《土木工程材料》课件 陈正 第9-11章 合成高分子材料、木材、建筑功能材料

合成高分子材料概述9.1合成高分子材料的应用9.2内容提要9高分子材料重点和难点建筑塑料的组成和常用建筑塑料重点难点建筑塑料的组成9高分子材料思考合成高分子材料的特性是什么？热塑性塑料和热固性塑料有何区别？常用的建筑塑料有哪些？9高分子材料合成高分子材料又称聚合物或高聚物，是组成单元相互多次重复连接而构成的物质，其分子量很大。例如，聚乙烯的结构为：

···CH2－CH2···

CH2－CH2···这种结构很长的大分子称为“分子链”，可简写为：

－[

CH2－CH2]

n

－合成高分子材料的定义9高分子材料–9.1合成高分子材料概述定义高分子化合物按其链节在空间排列的几何形状，可分为两类：

线型聚合物体型聚合物合成高分子材料的分类和分子构型9高分子材料–9.1合成高分子材料概述高分子化合物按其链节在空间排列的几何形状，可分为两类：

线型聚合物：强度较低、变形较大、耐热性较差、耐腐蚀性较差，且可溶可熔。无支链：聚苯乙烯（PS）高密度聚乙烯（HDPE）有支链：高密度聚乙烯（HDPE）聚醋酸乙烯（PVAC）线性支链型线型聚合物体型聚合物9高分子材料–9.1合成高分子材料概述合成高分子材料的分类和分子构型高分子化合物按其链节在空间排列的几何形状，可分为两类：

线型聚合物体型聚合物体型聚合物：强度较高、变形较小、耐热性较好、耐腐蚀性较高、不溶不熔。酚醛树脂（PF），环氧树脂（EP）体型9高分子材料–9.1合成高分子材料概述合成高分子材料的分类和分子构型

1、优良的加工性能

2、质轻

3、导热系数小

4、化学稳定性好

5、电绝缘性好

6、功能的可设计性强

7、出色的装饰性能合成高分子材料的性能特点优点9高分子材料–9.1合成高分子材料概述

1、易老化

2、可燃性及毒性

3、耐热性差合成高分子材料的性能特点缺点9高分子材料–9.1合成高分子材料概述1980年美国米高梅旅馆的“戴丽”餐厅发生火灾，死亡84人，受伤679人。该建筑大量使用塑料，燃烧速度快，释放有毒烟气。合成高分子材料的性能特点9高分子材料–9.1合成高分子材料概述为了改善塑料的某些性能而加入。建筑塑料的基本组成9高分子材料–9.2合成高分子材料的应用合成树脂添加剂主要起胶结作用，约占30%~60%，对塑料性质起决定性作用。填料提高强度和刚度，降低成本，改善加工性能和热稳定性。着色剂、固化剂、稳定剂等。增塑剂其他添加剂提高可塑性及流动性，改善柔韧性。热塑性塑料热固性塑料受热时的特点受热时软化，冷却后固化。此过程可以反复进行。成型前分子量较低，经加工后固化成型为制品，再受热则制品破坏。此过程不可逆。性能差异密度、熔点较低；耐热性较差；刚度小；但抗冲击韧性较好。密度。熔点较高；耐热性较好；刚度大；但质地硬脆。建筑塑料的分类9高分子材料–9.2合成高分子材料的应用常用建筑塑料塑料型材及管材塑料地板复合塑料地板的构造PUR涂层PVC图案层玻璃纤维加强层混合PVC粘结层舒适、保温；防静电。9高分子材料–9.2合成高分子材料的应用常用建筑塑料塑料型材及管材塑料门窗隔热性能优异；气密性，水密性好；装饰性好；加工性能好；隔声性较好。9高分子材料–9.2合成高分子材料的应用常用建筑塑料塑料型材及管材塑料墙纸易于安装和清洁。9高分子材料–9.2合成高分子材料的应用常用建筑塑料塑料型材及管材玻璃钢制品（玻璃纤维增强塑料）以玻璃纤维为增强材料，以合成树脂为基体，经成型、固化而成的固体材料。玻璃钢制品具有良好透光性和装饰性，且强度高，重量轻，具有良好耐化学腐蚀性能和电绝缘性能，成型工艺简单灵活。钢化玻璃玻璃钢

