道路建筑材料（第2版）课件 单元九 工程高分子聚合物之模块一~模块三 工程高分子聚合物概述-土工合成材料

道路建筑材料

单元九工程高分子聚合物课程目标：

“创新意识”价值引领：高等级公路高速发展，工程高分子聚合物提供新型材料

改善和提高了现有材料的技术性能

但仍需开拓进取，创新思考和解决问题，为突破新材料生

产和应用瓶颈问题建言献策！知识目标❈了解高分子聚合物的组成、结构和性能，以及在道路与桥梁工程中的应用能力目标❈能根据相关规范结合工程应用环境合理选择高分子聚合物材料来改善水泥混凝土和沥青混合料的性能模块一工程高分子聚合物概述工程高分子聚合物概述高分子聚合物的概念1.11、单体、链节、聚合物和聚合度“单体”是指可以聚合成高分子聚合物的低分子化合物；“链节”是指组成高分子聚合物最小的重复结构单元；“聚合物”是指相应组成的大分子；“聚合度”是指聚合物中所含链节的数目，以n表示，当聚合度很大(103以上)时的聚合物称为“高聚物”。2、聚合物材料的分类与命名(1)聚合物材料的分类①按合成材料分为塑料、合成橡胶和合成纤维，还有胶粘剂、涂料等。②按分子结构分为线型、支链型和体型三种。③按反应类别分为加聚反应和缩聚反应，反应产物为加聚物和缩聚物。(2)聚合物材料的命名①根据单体的名称以形成聚合物的单体作为基础在单体名称之前加“聚”字而命名，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等；如单体有两种或两种以上时，常把单体的名称(或其缩写)写在前面，在其后按用途加“树脂”或“橡胶”名称②习惯上的命名或商品名称一些聚合物常采用习惯命名或商品名称。例如聚乙二酰已二胺，习惯上称为聚酰胺66，商品名称为尼龙66；聚甲基丙烯酸甲酯，商品名称为有机玻璃等等。聚合物的结构特征1.2(a)线型(b)支链型(c)体型高分子聚合物分子结构示意图塑性树脂、合成纤维是线型高聚物，而塑料可以是线型高聚物，也可以是体型高聚物。热固性树脂是体型高聚物。按分子几何结构形态来分，可分线型、支链型和体型三种。模块二常用的工程高分子聚合物合成橡胶2.1

合成橡胶是以石油、天然气为原料，以二烯烃和烯烃为单体聚合而成的高分子物质。

1、合成橡胶的分类1)按成品状态，其可分为液体橡胶(如端羟基聚丁二烯)、固体橡胶、乳胶和粉末橡胶等；2)按橡胶制品形成过程，其可分为热塑性橡胶、硫化型橡胶；3)按生胶充填的其他非橡胶成分，可分为充油母胶、充炭黑母胶和充木质素母胶。4)实际应用中按使用特性，可分为通用型橡胶和特种橡胶两大类。

2、合成橡胶的生产合成橡胶的生产工艺大致可分为单体的合成和精制、聚合过程以及橡胶后处理三部分。合成橡胶的基本原料是单体，精制常用的方法有精馏、洗涤、干燥等。聚合过程是单体在引发剂和催化剂作用下进行聚合反应生成聚合物的过程。后处理是使聚合反应后的物料(胶乳或胶液)，经脱除未反应单体、凝聚、脱水、干燥和包装步骤，最后制得成品橡胶的过程。合成纤维2.2

合成纤维大体分天然纤维、人造纤维和合成纤维。

1、合成纤维的分类天然纤维是自然生长或形成的纤维，包括植物纤维(天然纤维素纤维)、动物纤维(天然蛋白质纤维)和矿物纤维；人造纤维是利用自然界的天然高分子化合物——纤维素或蛋白质作原料，经过一系列的化学处理与机械加工而制成类似棉花、羊毛、蚕丝一样能够用来纺织的纤维，如人造棉、人造丝等；合成纤维是从一些物质如石油、煤、天然气、石灰石或农副产品中加工提炼出来的有机物质，再用化学合成与机械加工的方法制成的纤维。

