【土木工程中高分子材料的发展应用探究7100字（论文）】

土木工程中高分子材料的发展应用研究目录TOC\o"1-2"\h\u21411土木工程中高分子材料的发展应用研究 16666摘要 1236751引言 1216742高分子材料的相关概述 2277242.1高分子材料的发展 2104382.2高分子材料的类型 275303高分子材料在土木工程中的应用现状 3257823.1高分子建筑塑料 3299113.2其他高分子材料 5208274高分子材料应用实例 762184.1建筑屋顶保温 7257234.2建筑外墙保温 7147464.3建筑地面保温 8304885.高分子材料在土木工程领域的应用发展趋势 826225.1复合化 8100775.2多功能化 8245745.3节能化、绿色化 928376.结论 1015375参考文献 10摘要高分子材料是近年来土木工程中新型材料应用的重要组成部分，聚合物建筑材料重量轻，比强度高，生产成本低，加工方便。本文重点就高分子材料在建筑材料领域中的应用做介绍,并分析在未来高分子材料的发展方向。关键词：高分子材料；建筑材料；发展1引言近年来，伴随着城市化建设进程的加快，我国的建筑行业发展十分迅猛，建筑工程项目成几何倍数增长。在未来的发展过程中，中国将继续加大对建筑业的总量，建筑产品也将面临升级的新需求。高分子材料是近年来土木工程中新型材料应用的重要组成部分，聚合物建筑材料重量轻，比强度高，生产成本低，加工方便。在一定程度上，它们可以替代传统的能耗材料，例如钢铁，木材，水泥和陶瓷。另外，聚合物建筑材料用于完成。效率，耐腐蚀性和使用寿命具有显着优势，这就是为什么聚合物建筑材料被广泛使用的原因。文章对高分子材料的应用现状和材料分类进行了介绍，进而对其发展趋势总结。2高分子材料的相关概述2.1高分子材料的发展高分子材料也称为聚合物材料，是以高分子化合物为基体，再配有其他添加剂（助剂）所构成的材料。目前高分子材料已遍及国民经济的各部门，特别是军事及尖端技术对具有各种不同性能的聚合物材料的迫切需要，促使了高分子合成和加工技术有了更快的发展，高分子成型和加工已经成为一种独立的专门工程技术。而高分子材料与工程专业就是在高分子材料的合成改性和加工成型等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才的学科。目前高分子材料已被广泛应用于生活、生产、科研和国防等各个领域，成为我国科学研究的一个重点领域。2.2高分子材料的类型2.2.1自修复型高分子材料本征型自修复高分子材料是一类在外部力量或者外加能量作用时，高分子基体受到一定程度破坏后可以在没有外加能量与作用力的情况下做到自我愈合的材料。这种具有自修复特性的高分子材料既有较高的机械强度又有较长的使用寿命，如果用于建筑物的墙体材料，则可以简化建筑墙体材料的维修过程，降低建筑物的维护成本，并提高建筑物的安全性；外援型自修复高分子材料主要有微胶囊型和微脉管网络型两种，其中，微胶囊型自修复材料从上世纪90年代末开始受到越来越多的关注。外援型自修复材料的设计及制备主要考虑载有修复剂的微胶囊和微脉管是否影响基材的正常使用，并且在基材出现损伤时能否快速响应并使修复剂流出。2.2.2导电高分子材料导电高分子材料是近二三十年才发展起来的新兴材料。1975年，L.F.Nichols等人在实验室合成了在低温下具有超导性、导电能力可以与银相媲美的聚硫化氮(SN)x，打破了高分子聚合物是绝缘体这一禁锢。两年后，日本筑波大学Shirakawa教授发现掺杂聚乙炔(PA)呈现金属特性，从此，新的交叉学科—导电高分子科学就诞生了。导电高分子材料实现了从绝缘体到半导体、再到导体的变化，是所有材料中形态跨越幅度最大的材料，也是迄今为止任何材料都无法比拟的。它独特的结构、优异的物理和化学性能引起了学术界的广泛重视，并在各个领域得到广泛应用。、2.2.3环境敏感性高分子材料高分子水凝胶是由三维网络结构的大分子和溶剂水组成的，其网络大分子主链及侧链上有亲水性基团，网络可以吸收溶剂溶胀而不溶解，是一类软物质材料。敏感性高分子水凝胶则具有对环境的可感知性和可响应性。