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第9章其他工程材料 本章知识点 知识点 合成高分子材料结构类型及性能特点 塑料的组成 常用塑料品种及性能 胶粘剂的组成 常用品种及性能 防水材料的种类 主要品种 性能特点及选用 声学材料的类别 吸声隔声原理 性能及表征 重点 常用合成高分子材料 防水材料 保温隔热材料 吸声隔声材料的种类 组成 性能特点及选用 难点 合成高分子材料 防水材料 保温隔热材料 吸声隔声材料的组成及功能机理 9 1合成高分子材料 合成高分子材料是由人工合成的高分子化合物为基础所组成的材料总称 高分子化合物分子量很大 化学组成比较简单 都是由许多低分子化合物通过加聚反应或缩聚反应聚合而成的 因此 高分子化合物又称高分子聚合物 简称高聚物 根据高聚物分子结构的几何形态 其结构形式分为线型 支链型和体型 线型和支链型结构的高聚物属于热塑性树脂 体型结构的高聚物属于热固性树脂 线型结构 支链型结构 体型 网状 结构 不同结构形式的高聚物具有不同的性能特点 见表9 1 高聚物结构形式与性能特点表9 1 9 1 1塑料1 塑料的组成塑料是指以天然树脂或人工树脂有机聚合物为主要成分 以填充剂 增塑剂 润滑剂和颜料等为辅助成分 在一定温度和压力下通过不同的工艺塑造成一定形状 并能在常温下保持既定形状的高分子有机材料 塑料板材 塑料管材 塑料的组成及其对塑料性质的影响表9 2 9 1 1塑料 塑料的组成及其对塑料性质的影响表9 2 续 合成树脂是塑料的主要的 基本的组成成分 其他成分则是为了调整 改善塑料性能的辅助添加成分 9 1 1塑料 2 塑料的性能特点 表9 3 9 1 1塑料 3 常用塑料品种与制品塑料因其所使用的树脂种类 聚合方式不同而有很多品种 其用途各异 聚氯乙烯板材 9 1 1塑料 常用塑料品种 主要用途及制品表9 4 9 1 1塑料 塑钢门窗 9 1 1塑料 聚氯乙烯型材 9 1 1塑料 9 1 1塑料 聚丙烯再生塑料颗粒 9 1 1塑料 聚氯乙烯装饰板材 9 1 1塑料 聚苯乙烯保温板材 9 1 1塑料 9 1 2胶粘剂凡有良好粘合性能 能将两个相同或不同的固体材料连接在一起的物质统称为胶粘剂 胶粘剂又称粘合剂 它是土木工程不可缺少的配套材料之一 在材料制作 建筑工程 管道工程 防腐工程 混凝土裂缝和破损修补等方面应用广泛 9 1 2胶粘剂 9 1 2胶粘剂 1 胶粘剂的组成胶粘剂是由基料和多种辅助成分组成的高分子化合物 基料是胶粘剂的主要组分 在胶粘剂中起粘结作用 辅助成分主要有固化剂 增塑剂 或增韧剂 填料 溶剂 或稀释剂 等 胶粘剂能够牢固粘结其它材料的原因 主要是由于胶粘剂与材料之间存在黏附力以及胶粘剂本身具有的内聚力 影响粘结强度的因素主要有 胶粘剂的种类与性质 被粘材料的性质 含水状况及表面粗糙度 粘结层厚度及粘结工艺等 9 1 2胶粘剂 胶粘剂的组成表9 5 9 1 2胶粘剂 2 工程中常用的胶粘剂 表9 6 9 1 2胶粘剂 9 2防水材料 防水材料是指具有防止雨水 地下水和其它水分浸蚀的功能性材料 按照防水材料的柔韧性和延伸能力 防水材料分为柔性防水材料和刚性防水材料两类 按照防水材料的外观形态 