9高分子材料–9.2合成高分子材料的应用常用建筑塑料塑料型材及管材聚氯乙烯（PVC）塑料管I型:高强度,不耐高温,低温较脆,冲击强度低II型：耐冲击III型：耐高温9高分子材料–9.2合成高分子材料的应用常用建筑塑料塑料型材及管材聚乙烯（PE）塑料管比强度高，具有优良的低温性能和韧性。9高分子材料–9.2合成高分子材料的应用常用建筑塑料塑料型材及管材玻璃钢（FRP）管强度高、耐腐蚀、阻力小、拆装简便。9高分子材料–9.2合成高分子材料的应用适宜的粘度和流动性具有良好的浸润性可调节固化速度有足够的粘结强度和其它性能应对人体无害胶粘剂的特性胶粘剂能使两个相同或不同的材料粘结在一起的材料。9高分子材料–9.2合成高分子材料的应用

1、粘结料

2、固化剂

3、增韧剂

4、填料

5、稀释剂

6、改性剂组成成份常用胶粘剂9高分子材料–9.2合成高分子材料的应用热塑性树脂胶粘剂：聚醋酸乙烯胶粘剂（白乳胶）

热固性树脂胶粘剂：环氧树脂

合成橡胶胶粘剂：氯丁橡胶胶粘剂

土木工程常用胶粘剂常用胶粘剂9高分子材料–9.2合成高分子材料的应用木材的分类与构造10.1木材的主要技术特性10.2内容提要10木材木材的防护及应用10.3重点和难点木材的特性重点难点影响木材强度的主要因素10木材木材的防护思考木材的纤维饱和点和平衡含水率是什么？影响木材强度的因素有哪些？如何进行木材的防腐处理？10木材应县木塔是我国现存最古老最高大的纯木结构楼阁式建筑，建于公元1056年。塔高67.31米，底层直径30.27米，总重量约7400吨。塔高九层，五个明层四个暗层，外观为五层六檐。结构上采用双层环形套筒空间框架，没用一个铁钉，全靠构件互相铆榫咬合。全塔共使用54种不同形式的斗拱，称为“斗拱博物馆”。应县木塔10木材–10.1木材的分类与构造质轻,强度大弹性和韧性好,抗冲击性强导热性小,干燥条件下耐久性好外观好,易于加工易腐易燃木材的特点木材的特点10木材–10.1木材的分类与构造树木的分类针叶树、阔叶树按树叶不同分10木材–10.1木材的分类与构造树木的分类针叶树、阔叶树按树叶不同分10木材–10.1木材的分类与构造针叶树针叶树叶子细长呈针状，大多为四季常青树。树干通直且高大，纹理顺直，材质均匀，木质较软，易于加工，故称“软木材”针叶树是主要建筑与装饰材料，广泛用于各个构件和装饰部件。常用的针叶树种有松、杉、柏等。树木的分类10木材–10.1木材的分类与构造树木的分类阔叶树树叶宽大，叶脉呈网状，大多为落叶树，树干通直部分较短，材质较硬，较难加工，故称“硬木材”阔叶树木材表观密度大，干缩变形大，易翘曲或开裂，建筑上常用来制作尺寸较小的构件。常用的树种有榆木、椴木、榉木、水曲柳、泡桐、柞木等。阔叶树10木材–10.1木材的分类与构造原条、原木、板方材按加工程度和用途不同分原条是指已经修枝、剥皮但尚未加工造材的木材。树木的分类10木材–10.1木材的分类与构造原条、原木、板方材按加工程度和用途不同分原条是指已经修枝、剥皮但尚未加工造材的木材。原木是指伐倒后，经修枝并截成规定长度的木材。树木的分类10木材–10.1木材的分类与构造原条、原木、板方材按加工程度和用途不同分原条是指已经修枝、剥皮但尚未加工造材的木材。原木是指伐倒后，经修枝并截成规定长度的木材。板方材是指按一定尺寸锯解、加工成的板材和方材。树木的分类10木材–10.1木材的分类与构造木材的宏观构造是指用肉眼或放大镜所看到的木材组织。木材是由无数不同形态、不同大小、不同排列方式的细胞所组成。木材由树皮、木质部和髓心三个部分组成：木材的宏观构造10木材–10.1木材的分类与构造木材主要是使用木质部，其中靠近髓心的部分颜色较深，称为心材；靠近树皮的部分颜色较浅，称为边材。心材含水量较小，不易翘曲变形，耐蚀性较强；边材含水量较大，易翘曲变形，耐蚀性较差。木材的宏观构造10木材–10.1木材的分类与构造温带和寒带生长的树木每年生长季开始时生长旺盛，形成层分生出来的细胞比较大，木材的材色浅，组织松软，称其为早材(春材)；此后分生出来的细胞壁厚，腔小，材色深，组织致密，称为晚材(又称夏材)。一般来说，相同树种，同一地带，夏材所占比例大，强度就越高，年轮密而均匀，材质好。木材的宏观构造木材的微观构造是指用显微镜所能观察到的木材组织。在显微镜下观察木材的切片，木材是由无数管状细胞结合而成的。1—细胞壁；2—细胞腔；

