第9章 工程功能性材料(同济刘正武)

elseengineeringmaterial第9章工程功能性材料9.1防水材料

39.1.1防水材料概述

定义：防水材料是指具有防止建筑工程结构免受雨水、地下水、生活用水浸蚀的材料。堵水材料还需满足带水操作的施工要求。

分类：根据外观形态分类防水卷材防水涂料密封材料刚性防水材料根据特性分类柔性刚性具有一定柔韧性和较大延伸率的防水材料，如防水卷材、有机涂料，它们构成柔性防水层。较高强度和无延伸能力的防水材料，如防水砂浆、防水混凝土等，它们构成刚性防水层。4防水卷材的性能要求：1、具有较高的抗渗性和耐水性：指在水作用下或被水侵润后其性能基本不变，在压力水作用下具有不透水性。常用不透水性、吸水性表示。2、温度稳定性：指在高温下不流淌、不起泡、不滑动，低温下不断裂的性能，即在一定温度变化下保持原有性能的能力。3、有一定的或适宜的强度：指防水卷材承受一定载荷、应力或在一定变形下不断裂的能力。常用拉力、拉伸强度和断裂伸长率等指标表示。4、柔韧性：指在低温条件下保持柔韧性的性能。它对保证易于施工、不脆裂十分重要。常用柔度、低温弯折性等指标表示。5、大气稳定性：指在阳光、热、臭氧及其他化学侵蚀介质等因素的长期作用下抵抗侵蚀的能力。常用耐老化性、热老化性等指标表示。5防水卷材——长条形、片状、成卷供应、起防水作用的材料。①

接缝处易脱开②不平整基层难施工①工厂化生产、质量稳定②施工简便沥青防水卷材——沥青纸胎油毡聚合物改性沥青防水卷材——SBS橡胶改性沥青防水卷材聚合物防水卷材——三元乙丙橡胶防水卷材9.1.2防水卷材

1）、特点优点：缺点：

2）、防水卷材分类6常见沥青防水卷材的特点与应用范围

卷材名称特点适用范围石油沥青纸胎油毡资源丰富、价格低廉，抗拉性能低、低温柔性差、温度敏感性大。使用年限较短。是我国传统的防水材料三毡四油、二毡三油叠层铺设的屋面工程石油沥青玻璃布油毡抗拉强度较高、胎体不易腐烂，柔韧性好，耐久性比纸胎油毡高1倍以上用作纸胎油毡的增强附加层和突出部位的防水层石油沥青玻纤油毡耐腐蚀性和耐久性好，柔韧性、抗拉性能优于纸胎油毡常用于屋面和地下防水工程。石油沥青黄麻胎油毡抗拉强度高，耐水性和柔韧性好，但胎体材料易腐烂常用于屋面增强附加层。石油沥青铝箔胎油毡防水性能好，隔热和隔水汽性能好，柔韧性较好，且具有一定的抗拉强度。与带孔玻纤毡配合或单独使用，用于热反射屋面和隔汽层。7常用改性沥青防水卷材特点及应用卷材名称组成特点适用范围弹性体改性沥青防水卷材聚酯毡或玻纤毡为胎体、苯乙烯丁二烯苯乙烯(SBS)作改性剂，两面覆以隔离材料

高温稳定性和低温柔韧性明显改善，抗拉强度和延伸率较高，耐疲劳性和耐老化性好，变热施工为冷施工。广泛适用于各类建筑防水、防潮工程，尤其适于寒冷地区建筑物防水塑性体改性沥青防水卷材聚酯毡或玻纤毡为胎体、无规聚丙烯(APP)或聚烯烃类聚合物(APA0、APO)作改性剂，两面覆以隔离材料常用APP，抗拉强度高，延伸率大，耐老化性、耐腐蚀性和耐紫外线性能好，在130℃以下的温度使用适用于紫外线强烈及炎热地区的屋面合成高分子防水卷材主要产品：聚氯乙烯防水卷材、氯化聚乙烯防水卷材、氯化聚乙烯-橡胶共混防水卷材、三元乙丙橡胶防水卷材和三元丁橡胶防水卷材等。高弹性，高延伸性，良好的耐老化性、耐高温性和耐低温性等。已成为新型防水材料发展的主导方向对变形开裂的适应性强，使用温度范围宽，寿命长，但价格高，且需配套合适的粘结材料东北某城市高档高层住宅小区楼群屋面需铺设防水卷材，有以下几种材料可选用，请选择：8材料的综合选用ⅡⅢ石油沥青纸胎油毡

