土木工程材料功能材料.docx

第12章功能材料本章导学学习目的：本章主要介绍绝热材料及吸声材料的作用原理及基本要求。对常用品种只做简介。教学要求：通过学习了解这类材料的特点12.1吸声材料12.1.1吸声材料的作用及基本要求（一）材料的吸声性能声音来源于物体的振动，声音在传播过程中，一部分由于声能随着距离的增大而扩散，另一部分则因空气分子的吸收而减弱。当声波遇到材料表面时，大多数材料都有一定的吸声作用，材料吸声性能的优劣常用吸声系数表示。吸声系数（A）表示材料吸声性能大小的量值，是指声波遇到材料表面时被吸收的声能（E）与入射声能（E0）之比，用下式表示：A=E/E0 假如入射能的60%被吸收，其余的40%反射，则该材料的吸声系数A就等于0.6。当入射声能（E0）100%被吸收，无反射时，吸收系数等于1。一般材料的吸声系数在01之间。 材料的吸声特性除与声波方向有关外，尚与声波的频率有关，同一材料，对于高、中、低不同频率的吸声系数是不同的。为了全面反映材料的吸声性能，规定取125、250、500、1000、2000、4000Hz（赫兹）等六个频率的吸声系数来表示材料的频率特性，凡六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料，称为吸声材料。材料吸声系数越高，吸声效果越好。 吸声材料的种类是很多的，表121所列为常用的几种吸声材料。多孔材料是普遍应用的吸声材料，多孔性吸声材料具有大量内外连通的微孔，通气性良好，当声波入射到材料表面，很快顺着微孔进入材料内部，孔隙内空气分子受到摩擦和粘滞阻力，或使细小纤维作机械振动，而使声能转变为热能，这类材料吸声的先决条件是声波易于进入微孔，不仅材料内部，在材料表面上也应是多孔的。 影响多孔吸声材料的吸声效果的主要因素是：1材料的表观密度 对同一种多孔材料（如超细玻璃纤维），当其表观密度增大（也孔隙率减小）时，对低频的吸声效果有所提高，而对高频效果有所降低。2材料的厚度 增加厚度可提高低频吸声效果，而对高频吸声无大影响。3孔隙特征 孔隙小效果好，粗大孔隙效果就差。如果材料中孔隙大部分为封闭气孔，因空气不能进入，就不能作为多孔吸声材料（如聚氯乙烯泡沫塑料），当材料表面涂刷油漆或材料吸湿时，材料孔隙就被油漆或水分堵塞，吸声效果也大大降低。（二）选用吸声材料的基本要求为了保持室内良好音响效果，减少噪音，改善声波的传播，在音乐厅，电影院，大会堂，播音室及工厂噪音大的车间等内部的墙面，地面，天棚等部位，应适当选用吸声材料，选用时应注意如下要求：1为了发挥吸声材料的作用，必须选择材料的气孔是开放的，互相连通的。开放连通的气孔越多，吸声性能越好。这与绝热材料有着完全不同的要求。同样都是多孔材料，但由于使用功能不同，则对气孔的要求不同，绝热材料希望是封闭的，不连通的气孔。2尽可能选用吸声系数较高的材料，以求得到较好的技术经济效果。3安装时应考虑到减少材料受碰撞的机会和因吸湿引起的胀缩影响，因为多数吸声材料强度较低，多孔吸声材料吸湿性较大。12.1.2常用的吸声材料名称厚度（cm）表观密度（kg/m3）各频率下的吸声材料装置情况125250500100020004000粉刷在墙上1石膏砂浆(掺有水泥、玻璃纤维)2.20.240.120.090.300.320.83喷射在钢丝网板条上，表面滚平，后有15cm空气层2石膏砂浆(掺有水泥、石棉纤维)1.30.250.780.970.810.820.85贴实3水泥膨胀珍珠岩板23500.160.460.640.480.560.56贴实4矿渣棉3.138.0 210240 0.100.35 0.210.65 0.600.65 0.950.75 0.850.88 0.720.92 贴实5沥青矿渣棉毡6.02000.190.510.670.700.850.86贴实6玻璃棉5.05.0 80130 0.060.10 0.080.12 0.180.31 0.440.76 0.720.85 0.820.99 贴实超细玻璃棉5.015.0 2020 0.100.50 0.350.80 0.850.85 0.850.85 0.860.86 0.860.80 