工程聚合物-道路建筑材料课件

韦琴本章主要内容：

理解聚合物基本概念，了解常用的工程聚合物种类以及在公路工程中的应用。课时：2学时第七章

工程高分子聚合物材料

一、聚合物定义及命名1．聚合物定义

所谓聚合物是通过聚合的方式将成千上万的小分子连接而成的一类物质，由于这类物质聚合成的分子量很大，所以又称为高分子或高聚物。聚合物天然合成淀粉、蛋白质、纤维和橡胶等聚合物聚乙烯、聚苯乙烯、丁苯橡胶第一节聚合物的基本概念

注：聚合物的分子量很大，但其化学结构却比较简单，是小分子物质结构重复组合。如常见的日用工程塑料聚氯乙烯是由单个氯乙烯分子聚合在一起形成。聚氯乙稀聚苯乙烯酚醛树脂丁苯橡胶2．聚合物材料的命名（1）根据单体名称命名

a.聚合物由一种单体聚合而成，在构成聚合物的单体前加“聚”字

b.聚合物由两种或两种以上单体聚合而成，则将单体名称的缩写放在前面，在其后根据用途加上“树脂”、“橡胶”等名称。

（2）习惯命名和商品命名：

习惯命名：聚酰胺66己二酸类和己二胺聚合成的己二酰己二胺商品名称：尼龙66，有机玻璃，环氧树脂等英文缩写聚乙烯PE、聚氯乙稀PVC高分子聚合物的分子结构高分子聚合物是由不同结构层次的分子有规律的排列、堆砌而成。按分子几何结构形态来分，可分为：1、线性：其分子为线状长链分子。特点：具有良好的弹性、塑性、柔顺性，海鸥一定的强度，但硬度小。2、支链型其分子在主链上带有比主链短的支链。3、体型是由线型或支链型高聚物分子以化学键交联形成，呈空间网状结构。特点：不能溶解于任何溶剂，最多只能溶胀。加热后不软化、也不能流动，加工时只能一次塑制。塑性和弹性低，但硬度与脆性较大，耐热性较好。三、高分子聚合物的分类高聚物的分类1、按高分子聚合物的合成材料分为塑料、合成橡胶、合成纤维等2、按分子结构，分为线型、支链型、体型3、按反应类别分加聚反应和缩聚反应。其反应物为加聚物和缩聚物。一、定义：

土工布是以聚合物为原料加工成丝、纤维、纱等做成的平面结构的土工织物。土工布是一种新型建材，主要应用于水库、公路、铁路、海岸、隧道、机场等，具有过滤、排水、隔离、加固、防渗等作用，同时具有良好的抗老化和防腐蚀性。大量工程实践证明土工布及符合土工膜确实是岩土工程作业中首选的材料。

土工布土工材料的分类

土工合成材料一般分为四大类：（1）土工织物（2）土工格栅（3）土工网（4）土工膜

（5）土工复合材料（由两种以上材料复合成的土工材料）土工布二、土工合成材料的技术性质

土工合成材料的性质包括物理性质、力学性质、水力学性质、土工合成材料与土相互作用以及耐久性等内容。测试的目的可归纳为两个方面：一是提供工程设计所需的参数，如材料的厚度、孔径、抗拉强度、渗透系数、与土的界面摩擦系数等；二是用于比较多种产品的性能指标，例如单位面积质量、孔隙率、撕裂强度等，往往不应用于具体的设计公式，常用于选材的对比和判断特定工程应用的适宜性。一、土工合成材料的物理性质1、单位面积质量2、厚度3、孔径4、幅宽二、土工合成材料的力学性质反应土工合成材料力学性质的指标主要有：拉伸强度、撕破强度、顶破强度、刺破强度、穿透强度和握持强度等。三、土工合成材料的水力学性质土工织物常被用于排水和过滤材料。土工织物可以让水和空气自由通过，并能有效的截留和控制土颗粒的流失。

力学性质主要包括：孔隙率、孔径的大小及分布情况和参透能力等。1、孔径率土工织物的孔隙率可直接通过计算来确定：(9-1)式中：G——土工织物的单位面积质量（g/m2）；

P——原材料密度（g/m2）；δ——组织物的厚度（m）无妨织物的孔隙率随其承受压力改变而改变。一般情况下，无妨织物的孔隙率在90%以上，承压后孔隙率明显降低。2、掺透特性

土工合成材料的掺透特性用其掺透系数和透水率来评价。主要包括两方面：对土工织物来讲，掺透特性指的是透水性；对土工膜来讲，则是他的防渗性。土工布在道路工程中的应用合成织物用于土木工程始于20世纪50年代末，美国人使用透水性合成纤维有纺织物铺设在混凝土块下，作为冲刷防护层。

随着路用性能要求的不断提高，对常用的筑路材料也有了更高的要求。在公路建设过程中使用聚合物或利用聚合物材料对现有路用材料进行改性，是满足这种需要的一个有效方法。在公路工程中土工合成材料的作用主要是过滤、排水、隔离、加筋、防渗和防护，常用于以下五个方面。（1）路提加筋（2）台背路基填土加筋（3）过滤与排水（4）路基防护（5）路面裂缝防治1．排水作用土工布是多孔隙透水材料，使水通过其透水通道从土体或土工结构物内排出。可用在公路路面的排水设施、挡土墙及隧洞衬砌后排水系统。2．反滤作用水渗透过土工布时，保持土工布下的土粒不流失。可以代替传统的砂砾料反滤层。可用于挡土墙及排水沟反滤；堤坝及护坡的反滤等。土工布的作用3．分隔作用土工布设置在两种不同材料之间，避免不同性质材料的相互渗透和相互作用，保持各介质和结构的完整性和稳定性

