土木工程材料 高分子建筑材料
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土木工程材料
冷加工强化：钢材经冷加工后产生塑性变形，屈服点明显提高，而塑性、韧性降低，弹性模量下降的现象。原因：钢材在冷加工时发生晶粒变形、破碎和晶格扭曲，对位错运动的阻力增大。
17、时效强化：经过时效处理后的钢材的屈服强度和极限强度提高，塑性和冲击韧性有所降低，弹性模量得以恢复的现象
18、钢材的热处理：退火、正火、淬火、回火
材料
1、土木工程材料按照化学成文分为：无机材料，有机材料（植物材料、沥青材料、合成高分子材料），复合材料（无机材料与有机材料经过有机复合制成的材料，金属材料与无机非金属材料经过复合制成的材料）；按材料在建筑物或构筑物中的功能分类：承重材料非承重材料保温隔热材料，吸声隔声材料、防水材料、装饰材料
2、《中华人民共和国标准化法》将我国标准分为国家标准（GB/T），行业标准（JGJ），地方标准（DB），企业标准（QB）
冲击韧性是指刚才抵抗冲击荷载变形的能力，通常用冲击韧性值ak来表示ak=mg（H-h）/A
当温度下降到一定范围内时，冲击韧性突然下降，钢材的断裂呈脆性，这一现象称为钢材的冷脆性。这时的温度范围称为脆性临界温度。脆性临界温度越低，钢材的低温冲击韧性越好，越能在低温下承受冲击荷载
因时效导致钢材性能改变的程度称为实效敏感性。
图中B上点是这一阶段的应力首次下降前的最高应力，称为上屈服强度ReH；B下点是不计初始瞬时效应是屈服阶段的最低应力，成为下屈服强度（ReL）
下屈服强度的实际意义：钢材受力达到屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。设计中一般以下屈服强度作为钢材容许应力取值的依据。
9、材料的耐水性是指材料长期在水的作用下不破坏、强度也不显著降低的性质。
KR=fb/fg
一般材料在吸水后水分会减弱其内部结合力，从而造成强度的下降
17、时效强化：经过时效处理后的钢材的屈服强度和极限强度提高，塑性和冲击韧性有所降低，弹性模量得以恢复的现象
18、钢材的热处理：退火、正火、淬火、回火
材料
1、土木工程材料按照化学成文分为：无机材料，有机材料（植物材料、沥青材料、合成高分子材料），复合材料（无机材料与有机材料经过有机复合制成的材料，金属材料与无机非金属材料经过复合制成的材料）；按材料在建筑物或构筑物中的功能分类：承重材料非承重材料保温隔热材料，吸声隔声材料、防水材料、装饰材料
2、《中华人民共和国标准化法》将我国标准分为国家标准（GB/T），行业标准（JGJ），地方标准（DB），企业标准（QB）
冲击韧性是指刚才抵抗冲击荷载变形的能力，通常用冲击韧性值ak来表示ak=mg（H-h）/A
当温度下降到一定范围内时，冲击韧性突然下降，钢材的断裂呈脆性，这一现象称为钢材的冷脆性。这时的温度范围称为脆性临界温度。脆性临界温度越低，钢材的低温冲击韧性越好，越能在低温下承受冲击荷载
因时效导致钢材性能改变的程度称为实效敏感性。
图中B上点是这一阶段的应力首次下降前的最高应力，称为上屈服强度ReH；B下点是不计初始瞬时效应是屈服阶段的最低应力，成为下屈服强度（ReL）
下屈服强度的实际意义：钢材受力达到屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。设计中一般以下屈服强度作为钢材容许应力取值的依据。
9、材料的耐水性是指材料长期在水的作用下不破坏、强度也不显著降低的性质。
KR=fb/fg
一般材料在吸水后水分会减弱其内部结合力，从而造成强度的下降
土木工程材料教学课件第--十-章有机高分子材料
1、树脂
塑料的主要组分，不仅起着胶结其他组分的作用，而 且决定了塑料的类型、性能、用途和成本等。
2、填料与增强材料
化学性质不活泼得分状、片装或纤维状的固体物质，可 改善或提高塑料的强度、硬度、耐热性等性能；减低成 本，其掺量为30%~70%。
3、增塑剂