防水材料分为防水卷材 防水涂料 密封材料和刚性防水材料四个系列 防水材料类别 沥青防水卷材 有机防水涂料 防水黏土瓦材 波形彩钢瓦材 9 2 1防水卷材防水卷材是目前用途广泛和用量最大的柔性防水材料 无论何种防水卷材 为了保证工程质量 其相关性能均须满足一定要求 防水卷材的性能要求表9 7 1 沥青防水卷材根据防水材料中有无基胎增强材料 沥青防水卷材分为有胎沥青防水卷材和无胎沥青防水卷材 有胎沥青防水卷材是以原纸 纤维毡 纤维布 金属箔 塑料膜等材料中的一种或数种复合为胎基 浸涂沥青或改性沥青以后 用隔离材料覆盖其表面所制成的防水卷材 无胎沥青防水卷材是以橡胶或沥青 树脂 配合剂和填料为原料 经热融混合成型而制成的防水卷材 油毡和油纸是常用的沥青防水卷材 若用低软化点的石油沥青浸渍原纸即构成油纸 如果再用高软化点的石油沥青涂盖油纸的两面 涂或撒布隔离材料则制成油毡 9 2 1防水卷材 2 改性沥青防水卷材改性沥青防水卷材是以合成高分子聚合物改性沥青为涂层 以纤维织物或纤维毡为胎基 粉状 片状 粒状或薄膜材料为隔离层而制成的厚度为2 4mm的防水卷材 9 2 1防水卷材 改性沥青防水卷材克服了普通沥青防水卷材温度稳定性差 延伸率小等缺陷 使沥青防水卷材具有高温不流淌 低温不脆裂 拉伸强度较高 延伸率较大等特点 在土木工程中应用广泛 三元乙丙橡胶防水卷材 9 2 1防水卷材 聚氯乙烯防水卷材 9 2 1防水卷材 丁基橡胶防水卷材 9 2 1防水卷材 氯化聚乙烯 橡胶共混防水卷材 9 2 1防水卷材 1 弹性体改性沥青防水卷材 SBS卷材 弹性体改性沥青防水卷材是以聚酯毡或玻纤毡为胎基 以苯乙烯一丁二烯一苯乙烯 SBS 热塑性弹性体作改性剂 两面覆以细砂或塑料薄膜隔离材料而制成的防水卷材 简称SBS卷材 按胎基材料不同 SBS卷材分为聚酯胎 PY 和玻纤胎 G 两类 按物理力学性能 SBS卷材分为 型和 型两种型号 SBS防水卷材的宽度为1000mm 聚酯胎卷材厚度为3mm或4mm 玻纤胎卷材厚度为2mm或3mm 4mm 每卷面积为15m2或10m2 7 5m2 弹性体改性沥青防水卷材 SBS卷材 的物理力学性能要求见表9 10 P175 9 2 1防水卷材 SBS卷材的与普通沥青防水卷材相比 其高温稳定性和低温柔韧性具有明显改善 且抗拉强度和延伸率较高 耐疲劳性和耐老化性好 并将传统的油毡热施工改变为冷施工工艺 该类防水卷材适用于各类建筑防水 防潮工程 尤其适用于寒冷地区的建筑物防水 9 2 1防水卷材 2 塑性体改性沥青防水卷材 APP卷材 塑性体改性沥青防水卷材是以聚酯毡或玻纤毡为胎基 以无规聚丙烯 APP 或聚烯烃类聚合物作改性剂 两面覆以隔离材料而制成的防水卷材 简称APP卷材 APP防水卷材 9 2 1防水卷材 APP卷材的品种 规格与SBS卷材相同 塑性体改性沥青防水卷材 APP卷材 的物理力学性能要求见表9 11 P176 APP卷材的抗拉强度高 延伸率大 耐老化性 耐腐蚀性和耐紫外线老化性能好 可在温度130 以下使用 APP卷材适用于屋面工程 地下及道桥工程的防水 尤其适用于紫外线强烈和炎热地区的屋面防水工程 9 2 1防水卷材 3 合成高分子防水卷材合成高分子防水卷材是指以合成橡胶 