料的相對分子質(zhì)量只能用平均相對分子質(zhì)量表示。
10．1．1 高分子材料的分類
1．按分子璉的形狀分類
根據(jù)分子鏈的形狀不同，可將高分子材料分為線型的、支鏈型的和體型的三種。
1）線型高分子材料的主鏈原子排列成長鏈狀，如聚乙烯、聚氯乙烯等屬于這種結(jié)構(gòu)。
2）支鏈型高分子材料的主鏈也是長鏈狀，但帶有大量的支鏈，如ABS樹脂、高抗沖的聚苯乙烯樹脂等屬于支鏈型結(jié)構(gòu)。
3）體型高分子材料的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)，分子彼此固定。如環(huán)氧、聚酯等樹脂的最終產(chǎn)物屬于體型結(jié)構(gòu)。
2．按對熱約性質(zhì)分類
按受熱時狀態(tài)不同，可分為熱塑性樹脂和熱固性樹脂兩類。
1）熱塑性樹脂在加熱時呈現(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。這類的高分子材料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，其相對分子質(zhì)量也隨之增大，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。
3．按高分子材料妁結(jié)晶分類
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，由于線型高分子難免沒有彎曲，故高分子材料的結(jié)晶為部分結(jié)晶。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。晶態(tài)高分子材料一般為不透明或半透明的，非晶態(tài)高分子材料則一般為透明的。
體型高分子材料只有非晶態(tài)一種。
4．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)系如圖10.1所示。非晶態(tài)線型高分子材料在低于某一溫度時，由于所有的分子鏈和大分子鏈均不能自由轉(zhuǎn)動而成為硬脆的玻璃體，即處于玻璃態(tài)，高分子材料轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的溫度稱為玻璃化溫度TR。當(dāng)溫度超過玻璃化溫度TR時，由于分子鏈可以發(fā)生運(yùn)動（大分子不運(yùn)動），使高分子材料產(chǎn)生大的變形，具有高彈性，即進(jìn)入高彈態(tài)。溫度繼續(xù)升高至某一數(shù)值時，由于分子鏈和大分子鏈均可發(fā)生運(yùn)動，使高分子材料產(chǎn)生塑性變形，即進(jìn)入黏流態(tài)，將此溫度稱為高分子材料的黏流態(tài)溫度Tf。
圖10.1 非晶態(tài)線型高分子材料的變形與溫度的關(guān)系
熱塑性樹脂與熱固性樹脂在成型時均處于黏流態(tài)。
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。
10．1．2 高分子材料的合成方法及命名
將低分子單體經(jīng)化學(xué)方法聚合成為高分子材料，常用的合成方法有加成聚合和縮合聚合兩種。
1．加成聚合
加成聚合又叫加聚反應(yīng)。它是由許多相同或不相同的不飽和（具有雙鍵或三鍵的碳原子）單體（通常為烯類）在加熱或催化劑的作用下，不飽和鍵被打開，各單體分子相互連接起來而成為高聚物，如乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯。
加聚反應(yīng)得到的高聚物一般為線型分子，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。
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。
2．縮合聚合
縮合聚合又叫縮聚反應(yīng)，它是由一種或數(shù)種帶有官能團(tuán)（H—、—OH、Cl—、—NH2、—COOH等）的單體在加熱或催化劑的作用下，逐步相互結(jié)合而成為高聚物。同時，單體中的官能團(tuán)脫落并化合生成副產(chǎn)物（水、醇、氨等）。
縮聚反應(yīng)生成物的組成與原始單體完全不同，得到的高聚物可以是線型的或體型
的。
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。
10．1．3 高分子材料的基本性質(zhì)
（1）質(zhì)輕
高分子材料的密度一般在0.90~2.20kg/cm3之間，平均約為鋁的1/2，鋼的1/5，混凝土的1/3，與木材相近。
（2）比強(qiáng)度高
高分子材料的比強(qiáng)度高是由于長鏈型的高分子材料分子與分子之間的接觸點很多，相互作用很強(qiáng)，而且其分子鏈?zhǔn)球榍模嗷ゼm纏在一起。
（3）彈性好
高分子材料的彈性好是因為高分子材料受力時，其蜷曲的分子可以被拉直而伸長，當(dāng)外力除去后，又能恢復(fù)到原來的蜷曲狀態(tài)。
（4）絕緣性好
由于高分子材料中的化學(xué)鍵是共價鍵，不能電離出電子，因此不能傳遞電流；又因為其分子細(xì)長而蜷曲，在受熱或聲波作用時，分子不容易振動。所以，高分子材料對于熱、聲也具有良好的隔絕性能。
（5）耐磨性好
許多高分子材料不僅耐磨，而且有優(yōu)良的自潤滑性，如尼龍、聚四氯乙烯等。
（6）耐腐蝕性優(yōu)良
高分子材料的耐腐蝕性優(yōu)良是因為許多分子鏈上的基團(tuán)被包在里面，當(dāng)接觸到能與分子中某一基團(tuán)起反應(yīng)的腐蝕性介質(zhì)時，被包在里面的基團(tuán)不容易發(fā)生變化。因此，高分子材料具有耐酸、耐腐蝕的特性。
（7）耐水性、耐濕性好
多數(shù)高分子材料憎水性很強(qiáng)，有很好的防水和防潮性。
高分子材料的主要缺點是：耐熱性與抗火性差、易老化、彈性模量低、價格較高。在土木工程中應(yīng)用時，應(yīng)盡量揚(yáng)長避短，發(fā)揮其優(yōu)良的基本性質(zhì)。
10．2 常用建筑高分子材料