3—树脂流出孔；4—木髓线1—细胞腔；2—初生层；

3—细胞间层木材的微观构造10木材–10.1木材的分类与构造不同树种木材的密度相差不大，平均约为1.55g/cm3。木材的表观密度因树种不同而不同。大多数木材的表观密度在400～600kg/m3范围内，平均为500kg/m3。木材的密度和表观密度10木材–10.2木材的主要技术特性密度表观密度木材中的水分可分为三种，即自由水、吸附水和结合水。自由水存在于组成木材的细胞间隙中，影响木材的表观密度、燃烧性、干燥性及渗透性。吸附水是被物理吸附于细胞壁内的细纤维之间的水分，是影响木材强度和胀缩变形的主要因素。结合水是组成细胞化合成分的水分，对木材的性能无影响。木材的含水率是指木材中所含水的质量与木材干燥后质量的百分比值。木材的含水率10木材–10.2木材的主要技术特性当潮湿的木材蒸发水分时，首先蒸发的是自由水，当自由水蒸发完毕而吸附水尚在饱和状态时的含水率称为纤维饱和点。纤维饱和点是所有木材材性变异的转折点，对木材的强度、胀缩变化、导电性有很大影响。木材的纤维饱和点随树种不同有差别，一般为25%~35%，平均为30%。木材的纤维饱和点纤维饱和点10木材–10.2木材的主要技术特性木材长时间暴露在一定温度和湿度的空气中，干燥的木材能从空气中吸收水分，潮湿的木材能向周围释放水分，直到木材的含水率与周围空气的相对湿度达到平衡为止。我们将与周围空气的相对湿度达到平衡时木材的含水率称为平衡含水率。木材的平衡含水率平衡含水率10木材–10.2木材的主要技术特性木材的吸湿性是木材从空气中吸收水蒸气和其他液体蒸气的性能。木材的吸湿性会使木材的物理力学性质随着平衡含水率的变化而变化。木材在使用时其含水率应接近或稍低于平衡含水率。木材各方向的胀缩变形不同，其中以弦向最大，径向次之，纵向最小。木材的湿胀干缩湿胀与干缩10木材–10.2木材的主要技术特性木材的吸湿性是木材从空气中吸收水蒸气和其他液体蒸气的性能。木材的吸湿性会使木材的物理力学性质随着平衡含水率的变化而变化。木材在使用时其含水率应接近或稍低于平衡含水率。木材各方向的胀缩变形不同，其中以弦向最大，径向次之，纵向最小。湿胀与干缩木材的湿胀干缩10木材–10.2木材的主要技术特性根据外力的作用，木材的强度主要有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度。一般每一类强度根据施力方向不同又有顺纹受力与横纹受力之分。顺纹受力是指作用力方向平行于纤维方向。横纹受力是指作用力的方向垂直于纤维方向。木材的顺纹强度和横纹强度差别很大。木材的强度10木材–10.2木材的主要技术特性抗压强度抗拉强度顺纹横纹顺纹横纹10010~20200~3006~20抗弯强度抗剪强度顺纹横纹1500~20015~2050~100顺纹剪切