合成树脂或两者共混体为基料 加入适量的化学助剂和填充料 经混炼 压延或挤出等工序加工而成的可卷曲的片状防水材料 合成高分子防水卷材有三大类 橡胶系列防水卷材 三元乙丙橡胶 聚氨酯 丁基橡胶等 塑料系列防水卷材 聚乙烯 聚氯乙烯等 橡胶塑料共混系列防水卷材 9 2 1防水卷材 常用合成高分子防水卷材的性能特点及适用范围表9 12 9 2 1防水卷材 9 2 2防水涂料防水涂料是以高分子材料 沥青等为主体材料 再加入必要的辅助材料 在常温下呈无定形流态或半流态 经刷 喷等工艺能在结构物表面固化并形成坚韧防水膜的材料总称 配制防水涂料采用的主体材料主要有聚氨酯 氯丁胶 SBS橡胶 再生胶 沥青以及它们的混合物 掺加的辅助材料主要有固化剂 增韧剂 乳化剂 增黏剂 着色剂 防霉剂等 防水涂料的种类 9 2 2防水涂料 9 2 2防水涂料 9 2 2防水涂料 防水涂料与其它防水材料相比 具有许多性能特点 防水涂料的性能特点表9 13 9 2 2防水涂料 1 沥青基防水涂料沥青基防水涂料是指以沥青为基料配制而成的水乳型或溶剂型防水涂料 溶剂型沥青防水涂料是将石油沥青直接溶解于汽油等有机溶剂而制得的溶液 水乳型沥青防水涂料是将石油沥青分散于水中而形成的稳定水分散体 常用沥青基防水涂料的种类及主要用途 9 2 2防水涂料 1 水性沥青防水涂料水性沥青防水涂料是指以沥青为基料配制而成的水乳型或溶剂型防水涂料 涂料的乳化是借助于乳化剂的作用 在机械搅拌下 降熔化的沥青微粒 粒径1 10m 均匀地分散在溶剂中 使其形成稳定的悬浮体 水性沥青防水涂料 9 2 2防水涂料 2 冷底子油冷底子油是用汽油 柴油 煤油 苯等稀释剂对石油沥青进行稀释后的油状物 由于在常温下主要用于防水工程的底层 故称冷底子油 冷底子油 9 2 2防水涂料 冷底子油粘度小 具有良好的流动性 涂刷在混凝土 砂浆或木材等基面上 能很快渗入基层孔隙中 待溶剂挥发后便与基面牢固结合 冷底子油可封闭基层毛细孔隙 使基层具有一定的防水能力 并使基层表面变为憎水性 为粘结同类防水材料创造了有利条件 冷底子油一般不单独作防水材料使用 只作某些防水材料的配套材料 施工时应在基层上先涂刷一道冷底子油 再刷沥青防水涂料或防水卷材 冷底子油应涂刷于干燥的基面上 不宜在有雨 雾 露的环境中施工 9 2 2防水涂料 3 沥青胶沥青胶是在沥青中掺入适量的粉状或纤维状矿物填充料 滑石粉 石灰石粉 木屑粉 石棉粉等 经均匀混合而制成的胶状物材料 属于矿物填充料改性沥青 沥青胶又称沥青玛啼脂 沥青中掺入填充料不仅可以节约沥青 更主要的是可改善沥青的性能 与纯沥青相比 沥青胶具有较好的粘性 耐热性和柔韧性 沥青胶主要用于粘贴卷材 嵌缝 接头 补漏及做防水层的底层 9 2 2防水涂料 2 高聚物改性沥青防水涂料高聚物改性沥青防水涂料是以沥青为基料 用合成高分子聚合物改性而制成的水乳型或溶剂型防水涂料 如氯丁橡胶改性沥青防水涂料 水乳型橡胶改性沥青防水涂料 SBS和APP改性沥青防水涂料等 高聚物改性沥青防水涂料的柔韧性 抗裂性 拉伸强度 耐高低温性能 使用寿命等性能均比沥青基防水涂料有较大改善 广泛应用于各级屋面 地下室以及卫生间的防水工程 9 2 2防水涂料 1 