10．2．1 樹脂和塑料
樹脂是指在受熱時通常有軟化或熔融范圍。軟化時，在外力作用下有流動傾向，常溫下有時是固態(tài)或半固態(tài)的聚合物，有時也可以是液態(tài)的聚合物。廣義地講，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。通用塑料產(chǎn)量大、用途廣、成型性能好、價廉，如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等。工程塑料能承受外力作用、有良好力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定、在高溫和低溫下具有良好性能，可作為工程構(gòu)件如ABS塑料。作為水泥混凝土或瀝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。
1．聚乙烯（簡稱PE）
聚乙烯是由乙烯加聚得到的高分子材料。聚乙烯塑料是以聚乙烯樹脂為基材的塑料。
聚乙烯按其密度分為：①高密度聚乙烯（簡稱HDPE，白色粉末狀，或柱狀，或半圓狀顆粒。密度為0.941~0.970g/cm3）；②低密度聚乙烯（簡稱LDPE，白色或乳白色蠟狀物，呈球形或圓柱形顆粒，密度為0.910~0.940 g/cm3。其中0.926~0.94 g/cm3又稱為中密度聚乙烯）。
低密度聚乙烯比高密度聚乙烯強(qiáng)度低，但具有較大的伸長率和較好的耐寒性，故用于改性瀝青的多選用低密度聚乙烯。
聚乙烯的特點是：強(qiáng)度較高、延伸率較大、耐寒性好（玻璃化溫度可達(dá)－120℃~－125℃。聚乙烯樹脂是較好的瀝青改性劑，由于它具有較高的強(qiáng)度和較好的耐寒性，并且與瀝青的相容性較好，在其他助劑的協(xié)同作用下，可制得優(yōu)良的改性瀝青。
聚乙烯塑料可制成半透明、柔韌、不透氣的薄膜，也可加工成建筑用的板材或管材。 近幾年，生產(chǎn)的“超高相對分子質(zhì)量聚乙烯”（UHNWPE），聚合度n為100×104~600×104，密度0.936~0.964 g/cm3，抗沖擊強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、耐磨性和耐熱性均大大提高。
2．聚丙烯（簡稱PP）
聚丙烯是以丙烯為單體聚合制成的高分子材料。以聚丙烯樹脂為基材的塑料稱為聚丙烯塑料。
聚丙烯按其分子結(jié)構(gòu)可分為:無規(guī)聚丙烯、等規(guī)聚丙烯和間規(guī)聚丙烯三種。
用作瀝青改性的主要為無規(guī)聚丙烯（簡稱APP）。
無規(guī)聚丙烯是生產(chǎn)等規(guī)聚丙烯的副產(chǎn)品，在常溫下呈乳白色至淺棕色橡膠狀物質(zhì)。密度為0.850 g/cm3，抗拉強(qiáng)度較低，但延伸率高，耐寒性尚好（玻璃化溫度－20℃~－18℃）。無規(guī)聚丙烯常用作道路和防水瀝青的改性劑。
聚丙烯樹脂經(jīng)塑化加工后，常用于制成塑料薄膜或建筑板材或管材，性能與聚乙烯塑料相近。
3．聚氯乙烯（簡稱PVC）
聚氯乙烯是由氯乙烯單體加成聚合而得的熱塑性線型樹脂。
經(jīng)塑化加工后制成聚氯乙烯塑料，具有較高力學(xué)性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，主要缺點是變形能力低和耐寒性差。
聚氯乙烯樹脂與焦油瀝青具有較好的相容性，常用作煤瀝青的改性劑，對煤瀝青的熱穩(wěn)定性有明顯改善，但變形能力和耐寒性改善較少。
聚氯乙烯樹脂經(jīng)塑化加工后，可制成聚氯乙烯塑料薄膜，建筑用硬塑料管材和板材以及各種日用制品。
4．聚苯乙烯（簡稱PS）
聚苯乙烯是以苯乙烯為單體制得的聚合物，聚苯乙烯塑料是以聚苯乙烯樹脂為基材的塑料。
PS是無色透明具有玻璃光澤的材料。由于不耐沖擊、性脆、易裂，故目前是通過共聚、共混、添加助劑等方法生產(chǎn)改性聚苯乙烯，如HIPS等。
5．乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（簡稱EVA）
EVA是由乙烯（E）和乙酸乙烯酯（VA）共聚而得的高分子材料，化學(xué)名為乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
EVA為半透明粒狀物，具有優(yōu)良的韌性、彈性和柔軟性；同時又具有一定的剛性、
耐磨性和抗沖擊性等力學(xué)性能。EVA的力學(xué)性能，隨乙酸乙烯酯（VA）的含量而變化，VA含量越低，其性能則接近低密度聚乙烯；VA含量越高，則越類似于橡膠。
EVA為較常采用的瀝青改性劑。改性后瀝青的性能與共聚物中VA含量有密切關(guān)系，在選用時應(yīng)注意其品種與牌號。
6．環(huán)氧樹脂（簡稱EP）
環(huán)氧樹脂是指在聚合物分子鏈中含有醚鍵，同時在分子兩端僅有反應(yīng)性環(huán)氧基的聚合物。習(xí)慣上把含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團(tuán)的能交聯(lián)的聚合物統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂。 環(huán)氧樹脂是線型的高分子材料，由于在它分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基、羥基、醚鍵等，可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，而變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)的材料，其性能也由熱塑性變?yōu)闊峁绦浴Ｒ原h(huán)氧樹脂為主要成膜物質(zhì)，添加固化劑、稀釋劑、增韌劑、增強(qiáng)材料及其他助劑所制得的塑料稱為環(huán)氧塑料。
環(huán)氧樹脂常用于制備樹脂混凝土和改性瀝青混合料，也常用于橋面鋪裝防水層和橋梁混凝土的修補(bǔ)。
10．2．2 橡膠
