【《土木工程中高分子材料的发展应用研究》8000字（论文）】

土木工程中高分子材料的发展应用研究TOC\o"1-3"\h\u19404引言 2107361高分子材料概念 26031.1什么是高分子材料 2261841.2高分子材料的应用领域 3250591.2.1塑料 3276741.2.2橡胶 3155671.2.3纤维 323821.3高分子材料特性 44901.4国内外研究现状 5286721.4.1国内研究现状 518991.4.2国外研究现状 581482高分子材料在土木工程领域的应用现状 6285572.1高分子建筑塑料 6221912.1.1力学性能 7314462.1.2绝热性能 7113752.1.3化学性能 8321022.2其他高分子材料 8228902.2.1高分子建筑涂料 861632.2.2高分子建筑胶黏剂 9260262.2.3建筑防水材料 969422.2.4混凝土外加剂 9121003应用实例 10265584高分子材料在土木工程领域的应用发展趋势 11266894.1复合化 1137984.2多功能化 11289104.3节能化、绿色化 1178265结论 1222928参考文献 12摘要：在土木工程领域，通用智能材料主要是建筑材料，能够检测内部环境和外部环境，能够准确地定义、处理和分析建筑物，并具有相应的相关性。在此基础上，本文将对智能材料的功能及其在土木工程中的应用进行深入研究。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；发展引言近年来，随着城市化的加速，我国的建筑工业发展迅速，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。近年来，高分子材料在土木工程新材料的应用中发挥着重要作用，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，高分子建筑材料在耐腐蚀性和使用期限上相比与传统建筑材料具有显着优势，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。1高分子材料概念高分子材料又名高分子聚合物，是由多种高质量化合物组成的，其生产过程中需要借助多种辅助剂。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，为促进高分子合成与加工技术的快速发展，高分子成型与加工已成为一门独立的专业设计技术。高分子材料和技术的主要重点是高级工程师和技术人员在高分子材料的合成、转化和加工领域进行科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产和操作控制。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，在我国有极强的应用范围。1.1什么是高分子材料聚合物材料包括橡胶、纤维等。其中，塑料、合成纤维、合成橡胶并称为现代高分子的三大合成材料，在当前我国国民的生产和生活中占据着很高的地位。虽然聚合物材料由于通常具有金属和无机材料无法替代的许多优点而发展迅速，但大规模生产仍然是由只能在正常条件下使用的聚合物材料组成，即无害聚合物。但它也具有机械强度低、刚性弱以及不耐热等缺点。当前建筑工程的发展对高分子材料的功能性要求越来越高，这也促使我国的高分子材料朝着更好的方向发展。在这种趋势下，经济性强、刚性良好、可塑性强的新型高分子材料就诞生了。1.2高分子材料的应用领域目前我国常用的三种高分子材料为塑料、橡胶和纤维。1.2.1塑料塑料是指一种由聚合物为主要成分，在某些条件下可以形成某些形状的材料，并且这些材料的性状在室温下不会发生变化。根据加热后的情况，塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料。加热时，它会软化并熔化形成聚合物的塑料，使其成为热塑性塑料。主要的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等等，经过加热凝固后会形成交联不熔结构的塑料。目前常用的热固性塑料有环氧树脂、酚醛树脂等。塑料加工方法有压膜、吹塑等。图2.1塑料1.2.2橡胶橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯。合成橡胶的主要种类有丁基橡胶、顺丁橡胶等。图2.2橡胶材料1.2.3纤维纤维是另一种较为常用的高分子聚合物。我国纺织业常用的尼龙以及涤纶等都属于合成纤维。图2.3复纳新材料