当外界环境的物理、化学信号发生变化时，这类物质的某些物理或化学性质会跟着发生突变，因此，该类物质也被称为“刺激响应性高分子水凝胶”、“智能凝胶”及“灵巧凝胶”。目前，对敏感性高分子水凝胶的研究已成为智能高分子材料领域的热点内容之一。本文主要就环境敏感性高分子水凝胶的种类与性质、主要应用等方面的研究进展进行综述。3高分子材料在土木工程中的应用现状3.1高分子建筑塑料在建筑房屋中，它被称为泡沫板，是由树脂与物理发泡剂和其他添加剂混合而成。由于其优异的隔热性能、独特的抗老化性能、缓冲减震性能和防水性能，许多室内设计师在室内设计中广泛使用EPS。图3.1聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料板，在建筑施工中简称为泡沫板（EPS），是将树脂与物理发泡剂等添加剂混合而成。经研究表明，EPS相较于之前旧本体聚合法生产的聚苯乙烯而言，在耐热方面更占优势。究其本质而言，是因为现今的EPS在工艺流程中的反应温度范围抑制住了其分子量的分布，从而提高了EPS的耐热性。再加上EPS的纯度又低于本体聚合由于EPS有着十分优异的隔热耐久性、独特的抗老化性、缓冲冲击抗性、防水性而被许多室内设计工作者广泛的应用于室内设计中。图3.2EPS泡沫板EPS具有最佳的绝缘和机械保护性能。它最初被用于建筑和包装领域。比如在室内设计选择地板下或墙壁上的绝缘材料时，不少设计师就会从EPS优异的绝缘性中受益。3.1.1力学性能一般而言，EPS泡沫塑料会随着其密度的不断上升，而促使压缩强度跟着一并上涨，再加上EPS的空气含量不低，导致EPS可以在瞬间被冲击后里面通过调整形状将能量转化掉，这种接化发的卸力模式既有韧性，如表3所示。表3：不同密度EPS的物理性质密度/g﹒cm-315254050拉伸强度/kpa200350600750弯曲强度/kpa200400700900压缩10%的压应力/kpa90180320400由表3可知，EPS泡沫塑料没有吸湿性，但会吸收很少量的水，不过学性能不会受到湿气的影响。3.1.2绝热性能在室内设计中应注意的是，由于EPS有许多微小气泡，因此在结构功能上有着十分显著的绝热性能，并且其密度极低（10-15克立方厘米）。以上种种原因使得EPS泡沫具有较大的热导率，随着密度的增加，密度在127-50克立方厘米处绝热性能最好，热导率随着密度的增加而增加，具体数据可见表4。表4：不同密度EPS的热性能密度/g﹒cm-31020405060导热率/W﹒m-1﹒K-10.0430.0350.0330.0330.0343.1.3化学性能EPS的在化学性能的表现上，是根据室内材料中不同的化学剂而发生着不同的变化。但作为一名室内设计师而言，即便是在长期接触诸如肥皂溶液这样的稀酸溶液时，其实EPS的性能也不会因此而出现太大的变化。因此，一句话概括也即EPS的使用寿命长，不会在室内装修完毕之后，受到其他模具的影响。表5：副产品处理一览表名称单位数量处理方法苯、甲苯T/a6371作为有机溶剂出厂焦油T/a1717作为涂料原料出厂由表5可见，EPS不但自身具有极高的使用价值，而且还可以在处理三废的过程中产生附加值3.2其他高分子材料3.2.1高分子建筑涂料近年来建筑行业最常用的聚合物涂料主要是锂基渗透剂、硅树脂乳液和环氧树脂。锂基渗透剂的主要成分是锂分子和特殊的胶体二氧化硅，它是一种高分子材料。作为一种具有高表面活性的无色透明液体，锂基渗透剂可穿透混凝土管道和相互连接的混凝土微裂缝，与水泥水化过程中产生的氢离子发生反应，形成胶凝剂，填充混凝土孔隙，形成硅树脂乳液。是一种由硅烷和硅酸盐组成的水性化合物，无毒、不易燃、无挥发物。硅树脂沉积物渗入混凝土表面水解成水泥水化产物，与硅树脂在空间上与混凝土表面形成脱醇保护层，有效防止水分和其他有害离子的形成。它被分解成混凝土以提高耐腐蚀性和耐候性。有机硅树脂乳液对温度的适应性也很强，在低温下能保持良好的弹性，在高温下具有很强的稳定性。环氧树脂是一种尺寸稳定性较差的热固性树脂，是一种吸湿吸湿能力强的聚合物。具有良好的物理性能、附着力和电绝缘性，可广泛用于建筑涂料。粉末涂料是一种新型环保型涂料，100%精细粉末。因为不使用溶剂，所以是粉状喷涂。