横纹剪切木材的强度10木材–10.2木材的主要技术特性含水率

环境温度

负荷时间

缺陷

影响木材强度的主要因素10木材–10.2木材的主要技术特性含水率

环境温度

负荷时间

缺陷

影响木材强度的主要因素当含水率在纤维饱和点以上变化时，仅仅是自由水的增减，对木材强度没有影响；当含水率在纤维饱和点以下变化时，随含水率的降低，细胞壁趋于紧密，木材强度增加。1—顺纹抗拉；2—抗弯；

3—顺纹抗压；4—顺纹抗剪10木材–10.2木材的主要技术特性含水率

环境温度

负荷时间

缺陷

影响木材强度的主要因素木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，称为持久强度。木材的持久强度比其极限强度小得多，一般为极限强度的50%~60%。10木材–10.2木材的主要技术特性含水率

环境温度

负荷时间

缺陷

影响木材强度的主要因素当温度由25℃升至50℃时，将因木纤维和其间的胶体软化等原因，使木材抗压强度降低20%~40%，抗拉和抗剪强度降低12%~20%。因此，长期处于高温环境下的建筑物不宜采用木结构。10木材–10.2木材的主要技术特性含水率

环境温度

负荷时间

缺陷

影响木材强度的主要因素木材的缺陷主要有木节、斜纹、裂纹、腐朽及虫害等。这些缺陷会对木材的力学性能造成不利影响，导致木材的强度降低、质量等级下降，甚至完全不能使用。10木材–10.2木材的主要技术特性指木材抵抗其他物体压入木材的能力。木材端面的硬度最大，弦面次之，径面稍小。木材的硬度和耐磨性木材的硬度指木材抵抗磨损的能力。作木地板的国产阔叶材树种中以荔枝叶红豆耐磨性最大，南方的泡桐树耐磨性为最小。木材的耐磨性10木材–10.2木材的主要技术特性木材的腐朽一般为真菌侵入所形成。真菌在木材中生存和繁殖，必须同时具备以下三个条件：适当的水分

适宜的温度

足够的空气

木材的腐朽10木材–10.3木材的防护及应用防腐剂处理：用化学防腐剂对木材进行处理，使木材变为有毒的物质而使真菌无法寄生。木材防腐剂一般分为水溶性、油质和膏状三类。对木材进行防腐处理的方法很多，主要有涂刷或喷涂法、压力渗透法、常压浸渍法、冷热槽浸透法等。防腐处理保持干燥

木材的腐朽防腐措施10木材–10.3木材的防护及应用木材的防火：是指将木材经过具有阻燃性能的化学物质处理后，变成难燃的材料，以达到遇小火能自熄，遇大火能延缓或阻止燃烧蔓延，从而赢得补救时间。要阻止和延缓木材燃烧，可有以下几种措施：抑制木材在高温下的热分解

增加隔氧作用

阻止热传递

木材的防火10木材–10.3木材的防护及应用通过常压浸注和加压浸注吸入木材内部。浸注处理前，要求木材必须达到充分气干，并经初步加工成型，以免防火处理后进行大量锯、刨等加工，使木料中浸有阻燃剂的部分被除去。溶液浸注法