分子量小、熔点低和难挥发的有机化合物，可则噶塑料 的柔软性和可塑性、降低玻璃化温度和粘流温度。
❖ 应用于结构材料：
➢ 桥梁，如人行天桥等； ➢ 轻结构建筑物，玻璃钢、聚合物混凝土等； ➢ 混凝土的增强筋等。
二、高分子材料简介
❖ 定义：
➢ 高分子材料的主要组成是高分子化合物 ➢ 高分子化合物是由一种或多种简单低分子化合
物聚合而成的，也叫聚合物或高聚物。
高分子化合物的组成
高分子化合物（聚合物）是由一种或几种 小分子化合物（单体），通过聚合反应，以共 价键连接若干个重复结构单元成形的分子量很 大的化合物。
4、其他助剂：
包括着色剂、抗老剂、稳定剂、固化剂、润滑剂等。
二、 塑料的分类
1．按使用特性分类
❖ 通用塑料 指产量大、用途广、成型性好、价格低的 塑料，如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等。
❖ 工程塑料 指能承受一定外力作用，具有良好的机械 性能和耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用 作工程结构的塑料，如聚酰胺、聚砜等。
➢ 化学组成：合成高分子主要由碳、氢元素组成，同 时也含有少量杂原子，如：氧、氮、硫、磷、硅、 钛等。
➢ 单体组成：烃、羧酸、酯、醚等有机化合物及其衍 生物。
按高分子主链组成，聚合物的分类
❖ 碳链聚合物 主链上只含碳元素，如聚乙烯、 聚氯乙稀、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶、 氯丁橡胶等。
❖ 杂链聚合物 主链上除碳元素外，还含有O、N、 P、S等元素，如聚酯树脂、环氧树脂等。
塑料的主要组分，不仅起着胶结其他组分的作用，而 且决定了塑料的类型、性能、用途和成本等。
2、填料与增强材料
化学性质不活泼得分状、片装或纤维状的固体物质，可 改善或提高塑料的强度、硬度、耐热性等性能；减低成 本，其掺量为30%~70%。
3、增塑剂
分子量小、熔点低和难挥发的有机化合物，可则噶塑料 的柔软性和可塑性、降低玻璃化温度和粘流温度。
❖ 应用于结构材料：
➢ 桥梁，如人行天桥等； ➢ 轻结构建筑物，玻璃钢、聚合物混凝土等； ➢ 混凝土的增强筋等。
二、高分子材料简介
❖ 定义：
➢ 高分子材料的主要组成是高分子化合物 ➢ 高分子化合物是由一种或多种简单低分子化合
物聚合而成的，也叫聚合物或高聚物。
高分子化合物的组成
高分子化合物（聚合物）是由一种或几种 小分子化合物（单体），通过聚合反应，以共 价键连接若干个重复结构单元成形的分子量很 大的化合物。
4、其他助剂：
包括着色剂、抗老剂、稳定剂、固化剂、润滑剂等。
二、 塑料的分类
1．按使用特性分类
❖ 通用塑料 指产量大、用途广、成型性好、价格低的 塑料，如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等。
❖ 工程塑料 指能承受一定外力作用，具有良好的机械 性能和耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用 作工程结构的塑料，如聚酰胺、聚砜等。
➢ 化学组成：合成高分子主要由碳、氢元素组成，同 时也含有少量杂原子，如：氧、氮、硫、磷、硅、 钛等。
➢ 单体组成：烃、羧酸、酯、醚等有机化合物及其衍 生物。
按高分子主链组成，聚合物的分类
❖ 碳链聚合物 主链上只含碳元素，如聚乙烯、 聚氯乙稀、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶、 氯丁橡胶等。
❖ 杂链聚合物 主链上除碳元素外，还含有O、N、 P、S等元素，如聚酯树脂、环氧树脂等。
土木工程材料合成高分子材料概要
加入填料可改善胶粘剂的性能（如提高粘度，降低 膨胀系数或收缩性等），并降低成本。常用填料有石英 粉、滑石粉，以及各种金属、非金属氧化物粉，在建筑 工程中水泥也是广泛应用的填料。