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。隨著目前高分子材料合金的發(fā)展，實際上它與塑料（樹脂）越來越重疊交叉。
1．橡膠的硫化
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。硫化后的橡膠又稱硫化橡膠，簡稱橡膠。常用的橡膠制品均為硫化橡膠。
2．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。
3．常用橡膠
（1）丁苯橡膠（簡稱SBR）
丁苯橡膠是丁二烯與苯乙烯的共聚物，是合成橡膠中應(yīng)用最廣的一種通用橡膠。按苯乙烯占總量中的比例，分為丁苯-10、丁苯-30、丁苯-50等牌號。隨著苯乙烯含量增大，硬度、抗磨性增大，彈性降低。丁苯橡膠綜合性能較好，強(qiáng)度較高，延伸率大，抗磨性和耐寒性也較好。
丁苯橡膠是水泥混凝土和瀝青混合料常用的改性劑。丁苯膠乳可直接用于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，用于道路路面和橋面防水層。丁苯橡膠需要用溶劑法將其摻入瀝青中。丁苯橡膠對水泥混凝土的強(qiáng)度、抗沖擊和耐磨等性能均有改善；對瀝青混合料的低溫抗裂性有明顯提高，對高溫穩(wěn)定性也有適當(dāng)改善。
（2）丁基橡膠（簡稱IIR ）
丁基橡膠又稱異丁橡膠，是由異丁烯與少量異戊二烯共聚而得的共聚物，是一種無色的彈性體，相對密度為0.92g/cm3左右，相對分子質(zhì)量介于30000~85000之間，能溶于C5以上直鏈烷烴或芳香烴的溶劑中。丁基橡膠的生膠具有較好的抗拉強(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。丁基橡膠作為瀝青改性劑，可用溶劑
法加入，摻量為2.00%左右。
（3）氯丁橡膠（簡稱CR）
氯丁橡膠是以2氯-1，3-丁二烯為主要原料通過均聚或共聚制得的一種彈性體。 氯丁橡膠呈米黃色或淺棕色,密度1.23g/cm3。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。由于它的性能較全面，是一種常用膠種。 氯丁橡膠用溶劑法可摻入瀝青，或者氯丁膠乳與乳化瀝青共混均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。
（4）聚丁二烯橡膠（簡稱BR）
聚丁二烯橡膠是1，3-丁二烯聚合制得的系列產(chǎn)品。按其結(jié)構(gòu)有順式或反式兩種，聚丁二烯橡膠，簡稱順丁橡膠。順式中只有高順式1，4-聚丁二烯橡膠具有高彈性。 高順丁橡膠呈白色直至黃色透明體，其性能除了具有高彈性外，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。
順丁橡膠與其他聚合物組成的混合物，可用于瀝青改性，特別是對改善瀝青的低溫性能有明顯的效杲。
（5）乙丙橡膠（簡稱EPM）
乙丙橡膠是以乙烯和丙烯為基礎(chǔ)單體合成的彈性體共聚物。
乙丙橡膠低分子鏈中單體單元組成不同，有二元乙丙橡膠（EPM）和三元乙丙橡膠（EPDM）。三元乙丙橡膠是乙烯、丙烯和二烯烴的三元共聚物。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，所以目前普遍用乙丙橡膠改性瀝青。
10．2．3 高聚物合金
聚合物合金是指多組分和多相同時并存于某一共混體系中的高分子材料。
1．丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（簡稱ABS）
ABS樹脂是丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）的三元共聚物。
ABS塑料的性能特點是：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，能在較高應(yīng)力下使用；在有沖擊荷載的情況下，能保持良好的抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和硬度。
主要缺點是耐熱性較差。為克服這一缺點，用氯化乙烯與苯乙烯和丙烯腈接枝得ACS樹脂。此外，為改善其透明度，還開發(fā)有MBS、XABS等合金產(chǎn)品。
ABS塑料具有綜合機(jī)械性能，優(yōu)級ABS抗拉強(qiáng)度可達(dá)40.00MPa，彎曲強(qiáng)度可達(dá)66.00MPa，可用于橋梁結(jié)構(gòu)中替代鋼材、木材等結(jié)構(gòu)材料。
2.高沖擊聚苯乙烯（簡稱HIPS）
高沖擊聚苯乙烯樹脂是由順丁橡膠（或丁苯橡膠）與苯乙烯接枝聚合而成，故也稱接枝型抗沖擊聚苯乙烯。呈乳白色半透明或不透明顆粒，密度約1.05g/cm3。具有高的韌性，其沖擊強(qiáng)度比普通聚苯乙烯高7倍以上。HIPS樹脂再與其他高分子材料組成合金，用于改性瀝青可得綜合性能優(yōu)良的瀝青。
3.苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（簡稱SBS）
SBS是苯乙烯（S）和丁二烯（B）的嵌段共聚物。
SBS產(chǎn)品外觀為白色（或微黃色），呈多孔小顆粒。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、低溫變性性能好等優(yōu)點。SBS是瀝青優(yōu)良的改性劑，可提高瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，被廣泛應(yīng)用于高級路面和屋面防水材料。
苯乙烯類嵌段共聚物仍在不斷開發(fā)出具有更優(yōu)性能的新品種。為提高黏結(jié)力開發(fā)出苯乙烯-異戊丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SlS）；為改善SBS的耐候性和耐老化性，開發(fā)
了飽和型SBS（即SEBS）。
10．3 高分子材料在土木工程中的應(yīng)用
在土木工程中，高分子材料不僅可以直接用作防水材料；還可以作為水泥混凝土或瀝青混合料的一個組分，用以改善水泥混凝土或瀝青混合料的性能。
10.3.1 高分子防水材料