表面涂敷法

即在木材表面涂敷防火涂料，既防火又具防腐和装饰作用。木材的防火木材防火处理方法10木材–10.3木材的防护及应用条木地板

复合木地板

拼花木地板

木地板10木材–10.3木材的防护及应用条木地板

复合木地板

拼花木地板

木地板平口条木地板：六面均为平直的长方体及六面体或工艺形多面体木地板。除可作地板外，也可作拼花板、墙裙装饰以及天花板吊顶等室内装饰。企口条木地板：板面呈长方形，其中一侧为榫，另一侧有槽，其背面有抗变形槽。铺设时榫和槽必须结合紧密。适用于办公室、会议室、会客室、休息室等场所。10木材–10.3木材的防护及应用条木地板

复合木地板

拼花木地板

木地板由多块条状小木板以一定的艺术性和规律性的图案拼接成方形。适用于高级楼宇、宾馆、别墅、会议室、展览室、体育馆和住宅等的地面装饰。10木材–10.3木材的防护及应用条木地板

复合木地板

拼花木地板

木地板复合木地板是由耐磨层、装饰层、基材层、平衡层胶合而成的木地板。其耐磨层是采用Al2O3或碳化硅覆盖在装饰层（如木纹装饰纸）上；基材层多采用高密度纤维板（HDF）、中密度纤维板（MDF）或特殊形态的优质刨花板，前两者居多。平衡层也叫防潮层或底层，其作用是防潮和防止强化木地板变形。10木材–10.3木材的防护及应用条木地板