常用的有机填充料有木粉、纸屑、废棉、废布 等；常用无机填充料有滑石粉、石墨粉石棉、玻璃 纤维等。
➢ 添加剂
为了改善或调节塑料的某些性能，以适应使用 或加工时的特殊要求而加入的辅导材料，如增塑 剂、固化剂、着色剂、阻燃剂、稳定剂等。
➢ 增塑剂
增塑刑一般为沸点较高、不易挥发、与树脂有良 好相溶性的低分子油状物，不仅使塑料加工成型 方便、而且可改善塑料的韧性和柔顺性等机械性 能。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二 甲酸二辛酯等。
H、可燃性 塑料大多可燃，且在燃烧时会产生
大量有毒的烟雾。这是它作为土木工程材料的一 个弱点。目前正在研究具有自熄性、难燃甚至准 不燃的塑料。
❖ 8.2.2 塑料的组成
➢ 合成树脂 塑料的基本组成材料，起着胶结剂的作用，含
量为30%-60%。塑料的主要性能决定于所采用的合 成树脂。 ➢ 填充料
填充料的作用：节约树脂，降低成本，调节塑 料的物理化学性能。含量40%-70%。
❖ 8.2.3 常用建筑塑料 常用热塑性塑料的种类有
聚氯乙烯（PVC）
聚乙烯（PE） 聚丙烯（PP） 聚苯乙烯（PS） ABS塑料 聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺等
常用的热固性塑料有
酚醛、环氧、不饱和聚酯、有机硅等
聚氯乙烯（PVC）
它是建筑中用量最大的一种塑料。硬质聚氯乙 烯的密度为1.38～1.43g/cm3，机械强度高，化学 稳定性好，使用温度范围一般在-15～+55℃之间， 适宜制造塑料门窗、下水管、线槽等。
除此之外，胶粘剂还必须对人体无害。我国已制定了 GB 18583－2001《室内装修材料胶粘剂中有害物质限 量》的强制性国家标准。
常用的有机填充料有木粉、纸屑、废棉、废布 等；常用无机填充料有滑石粉、石墨粉石棉、玻璃 纤维等。
➢ 添加剂
为了改善或调节塑料的某些性能，以适应使用 或加工时的特殊要求而加入的辅导材料，如增塑 剂、固化剂、着色剂、阻燃剂、稳定剂等。
➢ 增塑剂
增塑刑一般为沸点较高、不易挥发、与树脂有良 好相溶性的低分子油状物，不仅使塑料加工成型 方便、而且可改善塑料的韧性和柔顺性等机械性 能。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二 甲酸二辛酯等。
H、可燃性 塑料大多可燃，且在燃烧时会产生
大量有毒的烟雾。这是它作为土木工程材料的一 个弱点。目前正在研究具有自熄性、难燃甚至准 不燃的塑料。
❖ 8.2.2 塑料的组成
➢ 合成树脂 塑料的基本组成材料，起着胶结剂的作用，含
量为30%-60%。塑料的主要性能决定于所采用的合 成树脂。 ➢ 填充料
填充料的作用：节约树脂，降低成本，调节塑 料的物理化学性能。含量40%-70%。
❖ 8.2.3 常用建筑塑料 常用热塑性塑料的种类有
聚氯乙烯（PVC）
聚乙烯（PE） 聚丙烯（PP） 聚苯乙烯（PS） ABS塑料 聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺等
常用的热固性塑料有
酚醛、环氧、不饱和聚酯、有机硅等
聚氯乙烯（PVC）
它是建筑中用量最大的一种塑料。硬质聚氯乙 烯的密度为1.38～1.43g/cm3，机械强度高，化学 稳定性好，使用温度范围一般在-15～+55℃之间， 适宜制造塑料门窗、下水管、线槽等。
除此之外，胶粘剂还必须对人体无害。我国已制定了 GB 18583－2001《室内装修材料胶粘剂中有害物质限 量》的强制性国家标准。
土木工程材料分类
土木工程材料分类土木工程材料是指在土木工程中用于建筑、道路、桥梁等工程结构的各种材料。
根据材料的性质和用途不同，土木工程材料可以分为多种分类。
在土木工程中，材料的选择对工程质量和使用寿命有着至关重要的影响，因此对土木工程材料的分类及其特点的了解十分必要。
一、金属材料。
金属材料是土木工程中常用的一类材料，主要包括钢材、铝材、铜材等。