氯丁橡胶改性沥青防水涂料氯丁橡胶改性沥青防水涂料分为水乳型和溶剂型两种类型 水乳型氯丁橡胶沥青防水涂料是以阳离子型氯丁胶乳与阳离子型沥青乳液混合而成 技术性能见表9 14 溶剂型氯丁橡胶沥青防水涂料是将氯丁橡胶和石油沥青溶解于甲基苯或二甲苯而形成的混合胶体溶液 技术性能见表9 15 水乳型氯丁橡胶沥青防水涂料是以水代替了溶剂型氯丁橡胶沥青防水涂料中的甲苯有机溶剂 其成本较低且安全无毒 是目前主要的防水涂料品种之一 9 2 2防水涂料 2 水乳型再生橡胶改性沥青防水涂料水乳型再生橡胶改性沥青防水涂料是由阴离子型再生乳胶和阴离子型石油沥青乳胶均匀混合而成 再生橡胶和沥青微粒在阴离子表面活性剂作用下 能稳定地分散在水中而形成乳状液 该涂料以水作为分散剂 无毒 无味 不燃烧 可冷施工 涂膜柔韧性和耐久性较好 涂层较薄 需多次涂刷以达到要求的厚度 常加纤维增强筋构成防水层 该涂料主要用于混凝土基层屋面防水 沥青珍珠岩保温屋面防水 地下混凝土防潮和刚性自防水屋面的维修工程 9 2 2防水涂料 3 SBS改性沥青防水涂料SBS改性沥青防水涂料是以沥青 橡胶 合成树脂 SBS 表面活性剂等高分子材料组成的水乳型弹性防水涂料 该涂料具有柔韧性好 粘结性能优良 抗裂性强 耐老化性能好 可冷施工作业等性能特点 适用于卫生间 地下室 厨房 水池等复杂基层的防水 特别适用于寒冷地区防水工程的施工 9 2 2防水涂料 3 合成高分子防水涂料 1 聚氨酯防水涂料聚氨酯防水涂料是以异氰酸酯基与多元醇 多元胺及其它含有活泼氢的化合物进行加聚而成 属双组分反应型高档防水涂料 该涂料具有涂膜固化时不收缩 弹性和延伸率较大 抗裂性较好 耐腐蚀性 耐候和耐老化性能优良 对各种基材均有良好的附着力 并有透明 彩色 黑色等多种颜色 该涂料主要用于中高档卫生间防水 地下室防水和保温屋面防水工程 9 2 2防水涂料 2 水性丙烯酸酯防水涂料水性丙烯酸酯防水涂料是以纯丙烯酸共聚物 改性丙烯酸或纯丙烯酸酯乳液为主要成分 加入适量填料和助剂配制而成的水性单组分环保型防水涂料 防水性 耐候性 耐热性和耐紫外线性能优良是该涂料的突出特点 同时该涂料的涂膜延伸性好 温度变化适应性强 可调制成各种颜色 该涂料适用于各种建筑防水工程 也可用于防水层的维修或作保护层 9 2 2防水涂料 3 硅橡胶防水涂料硅橡胶防水涂料是以硅橡胶胶乳以及其它乳液的复合物为主要基料 掺入无机填料及助剂配制而成的乳液型防水涂料 该涂料兼有涂膜防水和渗透防水材料的性能特点 具有良好的防水性 抗渗性 粘结性 延伸性和耐温度变化性 可刷涂 喷涂或滚涂 且成膜速度快 适用于各类工程尤其是地下工程的防水 9 2 2防水涂料 4 聚氯乙烯防水涂料聚氯乙烯防水涂料是以聚氯乙烯和煤焦油为基料 加入适量的防老化剂 增塑剂 稳定剂和乳化剂 以水作为分散介质而制成的水乳型防水涂料 该涂料弹塑性好 耐低温 耐化学腐蚀 耐老化 成品稳定性好 可在潮湿的基层上进行冷施工 主要用于一般工程的防水 防渗及金属管道的防腐工程 合成高分子防水涂料普遍具有高弹性 高耐久性及优良的耐高低温性能 适用于高防水等级的屋面 地下室 水池及卫生间的防水工程 9 2 2防水涂料 9 2 3密封材料密封材料是指为达到水密或气密目的而嵌入各种工程结构或构件缝隙中的材料 