。可将其铺设在路面基层与土基之间，以中断土壤间的毛细作用，防止路面翻浆。4．加强作用利用其抗拉性能改善路面结构层的力学性能。用在路面结构层可将荷载或应力均匀地扩散到较大范围内。常用于软基处理、修筑加筋挡土墙及桥台、加固高填方土基或坡度很陡的边坡、滑坡处理、加固柔性路面、修补沥青路面、防止反射裂缝和车辙等。5．防护作用防护作用主要是指使用土工布限制或防止土体受外界环境作用而破坏。可用于道路边坡、泥石流和悬崖侧建筑物障墙防冲、涵洞工程护底、沙漠地区滞砂和固砂、防止土基冻害、防止道路盐渍化措施、边坡加固、防止沥青路面开裂。注：在公路和铁路基石中主要隔离，次要加固、排水和反滤的作用在海岸和河岸方面主要隔离、排水和反滤，次要加固作用。土工布的缺点抗紫外线能力低，不可暴晒。土工布应用-坝土工布应用-隧道工程

土工布应用—地铁土工布应用-道路

土工布应用-道路

聚合物混凝土是普通水泥混凝土技术结合聚合物材料，以改善原水泥混凝土技术性能的一种新型材料。聚合物浸渍混凝土聚合物水泥混凝土聚合物胶结混凝土混凝土和聚合物间的结合方式三、聚合物改性混凝土强度高、变形好的聚合物水泥胶料

聚合物水泥混凝土的路面

重庆内环吉庆隧道洞口段

具有立体彩色的路面表观效果

采用冷拌、摊铺工艺一次成形

彩色聚合物混凝土透水降噪路面

聚合物充满了混凝土的毛细孔和微孔隙1．聚合物浸渍混凝土（）将硬化的混凝土加热、干燥、抽取孔隙中的空气，以有机单体（常用甲基丙稀酸甲脂等）浸渍，然后用加热或辐射等方法使孔隙中的单体聚合而成。优点：提高混凝土抗渗性，改善抗冻性、耐腐蚀性，并提高强度。缺点：耐热性较差，高温时聚合物易分解主要应用于耐高压容器、原子反应堆，也可用于海洋深处的构筑物。2．聚合物水泥混凝土（PCC）以聚合物乳液拌和水泥，再掺入骨料和砂配制而成的混凝土。聚合物与水泥水化产物相互穿透包裹，填充水泥水化物及骨料间的空隙

聚合物的硬化与水泥的水化同时进行，混凝土的强度发展迅速，抗拉强度高、耐磨性、耐蚀性高、耐久性、干缩小。主要用于防水或防蚀的混凝土结构物、工业厂房地面、混凝土结构的修补(包括海上和水下工程)及灌浆工程，也可用于快速修复混凝土路面、机场道面及桥面铺装层。

3．聚合物胶结混凝土（PC）这种混凝土完全采用聚合物作为胶结材料的混凝土。

其性能呈现出一些新的特点：轻质高强，大大提高了抗拉强度、抗弯强度；同时也改善了混凝土的抗渗性、抗冻性和耐久性。聚合物混凝土主要用于抢修等特殊用途，也可用于喷射混凝土。聚合物不仅可填充集料间的空隙，而且可浸填集料的孔隙。石油沥青缺点：高温抗变形能力、低温的抗开裂性、与集料的粘附性和抗老化性差。在沥青中掺入聚合物或利用聚合物对沥青改性，可以有效地提高沥青路用性能。

常用：热塑弹性体改性沥青、橡胶类改性沥青和热塑性树脂改性沥青等，其中以采用SBS改性沥青最好。四、聚合物改性沥青1、热塑性树脂改性沥青常用的有聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。它们主要是提高沥青的黏度、改善高温抗流动性，同时可增大沥青的韧性。所以它们改善沥青高温性能有效，但是低温性能的改善不明显。2、橡胶类改性沥青当前改性较好的是丁苯橡胶（SBR）（1）常规指标上，针入度减小，软化点升高，低温延度（5°）延度有明显增加（2）黏度增加（3）热稳定性提高（4）韧度明显提高，粘附性提高3、热塑性弹性体改性沥青对沥青性能的改善优于树脂和橡胶改性沥青。常用的是SBS改性沥青SBS改性沥青的驻澳改善效果：（1）提高低温变形能力（2）提高了高温使用的黏度（3）提高了温度感应性性（4）提高了耐久性

高分子聚合物是一种或几种低分子化合物（单体）聚合而成的。其中的塑料、合成橡胶和合成纤维被称为三大合成材料。由于其原料来源广泛、品种不断增多，性能越来越优异。工程高分子聚合物材料在道路与桥梁工程中应用，除了直接作为道路与桥梁结构物构建或配件的材料外，更多的是作为改善水泥混凝土或沥青混合料性能的组分，为此，必须掌握高分子聚合物材料的组成、性能和配制，才能正确选择和应用这类材料。小结小结小结小结小结