钢材是土木工程中使用最广泛的金属材料，其具有高强度、耐腐蚀、可塑性好等优点，常用于建筑结构、桥梁、钢筋混凝土等工程中。
铝材轻质、耐腐蚀，常用于航空、铁路等领域。
铜材导电性能好，常用于电力工程中。
二、非金属材料。
非金属材料是土木工程中另一类常用的材料，主要包括混凝土、玻璃纤维、塑料等。
混凝土是土木工程中使用最广泛的非金属材料，其具有耐压、耐磨、耐腐蚀等优点，常用于建筑结构、路面、桥梁等工程中。
玻璃纤维具有优良的抗拉强度和耐腐蚀性能，常用于加固材料、隔热材料等。
塑料具有轻质、绝缘、耐腐蚀等特点，常用于管道、隔热材料等。
三、复合材料。
复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，具有综合性能优异的特点。
在土木工程中，常用的复合材料主要包括玻璃钢、碳纤维等。
玻璃钢具有优良的耐腐蚀性能和抗拉强度，常用于化工设备、储罐、污水处理设备等。
碳纤维具有高强度、轻质等特点，常用于航空、航天、汽车等领域。
四、新型材料。
随着科技的发展，新型材料在土木工程中得到了广泛应用，如聚合物纤维混凝土、高强度混凝土、高分子材料等。
聚合物纤维混凝土具有优良的抗裂性能和耐久性，常用于路面、桥梁等工程中。
高强度混凝土具有高强度、耐磨、耐冻融等特点，常用于重载道路、机场跑道等。
高分子材料具有优良的耐腐蚀性能和绝缘性能，常用于化工设备、管道等。
综上所述，土木工程材料根据其性质和用途的不同可以分为金属材料、非金属材料、复合材料和新型材料。
不同类型的材料各具特点，在工程中有着不可替代的作用。
因此，在土木工程中选择合适的材料至关重要，需要根据工程的具体要求和环境条件进行合理的选择和应用。
土木工程材料(建筑材料)
根据外力引起内应力可以分为：抗压强 度、抗拉强度、抗剪强度及抗弯强度 计算公式：
f Fmax A
公式推导
材料按强度等级划分：
1.普通水泥按抗压强度和抗折强度分为32.5， 42.5，52.5，62.5等四个强度等级
2.普通混凝土按抗压强度分为C15，C20，C25， C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65， C70，C75和C80等14个强度等级
定义：材料在潮湿空气中吸收水分的性质 称为吸湿性 。
材料的吸湿性用含水率表示。
Wh
m0 m2 m2
100%
三、耐水性
定义：材料长期在水的作用下保持原有性 质（不发生破坏，强度也不显著降低） 的能力称为材料的耐水性。
结构材料的耐水性用软化系数来表示 ：
KP
fw fd
用于长期处于水中或潮湿环境中的重要结 构的材料，软化系数应大于0.85；用于受 潮较轻或次要结构物的材料，软化系数 应大于0.75。
公式：
P'
1
V' V0'
(1
' 0
'
)
100%
（三）间隙率
定义：散粒材料在堆积状态下颗粒间间隙体积占堆积体 积的百分率，称为材料的间隙率。
公式：
P0'
1
V0 V0'
(1
' 0
)
100%
0
间隙率大小反映了散粒材料的颗粒之间互相填充的致密 程度。
§1.3材料的力学性质
§1.3.1强度 强度 ：材料抵抗外力破坏的能力 根据外力施加方式 可以分为：静力强度 和动力强度
技术标准
外国技术标准
中国技术标准
f Fmax A
公式推导
材料按强度等级划分：
1.普通水泥按抗压强度和抗折强度分为32.5， 42.5，52.5，62.5等四个强度等级
2.普通混凝土按抗压强度分为C15，C20，C25， C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65， C70，C75和C80等14个强度等级
定义：材料在潮湿空气中吸收水分的性质 称为吸湿性 。
材料的吸湿性用含水率表示。
Wh
m0 m2 m2
100%
三、耐水性
定义：材料长期在水的作用下保持原有性 质（不发生破坏，强度也不显著降低） 的能力称为材料的耐水性。
结构材料的耐水性用软化系数来表示 ：
KP
fw fd