玻纤毡胎APP改性沥青防水卷材

三元乙丙橡胶防水卷材

Ⅳ聚氯乙烯防水卷材

9分析Ⅰ：石油沥青纸胎油毡

是传统的防水卷材，具有价格低廉的优点，但低温柔性较差，温度敏感性较强，且易老化，是低档的防水卷材，最终将被新型高档的防水卷材所取代，不宜用于高档高层建筑。10分析Ⅱ：玻纤毡胎APP改性沥青防水卷材属于塑性体沥青防水卷材，老化期在20年以上，耐紫外线能力比其他改性沥青防水卷材都强，最适宜用在强烈阳光照射的地方使用，而在寒冷的东北地区使用效果则不是最好。11分析Ⅲ：三元乙丙橡胶防水卷材宜优先选用，因其耐老化性好，使用寿命可达30～50年以上，拉伸强度较高，对粘结基层变形开裂的适应跟踪能力较强，耐高温及低温性能好，其中一等品的脆性温度可达零下15℃以下。12分析Ⅳ：聚氯乙烯防水卷材此种卷材拉伸强度高，但其总体性能逊于三元乙丙橡胶防水卷材，因其价格较低，中低档住宅可选用此种防水卷材，而高档住宅则选用三元乙丙橡胶防水卷材较好。1314

9.1.3.1防水涂料特点优点：缺点：15①无接缝、完整的防水层②适合于复杂部位表面③冷作业，操作简便④自重轻⑥延伸性能好⑤便于增强⑦易于修补①膜层厚度难保持均匀一致②不能用于倾斜度大的基层防水涂料——在常温下呈粘稠状液态的材料，涂布在基层表面，静置固化后，能形成坚韧的防水膜。9.1.3防水涂料16防水涂料的基本性能要求：1、防水性能2、良好施工性能3、机械力学性能4、温度稳定性5、大气稳定性6、柔韧性等17（1）按液体类型分类：（2）按成膜物质分类：①沥青类——如石棉乳化沥青涂料②聚合物改性沥青——乳液型氯丁橡胶沥青防水涂料③合成高分子类——如聚氨酯防水涂料9.1.3.2防水涂料分类189.1.3.3沥青类防水涂料1.冷底子油是用有机溶剂（汽油、柴油、煤油、苯等）与沥青溶合后制得的一种沥青溶液。粘度小，具有良好的流动性。在常温下作为防水工程的底层，一般不单独做防水材料使用。涂刷在基面上形成膜，一方面使基面呈憎水性，另一方面为粘结同类防水材料创造了有利条件。随配随用，应采用与沥青同产源的溶剂。配制方法：热配法和冷配法。应涂刷于干燥基面上。2.沥青胶（沥青玛碲脂）在沥青中掺入适量的矿物质粉料或再掺入部分纤维状填料配制而成。与纯沥青相比，具有较好的粘性，耐热性，柔韧性和抗老化性。主要用于粘贴卷材、嵌缝、接头、补漏及做防水层的底层。使用方法：热用冷用标号以耐热度表示。性质主要取决于沥青的性质。选用：应根据屋面的使用条件、屋面坡度及当地年极端最高气温按有关规定选用。使用时注意同源原则：配制沥青胶所用沥青应与被粘贴卷材所用沥青种类一致。3.沥青防水涂料以沥青为基料配制而成的水乳型或溶剂型防水涂料。分溶剂型和水乳型。溶剂型防水涂料即冷底子油，一般不单独使用。水乳型防水涂料即水性沥青基防水涂料，是以乳化沥青为基料的防水涂料。乳化沥青：以水为分散介质并借助于乳化剂的作用将沥青微粒（﹤10μm）分散成乳液型稳定的分散体系。乳化沥青涂刷于材料表面，成膜后防水。分类：（1）AE–1类：厚质防水涂料，不具流平性；（2）AE–2类：薄质防水涂料，具有流平性。