1．三元乙丙-丁基橡膠卷材
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、檢驗和分卷等工序加工制成的產(chǎn)品稱為三元乙丙-丁基橡膠卷材。
由于三元乙丙橡膠分子結(jié)構(gòu)中的主鏈上沒有雙鍵（其他類型的橡膠一般都有雙鍵存在）少數(shù)的雙鍵僅存在于支鏈上，當(dāng)其受到臭氧、光、濕和熱等作用時，主鏈不易斷裂，故其耐老化性能最佳，化學(xué)穩(wěn)定性也好。此外，它還具有質(zhì)量輕（2.00g/cm3左右）、抗拉強(qiáng)度高（7.5MPa以上）、延伸率大（45%以上）、使用溫度范圍寬（－一40℃~＋80℃）、使用壽命長（20年以上）、耐酸、耐堿、耐腐蝕等特點。
三元乙丙-丁基橡膠卷材是屋面、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。
2．改性瀝青柔性油氈
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。
SBS橡膠（熱塑性）兼有橡膠和塑料的特性，常溫下具有橡膠的彈性，在高溫下又能像塑料那樣熔融流動，成為可塑的材料。所以，用SBS橡膠改性后的瀝青油氈耐高、低溫性能有明顯提高；同時還可以提高卷材的彈性和耐疲勞性，將傳統(tǒng)的瀝青油氈熱施工方法改為冷黏結(jié)施工方法。改性瀝青柔性油氈、紙?zhí)ビ蜌帧⒉ＡР加蜌值男阅軐Ρ热绫?0.1所示。
表10.1 改性瀝青柔性油氈、紙?zhí)ビ蜌�、玻璃布油氈的性能對�?/p>
由表10.1可知，改性瀝青柔性油氈具有良好的抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率和低溫柔度。因此，它廣泛用作屋面及地下室的防水工程。因為改性瀝青柔性油氈既可冷貼施工，又可用熱熔施工，尤其在冬季使用熱熔法施工，可以克服一般材料不能在0℃以下施工的缺點，所以它是冬季施工的較好材料。
3．密封材料
密封對于建筑物來說就是防水、防塵和隔氣。建筑密封技術(shù)包括三個方面:合理的密封設(shè)計、優(yōu)質(zhì)的密封材料和正確的密封施工方法。密封材料是密封技術(shù)的基礎(chǔ)。
我國的密封材料雖然開發(fā)較早，但品種很少，用料單一，檔次也較低。一般認(rèn)為，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等。今后隨著我國建筑工程結(jié)構(gòu)的多樣化，特別是房屋建筑的大板、條板的裝配化施工及框架輕板結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展，將對嵌縫密封材料提出更高的要求。
今后我國密封材料發(fā)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)及試驗方法。
（1）聚氯乙烯嵌縫接縫膏和塑料油膏
以煤焦油和聚氯乙烯樹脂粉為主要成膜物質(zhì)，按適當(dāng)比例摻入增塑劑、穩(wěn)定劑及填充料，在140℃溫度下塑化而成的膏狀密封材料，稱為聚氯乙烯嵌縫接縫膏，簡稱PVC嵌縫接縫膏。
用廢舊聚氯乙烯塑料代替聚氯乙烯樹脂粉（其他原料不變），用同樣方法生產(chǎn)的嵌縫接縫膏，稱為塑料油膏。
PVC嵌縫接縫膏和塑料油膏有良好的黏結(jié)性、防水性、彈塑性，耐熱耐寒和抗老化性能也較好。因此，它們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等的效果也很好。
PVC嵌縫接縫膏和塑料油膏既可熱用，也可冷用。熱用時，將膏體用文火加熱（加熱溫度不得超過140℃），達(dá)塑化狀態(tài)后，應(yīng)立即澆灌于清潔干燥的縫隙或接頭處。冷用時，可用溶劑加以稀釋。
（2）聚氨酯密封膏
聚氨酯密封膏一般用雙組分配制，甲組分是含有異氰酸基的預(yù)聚體，乙組分含有多羥基的固化劑、增塑劑、填充料、稀釋劑等。使用時，將甲、乙兩組分按比例混合，經(jīng)固化反應(yīng)成彈性體。
聚氨酯密封膏的彈性、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，同時不需要打底。所以，聚氨酯密封材料可以作屋面、墻面的水平垂直接縫，尤其適用于游泳池工程。它還是公路及機(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。
聚氨酯密封膏的流變性、低溫柔性、拉伸黏結(jié)性和拉伸—壓縮循環(huán)性能等，應(yīng)符合部頒標(biāo)準(zhǔn)《聚氨酯建筑密封膏》（JC483-92）的規(guī)定。
（3）聚氯乙烯膠泥
以煤焦油為主要成膜物質(zhì)，按一定比例加入聚氯乙烯樹脂、增塑劑、穩(wěn)定劑及填充料，在130~140℃溫度下塑化而成的熱施工防水接縫材料，稱為聚氯乙烯膠泥（簡稱膠泥）。它具有質(zhì)量輕、原料易得、防水性能好、施工簡便、成本低等優(yōu)點。
膠泥可以在－25℃~＋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。
10．3．2 涂料
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。早期的涂料是以天然的油脂（如桐油、亞麻油）和天然樹脂（如松香、柯巴樹脂）為主要原料制成的，通稱為油漆。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種高分子合成樹脂廣泛用作涂料原料，使油漆產(chǎn)品的面貌發(fā)生根本的變化�，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，而將以天然油脂、樹脂為主要成膜物質(zhì)或經(jīng)合成樹脂改性的稱為油漆。建筑涂料則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。
1．涂料的組成
涂料的品種雖然很多，但就其組成而言，大體上可分為三個部分，即主要成膜物質(zhì)、次要成膜物質(zhì)和輔助成膜物質(zhì)，如表10.2。