一般情况下，产品表面喷涂粉末，加热熔化并整平，固化成膜并完成涂漆。在应用方面，功能性粉末涂料发展迅速，应用范围不断扩大，低温硬化、紫外线硬化、酞亚胺改性和其他粉末覆盖已经开发出来。，由以上这些特性，其高分子建筑涂料广泛应用与大楼外墙，跟以前的涂料比，在成膜过程中，当温度升高到一定程度时，树脂熔化并流动，在材料表面形成一层保护膜，化学成分保持不变。3.2.2高分子建筑胶黏剂在这一阶段，建筑业主要使用热固性树脂黏剂、热塑性树脂和橡胶胶黏剂，但形式大不相同，比如制作木材的胶黏剂以节省能源、减少开支、不危害公共环境，粘连强度高以及没有溶剂为发展方向。因为淀粉胶黏剂没有毒性而且环保，在室内应用不需要其具有很好的耐水能力以及应对气候变化的能力，可以用来生产人造板。如果该胶黏剂的耐水能力更强，那么在存放时稳定性更好，在粘接木材方面它也会得到更多的使用。该胶黏剂用作木制材料的胶黏剂，因为其绿色环保的特性，必定会想着越来越好的方向发展。3.2.3建筑防水材料在现代建筑中使用的防水高分子复合涂料中，不仅要注意能源节约和环境保护，还要注意应用。例如，聚氨酯防水涂层比其他防水涂层更环保，因此在工程中也最常用。聚氨酯防水层的防水量原理如下:一旦防水层与空气接触，化学反应就会产生凝固的膜，基层具有耐久性和无缝隙。这些膜对地下水压力有效，适用于大多数结构基础，并且这些固化膜也具有一定的弹性。当混凝土结构因外部力而变形时，膜的完整性不会受到损害，能够保持良好的隔水性能。3.2.4混凝土外加剂在建筑工程的施工过程中使用无缝技术对大体积混凝土工程进行施工，不但能够提升施工效率，还能减少施工成本。混凝土外加剂是无缝施工技术中常用的一种物质，其中包括减水剂、膨胀剂、缓凝剂等多种类型，所以有着很广阔的应用范围。在化学成分中，引气剂是具有表面活性的阴离子物质，溶解在水中并引起化学反应，大量微小气泡均匀散射到混凝土中，形成较为稳定的液相膜，从而使得混凝土更容易被混合；缓凝剂可形成亲水膜，具有相同的水泥颗粒储备，使得水泥颗粒无法溶合凝结，这缩短了混凝土的水化和硬化时间；早强外加剂在大面积混凝土施工中较为常见，这些外加剂主要用于提高混凝土材料的初强，缩短混凝土的养护期。从而控制混凝土施工的混凝土搅拌过程的进度，并通过在混凝土搅拌过程中使用膨胀剂来防止混凝土变形和收缩引起的开裂；常见的减水剂包括萘系减水剂和复合减水剂和其他等级种类，不同减水剂有着不同的作用，可以根据工程的实际来添加。减水剂的使用可以提升混凝土材料的流动性减水剂的添加可以在不影响材料强度的情况下增加混凝土坍落度，进一步完善混凝土浇筑施工提供条件。4高分子材料应用实例4.1建筑屋顶保温传统建筑中设计屋顶时保温层由高反射率层面隔热涂料和双层通风屋顶构成，且会在屋顶上方另外铺设一层防水性能优异的材料。屋顶最外层的防水材料长期暴露在空气和紫外线下，材料会发生老化现象，其性能也受到一定影响，防水效果会随着使用时间的增加逐渐降低。此外，屋顶外层防水材料被破坏后，屋顶聚集的水会逐渐渗透到保温层，甚至渗透到建筑内部，严重影响建筑的保温效果。建筑物屋顶做保温系统时应当遵循节能、安全性高的原则，即与建筑整体结构相比，屋顶保温系统质量不能过重，否则会对建筑结构承重体系造成影响;屋顶是建筑结构中接触水分最多的部分，屋顶材料吸水过多会增加屋顶质量，影响建筑稳定性。聚苯乙烯泡沫塑料质量轻便、防水性能优异、保温隔热效果良好，使用寿命较长，其各项性能符合国家建筑相关标准，作为建筑材料既可以做屋顶防水层，也可以做屋顶保温层，具有极高的应用价值。4.2建筑外墙保温建筑设计中在建筑外墙设置保温系统能够有效解决“热桥”现象，保护建筑外墙，增加建筑使用寿命。将聚苯乙烯泡沫塑料保温板应用于建筑外墙保温的方式主要包括:一次浇筑成型、夹心墙和机械固定。其中，一次浇筑成型指利用混凝土浇筑建筑墙体过程中，泡沫聚苯乙烯和混凝土绝缘板混合，使其成为墙体混凝土中的一部分，施工方法简单、耗时较短，且保温效果良好。夹心墙保温方法指砌筑建筑物墙体时，将聚苯乙烯对接板放入建筑墙体内，该方法对聚苯乙烯泡沫塑料保温板损伤较小，且不会影响墙体的保温效果。机械固定指将聚苯乙烯泡沫塑料保温板置于建筑物外墙与混凝土墙体之间，利用铁丝网固定、栓式连接方式将混凝土层、保温层、外墙固定在一起，增加墙体的保温隔热性能。