AE–2类的延伸性和低温柔性均好于AE–1类。水性沥青基防水涂料性能较低，可涂刷或喷涂在材料表面作为防潮或防水层，也可做冷底子油用。做屋面防水工程时，必须与其它材料配套使用，或用于油毡屋面的保护涂层，不宜单独使用。可直接施工在潮湿基层上。不宜在5℃以下或夏季烈日下施工。根据涂料厚薄不同，沥青防水涂料防水层可采用一布二涂一砂、二布三~六涂一砂等结构。布——胎体增强材料，通常为无纺布；涂——防水涂料；砂——散细粒材料做保护层。4.高聚物改性沥青防水涂料1）氯丁橡胶沥青防水涂料（1）水乳型：氯丁橡胶沥青防水涂料（氯丁胶乳沥青防水涂料），成膜快，强度高，耐候性好，抗裂性好，可冷施工，价格低，防水性能一般，在屋面上不能单独使用，也不适用于地下室及浸水环境表面。（p170表9-4）溶剂法是先将氯丁橡胶溶于一定的溶剂（如甲苯）中形成溶液，然后掺入加热成流体状态的沥青中，混合均匀即成为经改性的氯丁橡胶沥青。24（2）溶剂型：氯丁橡胶-沥青防水涂料，性能与水乳型大体相当，可用于地下室及浸水环境下建筑物表面的防水。（p170表9-5）水乳法是分别将橡胶和沥青制成乳液，再混合均匀即成。5.合成高分子防水涂料

应用最多的是聚氨酯防水涂料，双组分反应型涂料，成膜厚，操作简便，弹性好，延伸率大，具有优异的耐候、耐油、耐磨、耐臭氧、耐海水、不燃烧性能。耐用年限在10年以上。应用于中高级建筑的卫生间、厨厕、水池及地下室防水工程和有保护层的屋面防水工程。266.聚氨脂防水涂料又称为聚氨酯涂膜防水材料。弹性、粘结性、耐疲劳性和耐候性优良，并耐水、耐油，用于屋面、墙板、地下室、门窗、管道、卫生间、蓄水池、游泳池、机场跑道、公路、桥梁的接缝密封防水。7.用于屋面方式工程的材料选择按国标《屋面工程施工及验收规范》（GB50207—94）的规定选用防水材料，见下表9-7。项目屋面防水等级ⅠⅡⅢⅣ建筑物类别特别重要的或对防水有特殊要求的建筑重要的建筑和高层建筑一般的建筑非永久性的建筑防水层合理使用限25年15年10年5年防水层选用材料宜选用合成高分子防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材、金属板材、合成高分子防水涂料、细石防水混凝土等材料宜选用高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材、金属材板、合成高分子防水涂料、高聚物改性沥青防水涂料、细石防水混凝土、平瓦、油毡瓦等材料应选用三毡四油沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材、金属板材、高聚物改性沥青防水涂料、合成高分子防水涂料、细石防水混凝土、平瓦、油毡瓦等材料可选用二毡三油沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水涂料等材料设防要求三道或三道以上防水设防二道防水设防一道防水设防一道防水设防屋面防水等级和材料选择289.1.4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，配制成具有一定抗渗透能力的水泥砂浆、混凝土类防水材料。生产方法：