表10.2 涂料的基本組成
（1）主要成膜物質(zhì)
1）油料。油料是自然界的產(chǎn)物，來自于植物種子和動物的脂肪。油料的干燥固化反應(yīng)主要是空氣中的氧和油料中不飽和雙鍵的聚合作用。
天然油料（油漆）的各方面性能，特別是耐腐蝕、耐老化性能不如許多合成樹脂，目前很少用它單獨(dú)作防腐蝕涂料，但它能與一些金屬氧化物或金屬皂化物在一起對金屬起防銹作用，所以油料可用來改性各種合成樹脂以制取配套防銹底漆。常用的油漆如表10.2所示。
2）天然樹脂和合成樹脂。天然樹脂是指瀝青、生漆、天然橡膠等。合成樹脂是指環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、乙烯類樹脂、過氯乙烯樹脂和含氟樹脂等，它們都是常用的耐蝕涂料中的主要成膜物質(zhì)。
（2）次要成膜物質(zhì)（顏料）
顏料是涂料的主要成分之一，在涂料中加入顏料不僅使涂料具有裝飾性，更重要的是能改善涂料的物理和化學(xué)性能，提高涂層的機(jī)械強(qiáng)度、附著力、抗?jié)B性和防腐蝕性能等，還有濾除有害光波的作用，從而增進(jìn)涂層的耐候性和保護(hù)性。
表10.2 常用油漆表
1）防銹顏料主要用在底漆中起防銹作用。按照防銹機(jī)理的不同，可分化學(xué)防銹顏料，如紅丹、鋅鉻黃、鋅粉、磷酸鋅和有機(jī)鉻酸鹽等，這類顏料在涂層中是借助化學(xué)或電化學(xué)的作用起防銹作用的；另一類為物理性防銹顏料，如鋁粉、云母、氧化鐵、氧化鋅和石墨粉等，其主要功能是提高漆膜的致密度，降低漆膜的滲透性，阻止陽光和水分的透人，以增強(qiáng)涂層的防銹效果。
2）體質(zhì)顏料和著色顏料可以在不同程度上提高涂層的耐候性、抗?jié)B性、耐磨性和物理機(jī)械強(qiáng)度等。常用的有滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇、云母粉和硅藻土等。著色顏料在涂料中主要起著色和遮蓋膜面的作用。
（3）輔助成膜物質(zhì)
1）溶劑。溶劑在涂料中主要起溶解成膜物質(zhì)、調(diào)整涂料黏度、控制涂料干燥速度等方面的作用。溶劑對涂料的一些特性，如涂刷阻力、流平性、成膜速度、流淌性、干燥性、膠凝性、浸潤性和低溫使用性能等，都會產(chǎn)生影響。因此，要想得到一個好涂料，正確選擇和使用溶劑同樣重要。
2）其他輔助材料。為了提高涂層的性能和滿足施工要求，在涂料中還常常添加增塑劑（用來提高漆膜的柔韌性、抗沖擊性和克服漆膜硬脆性，易裂的缺點）、觸變劑（使涂料在刷涂過程中有較低的黏度，以易于施工）。另外，還有催干劑（加速漆膜的干燥）、表面活性劑、防霉劑、紫外線吸收劑和防污劑等輔助材料。
3）水和溶劑。水和溶劑是分散介質(zhì)，溶劑又稱稀釋劑，主要作用在于使各種原材料分散而形成均勻的黏稠液體，同時可調(diào)整涂料的黏度，使其便于涂布施工，有利于改
善涂膜的某些性能。另外，涂料在成膜過程中，依靠水或溶劑的蒸發(fā)，使涂料逐漸干燥硬化，最后形成連續(xù)均勻的涂膜。常用的溶劑有松香水、乙醇、苯、二甲苯、丙酮等。 除了常用的建筑涂料外，還有一些具有特種功能的建筑涂料，如可以使墻面具有防止霉菌生長、能使被涂覆的建筑物具有防火特性、能夠降低建筑物的能耗、防靜電功能等的涂料。
2．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。
防水層可以由幾層防水涂層的涂膜組成，也可以在幾層防水涂層之間放置玻璃纖維網(wǎng)格布或聚酯纖維無紡布，形成增強(qiáng)的涂膜防水層。
涂膜防水層的特點是施工操作簡便、無污染、冷操作、無接縫，能適應(yīng)復(fù)雜基層，防水性能好，因此其發(fā)展較快。這種新型防水涂料一般具有以下特點：
1）防水性能好。防水涂料在施工固化前多為無定形黏稠狀液態(tài)物質(zhì)，適合任何形狀復(fù)雜的基層施工，尤其在管根、陰陽角處更便于封閉嚴(yán)密，能保證工程的防水防滲質(zhì)量。
2）溫度適應(yīng)性強(qiáng)。防水涂層在－30℃低溫下無裂縫，在30℃高溫下不流淌。水溶性涂料在0℃以上，溶劑型涂料在－10℃以上均可進(jìn)行施工。
3）操作簡便，施工速度快。防水涂料既可刷涂，也可以噴涂，基層不必十分干燥。節(jié)點做法簡單，操作人員易于掌握。
4）安全性好。防水涂料均采用冷施工方法，不必加熱熬制，不會發(fā)生火災(zāi)、燙傷等事故，并能減少對環(huán)境的污染。
（1）聚氨酯防水涂料
聚氨酯防水涂料屬雙組分反應(yīng)型涂料。甲組分是含有異氰酸基的預(yù)聚體，乙組分含有多羥基的固化劑與增塑劑、稀釋劑等，甲、乙兩組分混合后，經(jīng)固化反應(yīng)，形成均勻富有彈性的防水涂膜。
聚氨酯防水涂料是反應(yīng)型防水涂料，固化的體積收縮很小，可形成較厚的防水涂膜，并具有彈性高、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。按《聚氨酯防水涂料》（JC500-1996）的規(guī)定，其主要技術(shù)性能應(yīng)滿足表10.3的要求。
表10.3 聚氨酯防水涂料的主要技術(shù)性能
聚氨酯涂料具有較大的彈性和延伸能力，對在一定范圍內(nèi)的基層裂縫有較強(qiáng)的適應(yīng)
性，并且采用冷施工法作業(yè)。它用于一般工業(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等。
（2）氯丁膠乳瀝青防水涂料
以氯丁橡膠和瀝青為主要成膜物質(zhì)，經(jīng)加工合成的一種水乳型防水涂料稱為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，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，而且可以冷作業(yè)施工，操作方便，防水壽命可達(dá)10年以上。
這種涂料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。