7酚醛玻璃纤维板(除去表面硬皮层)8.01000.250.550.800.920.980.95贴实8泡沫玻璃4.012600.110.320.520.440.520.33贴实9脲醛泡沫塑料5.0200.220.290.400.680.950.94贴实10软木板2.52600.050.110.250.630.700.70贴实11木丝板3.00.100.360.620.530.710.90钉在木龙骨上，后留10cm空气层12穿孔纤维板(穿孔率5%，孔径5mm)1.60.130.380.720.890.820.66钉在木龙骨上后留5cm空气层13胶合板（三夹板）0.30.210.730.210.190.080.12钉在木龙骨上，后留5cm空气层14胶合板0.30.600.380.180.050.050.08钉在木龙骨上，后留10cm空气层15穿孔胶合板(五夹板)(孔径5mm，孔心距25mm)0.50.010.250.550.300.160.19钉在木龙骨上，后留5cm空气层16穿孔胶合板(五夹板)(孔径5mm，孔心距25mm)0.50.230.690.860.470.260.27钉在木龙骨上，后留5cm空气层但在空气层内填充矿物棉17穿心胶合板(五夹板)(孔径5mm，孔心距25mm0.50.200.950.610.320.230.55钉在木龙骨上，后留10cm空气层，填充矿物棉18工业毛毡33700.100.280.550.600.600.59张贴在墙上19地毯厚0.200.300.50铺于木格栅楼板上20帷幕厚0.100.500.60有折叠、靠墙装置21木条子0.250.650.664cm木条，钉在木龙骨上，木条之间空开0.5cm，后填2.5cm矿物棉12.2绝热材料12.2.1绝热材料的作用及基本要求绝热材料是指防止建筑物和暖气设备（如暖气管道等）的热量散失，或隔绝外界热量的传入（如冷藏库等）而选用的材料。本节主要讨论建筑用绝热材料。 在任何介质中，当两处存在着温度差时，在这两部分之间就产生热的传递现象，热能将由温度较高的部分转移至温度较低的部分。如房屋内部的空气与室外的空气之间存在着温度差时，就会通过房屋外围结构，主要是外墙、门窗、屋顶等产生传热现象。冬天，由于室内气温高于室外气温，热量从室内经围护结构向外传递，造成热损失。夏天，室外气温高，热的传递方向相反，即热量经由围护结构传至室内而使室温提高。 为了保持室内有适于人们工作，学习与生活的气温环境，房屋的围护结构所采用的建筑材料必须具有一定的保温隔热性能，在冬天不至使热量从室内向外传递，在夏天不致使热量从室外向室内传递。围护结构保温隔热性能好，可使室内冬暖夏凉，节约供暖和降温的能源，据统计可节省能源消耗2550%，因此合理使用绝热材料具有重要的节能意义。 材料的导热系数是衡量材料保温隔热性或绝热性的主要指标，导热系数越小，则绝热性愈好。影响材料导热系数的因素，如第一章所述，主要是材料的化学组成、结构、孔隙率与孔隙特征、含水率及介质的温度，其中以孔隙率（或表观密度）与含水率的影响最大。同类材料，其导热系数可根据表观密度来确定，表观密度愈小，导热系数也愈小，许多材料建立了=f(0)形式的经验公式。材料的含水量增大，导热系数也随之增加，至于材料含水量大小则应根据材料在房屋围护结构中实际使用的条件来估计。实际使用条件包括当地的气候条件，房间的使用性质、房间的朝向和围护结构的构造方式等。对多数绝热材料，可取空气相对湿度为8085%时，材料的平衡含水率作为参考值，对选用的材料作导热系数测定时，也尽量在此条件下进行。 对绝热材料的基本要求是导热系数不大于0.23W/(mK)，表观密度不大于600kg/m3，而抗压强度大于0.3MPa。 在建筑工程中绝热材料主要用于墙体和屋顶的保温绝热以及热工设备，热力管道的保温，有时也用于冬季施工的保温，在冷藏室和冷藏设备上也普遍使用。 在选用绝热材料时，应综合考虑结构物的用途、使用环境温度、湿度及部位、围护结构的构造，施工难易程度、材料来源、技术经济效益等。12.2.2常用的绝热材料（一）无机绝热材料1、纤维状材料无机绝热材料是矿物材料制成的，呈纤维状、散粒状或多孔构造，可制成片、板、卷材或壳状等型式的制品。无机绝热材料的表观密度较大，但不易腐朽，不会燃烧，有的能耐高温。 纤维状材料是以矿棉，玻璃棉或石棉为主要原料的产品，由于不燃，吸音，耐久，价格便宜，施工简便而广泛用于住宅建筑和热工设备的表面。1）矿棉及矿棉制品 矿棉是用岩石（玄武岩）或高炉矿渣的熔融体，以压缩空气或蒸汽喷成的玻璃质纤维材料。前者称为岩石棉，后者称为矿渣棉，它们的生产工艺和成品性能相近，所以统称为矿物棉或矿棉。 矿棉的表观密度与纤维直径有关，如一级品的矿渣棉在19.6KPa压力下表观密度在100kg/m3以下，导热系数小于0.044W/(mK)。岩石棉最高使用温度为700，矿渣棉为600。矿棉使用时易被压实，多制成810mm的矿棉粒填充在坚固外壳（如空心墙或楼板）中。 矿棉毡是在熔融体形成纤维时，将熔融沥青喷射在纤维表面，再经加压而成。矿棉毡表观密度为135160kg/m3，导热系数为0.0480.052W/(mK)，最高使用温度为250，适用于墙体及屋面的保温。 用酚醛树脂为粘结剂成型的矿棉板，表观密度小于150kg/m3，导热系数低于0.046W/(mK)，抗折强度为0.2MPa。板的耐火性高，吸湿性小，可代替高级软木板用于冷藏库及建筑物的隔热2）玻璃棉及其制品玻璃纤维是由玻璃熔融物制成的纤维，其中短纤维（150mm以下）组织蓬松，类似棉絮，常称作玻璃棉。 