本科《土木工程材料》全书教学课件.ppt

第7章 合成高分子材料 合成高分子材料概述 土木工程中常用的合成高分子材料 7.1 合成高分子材料概述 合成高分子材料是指基本组成物质为人工合成高分子化合物的各种材料。合成高分子材料主要包括合成树脂、合成橡胶和合成纤维三大类。在土木工程中，合成树脂主要用于制备建筑塑料、建筑涂料和胶黏剂等，是用量最大的合成高分子材料；合成橡胶主要用于防水密封材料、桥梁支座和沥青改性材料等，用量仅次于合成树脂；合成纤维主要用于土工织物、纤维增强水泥、纤维增强塑料和膜结构用膜材料等，用量也在不断增加。 7.1 合成高分子材料概述 7.1.1 聚合物的相关知识 聚合物的基本概念 1. 高分子化合物又称为高聚物或聚合物，其分子量很大，一般为104~106。其分子往往由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成。例如，聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯结构单元重复连接而成。 ……CHClCH2CHClCH2CHCl…… 可简写为［CH2CHCl］n。—CH2—CHCl—是重复结构单元，称为链节。结构单元的重复数目n称为聚合度。 7.1 合成高分子材料概述 聚合度可为几百至几千，聚合物的分子量为重复结构单元的分子量与聚合度的乘积。由于聚合反应本身及反应条件等方面的原因，合成高分子化合物各个分子的分子量大小是不同的。通常所讲的高聚物的分子量是指平均分子量，聚合度也是指平均聚合度。聚合物中分子量大小不一的现象称为高分子化合物分子量的多分散性。一般来说，聚合物分子量的分散性越大，性能越差。 6.2 沥青混合料 矿质混合料配合比设计 1. 矿质混合料配合比设计的目的是选配一个具有足够密实度并且具有较大内摩阻力的矿质混合料，并根据级配理论，计算出需要的矿质混合料的级配范围。为了应用已有的研究成果和实践经验，通常是采用推荐的矿质混合料级配范围来确定配合比，依下列步骤进行： 6.2 沥青混合料 1）确定沥青混合料的类型 沥青混合料的类型根据集料公称最大粒径、矿质混合料级配、设计孔隙率按表6-12选定。 6.2 沥青混合料 2）确定矿质混合料的公称最大粒径 沥青路面结构层厚度（h）和公称最大粒径（D）的比值与路面的耐久性有一定的关系。随着h/D增大，沥青路面的耐疲劳性提高，但车辙量增大；反之，h/D 减小，车辙量也减少，但沥青路面的耐久性降低。现有的研究表明，当h/D ≥3时，公称最大粒径为19 mm的中粒式沥青混凝土的结构层厚度应大于6 cm，公称最大粒径为16 mm的中粒式沥青混凝土的结构层厚度应大于5 cm，公称最大粒径为13.2 mm的细粒式沥青混凝土的结构层厚度应大于4cm。只有控制了h/D的大小，沥青混合料才能拌和均匀，易于摊铺，特别是在压实时易于达到要求的密实度和平整度，保证施工质量。 6.2 沥青混合料 3）确定矿质混合料的级配范围 根据已确定的沥青混合料类型，查阅相关规范推荐的矿质集料级配范围表，即可确定所需的级配范围。 6.2 沥青混合料 4）计算矿质混合料的配合比 （1）测定组成材料的原始数据。根据现场取样，对粗集料、细集料和矿粉进行筛分试验，按筛分结果分别绘出各组成材料的筛分曲线，同时测出各组成材料的相对密度，以供计算物理常数之用。 （2）计算组成材料的配合比。根据各组成材料的筛分试验资料，采用图解法或电算法计算符合要求级配范围的各组成材料用量比例。 6.2 沥青混合料 （3）调整配合比。计算的合成级配应根据下列要求做必要的配合调整： ①通常情况下，合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限，尤其应使0.075 mm、2.36 mm和4.75 mm筛孔的通过量尽量接近设计级配范围的中限。 ②对高速公路、一级公路、城市快速路和主干路等交通量大、车辆载重大的道路，宜偏向级配范围的下限（粗）；对一般道路、中小交通量和人行道路等，宜偏向级配范围的上限（细）。 ③合成的级配曲线应接近连续或有合理的间断级配，不得有过多的犬牙交错。当经过 6.2 沥青混合料 确定沥青混合料的最佳沥青用量 2. 沥青混合料的最佳沥青用量可以通过各种理论计算方法求出。但是由于实际材料性质的差异，按理论公式计算得到的最佳沥青用量仍然要通过试验方法修正，因而，通过理论计算方法只能得到一个供试验的参考数据。实际工程中可采用马歇尔法确定沥青的最佳用量。 我国确定的沥青最佳用量的方法是在马歇尔法和美国沥青学会方法的基础上，结合我国多年研究成果和生产实践总结发展起来的更为完善的方法。采用该法确定沥青最佳用量的操作步骤如下： 6.2 沥青混合料 1）制备试样 （1）按确定的矿质混合料配合比，计算各种矿质材料的用量。 （2）根据沥青用量的经验范围，估计适宜的沥青用量（或油石比）。 6.2 沥青混合料 2）测定物理、力学指标 以估