氯丁膠乳瀝青防水涂料為水乳型涂料，雨天、刮風(fēng)天、冰凍期不能施工，施工溫度在5~35℃為宜。
（3）氯丁橡膠-海帕倫涂料
以氯丁橡膠和海帕倫橡膠（海帕倫為商標(biāo)名，合成橡膠的一種）為主要成膜物質(zhì)合成的防水涂料稱為氯丁橡膠-海帕倫涂料。兩種材料的耐候性及抗基層發(fā)絲裂紋的能力較好，而且都是非常耐久的彈性體材料。通常氯丁橡膠的彈性比海帕倫的好，后者的顏色穩(wěn)定性好，但價格貴。因此，兩種材料結(jié)合起來使用最佳。
通常基底涂料是氯丁橡膠，而面層涂料則由海帕倫組成。氯丁橡膠的配方是：普通橡膠15.00%，酚醛樹脂5.00%，炭黑15.00%，固化劑3.00%，混合二甲苯62.00%。 海帕倫的配方是：海帕倫15.00%、癸二酸二丁酯3.00%、碳酸鈣粉9.00%、二氧化鈦12.00%、固化劑3.00%、溶劑8.00%、混合二甲苯50.00%。
10.3.3 建筑膠
建筑膠是一種能在兩個物體的表面間形成薄膜，并能把它們緊密地黏結(jié)起來的材料，又稱為黏結(jié)劑或黏合劑。建筑膠在土木工程中主要用于室內(nèi)裝修、預(yù)制構(gòu)件組裝、室內(nèi)設(shè)備安裝等。此外，混凝土裂縫和破損也常采用建筑膠進(jìn)行修補(bǔ)。目前，建筑膠的用途越來越廣，品種和用量日益增加，已成為土木工程材料中的一個不可缺少的組成部分。
1．建筑膠的組成、要求及分類
建筑膠一般都是多組分材料，除基本成分為合成高分子材料（俗稱黏料）外，為了滿足使用要求，還需要加入各種助劑，如填料、稀釋劑、固化劑、增塑劑、防老化劑等。 對建筑膠的基本要求是：具有足夠的流動性，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。
按所用黏料的不同，可將建筑膠分為熱固型、熱塑性、橡膠型和混合型四種。 人們從不同角度對建筑膠的黏結(jié)原理進(jìn)行了研究，得出以下幾種理論：
（1）機(jī)械連接理論
機(jī)械連接理論認(rèn)為被粘物表面是粗糙、多孔的。建筑膠能夠滲透到孔隙中，硬化后形成了許多微小的機(jī)械連接，黏結(jié)力來自機(jī)械力。
（2）物理吸附理論
物理吸附理論認(rèn)為建筑膠與被粘物分子間的距離小于0.5mm時，分子間的范德華力發(fā)生作用而相吸附，黏結(jié)力來自分子間的引力。分子間的作用力雖然遠(yuǎn)小于化學(xué)鍵力，但由于分子（或原子）數(shù)目巨大，故吸附能力很強(qiáng)。
（3）化學(xué)黏結(jié)理論
化學(xué)黏結(jié)理論認(rèn)為某些建筑膠與被粘物表面之間能形成化學(xué)鍵，這種化學(xué)鍵對黏結(jié)力及黏結(jié)界面抵抗老化的能力有較大的貢獻(xiàn)。
（4）擴(kuò)散理論
擴(kuò)散理論認(rèn)為建筑膠與被粘物之間存在分子（或原子）間的相互擴(kuò)散作用，這種擴(kuò)散作用是兩種高分子材料的相互溶解，其結(jié)果使建筑膠與被粘物分子之間更加接近，物理吸附作用得到加強(qiáng)。
以上理論反映了黏結(jié)現(xiàn)象本質(zhì)的各個方面，實際上建筑膠與被粘物之間的牢固黏結(jié)往往是多種作用的綜合效果。在實際應(yīng)用中，為了獲得較高的黏結(jié)強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)被粘物的種類、環(huán)境溫度、耐水及耐腐蝕性等要求，采取相應(yīng)的措施。如合理選用建筑膠品種，對被粘物表面進(jìn)行處理，如加熱、加壓（加熱可改善潤濕程度，加壓可增大吸附作用）等。
2．土木工程中常用的建筑膠
建筑膠品種很多，常用建筑膠的性能及用途如下。
（1）聚乙酸乙烯建筑膠（乳白膠）
聚乙酸乙烯建筑膠的黏結(jié)性好、無毒、無味、快干、耐油、施工簡易、安全。但價格較貴、耐水性和耐熱性較差、易蠕變。主要用于黏結(jié)墻紙、木質(zhì)或塑料地板、陶瓷飾面材料、玻璃和混凝土等。
（2）聚乙烯醇縮甲醛建筑膠（改性107膠，又稱801膠）
聚乙烯醇縮甲醛建筑膠的黏結(jié)強(qiáng)度高、無毒、無味、耐油、耐水、耐磨、耐老化、價廉。主要用于粘貼墻紙、墻布、瓷磚、馬賽克；加入水泥砂漿中可減少地板起塵，在裝修工程中用途最廣。
（3）丙烯酸酯類建筑膠（502）
丙烯酸酯類建筑膠的黏結(jié)強(qiáng)度高、固化速度快、用量少。用于金屬和非金屬材料的黏結(jié)。
（4）環(huán)氧樹脂建筑膠
環(huán)氧樹脂建筑膠的黏結(jié)強(qiáng)度高、耐熱、電絕緣性好、柔韌、耐化學(xué)腐蝕，適用水中作業(yè)和耐酸堿場合。廣泛用于黏結(jié)金屬、非金屬材料及建筑物的修補(bǔ)，有萬能膠之稱。
（5）不飽和聚酯樹脂建筑膠
不飽和聚酯樹脂建筑膠的黏結(jié)強(qiáng)度高、耐水性和耐熱性較好，可在室溫或低壓下固化，無揮發(fā)物產(chǎn)生，但固化時收縮率較大。主要用于制作玻璃鋼，黏結(jié)陶瓷、玻璃、金屬、木材和混凝土等。
（6）聚氨酯建筑膠
聚氨酯建筑膠的黏結(jié)力強(qiáng)、膠膜柔軟、耐溶劑、耐油、耐水、耐酸、耐震，能在室溫下固化。黏結(jié)塑料、木材、皮革、玻璃、金屬等，特別適合防水、耐酸、耐堿工程。
（7）氯丁橡膠建筑膠
氯丁橡膠建筑膠的黏結(jié)力較強(qiáng)，對水、油、弱酸、弱堿及有機(jī)溶劑有良好的抵抗性，可在室溫下固化。易蠕變，易老化。黏結(jié)多種金屬和非金屬材料，常用于水泥砂漿墻面或地面上粘貼橡膠和塑料制品。
10．3．4 高分子改性水泥混凝土
水泥混凝土具有許多優(yōu)良的技術(shù)品質(zhì)，所以廣泛應(yīng)用于高等級路面和大型橋梁以及建筑工程。但是它最主要的缺點是抗拉（或抗彎）強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度比值較低，相對延伸率小，是一種典型的強(qiáng)而脆的材料。如能借助高分子材料的特性，采用高分子材料改性
水泥混凝土，則可彌補(bǔ)上述缺點，使水泥混凝土成為強(qiáng)而韌的材料。
目前采用高分子材料改性水泥混凝土主要有以下三種方法。
1．聚合物浸漬混凝土