玻璃棉表观密度为100150kg/m3，导热系数低于0.0350.058W/(mK)。最高使用温度，含碱玻璃棉为300，无碱玻璃棉为600。 与矿棉相似，也可制成沥青玻璃棉毡和酚醛树脂玻璃棉板。玻璃棉制品可用于围护结构的保温。2、粒状材料粒状绝热材料主要有膨胀蛭石和膨胀珍珠岩。1）膨胀蛭石及其制品 蛭石是一种天然矿物，在8501000的温度下煅烧时，体积急剧膨胀，单个颗粒的体积能膨胀520倍，蛭石在热膨胀时很像水蛭（蚂蝗）蠕动，因而得名。煅烧膨胀后为膨胀蛭石。 膨胀蛭石的主要特性是：堆积密度80200kg/m3，导热系数0.0460.070W/mK，可在10001100温度下使用，不蛀，不腐，但吸水性较大，膨胀蛭石可以呈松散状，铺设于墙壁，楼板，屋面等夹层中，作为隔热，隔声之用。使用时应注意防潮，以免吸水后影响隔热效果。 膨胀蛭石也可与水泥、水玻璃等胶凝材料配合，浇制成板，用于墙体，楼板和屋面等构件的隔热。水泥制品通常用1015%的水泥，8590%的膨胀蛭石（按体积计），用适量的水经拌和、成型和养护而成。制品的表观密度为300400kg/m3，相应的导热系数为0.080.10W/(mK)，抗压强度0.21MPa，耐热温度600。水玻璃膨胀蛭石制品是以膨胀蛭石、水玻璃和适量氟硅酸钠（Na2SiF6）配制而成，其表观密度为300400kg/m3，相应的导热系数为0.0790.084W/(mK)，抗压强度为0.350.65MPa，耐热温度为900。2）膨胀珍珠岩其制品 膨胀珍珠岩是由天然珍珠岩煅烧膨胀而得，呈蜂窝泡沫状的白色或灰白色颗粒，是一种高效能的绝热材料。具有表观密度小，导热系为数低，低温绝热性好，吸声强，施工方便等特点。建筑上广泛用于围护结构，低温及超低温保冷设备，热工设备等处的保温绝热。也用于制作吸声材料。 膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨料，配合适量胶凝材料（如水泥、水玻璃、沥青、磷酸盐等），经过搅拌、成型、养护，（干燥或焙烧）而制成的具有一定形状的板、块、管、壳等制品，水泥膨胀珍珠岩制品表观密度为300400kg/m3，导热系数为0.0580.087W/(mK)，抗压强度为0.51.0MPa。为水玻璃胶结材料可获得表观密度和导热系数更低的膨胀珍珠岩制品。3、多孔材料泡沫混凝土及加气混凝土即为常用的多孔绝热材料，此外尚有如下品种。1）微孔硅酸钙 是一种新型绝热材料，它是用65%硅藻土，35%石灰，再加入前两者总重5%的石棉，水玻璃和水，经拌合、成型、蒸压处理和烘干等工艺过程而制成，可用于建筑工程的围护结构及管道的保温，其效果较水泥膨胀珍珠岩和水泥膨胀蛭石为好。这种制品的性能如下：表观密度250kg/m3，导热系数0.041W/(mK)，抗压强度0.5MPa，使用温度达650。2）泡沫玻璃 是采用碎玻璃100分，发泡剂（石灰石、碳化钙或焦炭）12份配料，经粉磨混合、装模，在800温度下烧成，形成大量封闭不相连通的气泡，气孔率达到8090%，气孔直径为0.15mm、泡沫玻璃具有表观密度小（150600kg/m3），导热系数低（0.060.13W/mK），机械强度较高（0.815MPa），不透水，不透气，能防火，抗冻性高等特点，且易加工，可锯截钻孔，钉钉等。（二）有机绝热材料1、泡沫塑料泡沫兼是以各处合成树脂为基料，加入一定剂量的发泡剂、催化剂、稳定剂等辅助材料经加热发泡而成的一种新型绝热、吸声、防震材料。目前我国生产的有聚笨乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨脂泡沫塑料及脲醛泡沫塑料等。在建筑上碣质泡沫塑料用得较为普遍。其技术性能见表122。 名称堆密度(kg/m3)导热系数(W/(mK)抗压强度(MPa)抗拉强度(MPa)吸水率（%）耐热性（）聚苯乙烯泡沫塑料21510.0310.0470.1440.3580.130.340.0160.00475硬质聚氯乙烯泡沫塑料450.0430.180.400.280硬质聚氨脂泡沫塑料30400.0370.0550.20.244-脲醛泡沫 塑料150.0280.0410.0150.025-2、软木及软木板原料为栓皮栎或黄菠萝树皮，胶料为皮胶、沥青或合成树脂，工艺过程是：不加胶料的，将树皮轧碎，筛分，模压，烘焙（400左右）而成；加胶料的，在模压前加入胶料，在80的干燥室中干燥一昼夜而制成。软木反具有表观密度小（150350kg/m3），导热系数低0.0520.70W/(mK)、抗渗和防腐性能高等特点。软木板多用于冷藏库隔热。3、木丝板是以木材下脚料经机械制成均匀木丝，加入水玻璃溶液与普通水泥混合，经成型、冷压、干燥、养护而制成。木丝板多用作天花板、隔墙板或护墙板。