密封材料又称嵌缝材料 它在防水的同时 也起到防尘 隔气与隔声作用 为了使接缝能够形成连续体 密封材料应具有良好的变形 粘结 耐候耐老化 耐水以及良好的施工性能 1 密封材料的分类与选用密封材料分为定型和不定型两类 见表9 16 建筑密封材料的分类及主要品种表9 16 9 2 3密封材料 定型密封材料是指具有特定形状的密封衬垫 如密封条 密封带 密封垫等 不定型密封材料是指粘稠胶泥状的密封材料 俗称密封膏或嵌缝膏 工程中选用密封材料时 要重点考虑密封材料的粘结性能和使用部位 根据结构构建的材质 表面状况和性质 应选用具有良好粘结力的密封材料 不同的使用部位 对密封材料的要求不同 如对室外部位的接缝或缝隙来讲 要求密封材料应有较高的耐候性 对伸缩变形缝 则要求密封材料具有较好的弹性和粘结性 9 2 3密封材料 2 常用建筑密封材料 1 改性沥青嵌缝油膏改性沥青嵌缝油膏是以沥青为基料 加入改性剂 聚氯乙烯 废橡胶粉 硫化鱼油等 稀释剂 松焦油 松节重油 机油 及填充料 石棉绒 滑石粉 混合制成的冷用膏状密封材料 改性沥青嵌缝油膏的价格低廉 防水性 耐高低温性能及弹性较好 主要用于各种混凝土屋面板 墙板及沟槽等构件节点的防水密封 9 2 3密封材料 2 聚氨酯密封膏聚氨酯建筑密封膏是以聚氨基甲酸酯聚合物为主要成分 与含有活性氢化物固化剂组成的一种常温固化弹性密封材料 聚氨酯密封膏具有延伸率大 粘结性好 耐火 奶油 耐低温 耐酸碱和使用寿命长等性能优点 聚氨酯密封膏广泛用于各种装配式建筑的屋面板 楼地板 阳台 窗框 卫生间等部位的接缝和施工缝的密封以及给排水管道 贮水池 游泳池 引水渠等工程等的接缝密封和混凝土裂缝的修补 9 2 3密封材料 3 聚硫密封膏聚硫密封膏是以液态聚硫橡胶为基料 加入各种填充剂 硫化剂等配制而成的弹性密封膏 聚硫密封膏是一种饱和聚合物 不含易引起老化的不饱和键 其硫化物在大气作用下具有优良的抗老化性能 使用温度范围宽 40 90 与金属和非金属材料均有良好的粘结性 聚硫密封膏适用于金属幕墙 预制混凝土 玻璃窗 窗框四周 游泳池 贮水槽 地坪及构筑物接缝的防水处理及粘结 9 2 3密封材料 4 硅酮密封胶硅酮密封胶是以有机硅氧烷聚合物为主剂 加适量硫化剂 硫化促进剂 增强填充料和颜料组成的室温固化型密封材料 硅酮密封胶分为耐候密封胶和结构密封胶 硅酮密封胶具有良好的抗老化性能 变形性能 压缩循环性能以及耐热 耐寒性能 耐候密封胶是指用于嵌缝的具有较高变形能力的低模数密封胶 简称耐候胶 主要用于铝合金 玻璃 石材等材料的嵌缝 结构密封胶是指用于玻璃幕墙结构中玻璃与铝合金构件 玻璃板与玻璃板等之间的粘结的密封胶 简称结构胶 9 2 3密封材料 9 2 4刚性防水材料刚性防水材料是指以水泥 砂 石为原料或其内掺入少量外加剂 高分子聚合物等材料 通过调整配合比 抑制或减小孔隙率 改变孔隙特征 增加各原材料界面间的密实性等方法 配制而成的具有一定抗渗透能力的水泥砂浆或混凝土类防水材料 刚性防水材料可通过两种方法来实现 一是以硅酸盐水泥为基料 加入无机或有机外加剂配制成防水砂浆或防水混凝土 如外加剂防水混凝土 聚合物防水砂浆等 二是主要以膨胀水泥为基材配制的防水砂浆或防水混凝土 