复合木地板

拼花木地板

木地板优点：规格尺寸大、不易变形、不易翘曲、板面具有较好的尺寸稳定性、整体效果好、铺设工艺简捷方便、阻燃、绝缘、隔潮、耐腐蚀等。缺点：胶粘剂中含有一定的甲醛，必须严格控制，严禁超标。复合木地板结构不对称，生产工艺复杂，成本较高。10木材–10.3木材的防护及应用其他木材制品胶合板刨花板纤维板10木材–10.3木材的防护及应用是用原木旋切成薄片，再用胶粘剂按奇数层数，以各层纤维互相垂直的方向粘合热压而成的人造板材。按胶合板的层数，可分为三合板、五合板、七合板和九合板，前两种最常用。其他木材制品胶合板刨花板纤维板10木材–10.3木材的防护及应用以木质纤维或其他植物纤维材料为主要原料，经破碎、浸泡、研磨成木浆，再加入一定的胶料，经热压成型、干燥等工序制成的一种人造板材。按纤维板的体积密度不同可分为高密度纤维板（硬质纤维板）、中密度纤维板、软质纤维板三种。其他木材制品胶合板刨花板纤维板10木材–10.3木材的防护及应用是利用施加胶料和辅助料或未施加胶料和辅助料的木材或非木材植物制成的刨花材料压制成的板材。刨花板属于中低档装饰材料，且强度较低，一般主要用作绝热、吸声材料，用于地板的基层（实铺），还可用于吊顶、隔墙、家具等。其他木材制品胶合板刨花板纤维板10木材–10.3木材的防护及应用防水材料11.1绝热材料11.2内容提要11建筑功能材料吸声与隔音材料11.5重点和难点绝热材料的特性重点难点防水材料的类别与应用吸声和隔声的原理11建筑功能材料思考吸声和隔音的原理一样吗？常用的绝热材料有哪些？如何选择防水材料？11建筑功能材料建筑功能材料是以材料的力学性能以外的功能为特征的材料，它赋予建筑物防水、绝热、吸声、隔音、采光等功能。绝热材料功能材料防水材料吸声和隔音材料采光材料分类11建筑功能材料……防水材料是具有防止雨水、地下水与其他水分等侵入建筑物中的材料。墙面建筑物防水处理的主要部位屋面地面地下室建筑行业主要采用柔性材料和刚性材料相结合的防水方式防水材料的应用11建筑功能材料–11.1防水材料建筑屋面防水等级屋面防水等级ⅠⅡⅢⅣ防水耐用年限25年15年10年5年设防要求三道或三道以上二道一道一道建筑物类别特别重要或有特殊要求重要或高层一般非永久性防水材料的应用11建筑功能材料–11.1防水材料防水卷材是呈片状粘贴于要求防水部位的材料，因成卷供应故名卷材。高聚物改性沥青防水卷材防水卷材分类沥青防水卷材（俗称“油毡”）合成高分子防水卷材防水卷材11建筑功能材料–11.1防水材料防水卷材应具备的性能温度稳定性耐水性机械强度、延伸性和抗断裂性柔韧性大气稳定性防水卷材11建筑功能材料–11.1防水材料防水卷材的发展趋势沥青基材料高聚物改性沥青和合成高分子多层防水层构造单层热熔法施工方法冷（自）粘贴法防水卷材11建筑功能材料–11.1防水材料沥青防水卷材（油毡）组成特点施工方法和用途用原纸、纤维织物、纤维毡等胎体浸涂沥青，表面撒布粉状、粒状或片状材料制成可卷曲的片状防水卷材较好的防水性能低温柔性差，温度敏感性大，在大气作用下易老化，防水耐用年限较短，属低档防水卷材热熔法施工；适用于防水等级Ⅲ、Ⅳ级屋面防水卷材11建筑功能材料–11.1防水材料SBS（弹性体）改性沥青防水卷材高聚物改性沥青防水卷材组成特点施工方法和用途以SBS改性沥青浸渍胎基，并涂盖胎基两面，表面有覆面材料制成的防水卷材良好的耐高(低)温性能，较大的弹性和延伸率，耐老化、耐疲劳热熔法或冷粘贴法施工；适用于各类建筑防水、防潮工程，尤其适用于寒冷地区及变形频繁部位防水卷材11建筑功能材料–11.1防水材料APP（塑性体）改性沥青防水卷材高聚物改性沥青防水卷材组成特点施工方法和用途以APP改性沥青浸渍胎基，并涂盖胎基两面，表面有覆面材料制成的防水卷材与SBS相比，具有更高的耐热性和耐紫外线能力，但低温柔性较差热熔法或冷粘贴法施工；适用于各类建筑防水、防潮工程，尤其适用炎热或强烈太阳辐射地区防水卷材11建筑功能材料–11.1防水材料三元乙丙（EPDM）防水卷材合成高分子防水卷材组成特点施工方法和用途以三元乙丙橡胶为主体，掺入适量的添加剂制成的防水卷材重量轻、拉伸强度高、低温柔性好、良好的耐候性和耐腐蚀性和耐热性、使用寿命长冷粘贴法施工；广泛适用于防水要求高、耐用年限长的工业与民用防水工程防水卷材11建筑功能材料–11.1防水材料工程案例分析某住宅楼屋面于8月份施工，铺贴沥青防水卷材全是白天施工，之后卷材出现鼓泡、渗漏。

分析夏季中午炎热，屋顶受太阳辐射，温度较高。防水卷材基层中的水汽会蒸发，集中于铺贴的卷材内表面，使卷材鼓泡。此外，高温中沥青防水卷材膨胀软化，当温度降低后卷材产生收缩，导致断裂，造成渗漏。案例分析11建筑功能材料–11.1防水材料绝热材料在建筑中，习惯上把用于控制室内热量外流的材料叫做保温材料把防止室外热量进入室内的材料叫做隔热材料膨胀蛭石泡沫玻璃保温材料和隔热材料11建筑功能材料–11.2绝热材料绝热材料在建筑中，习惯上把用于控制室内热量外流的材料叫做保温材料把防止室外热量进入室内的材料叫做隔热材料材料传递热量的能力用导热系数表示。材料导热系数越大，导热性能越好。工程上将导热系数λ<0.23W/(m·K)的材料称为绝热材料。保温材料和隔热材料11建筑功能材料–11.2绝热材料微观结构影响材料导热系数的因素材料组成孔隙率孔隙特征含水率导热系数：金属材料>非金属