其表观密度为300600kg/m3，防弯强度为0.40.5MPa，导热系数为0.110.26W/(mK)。4、蜂窝板蜂窝板是由两块较薄的面板，牢固地粘结在蜂窝芯材两面而制成的板材，也称蜂窝夹层结构。 蜂窝状芯材通常用浸渍过酚醛、聚酯等合成树脂的牛皮纸、玻璃布或用铝片，经过加工粘合成六角形空腹的整块芯材，面板为浸渍过树脂的牛皮纸、玻璃布、胶合板或玻璃钢等。 蜂窝板的特点是强度大、导热系数小，抗震性能好，可制成轻质高强的结构用板材，也可制成绝热性良好的非结构用板材和隔声材料，如是在蜂窝中填充脲醛泡沫塑料，则绝热性能更好。12.3防水材料12.3.1总述防水材料是保证房屋建筑免受雨水、地下水与其他水分侵蚀、渗透的重要材料，是建筑工程中不可缺少的建筑材料，在公路、桥梁、水利等工程中也有广泛的应用。 目前广泛使用的沥青基防水材料是传统的防水材料，也是目前应用最多的防水材料，但是其使用寿命较短。石油化工的发展，各类高分子材料的出出，为研制性能优良的新型防水材料提供了广阔的原料来源。纵观世界防水材料总的发展趋势，防水材料已向橡胶基和树脂基防水材料或高聚物改性沥青系列发展；油毡的胎体由纸胎向玻纤胎或化纤胎方面发展；密封材料和防水涂料由低塑性的产品向高弹性、高耐久性产品的方向发展；防水层的构造亦由多层向单层防水发展；施工方法则由热熔法向冷粘贴法发展。沥青基防水材料已在其它章节中介绍，本节主要介绍橡胶基和树脂基防水材料。 用传统的石油沥青油毡做建筑防水，除了要消耗大量的原纸，施工条件差（热施工）和污染环境等缺点外，主要还存在着低温脆裂、高温流淌、易起鼓、老化龟裂、腐烂变质等缺陷。为此，屋面、卫生间、外墙板缝以及地下室渗漏等“四漏”问题，成了目前建筑工程防水常见的质量通病。特别是屋面漏水，大约有50%以上的建筑物在建成后三年即出现渗漏水现象，70%以上的建筑物存在不同程度的渗漏，连80年代的高级亚运会工程也不例外。因此，为提高防水工程的质量、延长其使用寿命、解决石油沥青基防水制品的供应不足，研究新型防水材料已成为目前建筑防水工程迫切需要解决的课题。此外，高层建筑和大位移工业建筑的增加，也对建筑防水材料提出了更高的要求。合成高分子材料因其高弹性、大延伸、耐老化、冷施工及单层防水等诸多优点，已成为新型防水材料发展的主导方向，其产品主要有橡胶基、树脂基以及橡塑共混型的各种防水卷材、防水涂料及密封材料。12.3.2橡胶简介（一）天然橡胶橡胶是有机高分子化合物的一种，具有高聚物的特征与基本性质，其最主要的特性是在常温下具有极高的弹性。在外力作用下它很快发生变形，变形可达百分之数百，但当外力除去后，又会恢复到原来的状态，而且保持这种性质的温度区间范围很大。橡胶分天然橡胶和合成橡胶两种。天然橡胶（NR）1、天然橡胶的生产 天然橡胶产自热带的橡胶树，其主要成分是异戊二烯高聚体，另外还有少量水分、灰分、蛋白质及脂肪酸等。在橡胶树的浆汁中加入少量醋酸、氯化锌或氟硅酸钠即行凝固。凝固体经压制后成为生橡胶，再经硫化处理则得软质橡胶（熟橡胶）。目前世界天然橡胶的年产量约为300万吨，远远不能满足日益发展的需要，因而合成橡胶工业得到了迅速发展。合成橡胶的综合性能虽然不如天然橡胶，但它具有某些天然橡胶所不具备的特性，且原料来源较广，因而目前在土建工程中应用的主要是合成橡胶。2、橡胶的硫化与改性 在生产橡胶制品时，生橡胶粗坯需经定型和硫化，才能得到既有弹性又保证强度而且不变形的橡胶制品。所谓硫化，就是用硫磺（一般用量为2%3%）把生橡胶料经过化学和物理方法处理后，使橡胶分子从线型结构变为体型结构的过程。硫化的目的是为了提高橡胶的强度、变形能力和耐久性，减少其可塑性。硫化处理有时也可不用硫磺。 橡胶配方中可加入填充料以改进橡胶的性能。常用的填充料有炭黑、碳酸镁、氧化镁、氧化铁等，其用量按具体要求而定。这些填充料在橡胶中除具有填充作用外，有的还可能发生化学结合，可起改性和降低成本作用。3、橡胶的老化与防护 橡胶在阳光、热、空气（氧和自氧）或机械力的反复作用下，会出现变色、变硬、龟裂、发粘，同时机械强度降低，这种现象叫老化。老化的基本原因是橡胶分子氧化，致使其大分子链断裂破坏而致。老化最易在大分子中的双链或其左右开始，因此含双链结构越少，老化越慢。 为了防止老化，一般采取加入容易优先与氧或氧化产物发生化学反应的化学药品防老剂，如蜡类、二苯基对苯二胺、二辛基对苯二胺、苯基环已基对苯二胺等。（二）合成橡胶合成橡胶的生产过程一般可以看作由两步组成；首先将基本原料制成单体，而后将单体合成为橡胶。制成单体的基本原料主要为：石油、天然气、煤、木材和农产品等，由这些材料制取乙醇、丙桐、乙醛，以及饱和的与不饱和的碳氢化合物等单体，再经聚合或缩合反应而制得各种合成橡胶。建筑工程中常用的合成橡胶有以下几种。1、氯丁橡胶（CR）氯丁橡胶是由氯丁二烯聚合而成，其分子式为 氯丁橡胶除具有大分子量呈弹性体的以外，还有低分子量的液态氯丁橡胶。