用于长期处于水中或潮湿环境中的重要结 构的材料，软化系数应大于0.85；用于受 潮较轻或次要结构物的材料，软化系数 应大于0.75。
公式：
P'
1
V' V0'
(1
' 0
'
)
100%
（三）间隙率
定义：散粒材料在堆积状态下颗粒间间隙体积占堆积体 积的百分率，称为材料的间隙率。
公式：
P0'
1
V0 V0'
(1
' 0
)
100%
0
间隙率大小反映了散粒材料的颗粒之间互相填充的致密 程度。
§1.3材料的力学性质
§1.3.1强度 强度 ：材料抵抗外力破坏的能力 根据外力施加方式 可以分为：静力强度 和动力强度
技术标准
外国技术标准
中国技术标准
土木工程材料--第十二章 高分子建筑材料
1.3
第12章 高分子建筑材料
高分子材料基本知识
通常把分子量大于104的物质称为高分子化合物。按高分子化合物存在的方式， 可分为天然高分子、半天然高分子、合成高分子；按主骨架可分为有机高分子和无 机高分子；按高分子主链结构可分为碳链高分子、杂链高分子和元素有机高分子； 按应用功能可分为通用高分子、功能高分子、仿生高分子、医用高分子、生物高分 子等。
1.6
第12章 高分子建筑材料
高分子材料基本知识
(1) 高聚物的应力应变，高分子链排列的不完全规整性、不均匀性及内部结构的 缺陷(如位错、界面、空隙、裂纹等)，使应力往往集中在结构的缺陷处，断裂时多 表现出高分子链的断裂先于链间的滑移。高聚物的应力—应变性能受温度影响很大， 非晶态高聚物的模量随温度升高而降低，而高结晶的高聚物往往受玻璃化温度影响 不大。
二、高分子化合物性能
高分子化合物具有巨大的分子量，加上链间的作用力大，使得高分子材料出现很 多低分子材料不具备的特殊性能。
1. 高聚物的力学性能 高聚物的力学特性表现在可变性范围宽，对各种机械压力的反应相差较大，与金 属材料相比，高聚物的力学性能对温度和时间的依赖性要强烈得多。固态高聚物的 形变主要包括弹性形变和塑性形变两种，无定形高聚物则具有各向异性或各向同性 的力学性能。
(2) 高聚物拉伸力学性质，图12.1是等速拉伸过程中高聚物应力—应变关系曲线。 在弹性极限H前的线性范围内，典型结晶高聚物单向拉伸的形变服从于虎克定律， 高分子材料制品在此区域内尺寸稳定性好是常用的力学范围。从H点到屈服点r区 域内，高聚物具有粘弹形变特征，形变后不能完全复原。r点后进入塑性变形区， 大分子链间的滑移增多应力明显下降，材料局部出现细颈现象。
1.13
第12章 高分子建筑材料
第12章 高分子建筑材料
高分子材料基本知识
通常把分子量大于104的物质称为高分子化合物。按高分子化合物存在的方式， 可分为天然高分子、半天然高分子、合成高分子；按主骨架可分为有机高分子和无 机高分子；按高分子主链结构可分为碳链高分子、杂链高分子和元素有机高分子； 按应用功能可分为通用高分子、功能高分子、仿生高分子、医用高分子、生物高分 子等。
1.6
第12章 高分子建筑材料
高分子材料基本知识
(1) 高聚物的应力应变，高分子链排列的不完全规整性、不均匀性及内部结构的 缺陷(如位错、界面、空隙、裂纹等)，使应力往往集中在结构的缺陷处，断裂时多 表现出高分子链的断裂先于链间的滑移。高聚物的应力—应变性能受温度影响很大， 非晶态高聚物的模量随温度升高而降低，而高结晶的高聚物往往受玻璃化温度影响 不大。
二、高分子化合物性能
高分子化合物具有巨大的分子量，加上链间的作用力大，使得高分子材料出现很 多低分子材料不具备的特殊性能。
1. 高聚物的力学性能 高聚物的力学特性表现在可变性范围宽，对各种机械压力的反应相差较大，与金 属材料相比，高聚物的力学性能对温度和时间的依赖性要强烈得多。固态高聚物的 形变主要包括弹性形变和塑性形变两种，无定形高聚物则具有各向异性或各向同性 的力学性能。
(2) 高聚物拉伸力学性质，图12.1是等速拉伸过程中高聚物应力—应变关系曲线。 在弹性极限H前的线性范围内，典型结晶高聚物单向拉伸的形变服从于虎克定律， 高分子材料制品在此区域内尺寸稳定性好是常用的力学范围。从H点到屈服点r区 域内，高聚物具有粘弹形变特征，形变后不能完全复原。r点后进入塑性变形区， 大分子链间的滑移增多应力明显下降，材料局部出现细颈现象。