聚合物浸漬混凝土是高分子材料浸漬已硬化的混凝土（基材）經(jīng)干燥后，用加熱或輻射等方法使混凝土孔隙內(nèi)的單體聚合而成的一種混凝土。
（1）基本工藝
高分子材料浸漬混凝土的主要工藝是：浸漬、干燥和聚合等流程。
1）浸漬。是使配制好的浸漬液滲入混凝土孔隙中。浸漬的方法分為自然浸漬、真空浸漬和真空加壓浸漬等，路面混凝土宜采用自然浸漬法。
浸漬常用的單體有甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（S）、乙酸乙烯（VA）、乙烯（E）、丙烯腈（AN）、聚酯-苯乙烯等。目前最常采用的是前兩種。此外，還應(yīng)加入其他助劑，如引發(fā)劑、催化劑和交聯(lián)劑等。
2）干燥。是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℃。
3）聚合。是使浸漬在混凝土孔隙中的單體聚合固化的過程。聚合的方法有:熱聚合、輻射聚合和催化聚合等。目前采用較多的是摻加引發(fā)劑的熱聚合法。常用的引發(fā)劑為過氧化苯酰、特丁基過苯甲酸鹽、偶氮雙異丁腈等。引發(fā)劑是事先溶解在單體中，當(dāng)加熱時它即能使單體聚合。加熱的方法有電熱器、熱水、蒸汽、紅外線等方法。
（2）技術(shù)性能
聚合物浸漬混凝土由于聚合物充盈了混凝土的毛細(xì)管孔和徵裂縫所組成孔隙系統(tǒng)，改變了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，因而使其物理、力學(xué)性狀得到明顯改善。一般情況下，聚合物浸漬混凝土的抗壓強(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。此外，徐變大大減小，抗凍性、耐硫酸鹽、耐酸和耐堿等性能也都有很大改善。主要缺點是耐熱性較差，高溫時聚合物易分解。
2．聚合物水泥混凝土
聚合物水泥混凝土是以聚合物（或單體）和水泥共同起膠結(jié)作用的一種混凝土。生產(chǎn)工藝與聚合物浸漬混凝土不同，它是在拌和混凝土混合料時將聚合物（或單體）摻進(jìn)去的。因此，生產(chǎn)工藝簡單，與普通混凝土相似，便于施工現(xiàn)場使用。
（1）材料組成
聚合物水泥混凝土的材料組成基本上與普通水泥混凝土相同，只是增加了聚合物組分。常用的聚合物有以下三類：①橡膠乳液類，如天然膠乳（NR）、丁苯膠乳（SBR）和氯丁膠乳（CR）等；②熱塑性樹脂類，如聚丙烯酸酯（PAE）、聚乙酸乙烯酯（PVAC）等；⑧熱固性樹脂類，如環(huán)氧樹脂（EP）等。
此外，還要加入某些輔助穩(wěn)定劑、抗水劑、促凝劑和消泡劑等外加劑。
（2）配合比設(shè)計
聚合物水泥混凝土配合比設(shè)計與普通水泥混凝土基本相同，但是設(shè)計目標(biāo)除了抗壓強(qiáng)度的要求外，更重要的是抗彎強(qiáng)度和耐磨性這兩項指標(biāo)。在設(shè)計參數(shù)中，除了水灰比、用水量和砂率三項參數(shù)外，由于聚合物混凝土的力學(xué)性能還與聚合物的摻量有關(guān)，所以還要增加一項“聚灰比”的參數(shù)。通常聚灰比是按固態(tài)聚合物占水泥的百分率計算，使用膠乳時應(yīng)按其含膠量計算，并在單位用水量中扣除膠乳中的含水量。聚合物混凝土目前尚無成熟的配合比設(shè)計，主要是在普通水泥混凝土設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，參照已有的實
踐經(jīng)驗，在推薦范圍（如聚灰比0.05~0.20；水灰比0.35~0.50）中，通過試拌來確定其配合比。
（3）技術(shù)性能
硬化后的聚合物混凝土與普通混凝土相比，在技術(shù)性能上有下列特點：
1）抗彎、抗拉強(qiáng)度高。摻加聚合物后，混凝土的抗壓、抗拉和抗彎強(qiáng)度均有提高，特別是作為路面混凝土強(qiáng)度指標(biāo)的抗彎、抗拉強(qiáng)度，提高更為明顯。
2）抗沖擊性好。由于摻加聚合物，混凝土的脆性降低，柔韌性增加，因而抗沖擊能力也有明顯的提高。這對作為承受動荷載的路面和橋梁用的混凝土是非常有利的。
3）耐磨性好。聚合物對礦物集料具有優(yōu)良的黏附性，因而可以采用硬質(zhì)耐磨的巖石作為集料，這樣可以提高路面混凝土的耐磨性和抗滑性。
4）耐久性好。聚合物在混凝土中能起到阻水和填隙的作用，因而可以提高混凝土的抗水性、耐凍性和耐久性。
以上各項性能的改善程度與聚合物的性能、用量和制備工藝有關(guān)。
3.聚合物膠結(jié)混凝土
聚合物膠結(jié)混凝土是完全以聚合物為膠結(jié)材的混凝土，常用的聚合物為各種樹脂或單體，所以也稱“樹脂混凝土”。
（1）組成材料
聚合物混凝土是由膠結(jié)材、集料和填料所組成。
1）膠結(jié)材。它是用于拌制聚合物混凝土的樹脂或單體。在選擇時，除考慮與集料的黏附性外，同時還能滿足施工和易性的要求，以及硬化后能達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度和耐磨性能等。
最常用的聚合物有環(huán)氧樹脂（PE）、呋喃樹脂（ER）、酚醛樹脂（PF）、不飽和聚酯樹脂（UP）等；單體有甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（S）等。
另外，為滿足樹脂或單體能固化、聚合以及混凝土拌和物施工的和易性，還需要摻加固化劑、引發(fā)劑和稀釋劑等。
2）集料。首先要選擇高強(qiáng)度和耐磨的巖石，同時要考慮巖石的礦物成分與聚合物的黏附性。破碎成的集料要有良好的級配，經(jīng)組配后的集料應(yīng)能達(dá)到最大的密實度，以減少填料和聚合物的用量。集料最大粒徑通常不大于20mm。
3）填料。在聚合物混凝土中，除了填充集料的空隙以減少聚合物的用量外，更重要的是集料有較大的表面積與聚合物發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)。因此，填料的細(xì)度、粒徑級配和礦物成分等在很大程度上影響聚合物混凝土的物理、力學(xué)性能。一般填料粒徑宜為1~30μm。常用的填料有堿性的碳酸鈣（CaCO3）系和酸性的氧化硅（SiO2）系，用時需要根據(jù)聚合物特性確定。