与天然橡胶比较，氯丁橡胶的绝缘性较差，密度较大，但抗拉强度、透气性和耐磨性较好。 氯丁橡胶为浅黄色及棕褐色弹性体，密度1.23g/cm3，溶于苯和氯仿，在矿物油中稍溶胀而不溶解，硫化后不易老化，耐油、耐热、耐燃烧（遇火便分解出HCl气体阻止燃烧），耐臭氧。耐酸碱腐蚀性好，粘结力较高，脆化温度-35-55，热分解230260，最高使用120150。氯丁橡胶的硫化剂一般不用硫磺，而用4%的氧化镁与5%氧化锌的混合物。它在90100的空气中硫化，并有自硫化的特点。2、丁苯橡胶（SBR）丁苯橡胶是应用最广、产量最多的合成橡胶，它由丁二烯和苯乙烯共聚而成。丁苯橡胶为浅黄褐色，其延性与天然橡胶接近，加入炭黑后，强度与天然橡胶相仿。密度随苯乙烯含量而不同，通常在0.910.97g/cm3左右，不溶于苯和氯仿，耐老化性、耐磨性、耐热性较好，但耐寒性、粘结性较差，脆化温度为-52，最高使用温度80100。能与天然橡胶混合使用。3、丁基橡胶（IIR）丁基橡胶由异丁烯与少量异戊二烯在低温下加聚而成。丁基橡胶是无色弹性体，密度为0.92g/cm3左右，能溶于五个碳以上的直链烷烃或芳香烃的溶剂中，它是耐化学腐蚀、耐老化、不透气性和 绝缘性最好的橡胶，并具有抗撕裂性能好、耐热性好、吸水率小等优点。但丁基橡胶的弹性较差，加工温度高，粘结性差，难与其他橡胶混用。丁基橡胶的耐寒性较好，脆化温度79，最高使用温度150。4、乙丙橡胶（EPM）和三元乙丙橡胶（EPDM或EPT）乙丙橡胶是乙烯与丙烯的共聚物。其分子结构式为 乙丙橡胶的密度仅0.8g/cm3左右，是最轻的橡胶，而且耐光、耐热、耐氧及臭氧、耐酸碱、耐磨等都非常好，也是最廉价的合成橡胶。 乙烯和丙烯聚合时它们的双键打开，一个接一个地连接起来成为高分子化合物。乙烯 和丙烯都只有一个双键。聚合时双键既经打开，聚合物中就再也没有双键，成为结构完全饱和的橡胶，这使硫化困难。为些，在乙丙橡胶共聚反应时，加入第三种非共轭双键的二烯烃单体，借此在所得橡胶的分子侧链中引入不饱和键，这样就得到三元乙丙橡胶，它可用硫进行硫化。目前三元乙丙橡胶已普启遍发展和应用，主要的问题是要选择合适的第三种单体，它不仅要求这种单体价钱不能太贵，还要求它与乙烯、丙烯共聚时有较高的活性，而且要求它得到的共聚物易于硫化，产品性能优良。目前最常用的有双环戊二烯，乙二烯1.4及乙叉降冰片烯等。5、丁腈橡胶（NBR）丁二烯与丙烯腈（CH2=CHCN）的共聚物，称丁腈橡胶。它的特点是对于油类及许多有机溶剂的抵抗力极强。其耐热、耐磨和抗老化的性能胜于天然橡胶，但缺点是绝级性较差，塑性较低，加工较难，成本较高。6、再生橡胶再生橡胶是以废旧轮胎和胶鞋等橡胶制品或生产中的下脚料为原料，经再生处理而制得的橡胶。这种橡胶原料来源广，价格低，建筑上使用较多。 再生处理主要是脱硫。所谓脱硫并不是把橡胶中的硫磺分离出来，而是通过高温使橡胶产生氧化解聚，使大体型网状橡胶分子结构被适度地氧化解聚，变成大量的小体型网状结构和少量链状物。脱硫过程中破坏了原橡胶的部分弹性，而获得了部分塑性和粘性。12.3.3合成高分子防水卷材（一）橡胶基防水卷材合成高分子化合物防水卷材是一种新型防水制品，其特点是高弹性、大延伸、耐老化、冷施工、单层防水和使用寿命长，其品种可分为橡胶基、树脂基和橡塑共混基三大类。 橡胶基防水卷材以橡胶为主体原料，再加入硫化剂、软化刘、促进剂、补强剂和防老剂等助剂，经过密炼、拉片、过滤、挤出（或压延）成型、硫化、检验和分卷等工序而制成。橡胶基防水卷材系单层防水，基搭接处用氯丁橡胶或聚氨酯橡胶等粘合剂进行冷粘，施工工艺简单。主要品种以下1、 三元乙丙橡胶防水卷材它是以三元乙丙橡胶为主体制成，是目前耐老化性最好的一种卷材，使用寿命可达50年。它的耐候性、耐臭氧性、耐热性和低温柔性超过氯丁与丁基橡胶，比塑料优越得多。它还具有重量轻、抗拉强度高、延伸率大和耐酸碱腐蚀等特点。它对煤焦油不敏感，但遇机油时将产生溶胀。 三元乙丙橡胶防水卷材国内产品的主要技术性能为：低温冷脆温度46.7；抗拉强度7.5Mpa；伸长率450%；直角撕裂强度25kN/m；经80、168h热老化后，其抗拉强度和伸长率的保持率分别为105%和93%。 三元乙丙橡胶防水卷材的适用范围非常广，可用于屋面、厨房、卫生间等防水工程；也可用于桥梁、隧道、地下室、蓄水池、电站水库、排灌渠道，污水处理等需要防水的部位。 三元乙丙橡胶卷材防水性能虽然很好，但工程造价较贵，是二毡三油防水做法造价的24倍，目前在我国属高档防水材料。但从综合经济分析，应用经济效益还是十分显著的。目前在美、日等国，其用量已占合成高分子防水卷材总量的60%70。2、 氯丁橡胶防水卷材它是以氯丁橡胶为主要原料制成的防水卷材。它的抗拉强度达12.4MPa以上，伸长率达300%以上。