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材料与水的相关性质探究

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度,它是材料吸水后性质变化的重要特征之一。耐水性与材料的亲水性、可溶性、孔隙率、孔特征等有关,工程中常从这几个方面改善材料的耐水性。抗渗性的好坏,主要与材料的孔隙率及孔隙特征有关,并与材料的亲水性和憎水性有关。材料的抗冻性用抗冻等级表示。

材料与水的相关性质探究

1.亲水性与憎水性

材料在空气中与水接触,根据其能否被水润湿,可将材料分为亲水性材料和憎水性材料。

润湿就是水被材料表面吸附的过程。当材料在空气中与水接触时,在材料、空气、水三相交界处,沿水滴表面所引切线,切线与材料表面(水滴一侧)所的夹角θ,称为润湿角。θ越小,说明润湿程度越大,如图8-1所示。

图8-1 材料润湿示意图

大多数建筑材料都属于亲水性材料,如砖、石、混凝土、木材等。有些材料(如沥青石蜡等)则属于憎水性材料。憎水性材料不仅可作防水防潮材料,而且还可应用于处理亲水性材料的表面,以降低其吸水率,提高材料的防水、防潮性能,提高其抗渗能力。

2.吸水性(浸水状态下)

吸水性是材料在水中吸收水分的性能,并以吸水率表示此能力。材料的吸水率的表达方式有两个,一个是质量吸水率,另一个是体积吸水率。

质量吸水率其指材料在吸水饱和时,其内部所吸收水分的质量占材料干质量的百分率,并以ω(%)表示。其计算方式为

式中 m2——材料吸水饱和时的质量,g或kg;

   m1——材料在干燥状态下的质量,g或kg。

体积吸水率是指材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的体积与材料在自然状态下的体积之比,并以ω(%)表示。

质量吸水率与体积吸水率存在以下关系,即

式中 ρH——水的密度,g/m3

在多数情况下都是按质量计算吸水率,有时也按体积计算吸水率。材料吸水率主要与材料的孔隙率有关,更与其孔特征有关。材料开口孔隙率越大,吸水性越大,而封闭孔隙则吸水少。对于粗大孔隙,水分虽然容易渗入,但仅能润湿孔壁表面而不易在孔内存留。故封闭孔隙和粗大孔隙材料,其吸水率是较低的。

3.吸湿性

吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性能。材料在水中能吸收水分,在空气中也吸收水汽,并随着空气湿度大小而变化。空气中的水汽湿度较大时被材料所吸收,在湿度较小时向材料外扩散(此性质也称为材料的还湿性),最后使材料与空气湿度达到平衡。

在多数情况下,材料的吸水性和吸湿性对材料的使用是不利的,这会对工程带来不利的影响。

4.耐水性(www.xing528.com)

材料耐水性指材料长期在水的作用下不破坏、强度不明显下降的性质。用软化系数KR表示。计算公式为

式中 fb——材料在水饱和状态下的抗压强度,MPa;fg——材料在干燥状态下的抗压强度,MPa。

软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度,它是材料吸水后性质变化的重要特征之一。在同一条件下,吸水后的材料强度比干燥时材料强度低。软化系数越小,意味着强度降低越多。

材料的软化系数在0~1之间,不同材料的值相差颇大,如黏土为0,金属为1。一般认为,KR值大于0.85的材料是耐水性的,它可用于水中或潮湿环境中的重要结构。用于受潮较轻或次要结构时,材料的KR值也不得小于0.75,以保证其材料的强度。

耐水性与材料的亲水性、可溶性、孔隙率、孔特征等有关,工程中常从这几个方面改善材料的耐水性。

5.抗渗性

抗渗性是指材料抵抗压力水(或其他液体)渗透的性质,也叫不透水性。材料的抗渗性通常用渗透系数和抗渗等级表示。

渗透系数的意义是:一定厚度的材料,在单位压力水头作用下,在单位时间内透过单位面积的水量。其计算公式为

式中 K——材料的渗透系数,cm/s;

   Q——透水量,cm3

   d——试件厚度,cm;

   A——透水面积,cm2

   t——透水时间,s;

   H——静水压力水头,cm。

K值越大,表示渗透材料的水量越多,即抗渗性越差。抗渗性的好坏,主要与材料的孔隙率及孔隙特征有关,并与材料的亲水性和憎水性有关。开口孔隙率越大、大孔含量越多,抗渗性越差;而材料越密实或具有封闭孔隙的,水分不易渗透,抗渗性越好。

6.抗冻性

抗冻性是材料在水饱和状态下,抵抗多次冻融循环而不破坏,同时强度也不严重降低的性质。

材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是以规定的试件,在规定的试验条件下,测得其强度降低和重量损失不超过规定值,此时所能经受的冻融循环次数,用符号F n表示,其中n即为最大冻融循环次数,如F25、F50等。如F10,表示在标准试验条件下,材料强度下降不大于25%,质量损失不大于5%,所能经受的冻融循环次数最多为10次。

材料受冻融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。另外,材料受冻融破坏的程度,与冻融温度、结冰速度、冻融频繁程度等因素有关,环境温度越低、降温越快、冻融越频繁,则材料受冻融破坏越严重。材料的冻融破坏作用是从外表面开始产生剥落,逐渐向内部深入发展,若材料的变形能力大、强度高、软化系数大,则其抗冻性较高。

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