(1)以硅酸盐水泥为基料，加入无机或有机外加剂配制而成的防水砂浆、防水混凝土。或直接使用水泥基渗透结晶型防水材料。

(2)以膨胀水泥为主的特种水泥为基材配制的防水砂浆、防水混凝土。

291、刚性防水材料的概念刚性防水材料是指以水泥、砂石为原材料，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，抑制或减少孔隙率，改变孔隙特征，增加各原材料界面间的密实性等方法，配制成具有一定抗渗透能力的水泥砂浆混凝土类防水材料。另一种说法是：依靠结构构件自身的密实性或采用刚性材料作防水层以达到建筑物防水目的防水材料称为刚性防水材料。

9.1.4.1刚性防水材料的概念及各类302、刚性防水材料的种类:主要有聚合物水泥防水砂浆、无机刚性防水材料和纤维增强砼类防水材料1）聚合物水泥防水砂浆是以可分散聚合物粉末和水泥、细砂等混合而成的单组分防水砂浆或以聚合物乳液与水泥、中砂等通过工厂化工艺配制而成的防水砂浆。2）无机刚性防水材料是以水泥、无机外加剂或掺合料与中砂等原材料通过工厂化工艺配制而成的防水砂浆。3）纤维增强砼是在普通砼中加入适量纤维减少砼裂纹达到防水效果的防水材料。319.1.4.2常用刚性防水材料1、普通防水混凝土：通过改变混凝土的配合比，达到防水的目的。一般情况下水灰比小于0.4时，就已经具备了一般防水的功能，可以在短期内起到防水作用。2、最佳骨料级配砼：通过使混凝土的骨料达到最大密实度，再使用较小的水灰比，可以具备较好的防水功能。适用于一般的防水工程。3、外加剂防水混凝土：在普通混凝土中加入适当的外加剂，使混凝土达到最大密实，可以具有更好的防水功能。用的外加剂有：密实剂类：氯化铁和氢氧化铁；膨胀剂等

324、水泥基渗透结晶型防水材料：在水泥混凝土中加入某些化学材料，当水渗透到混凝土内部时，这些化学材料会与水作用，产生膨胀型结晶，堵塞混凝土内的透不通路，达到防水目的。5、膨胀水泥防水混凝土：膨胀水泥在水化时体积腹胀，填充混凝土内的孔隙，达到防水目的。6、聚合物混凝土防水材料：在水泥混凝土中加入聚醋酸乙烯等聚合物，堵塞混凝土内的孔隙，达到防水目的。339.1.4.3纤维增强混凝土防水材料1）钢纤维混凝土防水层：在防水层混凝土中掺入短而不连续的钢纤维。钢纤维在混凝土中可抑制细微裂缝的开展，使其具有较高的拉伸强度和较好的抗裂性能，达到较好的防水效果。且使用年限长，施工工艺简单，维修率低、造价低。钢纤维混凝土防水层与找平层之间可不设隔离层，防水层的厚度不宜小于３０ｍｍ。防水层所用钢纤维混凝土应符合下列规定：水泥强度不低于42.5；水灰比宜取0.45～0.5，粗骨料粒径不得大于10ｍｍ；纲纤维体积掺量在1～2%浇筑钢纤维混凝土时，应采用表面振动器振实，并在表面泛浆后抹平，收水后随即再次压光。在一个分缝区域内必须连续浇筑，严禁中断。浇筑后应及时养护，保持湿润。钢纤维补偿收缩混凝土应采用蓄水养护或用蓄水性良好的材料覆盖淋水养护，养护时间不得少于１４昼夜。342）合成纤维增强混凝土防水层在混凝土中双掺聚丙烯纤维和低碱膨胀剂(UEA)，利用纤维抑制混凝土早期产生的收缩裂缝；通过湿养护，膨胀剂的水化产物钙钒石不断生成，几微米的钙钒石结晶体，在水泥硬化过程中使混凝土内部产生自应力，由此对混凝土产生补偿收缩，起到防止开裂作用，提高了混凝土的抗渗性及耐久性。9.2保温隔热材料