断裂永久变形5%，40时冷脆性合格。同时其耐油性、耐日光、耐臭氧，耐候性等均好。与三元乙丙橡胶卷材相比，除耐低温性稍差外，其他性能基本类似。其使用年限可达20年以上。3、 EPT/IIR防水卷材这种卷材是以三元乙丙橡胶与丁基橡胶为主要原料制成的弹性防水卷材。配以丁基橡胶的主要目的是为了降低成本但又能保持原来良好的性能。它的抗拉强度为7.5Mpa以上，伸长率450%以上，撕裂强度25kN/m以上，低温冷脆温度达53，各项性能与三元乙丙橡胶基本类似。这种卷材除了应用于高级建筑和高层建筑的防水工程外，目前在普通工业与民用建筑中也开始推广应用。4、 丁基橡胶防水卷材系以丁基橡胶为主要原料而制成。其中加入的异戊二烯很少（0.5%3%），目的是为了使分子链上带有少量的不饱和双键以便于硫化，而对耐候性影响不大。这种卷材的最大特点是耐低温性持好，特别适用于严寒地区的防水工程及冷库防水工程。 其它橡胶基防水卷材还有自粘型采色三元乙丙复合防水卷材、再生橡胶防水卷材等。（二）树脂基防水卷材/橡塑 共混基防水卷材聚氯乙烯（PVC）防水卷材它是以聚氯乙烯树脂为基料，掺入一定量助剂和填充料而制成的柔性卷材。助剂中软化剂（煤焦油）、增塑剂（邻苯二甲酸二辛脂）的存在，使卷材的变形能力和低温柔性大大提高。填充料铝矾土为活性氧化物，除起填充作用外，特别能吸收聚氯乙烯中分解出的氯化氢，阻止其降解反应。同时铝矾土在制品中还起光屏蔽剂作用，防止聚氯乙烯分子链老化断裂。故活性氧化物填充料的加入，能大幅度地提高制品的耐热性和耐老化性能。 PVC防水卷材按GB1295291，有S型和P型两种，S型以煤焦油与聚氯乙烯树脂混溶料为基料，P型以增塑聚氯乙烯为基料，卷材的主要物理力学性能见表12-3。 除柔性PVC卷材外，还有PVC复层卷材及自粘性PVC卷材等品种。自粘性防水卷材是在卷材的一面涂以压敏胶粘剂并贴上一层隔离纸，施工时只要将隔离纸撕去，即可将卷材直接粘贴在已清理干净的基面上，施工极为方便。1、 氯化聚乙烯（CPE）防水卷材CPE防水卷材的主体材料为氯化聚乙烯树脂。氯化聚乙烯是由氯取代聚乙烯分子中部分氢原子而制成的无规氯化聚合物。聚乙烯经氯化改性后，其耐候性、耐臭氧性和耐热老化性均明显提高，物理机械性能明显改善，还提高了阻燃性及与其它高聚物的相容性。 CPE防水卷材按标准GB12953-91，有型和型两种，型是非增强型的，型是增强型的，主要物理力学性能见表12-3。由于CPE卷材的耐磨性十分优良，除用于防水工程外，还可作为室内地面材料，兼有防水与装饰效果。型卷材用玻璃纤维网格布为骨架制成，抗拉强度显著提高（可达18.2MPa），其它性能及价格与型基本相似。2、 橡塑共混基防水卷材这一类防水卷材兼有塑料和橡胶的优点，弹塑性好，耐低温性能优异。主要品种有氯化聚乙烯一橡胶共混型离心水卷材、聚氯乙烯一橡胶共混型防水卷材等。氯化聚乙烯卷材原来的伸长率只有100%，而与橡胶共混改性后，伸长率提高数倍，达450%以上，而且有些性能与三元乙丙橡胶卷材接近，其抗拉强度7.5MPa以上，直角撕裂强度大于25kN/m，低温冷脆温度48（原28）。这种卷材可采用多种粘结剂粘贴，冷施工操作较简单。 近年来，还出现了各种薄膜防水材料，如聚氨酯橡胶防水薄膜，异丁橡胶防水薄膜等。质量指标聚氯乙烯防水卷材（GB12952-91）氯化聚乙烯防水卷材（GB12953-91）P型S型型型优等品一等品合格品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品拉伸强度（MPa）15.010.07.05.02.012.08.05.012.08.05.0断裂伸长率（）不小于25020015020012030020010010热处理尺寸变化率（）不大于2.02.03.05.07.0纵向2.5横向1.5 3.01.0低温弯折性-20，无裂纹-20，无裂纹抗渗透性不透水不透水抗穿孔性不渗水不渗水剪切状态下的粘合性（Nmm-1）不小于2.0或在接缝处断裂2.012.3.4密封材料密封材料的应用已有悠久的历史，通常装配门窗玻璃用的油灰及填嵌公路、机场跑道和桥面板接缝用的沥青膏等，均属这类材料。 但随着建筑构件及建筑物本身体积的日益显著扩大，造成绝对变形及不均匀变形增大，同时建筑构造也日趋复杂，这就迫切要求研制出与之相适应的新的密封材料，以保证能经得起极度变形及较大温差而不致破裂或同基层脱开，同时在暴露于外界的恶劣条件下仍能保持坚固耐久，而且使用简便、可靠。常用防水密封材料可分为弹性密封膏、弹塑性密封膏及塑性密封膏等三大类。 弹性密封材料是目前发展的新型密封材料中的主要品种，有单组分型和双组分型两大类。单组分型又可分为无溶剂型、溶剂型和乳液型三种。按其基础聚合物的不同可分为硅酮系、聚氨酯系、聚硫系及丙烯酸系等系列。