1.13
第12章 高分子建筑材料
《土木工程概论》第2章 土木工程材料
钢材的缺点是易锈蚀，因此需要做好钢结构的 防锈防腐养护。火灾中钢材会软化。
钢材
钢材等级
✓ Q235，Q345， Q390，420
✓ 数字表示钢材的 屈服强度
✓ 强度单位为 MPa(N/mm2)
钢材强度的理解
一块等级为Q235的钢板，厚度10mm，宽度 200mm，按图示方向受拉，则需要多大的拉 力，该钢板会被拉坏？
2.2.2木材
木材的力学性质：木材的顺纹（作用力方向与 纤维方向平行）强度远高于横纹（作用力方向 与纤维方向垂直）强度。因此，木材非常适合 承受拉力和弯矩。
木材的缺点：构造不均匀、各向异性，易吸湿、 吸水，因而产生较大的湿胀、干缩变形，易燃、 易腐等。
2.2.3混凝土和钢筋混凝土
混凝土是由胶结材料、骨料及水按一定比例配 制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成 的人造石材。简写为“砼”。
材料的物理性质主要有密度、弹性模量、泊松 比、孔隙率、含水率等；
材料的化学性质主要包括化学组分、亲水性、 憎水性、老化、锈蚀等。
材料的力学性质指材料在各种荷载作用下的强 度、变形及破坏性质。
材料强度指单位面积上材料所能承受的最大荷 载。
概念：弹性、塑性
橡皮擦
橡皮泥
土木工程材料的功能性属性主要有抗火性能、 隔热性能、抗腐蚀性能等，是功能材料选择的 依据。
2.1 土木工程材料与工程结构的关系
土木工程材料的选择与土木工程设计方案、施 工方案、工程经济性、及使用性能密切相关。
不同的工程材料限制了桥梁的跨度、建筑物的 高度、道路的最大载重量、以及工程造价等。
不同的工程材料限制了桥梁的跨度：
石拱桥的单孔跨度通常不超过20米； 钢索拉结的悬索桥单跨跨度早已突破千米， 1998年建成的日本明石大桥主跨为1991米。
钢材
钢材等级
✓ Q235，Q345， Q390，420
✓ 数字表示钢材的 屈服强度
✓ 强度单位为 MPa(N/mm2)
钢材强度的理解
一块等级为Q235的钢板，厚度10mm，宽度 200mm，按图示方向受拉，则需要多大的拉 力，该钢板会被拉坏？
2.2.2木材
木材的力学性质：木材的顺纹（作用力方向与 纤维方向平行）强度远高于横纹（作用力方向 与纤维方向垂直）强度。因此，木材非常适合 承受拉力和弯矩。
木材的缺点：构造不均匀、各向异性，易吸湿、 吸水，因而产生较大的湿胀、干缩变形，易燃、 易腐等。
2.2.3混凝土和钢筋混凝土
混凝土是由胶结材料、骨料及水按一定比例配 制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成 的人造石材。简写为“砼”。
材料的物理性质主要有密度、弹性模量、泊松 比、孔隙率、含水率等；
材料的化学性质主要包括化学组分、亲水性、 憎水性、老化、锈蚀等。
材料的力学性质指材料在各种荷载作用下的强 度、变形及破坏性质。
材料强度指单位面积上材料所能承受的最大荷 载。
概念：弹性、塑性
橡皮擦
橡皮泥
土木工程材料的功能性属性主要有抗火性能、 隔热性能、抗腐蚀性能等，是功能材料选择的 依据。
2.1 土木工程材料与工程结构的关系
土木工程材料的选择与土木工程设计方案、施 工方案、工程经济性、及使用性能密切相关。
不同的工程材料限制了桥梁的跨度、建筑物的 高度、道路的最大载重量、以及工程造价等。
不同的工程材料限制了桥梁的跨度：
石拱桥的单孔跨度通常不超过20米； 钢索拉结的悬索桥单跨跨度早已突破千米， 1998年建成的日本明石大桥主跨为1991米。
同济土木工程材料课件第十一章 高分子建筑材料
三、高分子材料的基本性能
物理状态