（2）配合比設(shè)計
聚合物混凝土配合比設(shè)計的目標(biāo)是：達(dá)到設(shè)計要求的混凝土強(qiáng)度（特別是抗折強(qiáng)度的要求）；滿足施工和易性以及聚合物的最佳用量。其主要設(shè)計步驟如下：
1）確定樹脂與助劑的最佳比例。為保證在施工過程中混凝土拌和物的和易性和硬化后聚合物混凝土的強(qiáng)度，必須確定樹脂（或單體）與固化劑（或引發(fā)劑）及稀釋劑等的最佳比例。
2）選擇礦物集料的最優(yōu)配比。由粗細(xì)集料和填料組成的礦物集料，應(yīng)以最大密實度（最小空隙率）為目標(biāo)進(jìn)行礦物集料配合比設(shè)計。
3）確定樹脂（或單體）最佳用量。根據(jù)試拌，初步確定滿足施工和易性要求的樹
脂用量，然后根據(jù)強(qiáng)度試驗，確定既滿足施工和易性又達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度的最佳樹脂用量。
（3）技術(shù)性能
聚合物混凝土是以聚合物為黏結(jié)料的混凝土，由于聚合物的特征，使混凝土具有以下技術(shù)性能:
1）表觀密度小。由于聚合物的密度比水泥密度小，所以聚合物混凝土的表觀密度也較小，通常為2000~3000kg/m3，如采用輕集料配制混凝土，則能減少結(jié)構(gòu)斷面和增大跨度，達(dá)到輕質(zhì)高強(qiáng)的要求。
2）強(qiáng)度高。聚合物混凝土與普通水泥混凝土相比較，不論抗壓、抗拉或抗折強(qiáng)度都有顯著的提高，特別是抗拉和抗折強(qiáng)度尤為突出。這對減薄路面厚度或減少橋梁結(jié)構(gòu)斷面都有顯著的效果。
3）與集料的黏附性強(qiáng)。由于聚合物與集料的黏附性強(qiáng)，可以采用硬質(zhì)石料作混凝土路面的抗滑層，以提高路面抗滑性。此外，還可以做成空隙式路以防滑層，以防止高速公路路面的飄滑及噪聲現(xiàn)象。
4）結(jié)構(gòu)密實。聚合物不僅可以填充集料間的空隙，而且可以浸入集料的孔隙，使混凝土結(jié)構(gòu)密實，從而提高了混凝土的抗?jié)B性、抗凍性和耐久性。
聚合物混凝土具有許多優(yōu)良的技術(shù)性能，除了應(yīng)用于特殊要求的道路與橋梁工程結(jié)構(gòu)外，也經(jīng)常用于路面和橋梁的修補(bǔ)工程。
10．3．5 高分子改性瀝青
目前應(yīng)用于改善瀝青性能的高分子材料主要有樹脂類、橡膠類和樹脂—橡膠共聚物等三類。
1．熱塑性樹脂奐改性瀝青
用作改性瀝青的樹脂，主要是熱塑性樹脂，最常用的是聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。由它們所組成的改性瀝青，主要是提高了瀝青的黏度、改善了高溫穩(wěn)定性，同時可以增大瀝青的韌性，但是低溫性能的改善有時并不明顯。此外，無規(guī)聚丙烯（APP），由于它具有更為優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性，所以也經(jīng)常被用來改善瀝青的性能，它與前述相似，改善抗高溫流動性效果較好，低溫改善效果不明顯，并且抗疲勞性能較差。最新研究表明：單價低廉和耐寒性好的低密度聚乙烯與其他高分子材料組成合金，可以得到優(yōu)良的改性瀝青。
熱固性樹脂，如環(huán)氧樹脂也曾被用來改性瀝青，這種改性瀝青配制的混合料具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性，并具有應(yīng)力松弛特性。但是由于造價較高，所以較少采用。
2．橡膠類改性瀝青
橡膠類改性瀝青的性能主要取決于瀝青原材料的性能、橡膠的種類和制備工藝等因素。
1）瀝青的性能。橡膠瀝青的性能取決于橡膠在瀝青中的存在狀態(tài)，亦即取決于兩者的相容性。
2）橡膠品種。采用相同油源和工藝的瀝青，若橡膠用量相同而品種不同，則所得到橡膠改性瀝青的性能不一定相同。
目前，合成橡膠類改性瀝青中，通常認(rèn)為改性效果較好的是丁苯橡膠（SBR）。丁苯橡膠改性瀝青的性能主要表現(xiàn)為：①在常規(guī)指標(biāo)中，針入度值減小，軟化點升高，常溫（25℃）延度稍有增加，特別是低溫（5℃）延度有較明顯的增加；②不同溫度下的黏度均有增加，隨著溫度降低，黏度逐漸增大；③熱流動性降低，熱穩(wěn)定性明顯提高；④韌性明顯提高；⑤黏附性也有所提高。
3．熱塑性彈性體改性瀝青
熱塑性彈性體改性瀝青的性能優(yōu)于樹脂和橡膠改性瀝青。比如A-100瀝青。摻入5%的SBS及助劑，其改性瀝青比原始瀝青性能上主要有下列改善：
1）提高低溫變形能力。若5℃時延度為3.8cm，脆點為－10.0℃的原始瀝青，當(dāng)摻加5%的SBS高聚物及助劑后，5℃時的延度可增加至36.0cm，脆點降低至－23℃，故改性瀝青具有較好的低溫變形能力。
2）提高高溫使用的黏度。摻加SBS高分子的改性瀝青，60℃的黏度可由115Pa·s提高為224Pa·s；同時軟化點也可以從48℃提高至51℃。
3）提高溫度敏感性。改性瀝青在低溫時的黏度比原始瀝青降低，而高溫（60℃）時的黏度提高。在更高溫度（90℃以上），黏度與原始瀝青相近。
4）提高耐久性。由于高分子材料中摻入防老化劑，可提高耐久性。
思考題
10.1 何謂高分子材料?怎樣分類?
10.2 高分子材料有哪些特征?應(yīng)用前景如何?
10.3 常用高分子材料有哪些？有什么特點?應(yīng)用范圍如何?
10.4 試述線型非晶態(tài)高分子材料的玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)的物理含義及其力學(xué)特征。
10.5 試述涂料的組成成分及它們所起的作用。
10.6 聚合物浸漬混凝土、聚合物水泥混凝土和聚合物膠結(jié)混凝土在組成和工藝上有什么不同?簡述它們在工程中的用途。
10.7 防水涂料應(yīng)具有哪些功能?
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