（一）弹性密封膏 1、聚氨酯密封膏以聚氨酯为主要组分，再配加其它组分材料而制成，它是最好的密封材料之一。聚氨酯密封材料一般为双组份，配制时必须采用二步法合成。即先制备预聚体（A组分），然后用交联剂（B组分）固化而获得弹性体。 聚氨酯密封膏的预聚体通常为带有苯环的链式结构，与固化剂调合后，能进一步产生化学反应而交联成无规体型结构。因此，这种密封膏的弹性大，粘结力强，防水性优良。又由于大多数不饱满双键存在于苯环中，因此密封膏的弹性大，粘结力强，防水性优良。又由于大多数不饱和双键存在于苯环中，因此密封膏的耐油性、耐候性、耐磨性及耐久性等均很好。按标准JC482-92，聚氨酯建筑密封膏的质量指标要求见表124所示。 质量指标聚氯酯建筑密封膏 （JC482-92）聚硫建筑密封膏 （JC483-92）丙烯酸酯建筑密封膏 （JC484-92）优等品一等品合格品A类B类优等品一等品合格品一等品合格品优等品一等品合格品适用期（h），不小于326-挤出性(mL/min),不小于-100表干时间(h)，不大于24482424渗出性(指数),不小于243下垂度(N型)(mm)，不大于333流平性(L型)5自流平光滑平整-低温柔性()-40-30-30-40-30-20-30-40拉 伸 粘 结 性最大拉伸强度(MPa)0.21.20.80.20.020.15最大伸长率(%)， 不小于400200100400300200400250150恢复率(%)，不小于9590859080757065拉伸一压缩循环性能级别90308020702080207010903080207010702070107005粘接破坏面积(%)，不大于252525聚氨酯密封材料对于混凝土具有良好的粘结性，而且不需要打底。虽然混凝土是多孔吸水材料，但吸水并不影响它同聚氨酯的粘结。所以聚氨酯密封膏可以用作混凝土屋面和墙面的水平或垂直接缝的密封材料。例如北京饭店新楼挂墙板的接缝，即是采用此密封材料。聚氨酯密封膏尤其适用于游泳池工程，同时它还是公路及机场跑道的补缝、接缝的好材料，也可用于玻璃和金属材料的嵌缝。2、聚硫橡胶密封膏/有机硅橡胶密封膏/丙烯酸类密封1）聚硫橡胶密封材料以液态聚硫橡胶为基料，再加入硫化剂、增塑剂、填充料等拌制成均匀的膏状体。聚硫橡胶典型的分子结构式可表示如下： 由上式可看出，主键上结合有硫原子，构成-S-C-及-S-S-的饱和链，因而具有良好的耐油性、耐溶剂性、耐老化性、耐冲击性、低透气性及良好的低温挠屈性和粘结性。 聚硫密封膏的弹性好，粘结力强，适应温度范围宽（-40+80），低温柔性好，抗紫外线曝晒以及抗冰雪和水浸能力强。还可根据可灌性、流平性及抗下垂性等不同要求，配制出不同类型的密封材料。根据标准JC483-92，聚硫密封膏可分为高模量低伸长率的（A类）和高伸长率低模量的（B类）两类。其质量指标要求亦列于表124中。 在美国、英国、加拿大和日本等国，已使用聚硫橡胶密封材料几十年，除用于建筑工程外，还用于水库、堤坝、游泳池及其他工业部门，效果极佳，属优质的密封材料。2）有机硅橡胶（硅酮）密封膏有机硅谷橡胶为线型聚硅氧烷，或称硅酮，其分子结构为 用这种材料制得的密封膏因分子中有大量重复的硅氧键，故具有良好的耐候性、耐久性、耐热性和耐寒性，而且使用时操作方便、毒性小。硅酮密封材料的突出优点是弹性大，拉伸压缩循环性能好，适用于高移动量（50%）的场合。3）丙烯酸类密封膏丙烯酸类密封材料是由丙烯酸类树脂掺入填料、增塑剂、分散剂等配制而成，分溶剂型和水乳型两种。目前应用的以水乳型的为主。丙烯酸类密封材料在一般建材基底（包括砖、砂浆、大理石、花岗石、混凝土等）上不产生污渍。它具有优良的抗紫外线性能，伸长率很大，初期固化阶段为200%600%，经过热老化、气候老化试验后达完全固化时伸长率100350%。在3480温度范围内均能具有良好的性能，并具有自密性。按标准JC484-92，单组分水乳型丙烯酸酯建筑密封膏的技术要求同列于表12-10。 丙烯酸类密封膏主要用于建筑物的屋面、墙板、门、窗嵌缝。由于其耐水性不够好，故不宜用于长期浸水的工程。丙烯酸类密封材料比橡胶类便宜，属于中等价格及性能的产品。目前国内研制的YJ5型建筑密封膏即属此类。（二）弹塑性密封膏1、氯丁橡胶基密封膏氯丁橡胶基密封材料是以氯丁橡胶和丙烯系塑料为主体材料，再掺入少量增塑剂、硫化剂、增韧剂、防老剂，溶剂及填充料等配制而成，为一种粘稠的溶剂型膏状体。目前国内研制的YJ1型建筑密封膏即属于这种类型，其成膜硬化大体上经过两个阶段：第一个阶段是密封膏随其溶剂挥发，分散相胶体微粒逐步靠拢、聚结而排列在一起；第二阶段是胶体微粒的接触面增大，开始变形，由于它们的自粘性高而互相结合，自然硫化成为坚韧的定型弹性体。这种密封膏有如下特性。（1）密封膏与砂浆、混凝土、铁、铝及石膏板等有良好的粘结能力，粘结强度约0.10.4MPa。