4.3建筑地面保温对于建筑内部地面而言，设计方法较多，建筑地面的保温主要包括实际地面的保温、天花板的保温和楼板下面的保温，普通的建筑保温材料难以满足各类材质的地面保温效果，而聚苯乙烯泡沫塑料保温材料可以根据地面材料充分发挥其保温效果S。聚苯乙烯泡沫塑料绝缘板具有很好的压缩特性，且厚度适中，将其应用到建筑地面时，地面压力的变化不会影响泡沫塑料保温层的压缩性和保温性能，可有效提升建筑物地面保温效果。此外，聚苯乙烯泡沫塑料可以与复合添加剂和增黏剂等混合，支撑建筑墙体保温浆料，取代聚苯乙烯泡沫保温板，阻燃性能优异，具有较高的安全性。5.高分子材料在土木工程领域的应用发展趋势5.1复合化在某些情况下，复合技术的使用拥有不同性能的材料以适当的比例进行组合，然后在特定的工艺条件下，可以有效地组合材料的优异性能，从而获得出色的功能组成。材料为了改善现有的均质混合物，出现了功能更多样化的各种复合添加剂。例如，早期减水剂和防水剂的组合使用比单次使用的效果更好。纤维增强混凝土和聚合物基混凝土的使用大大扩展了混凝土的使用领域，从而使混凝土满足不同的使用条件，同时进一步提高了混凝土材料的使用寿命。我国建筑材料行业的制造商根据目前的现实情况，增加了工业和建筑垃圾的使用，鼓励发展一种新型的循环经济，使得不少工业废料被转化为混凝土施工中经常使用的外加剂，响应建材行业环保需求，提高产品效率和技术含量。5.2多功能化它满足了在多功能方向上开发新建筑材料的需求以及新建筑技术的发展。这意味着该材料除了基本的使用条件外，还必须具有其他智能功能，例如自清洁，自我再生，抗菌，抗辐射，抗静电等。以满足材料的需求。针对不同客户群的建材产品。比如地下室背水面的防水层就建议改用LB-21环氧乳液水泥砂浆来施工。它主要是由水泥制成的。这种聚合物乳液在失去水时具有很高的粘度和质地。这两种乳液结合得更好，形成一个坚固的网状结构。它的外观主要具有抗压缩强度和粘附性。良好的渗水性，透水压力小，适合用于地下室的防水材料。这种材料之所以被选中，是因为它具有普遍性：5.2.1物理性能这种聚合物是具有良好物理特性的防水材料，在使用过程中与几种基本材料结合良好，具有很强的粘合性。5.2.2热胀冷缩它还具有良好的热膨胀和冷收缩特性，可以在改变基本材料的同时改变形状，保持与基本材料的良好接触，并在实际使用中表现出良好的耐久性。5.2.3适应性对建筑环境有很强的适应性，即使在潮湿的空气中，也可以在不干燥的情况下硬化；防水聚合物材料的施工通常不会污染环境、蒸发有害气体或损害人体；施工方便，由于材料与基层相似，因此这两种材料的组合不需要任何复杂的工艺，且方便且易于清洁；耐腐蚀性高，很容易粘在一起，具有固定效果，不与碱反应。5.2.4方便更换如果这种防水材料在使用时受损、老化，那么它也很容易更换和建造。通过仔细比较市场上通常使用的硬材料和硬防水材料的不同特性。5.3节能化、绿色化由于不可再生资源，建筑物中的节能概念变得越来越流行，并且节能的强度逐渐增加。对新型聚合物建筑材料的需求也发生了质的变化。一些研究人员提出了所谓的“绿色建材”以实现生态发展：在建筑材料中使用硬质聚氨酯泡沫和聚苯乙烯水泥板，而聚合物建筑可显着节省资源和能源消耗。它广泛应用于现代装饰中。由于市场上油漆品牌众多，因为没有对质量进行有效控制，导致许多质量低劣的油漆出现了。通常情况下，有过量的甲醛存在于这些低劣的油漆，这会造成空气污染。过量的铅铭经常出现在各种不合格的油漆中，对空气质量和人体健康造成了严重影响。但是，期中的水基涂料使这一系列过度的污染问题得到了解决，它是一种常用的具有耐水性和光泽性的环保材料，用于墙面涂层和墙纸。如今，绿色环保装修材料已经实现了生态化发展，在生产和使用过程中，它必须对人类和环境没有影响，并更新更容易降解和转化的材料，以便有效回收并用于生产新产品。这是当前装饰材料发展的一个重要方向，这一目标通过再生墙纸和无毒材料的开发被很好地实现了。使用环保装修材料的明显好处就在于可以让室内装修的废弃材料部分可以被再次利用，不用再次利用也能够完全自然降解，使得装修材料的使用率大大增加，可以大幅避免装修过程中形成的材料损耗。6.结论在