36一、保温隔热机理1、传热方式——传导换热、对流换热、辐射换热372、导热系数在稳定导热情况下，

实际材料为当量导热系数，包含孔隙中气体的传导换热和对流换热、孔壁间的辐射换热。

该常数与材料的组成、结构、构造有关，反应了材料的导热能力，因此称作导热系数。389.2.1绝热材料基本要求①较低的导热系数：②较低的容积密度:③一定的承载能力:④其它相关的性能：λ＜0.17W/mK

≯600kg/m3＞0.3MPa较低的吸湿性，防火防腐能力。

由于绝热材料的强度一般都很低，因此，除了能单独承重的少数材料外，在围护结构中，经常把绝热材料层与承重结构材料层复合使用。393、绝热材料的类型⑴多孔型绝热原理：

绝热材料：①固相传热：路线大大增加②气孔传热：导热系数极小泡沫塑料、膨胀珍珠岩等⑵纤维型绝热原理：绝热材料：⑶反射型绝热原理：绝热材料：40与多孔材料类似岩棉、矿棉I0IAIB铝箔、热反射玻璃有效阻挡辐射换热。反射率大，→吸收率小，从而41二、绝热材料的性质1、导热系数的影响因素①组成、结构②孔隙③温度 晶体＞玻璃体金属＞非金属温度↑→λ↑孔隙率↑→λ↓，孔径、连通性↑→λ↑42④含水率⑤热流方向含水率↑→λ↑，结冰→λ↑顺纤维向＞横纤维向43膨胀珍珠岩膨胀蛭石泡沫玻璃泡沫塑料多孔混凝土微孔硅酸钙三、常用绝热材料1、多孔绝热材料442、纤维绝热材料

3、反射绝热材料4、其它绝热材料岩棉、矿棉玻璃棉陶瓷纤维铝箔热反射玻璃中空玻璃吸热玻璃9.2.3

绝热材料的选用如建筑外墙的保温层通常做在内侧，以免受大气的侵蚀，但应选用不易破碎的材料，如软木板、木丝板等；如果外墙为砖砌空斗墙或混凝土空心制品，则保温材料可填充在墙体的空隙内，此时可采用散粒材料，如矿渣、膨胀珍珠岩等。屋顶保温层则以放在屋面板上为宜，这样可以防止钢筋混凝土屋面板由于冬夏温差引起裂缝，但保温层上必须加做效果良好的防水层。总之，在选用绝热材料时，应结合建筑物的用途、围护结构的构造、施工难易、材料来源和经济核算等综合考虑。对于一些特殊建筑物，还必须考虑绝热材料的使用温度条件、不燃性、化学稳定性及耐久性等。9.3吸声材料

一、吸声系数1、定义2、影响因素

3、测定方法：48E——被材料吸收的声能E0——入射声能材料的性质声音的频率、声音的入射角度无规入射（混响室法）六个频率（125,250,500,1000,2000,4000Hz）二、吸声材料定义：特征：1、多孔性吸声材料材料特征：吸声结构：吸声机理：影响因素：49轻质、疏松、多孔的材料气孔状——膨胀珍珠岩、泡沫玻璃纤维状——玻璃棉、岩棉、软质纤维板①材料密实度、构造②材料厚度③背后空气层④表面特征孔隙内空气分子的振动受到摩擦阻力和粘滞阻力，声波使细小纤维作机械振动，声能最终变为热能而消耗。大量内外连通的微小间隙502、柔性吸声材料材料特征：吸声结构：吸声原理：软质泡沫塑料，如乙烯基海绵、聚氯乙稀泡沫塑料声波使材料产生相应的振动，振动中因克服材料内部的摩擦阻力而消耗声能。含有封闭气孔的弹性体51

三、吸声结构

1、薄板薄膜振动吸声结构基本材料：吸声结构：吸声原理： 薄板——胶合板、石膏板等薄膜——皮革、人造革、塑料薄膜墙体不透气、有弹性的薄板或薄膜＋空气背衬声波使薄板、薄膜产生振动，振动中因克服摩擦阻力而消耗声能。522、穿孔板组合吸声结构基本材料：吸声结构：吸声原理：