聚合物没有气态，只有固态和液态。 室温下，聚合物一般凝聚成固体，由于聚 合物大分子的结构不同，排列的规整性不 同，可能形成无定型聚合物或结晶聚合物。 温度升高，固态的线型聚合物会转变成高 粘度的液体（粘度比小分子高很多）。
无定型聚合物的力学三态及其转变 无定型聚合物的力学三态及其转变
土木工程材料
第九章 高分子建筑材料
重点内容
优点：易加工、质轻、耐蚀、减震、绝热。 缺点：刚性差、热稳定性差、易燃、易老化。 组成：合成高聚物、稳定剂、增塑剂、填料、
固化剂。
分类：热塑性树脂、热固性树脂的分子结构
和性能特点。
性质：物理状态、力学性能特点、老化（降
解、交联）、耐腐蚀好。
常用建筑塑料品种：聚氯乙稀PVC。
无定型聚合物的力学三态及其转变 无定型聚合物的力学三态及其转变
交联聚合物
Td
Tg 无定型线型聚合物具有力学三态。
Tf
无定型交联聚合物由于分子链间有化学键连接，分子运动阻力很 大，不能发生相对位移，不出现粘流态（高度交联的聚合物甚至只 有玻璃态，没有高弹态和粘流态），即遇热不熔，高温时则分解。
结晶聚合物的力学状态及其转变 结晶聚合物的力学状态及其转变
二、高分子材料的基本组成
2、助剂 填料 主要为降低成本，同时提高某些性能，如强度、 耐热性、耐磨性、硬度等。高分子材料中填充料 的掺入量可达40％～70％。 固化剂 又称硬化剂或交联剂，受热能释放游离基活化高 分子链，使其发生交联反应，由线型结构转变为 不熔不溶的体型结构 其它助剂 发泡剂、阻燃剂、着色剂、抗静电剂、防霉剂、 杀菌剂等。
一、概述
高分子材料的优点
Байду номын сангаас
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塑料管材
四、土木合成材料
➢ 土工织物：也叫土工布，可透水 ➢ 土工膜：防水阻隔型 ➢ 其他土工合成材料：土工网、土工格栅、土工 格室、土工席垫、土工模袋
五、粘合剂
凡能在两个物体表面之间形成薄膜并将它们 紧密粘结在一起的材料称为粘合剂，又叫粘结剂 或胶粘剂。
➢ 粘合剂的组成： 基本组分：起基本粘结作用 配合剂：如固/硫化剂、固/硫化促进剂、填充剂、 增韧剂、增塑剂、稀释剂等
变形，％ 变形，％
2.聚合物的基本性能 （1）物理状态
玻璃态 高弹态
粘流态 （线型）
少交联
粘流态
1
2
分子量 很大时
高 弹 态 粘流态
O
Tg
Tf
温度，℃
非晶态聚合物的形变－温度曲线
O
Tm
温度，℃
晶态聚合物的形变－温度曲线
Tg——玻璃化温度；Tf——粘流温度； Tm——熔点。
（2）力学性能：高弹性和粘弹性 （3）耐热性能：保持使用性能的最高温度、分解温 度 （4）耐腐蚀性能 （5）耐老化性能
➢高分子建筑材料和制品的分类 ➢高分子建筑材料异型材和门窗 ➢土木合成材料 ➢粘合剂
一、高分子建筑材料和制品的分类
➢通常把高分子材料分为为塑料、橡胶、纤维、涂料 和粘结剂四大类
➢按制品的形态将高分子建筑材料和制品分为11个大 类：薄膜（防水层）、薄板（地板）、异型板材（护 墙板）、管材、异型材（门窗）、泡沫高分子建筑材 料、模制品（卫生洁具）、溶液或乳液（涂料、粘合 剂）、复合板材（墙板）、盒子结构（玻璃钢卫生间） 和织物（壁布、土工布）。
二、高分子建筑材料异型材和门窗
➢ 增塑聚氯乙烯（PVC-P） 和硬聚氯乙烯（PVC-U） ➢ 塑料窗的主要技术性能： 1）气密性 2）水密性 3）抗风压强度 4）保温性
塑料门窗
三、塑料管材与管件
优点： ➢质量轻，运输、施工方便； ➢表面光滑，流体阻力小； ➢不生锈，耐腐蚀，适应性强； ➢韧性好，强度高； ➢使用寿命长。
9.高分子建筑材料
9.1 高分子建筑材料的基本性能 9.2 高分子建筑材料和制品
9.1 高分子建筑材料的基本性能
➢概述 ➢高分子化合物的合成与命名 ➢高分子材料的基本组成 ➢高分子材料的基本性能 ➢高分子材料的分类 ➢常用的建筑高分子聚合物 ➢高分子材料的建筑特性
一、概述