防水砂浆 9 2 4刚性防水材料 防水混凝土 9 2 4刚性防水材料 9 3保温隔热材料 热传递是材料在使用过程中的自然现象 普通材料都有一定的阻热能力 但在有些情况下普通材料还不能满足工程结构的保温隔热及节能降耗要求 因次须选用保温隔热能力较好的材料 在土木工程中 将能够阻止热量传递或热绝缘能力较强的材料称为保温隔热材料 也称绝热材料 在建筑工程中 习惯上把用于建筑外围护结构 以防止室内热量外逸的绝热材料称为保温材料 把防止室外热量通过围护结构进入室内的绝热材料称为隔热材料 外加保温材料 外保温 内加保温材料 内保温 选择保温隔热材料很重要 稳定传热过程示意 周期性不稳定性传热示意 材料的导热系数是一个非常重要的热物理参数 不同材料或物质的导热系数有很大差异 矿棉 泡沫塑料等材料的导热系数较小 砖砌体 钢筋混凝土等材料的导热系数较大 金属建筑材料 如钢材 铝合金等 的导热系数更大 工程上常把 值小于0 25W m K 的材料称为保温隔热材料 空气的导热系数很小 在27 状态下仅为0 02624W m K 因此 干燥的空气是一种高效的保温隔热材料 在房屋建筑中 为了提高围护结构的热工性能 常把围护结构作成空腔 在其中设置封闭空气间层 9 3 1保温隔热材料的类别保温隔热材料的种类很多 按照保温隔热材料的形态分类是常见的分类方法 其类别见表9 17 保温隔热材料的形态类别表9 17 9 3 2常用保温隔热材料 常用保温隔热材料及用途表9 18 膨胀珍珠岩及制品 膨胀蛭石及制品 9 3 2常用保温隔热材料 硅藻土保温砖 多孔混凝土 泡沫玻璃保温砌块 石棉保温材料 9 3 2常用保温隔热材料 矿棉保温板 玻璃棉保温板 陶瓷纤维保温板 泡沫塑料保温板 9 3 2常用保温隔热材料 9 3 3保温隔热材料的选用不同的保温隔热材料种类有不同的保温隔热及节能效果 即使同一种保温隔热材料 当使用环境 使用部位 构造做法 施工工艺等因素不同时 也将有不同的保温隔热及节能效果 在自然条件下 一般非金属材料在不同程度上含有水分 材料含湿量增大将使其导热系数值增大 选用保温隔热材料的基本原则 根据工程种类及功能要求 综合考虑技术 经济 耐久等指标 应选用导热系数小 质量轻 化学稳定性高 耐久性好 吸水性小 施工性好 环境适应性强 价格便宜 强度相对较高的保温隔热材料 9 4吸声隔声材料 声音的传播实质上是声能量的传播 声学材料是指在声音传播过程中 通过自身的特殊构造与结构 能够吸收或隔离声能并将声能转化为其它能量形式的材料 吸声材料和隔声材料是性能及用途不同的两类声学材料 9 4 1吸声材料1 材料的吸声系数声音在传播过程中 当声音遇到材料或构件时 声能将分解为三部分 即一部分声能被材料吸收 另一部分声能被材料反射 还有一部分声能透过材料或结构传到另一空间中去 被材料吸收的声能与入射声波的总声能之比称为材料 或构件 的吸声系数 式中 材料的吸声系数 被材料吸收的声能 E0 入射声波的总声能 9 2 任何材料都有吸声能力 只是吸收的程度有所不同 影响材料吸声性能的主要因素有 材料的厚度 密度 孔隙率 湿度和材料背后条件等 材料的吸声性能用吸声系数来表示 材料的吸声系数越大 表明其吸声效果越好 对于同一种材