穿孔板，如胶合板、硬质纤维板、石膏板、塑料板、铝合金板等一定体积的空腔（空气背衬）通过小孔与外部声场相联系墙体声波使空腔内的空气振动，由于空腔的体积比孔颈体积大的多，从而使孔颈中的空气柱产生很大的振动，振动中因克服摩擦阻力而消耗声能。533、幕帘吸声体基本材料：吸声结构：吸声原理：4、空间吸声体基本材料：吸声结构：吸声原理：通气性纺织品幕帘＋空气背衬与纤维状多孔材料类似多孔材料悬挂在顶棚下的各种形体类似于多孔材料，兼有其它作用54四隔声材料一）、空气声的隔绝1、传声特点：2、隔声材料：二）、固体声的隔绝1、传声特点：2、隔声材料：②材料质量越大，空气声波越难使其振动。密实沉重的材料，如粘土砖，钢板、混凝土等①空气声波通过墙体材料的振动使得房间内的空气产生振动，形成声波。固体越密实，固体声波传播效率越高。柔软弹性的阻尼材料，如毛毡、软木、橡皮等9.4装饰装修材料

装饰材料的基本要求及选用原则（1）建筑物的类型和档次；（2）装饰效果：

（考虑色彩、材料的质感、线型、尺度和纹理等）56（3）耐久性（4）经济性普通玻璃品种

特点

用途普通窗用玻璃透明性好、板面平整；用于建筑门窗装配磨砂玻璃粗糙，使光产生漫射，有透光不透视特点卫生间、厕所、浴室的门窗；压花玻璃透光不透视，并有装饰功能；用于宾馆、办公楼、会议室；彩色玻璃耐腐蚀、易清洗、装饰美观；建筑物内外墙面、门窗及对采光有特殊要求的部位；571.建筑玻璃58安全玻璃品种

特点

应用钢化玻璃强度比普通玻璃大3-5倍，抗冲击、抗弯性能好、耐腐蚀性强；建筑物的门窗、汽车窗玻璃、汽车挡风玻璃夹丝玻璃破碎时，玻璃碎片附在金属网上，防火；厂房的天窗、防火门窗；夹层玻璃透明度好、耐火、耐热、耐湿、耐寒等汽车、飞机挡风玻璃；防弹玻璃；中空玻璃保温、隔热、隔声性能好高级住宅、学校、汽车门窗等；59特种玻璃品种

特点

用途热反射玻璃较高的热反射性而又具有良好的透光性能；用于制造中空玻璃或夹丝玻璃；吸热玻璃能吸收大量红外线辐射，而又能保持良好的透光性能需隔热且需采光的部位、如冷库；光致变色玻璃玻璃的颜色在太阳光照射时变色，停止照射时恢复颜色；主要用于汽车和建筑物上；60钢化玻璃阳光房中空玻璃

特厚玻璃玻璃空心砖玻璃马赛克

61异形玻璃6263

人民大会堂广东厅（微晶玻璃米黄色平板和白色圆弧板主体装饰材料)64

广州奥林匹克中心65常见陶瓷制品名称

特点

应用釉面砖（又称瓷砖、内墙面砖）有白色、彩色等色泽；朴实大方；热稳定性好、防火、防酸；表面光滑、易清洗等厨房、浴室、卫生间、实验室、精密仪器车间及医院、工厂等处的内墙面、台面；墙地砖建筑物外墙贴面和室内外地面装饰用砖2.建筑陶瓷66陶瓷锦砖（俗称马赛克）具有多种色彩且色泽明净；抗压强度大；耐腐蚀、耐磨、耐水、耐火、抗冻、不吸水、不滑、易清洗；坚固耐用、价格低；室内地面装饰；如餐厅、厨房的地面铺装材料陶瓷劈离砖以粘土为原料，经加工而成，该产品富有特点，古朴