1、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。 第八章第八章 工程聚合物工程聚合物 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、丁苯橡胶第一节第一节 聚合物的基本概念聚合物的基本概念 单体：构成聚合物结构重复组合单元的小分子链节： 聚合物大分子链中的重复结构单元 聚合度：链节的数目n 。CH2=CHCl单体-CH-CH-Cl链节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 1
2、）根据单体名称命名）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。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 二、聚合物的合成与结构1 1聚合物合成反应聚合物合成反应（1）加聚反应：由带有双键的不饱和小分子物质通过加成反应合成聚合物。分为均聚和共聚。均聚：由一种单体聚合共聚：由一种以上单体聚合： 2）缩聚反应：由带有两个或两个以上官能团的单体物质，通过
3、自身或相互之间缩合反应生成聚合物，同时还析出诸如水、氨、醇、氯化氢等低分子副产物。如： 2 2聚合物结构特征聚合物结构特征聚合物具有高弹性、较好的耐候性以及良好的变形性等，在于聚合物特殊的结构特征。线形聚合物的结构支化交联环氧树脂不同结构的性能特点 可塑化、熔融、溶解无法溶解、熔融硬度、熔点及抗拉强度低但断裂伸长率较高刚性较高、尺寸稳定性良好线 型支链型交联型只发生的微小形变产生较大变形极易变形玻璃态高弹态粘流态力卸载形变立即恢复力形变无法恢复卸载力卸载逐渐恢复原状橡胶塑料、纤维1）优点：（1）比强度高，接近甚至超过钢材（2）弹性好（3）吸水性和透水蒸汽性都很低（4）高聚物抗腐蚀性能优于无机材
4、料（5）具有消音、吸震、绝缘、透明，易加工四、高聚物的特性高聚物的强度与表观密度之比2）缺点：易老化，耐热性低使用性能会逐渐变差易热降解在光氧作用下分解成分子量较低的聚合物或单体，力学性能降低，表面和内部会产生裂纹第二节第二节 常用的工程聚合物材料常用的工程聚合物材料 工程聚合物材料是以聚合物为主要原料加工而成的塑料、合成橡胶、合成纤维和胶结剂等。 二、合成纤维合成纤维是以有机高分子聚合物为原料，经熔融或溶解后纺制成的纤维，如聚酰胺、聚酯纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、石棉等。 三、合成橡胶合成橡胶是由石油、天然气、煤、石灰石以及粮食等原料经加工而取得的。特征： 在较小的外力作用下，能产生大的变形，
5、外力去除后能迅速恢复原状，具有良好的伸缩性、储能能力和耐磨、隔声、绝缘等性能。第三节第三节 聚合物在道路工程中的应用聚合物在道路工程中的应用 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。一、聚合物改性沥青石油沥青缺点： 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。 SBS是以丁二烯1,3和苯乙烯为单体，
6、采用共聚合方式制成的线型或星型嵌段聚合物。 在SBS结构中，硬段的聚苯乙烯端赋予材料足够的强度，中间的嵌段聚丁二烯又使聚合物具有特别好的弹性。正是SBS这种结构，使其具有两个玻璃化温度，Tg1为-80（聚丁二烯段），Tg2为80（聚苯乙烯段）。 所以，在夏季，由于环境温度在Tg2之下，使沥青保持较高的抗变形能力，抵御高温车辙的形成；在冬季有很低的Tg1，使沥青材料仍具有较好的低温柔性，防止沥青材料的开裂。 二、聚合物混凝土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强度高、变
7、形好的聚合物水泥胶料 聚合物水泥混凝土的路面聚合物水泥混凝土的路面 重庆内环吉庆隧道洞口段重庆内环吉庆隧道洞口段 具有立体彩色的路面表观效果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 以聚合物乳
8、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 这种混凝土完全采用聚合物作为胶结材料的混凝土。 其性能呈现出一些其性能呈现出一些新新的特点：的特点：轻质高强，轻质高强，大大大大提高了抗拉强度、抗弯强度；同时也提高了抗拉强度、抗弯强度；同时也改善了混凝改善了混凝土的抗渗
9、性、抗冻性和耐久性土的抗渗性、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。土工布是以聚合物为原料加工成丝、纤维、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。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、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，具有公路、铁路、海岸、隧道、机场等，具有过滤、过滤、排水、隔离、加固、防渗排水、隔离、加固、防渗等作用，同时具有良好等作用，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的抗老化和防腐蚀性。大
10、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。及符合土工膜确实是岩土工程作业中首选的材料。 土工布土工布应用-坝 土工布应用-隧道工程 土工布应用土工布应用地 铁土工布应用土工布应用- -道路道路 土工布应用土工布应用- -道路道路 土工布应用土工布应用海岸海岸土工布应用土工布应用大型基础大型基础土工布应用土工布应用大型基础大型基础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
11、坡的反滤等。 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
12、，不可暴晒。水泥混凝土路面修补用的大多属于甘油基型环氧树脂，常用的是是双酚A环氧树脂，具有较高的内聚力和较强的粘附力，收缩率较低。 但延伸率低、脆性大、耐疲劳性差。因此，必须进行改性，加低分子液体改性剂、增柔剂、增韧剂等，如聚硫改性环氧灌浆材料及914双组分快速固化裂缝修补材料等。（2）聚氨脂类由多异腈酸脂多异腈酸脂和聚氨基甲酸酯聚氨基甲酸酯，制备成A、B两组分，固化后具有极高的粘附性，抗老化性好。它与混凝土的粘固很牢，且不需要打底，可用作房屋、桥梁的嵌缝密封材料。（3）烯烃类通常由烯类聚合物配制而成，如氰基丙烯酸氰基丙烯酸胶粘剂，其最大的优点是室外固化时间快，几分钟之内就可以粘住，2448h
13、可达到最高抗拉强度，且气密性能好，但价格较高无法大面积使用。（4）聚氨乙烯类聚氨乙烯胶泥聚氨乙烯胶泥呈黑色固体状，施工时需要加热至130140，用填缝机进行灌注，冷却后成型。它具有良好的防水性、粘结性、柔韧性和抗渗性，且耐寒、耐热、抗老化，能很好地与混凝土粘结，适用于混凝土路面板的接缝及各种管道的接缝。（5）橡胶类氯丁橡胶氯丁橡胶嵌缝材料是以氯丁橡胶和丙烯系塑料为主体材料，配以适量的增塑剂、硫化剂、增韧剂、防老剂及填充剂等配制而成的一种粘稠物。其特征为：与砂浆、混凝土及金属等有良好的粘接性能，易于施工。常用作混凝土路面的嵌缝材料。桥梁和管线工程中的膨胀支座一般用聚四氟乙烯（PTFE）树脂，可以保证梁的水平移动的要求。 弹性支座采用氯丁橡胶（CR）和聚异戊二烯橡胶（IR）等制作，以减少噪声和振动。