（2）具有优良的延伸性和回弹性能，伸长率可达500%，恢复率69%90%。用于工业厂房屋面及墙板嵌缝，可适应由于振动、沉降、冲击及温度化等引起的各种变化。（3）具有特好的抗老化、耐热和耐低温性能，耐候性也很好。一般70温度下垂直悬挂5h不流淌，在35温度下弯曲180不裂不脆，挥发率2.3%以下。（4）有良好的挤出性能，便于施工。在最高气温下施工垂直缝，密封膏不流淌，故其可用于垂直墙面的纵向缝、水平缝及各种异形变形缝。 具有上述特点的还有YJ-4型建筑密封膏，其主要成分与YJ-1相近，不同的是YJ-4型属水乳型的。3、 聚氯乙烯嵌缝接缝膏聚氯乙烯嵌缝接缝膏是以煤焦油和聚氯乙烯树脂粉为基料，按一定比例加入增塑剂、稳定剂及填充料等，在140温度下塑化而成的弹塑性热施工的膏状密封材料，又称聚氯乙烯胶泥。常用品种有802和703两种。 PVC胶泥具有良好的粘结性、防水性、弹塑性、耐热、耐寒、耐腐蚀和抗老化等性能，且表观密度小，原料易得，成本低廉。除适用于一般工程外，还适用于生产硫酸、盐酸、硝酸、NaOH等有腐蚀性气体的车间的屋面防水工程。PVC胶泥除热用外，也可以冷用，冷用时需加溶剂稀释。按标准ZBQ24001-85，PVC胶泥的技术性能要求见表125所示。 性能802703耐热性温度8070下垂值（cm），小于44低温柔性温度-20-30柔性合格合格粘结伸长率，大于250浸水粘结伸长率，大于200回弹率，大于80挥发率，小于4、 塑料油膏塑料油膏是用废旧聚氯乙烯塑料代替聚氯乙烯树脂粉而制成，其它原料及生产同PVC胶泥，各项性能也与PVC胶泥相似，但低度温柔性比其好，常用的有604塑料油膏。12.3.5合成高分子防水涂料合成高分子防水涂料属高档防水涂料，它比沥青基及改性沥青基防水涂料具有更好的弹性和塑性，更能适应防水基层的变形，从而能进一步提高建筑防水效果，延长使用寿命。其所用基料均匀合成树脂或合成橡胶，如聚氨酯、丙烯酸酯、硅酮橡胶、SBS橡胶等。通常采用双组分或单组分配制而成。现将常用品种简介如下。（一）聚氨酯防水涂料聚氨酯防水涂炎为双组分型，其中甲组分为含异氰酸基（-NCO）的聚氨酯预聚物，乙组分由含多羟基（-HO）或胺基（-NH2）的固化剂及填充料、增韧剂、防霉剂和稀释剂等组成。甲、乙两组分按一定的比例配合拌匀涂于基层后，在常温下即能交联固化，形成具有柔韧性、富有弹性、耐水、抗裂的整体防水厚质涂层。 聚氨酯防水膜固化时无体积收缩，它具有优异的耐候、耐油、耐臭氧、不燃烧等特性。涂膜具有橡胶般的弹性，故延伸性好，抗拉强度及抗撕裂强度也较高。使用范围宽，为-30+80。耐久性好，当涂膜厚为1.52.0mm时，耐用年限在10年以上。聚氨酯涂料对材料具有良好的附着力，因此与各种基材如混凝土、砖、岩石、木材、金属、玻璃及橡胶等均能粘结牢固，且施工操作较简便。 聚氨酯涂料是目前世界各国最常用的一种树脂基防水涂料，它可在任何复杂的基层表面施工，适用于各种基层的屋面、地下建筑、水池、浴室、卫生间等工程的防水。例如北京长城饭店的屋面防水，即采用了这种防水涂料，其防水效果很好。聚氨酯涂料施工的时需首先进行基层表面处理，然后涂布底胶，待底胶固化后再行涂刷聚氨酯防水层，一般刷两遍，第二遍的涂刷方向应与第一遍垂直，以确保防水施工质量。最后可在第二遍涂层尚未固化前，撒上少量干净石渣，以对防水层起保护作用。也可在施工第二遍涂料时，随刷随贴一层玻璃布，以增强防水效果。 近年来，法国研制出一种聚氨酯泡沫涂料，将这种涂料喷涂于基层后产生发泡，由于大量封闭气泡的封闭存在，造成涂层同时具有防水与保温的双重作用。（二）丙烯酸脂防水涂料丙烯酸酯防水涂料是以丙烯酸酯共聚乳液为基料而配制成的水乳型涂料，其涂膜具有一定的柔韧性和耐候性。由于丙烯酸酯色浅，故易配制成多种颜色的防水涂料。 我国目前的建筑屋面防水层黑色的居多，这种黑色屋面夏天吸收太阳热多，从而显著降低了建筑物屋盖的绝热效果，而且随着高层建筑的日益增多，黑色屋面有损城市景观。为此，国外已大量采用浅色和彩色的屋面防水涂料，这可大大改善屋面的绝热和美观效果，尤其对那些造型奇特的屋面，如球形屋面、落地拱形屋面、贝壳形屋面等，采用彩色防水涂料将更显时代装饰感。 我国产AAS（丙烯酸丁酯-丙烯腈-苯乙烯）绝热防水涂料，目前应用较广，它是由面层涂料和底层涂料复合组成，其中面层涂料以AAS共聚乳液为基料，再掺入高反射的氧化钛白色颜料及玻璃粉填料而制成。底层涂料由水乳型再生橡胶乳液掺入一定量碳酸钙和滑石粉等配制而成。这种复合涂料对阳光的反射率可高达70%，故将其涂于屋面具有良好的绝热性，可较黑色屋面降低温度2530。 AAS防水绝热涂料具有良好的耐水、耐碱、耐污染、耐老化、抗裂、抗冻等性能，且无毒、无污染，冷作业，施工方便。当加入颜料则可制成彩色防水涂料。主要适用于混凝土、金属等屋面起防水、防腐、降温等作用，也适用