木质纤维1.3高分子材料特性（1）密度小。其平均密度为1.45g/cm3，约为钢的0.2倍，铝的0.5倍左右。（2）比强度高。它是一种出色的轻质高强度材料，其强度和钢材相似，甚至有时要比钢材强一些。（3）韧性好。聚合物材料在分解之前可以吸收大量能量。（4）减摩耐磨性好。在免润滑和免润滑条件下，一些高分子材料具有金属材料无法比拟的耐磨性和减摩性能。（5）优良的电绝缘性。电绝缘类似于陶瓷和橡胶。（6）耐腐蚀。优异的化学稳定性，对常见的酸、碱、盐和油脂具有良好的耐腐蚀性。（7）导热系数小。例如，泡沫的导热系数仅为0.020.046瓦（m，k），约为金属的1/1500倍，是一种理想的绝缘体。（8）容易变老。在光、空气、热和环境介质的作用下，高分子材料的分子结构发生逆转，力学性能变差，寿命缩短。（9）可燃性。塑料不仅是燃料，燃烧时还会冒烟并产生有毒气体。（10）耐热性。高分子材料的耐热性是指温度升高时性能显着劣化的耐热性。由于主要包括机械性能和化学性能，耐热性一般用高分子材料开始软化或变形的温度来表示。(11)刚性小。例如，塑料的弹性模量仅为钢的0.050.1倍，在长期荷载作用下容易发生蠕变。但是，通过在塑料中添加纤维增强材料，可以大大提高强度，比钢还要强。1.4国内外研究现状1.4.1国内研究现状周奇峰（2017）等人的研究结果表明，有机硅聚合物由于其优异的化学性能、高耐热性、低表面张力和耐候性，可用作机械制造中的建筑涂料。魏涛（2020）等人在实际应用中发现，水性环氧树脂挥发性低、成本低、抗冲击性大，溶剂型环氧树脂属于有毒有害物质，不符合绿色建材的要求。因此，我国工程领域使用的环氧树脂多为水性环氧树脂，在水利工程领域得到广泛应用。郭平（2020）等学者的研究结果表明，硅酸锂基乳液绿色环保、易得，能与水泥水化产物反应形成胶体物质，填充混凝土内部孔隙，提高混凝土的强度以及耐久性。孙曼灵（2010）等人的研究结果表明环氧树脂分子结构中有大量的羟基和醚基，这给环氧树脂乳液提供了很强的附着能力且收缩率小；齐玉宏（2012）等人的研究结果表明环氧树脂的分子结构中存在苯环，因此环氧树脂乳液成膜后硬度高，耐腐蚀性强；在一些海上项目中，高分子聚合物广泛用于道路、桥梁、工业和民用建筑的维护，修复材料能够提升混凝土桥梁的抗阻力，我国于1990年开始使用有机硅树脂乳液。首先，将铁粉等硬度和耐热性高的材料添加到硅树脂中，用于防火。我国最早大规模使用聚合物混凝土的是宁波大榭海大桥。桥面采用硅树脂防水，武汉高铁采用硅树脂透明漆。可见的混凝土效果可以达到表面混凝土的水平，可以延长建筑物的施工寿命，大大提高耐久性。1.4.2国外研究现状世界各国对混凝土表面修复材料进行了许多研究。在美国、匈牙利等国家，主要通过研究聚合物分子的分子结构来制造聚合物的化学试剂。根据Poon等人的研究结果，工程中广泛使用的表面处理剂均为有机材料，有机材料具有良好的疏水性，可在混凝土孔壁上形成疏水膜，堵塞混凝土孔道；Mcgettigan等人的研究结果表明涂抹在混凝土表面的有机硅会被部分裂解，但是混凝土内部孔隙中的有机硅稳定性高仍然起到保护作用；熊广进等人的研究结果表明有机硅树脂中加入催化剂使有机硅树脂即使在失水的情况下也可以交联成膜，且成膜后具有很好的憎水性和延伸性。Almusallam等比较了涂抹环氧树脂乳液与涂抹其他常用的聚合物乳液修复材料的混凝土的吸水率，研究结果表明涂抹环氧树脂乳液混凝土的吸水率比涂抹其他高分子聚合物乳液的吸水率普遍低0.5%。2高分子材料在土木工程领域的应用现状2.1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董建华.高分子材料科学的发展动向与若干热点[J].材料导报,1999,013(005):2-4.。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。董建华.高分子材料科学的发展动向与若干热点[J].材料导报,1999,013(005):2-4.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。2.1.1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。2.1.2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-10.0430.0350.0330.0330.0342.1.3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2.2其他高分子材料2.2.1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。2.2.2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。2.2.3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。2.2.4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。3应用实例随着社会的不断发展，大众的住房条件也在不断改善，越来越多的人对自己拥有的房子的功能感到不满意，他们不想仅仅为了满足生活的基本需要而停留。现代人正面临着城市的噪音和污染，激烈的竞争压力，繁忙的工作和紧张的生活。因此，不少业主希望有一个清新、自然、自由的生活环境。越来越多的人开始放弃奢侈的装饰，试图营造一个自然而简单的房间空间。而关于室内装饰的打造，不但要追求美观，更要在于实用。在室内设计中，关于一套房子是否会漏水、是否能通风、是否可以保暖一直都是业主在拿钥匙之前急需了解的问题，而作为室内设计师，如何选择一个优质的材料，就显得尤为重要。高分子聚合物防水涂料可以看做是聚合物水泥基防水涂料的升级材料，除了继承了聚合物水泥基材料的所有优点之外，同时还兼具一些自有性能特点。使用前，除了对基面进行常规处理外，基面一定要浇充足的水，因为混凝十基面一般都有大量的气孔，让土建专业全部封堵，难度太大，通过浇水，让水渗人气孔中，使气孔中空气排出，以免造成因气温升高，空气膨胀，防水。层起鼓现象。另一方面，材料需要以水作为引导，使高分子物质和硅酸盐水泥渗入到基面微孔和细缝中，固化结晶后，与基面紧密结合在一起，形成“皮肤式”防水层，大大提高粘接强度，而不像一般防水材料，仅仅粘接在基面表层。浇水作业以基面吸水基本饱和，基面表面潮湿但无明水为标准。

高分子聚合物防水涂料应用的调研与验证

为了更好地对高分子聚合物防水涂料性能进行验证，对其工程应用案例进行了详细调研，防水材料的性能是防水工程质量保证的关键。在伯缩缝、管根、龟裂纹等特殊部位结合非固化嵌缝胶(非固化胶具有很强的弹性，可以适。应热胀冷缩产生拉力)使用，会产生很好的防水效果。

内防水工程应用情况调研：

锦州华山御景小区地下配电室渗水严重，严重影响供电安全，已经无法用外防水方式进行修复，只能用水泵将水抽干，利用渗水间隙，短时间内在地下室内墙面和地面重做防水层。是典型的内防水维修工程。施工难度大，对材料性能要求高。维修前后效果对比如图1.图2.图3.图4所示图1维修前地下室台阶下图2

维修前地下室走廊图3

地下配电室防水涂料固化前图4

地下配电室防水涂料固4高分子材料在土木工程领域的应用发展趋势4.1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，能够将所有材料的优点进行结合，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，还能够增加混凝土材料的使用时间。我国建筑材料行业的制造商根据目前的现实情况，实现了工业建筑垃圾的循环利用，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。4.2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。4.3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。目前高分子材料被广泛应用于现代建筑工程中，由于市场上材料品牌众多，但因为没有对质量进行有效控制，导致许多质量低劣的材料出现了。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。过量的铅经常出现在各种不合格的油漆中，容易降低空气质量，危害使用者的健康。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，在使用的时候，它并不会对人体健康以及环境造成伤害，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。从而促使装饰材料不断改良