2、合成纤维的生产与特性合成纤维具有强度高、密度小、弹性好、耐磨、耐酸碱和不霉、不蛀等优越性能。合成纤维是由有机化合物单体制备与聚合、纺丝和后加工等三个环节完成的。合成纤维是以有机高分子化合物为主要成分，并添加了提高纤维加工性能和使用性能的某些助剂，如二氧化钛、油剂染料和抗氧化剂等，制成成纤高聚物。再经“纤维成型”或“纺丝”得到。塑料2.3

塑料是以合成或天然聚合物为主要成分，辅以填充剂、增塑剂和其他助剂，在一定温度和压力下加工成型的材料或制品。其中的聚合物常称作树脂，可为晶态和非晶态。

1、塑料的组成为了改进塑料的性能，还要在聚合物中添加各种辅助材料，如合成树脂、填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂和抗氧剂等。2、塑料的分类1)按使用特性分类：通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。2)按理化特性分类：热塑料性塑料和热固性塑料两种类型。塑料-橡胶共聚物2.4

聚乙烯氯化可以得到氯化聚乙烯橡胶(CPE)，韧性增加而呈现橡胶的特性；氯化聚乙烯与苯乙烯和丙腈烯进行接枝，制得耐候性的ACS树脂；顺丁橡胶(早期为丁苯橡胶)与苯乙烯接枝共聚而成的高冲击聚苯乙烯树脂，亦称接枝型抗冲击聚苯乙烯(HIPS)。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段其聚物(简称SBS)是苯乙烯嵌段共聚物，它兼具塑料和橡胶的特性，具有弹性好、抗拉强度高、低温变形能力好等优点；SBS是较佳的沥青改性剂，可综合提高沥青的的高温稳定性和低温抗裂性。模块三土工合成材料土工合成材料的种类和特点3.1土工织物(防渗土工布)

1、土工织物

“土工织物”，透水性的平面土工合成材料，俗称“土工布”。

土工织物主要包括有纺(织造woven)土工织物、无纺(非织造non-woven)土工织物。1)有纺织物有纺织物是由纤维纱长丝按一定方向交织而成的织物，与日用布相似可分为平纹织物(经、纬线相互垂直)和斜纹织物。(1)单丝有纺织物；(2)复丝有纺织物；(3)扁丝有纺织物。2)无纺织物无纺织物是由短纤维或长丝按定向或非定向排列结合在一起的织物。原料几乎是聚酯、聚丙烯或由聚丙烯与尼龙纤维混纺。无纺土工布