➢高分子化合物：分子量在10000以上的有机化合物称作高分子 化合物（简称高分子），又叫作聚合物或高聚物。 ➢高分子材料：以高分子化合物为主要成分的材料。包括天然 高分子材料和合成高分子材料； ➢天然高分子材料：棉织品、木材、天然橡胶等； ➢合成高分子材料：塑料、合成橡胶、涂料、胶粘剂、高分子 防水材料、化学纤维等；
2.热固性塑料
➢不饱和聚酯（UP）与玻璃钢； ➢环氧树脂（EP）； ➢聚氨酯； ➢氨基塑料（UF和MF）； ➢有机硅树脂。
3.天然高分子衍生物
➢水溶性纤维素衍生物 ➢淀粉衍生物
应用于干混砂浆领域，用于改善砂浆的工作 特性，显著的缓凝作用，还能提高砂浆的粘结性 能，并影响砂浆的耐水性能。
七、高分子材料的建筑特性
➢线型和支链型结构的合成树脂可反复加热软化、冷却硬化， 称为热塑性树脂；
➢体型结构的合成树脂仅在第一次加热时软化，固化后再加热 时不会软化，称为热固性树脂。
2）物一般不透明或半透明，非晶态高聚物一 般透明。 ➢晶态高聚物总存在非晶区； ➢晶区所占的百分比称为结晶度。 ➢结晶度越高，密度、弹性模量、强度、硬度、耐热 性、折光系数越高，冲击韧性、粘附力、塑性、溶解 度越小。
二、高分子化合物的合成与命名
1.合成。单体通过加聚反应或者缩聚反应。
高分子化合物又称高分子聚合物或高聚物或聚合物；
2.命名。 ➢加聚反应得到的高聚物，多在原料名前冠以“聚”字，如聚 乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯等； ➢缩聚反应得到的高聚物，多在其原料名后面加上“树脂”二 字。如酚醛树脂、环氧树脂等； ➢二种以上单体的共聚物，则从共聚物中各取一字，后附“橡 胶”二字，如丁苯橡胶（丁二烯和苯乙烯共聚物）、三元乙丙 橡胶（乙烯、丙稀、乙烯炔共聚物）等。
四、高分子材料的基本性能
1.聚合物的结构 1）分子链的化学结构
线型
支链型
体型
➢线型：大分子间以分子间力结合，作用力微弱， 弹性、塑 性、柔顺性好，强度较低、硬度小、耐热性、耐腐蚀性较差， 且可溶可熔。
➢支链型：分子排列较松，分子间作用力较弱，密度、熔点及 强度更低。
➢体型：化学链间以化学键结合，作用力强，且交联成一个巨 型分子，强度和弹性模量较高，耐热性、耐腐蚀性较好，且 不溶不熔，塑性小，较硬脆。
➢粘结的基本原理： 1）机械粘结理论：粘合剂分子渗透到被粘物表面的 孔隙或凹槽中，会形成许多机械键合，产生粘结力。
2）物理吸附理论：将粘结力归因于粘合剂分子与被 粘物表面之间的物理吸附作用。
3）扩散理论：认为粘合剂分子与被粘物分子相互扩 散，从而增加它们的物理吸附作用。
通常，“树脂”泛指作为塑料基材的高聚物。
乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE
“水立方”
世界最大的膜结构工程
三、高分子材料的基本组成
聚合物 + 助剂
➢ 稳定剂：抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂； ➢ 增塑剂：降低流动温度，便于加工成型； ➢ 填充剂和增强剂：起增强作用； ➢ 固化剂：增加热固性； ➢ 着色剂：提高装饰性； ➢ 阻燃剂等。
➢密度小，比强度高； ➢加工性能好； ➢装饰效果好； ➢化学稳定性好，耐腐蚀性能较强； ➢电绝缘性能好； ➢减震、吸声和隔热性好； ➢耐水性和耐水蒸汽性好； ➢热膨胀系数较大； ➢易燃烧，且燃烧时释放有毒气体。
9.高分子建筑材料
9.1 高分子建筑材料的基本性能 9.2 高分子建筑材料和制品
9.2 高分子建筑材料和制品
五、高分子材料的分类
➢按用途：合成树脂（塑料）、合成橡胶、 合成纤维 ➢聚合物在常温下是否表现出高弹性能：塑 料（热固性塑料、热塑性材料）、弹性体 （热塑性弹性体、橡胶）
六、建筑上常用的高分子材料
1.热塑性塑料
➢聚氯乙稀（PVC）塑料； ➢聚乙烯（PE）塑料； ➢聚丙烯（PP）塑料； ➢聚苯乙烯（PS）塑料； ➢ABS。一种改性聚苯乙烯； ➢聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。俗称有机玻璃。