2、土工膜土工膜由聚合物制成的一种相对不透水的薄膜。土工膜复合土工膜

3、土工复合材料

将两种或两种以上的材料互相组合起来就成为土工复合材料。主要有复合土工膜、复合土工织物和复合防排水材料三类。其中复合土工膜的形式有一布一膜、二布一膜。两布一膜

(a)双向经编土工格栅

(b)双向塑料土工格栅

(c)双向拉伸土工格栅塑钢土工格栅

4、土工特种材料1)土工格栅

土工格栅按受力性能一般分为单向、双向、三向格栅，按制造方法一般分为整体拉伸格栅、经编格栅、粘结或焊接格栅。

高强钢塑复合土工带

2)土工带

经挤压拉伸或再加筋制成的条带抗拉材料。包括塑料土工带、钢塑土工带等。

(a)高强土工格室(b)无纺布土工格室土工格室

3)土工格室

由长条形塑料片材或其中已加入钢丝、玻璃纤维、碳纤维的片材，经焊接、插件或扣件等方法连接，展开后构成蜂窝状或网格状的立体结构材料。

(a)高强土工格室的应用(b)无纺布土工格室土工格室的应用

4)土工网

高分子聚合物经挤出制成的网状材料或其他材料经编织形成的网状材料。土工网按制造方法分为挤出网和经编网，按形状分为平面网和三维网。

塑料平面土工网，是以高密度聚乙烯或其他高分子聚合物为原料，经挤出成型的平面网状材料。

经编平面土工网，是采用玻璃纤维或高强聚酯长丝经编织机编制并经表面涂覆而成的平面网状材料。

塑料三维土工网，是由一层或多层双向拉伸或挤出平面的网，表面点焊一层或多层非拉伸挤出网，形成表面凹凸泡状的多层网状材料。土工网

(a)土工模袋应用初期(b)土工模袋应用后期土工模袋的应用

5)土工模袋

双层聚合化纤织物制成的连续或单独的袋状材料。可用高压泵将混凝土或砂浆灌人其中，形成板状或其他形状的防护结构。

泡沫聚苯乙烯板块

6)泡沫聚苯乙烯板块

由聚苯乙烯加入发泡剂膨胀经模塑或挤压制成的轻型板块。

植生袋的应用

7)植生袋

采用孔隙率为70%～99.5%的多功能过滤毯状纤维，运用针刺法和喷胶法生产出的，内含草种、灌木种、培养料、保水剂和肥料等绿化辅料的袋状材料。

土工织物膨润土防水毯的应用

8)土工织物膨润土垫

土工织物或土工膜间包人膨润土或其他低透水性材料，并通过针刺、缝接或化学粘结制成的一种防水材料。土工合成材料的工程应用3.2

1、土工合成材料的作用

1)排水作用：织物是多孔隙透水介质，埋在土中可以汇集水分，并将水排出土体。2)反滤作用：工程中往往同时利用织物的反滤和排水两种作用。3)分隔作用：将织物铺设在不同粒料层之间，可以起分隔作用。4)加筋作用：织物具有较高的抗拉强度和较大的破坏变形率，以适当方式将其埋在土中，作为加筋材料，可以控制土的变形，增加土体稳定性也可用于加筋土挡墙中。

2、土工合成材料的工程应用

土工合成材料可应用于公路路基、挡墙、路基防排水、路基防护、路基不均匀沉降、路面裂缝防治、特殊土和特殊路基处治、地基处理等工程中。1)土工织物的工程应用可用于两种介质间的隔离、路基排水、防沙固沙、构筑物表面防腐、路面裂缝防治等场合；高强度的土工织物可用于加筋。

2)土工复合材料的工程应用(1)复合土工膜可用于路基防水、盐渍土隔离等场合。单纯的土工膜厚度薄、强度低，易刺破损伤，因此在公路路基防水、盐渍土隔离等场合主要采用与土工织物复合的土工膜。(2)复合排水材料可用于地基处理和路基排水等场合。

2)土工复合材料的工程应用(1)复合土工膜可用于路基防水、盐渍土隔离等场合。单纯的土工膜厚度薄、强度低，易刺破损伤，因此在公路路基防水、盐渍土隔离等场合主要采用与土工织物复合的土工膜。(2)复合排水材料可用于地基处理和路基排水等场合。

排水带主要用于插入软弱地基中加速地基的固结排水，增强地基强度。

排水板宽度可达50cm，不同芯材构成不同的排水板。其中帽状芯材复合排水板比较典型，主要用于路侧排水、支挡结构内部排水。

长丝热粘排水体，由高分子聚合物长丝热粘堆缠成不同形状的排水芯体，外包土工织物作滤材组成，即通常所称的速排龙或塑料盲沟，其强度低，适应变性能力较差。

缠绕式排水管，具有较高的环刚度，适应变形能力强，可形成各种不同的口径，主要用于工程内部排水。排水带速排龙或排水盲沟缠绕式排水管

透水软管，一般以镀塑的弹簧钢丝或其他高强材料丝圈为骨架，外包土工织物制成，即通常所称的软式透水管，其具有环刚度高、适应能力强、易于安装的特点，主要用于路基边坡仰斜排水、路基支挡结构内部排水，以及与碎石渗沟联合使用增强渗沟排水能力等场合。