建筑材料与水的性质-建筑材料（第3版）

材料与水有关的性质

1.材料的亲水性与憎水性

图2-3　材料润湿示意

（a）亲水性材料；（b）憎水性材料

当固体材料与水接触时，由于水分与材料表面之间的相互作用不同会产生如图2-3（a）、（b）所示的两种情况。图中在材料、水、空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，此切线与材料和水接触面的夹角θ称为润湿边角。一般认为当θ≤90°时，材料能被水润湿而表现出亲水性，这种材料称为亲水性材料；当θ＞90°时，材料不能被水润湿而表现出憎水性，这种材料称为憎水性材料。由此可见，润湿边角越小，材料亲水性越强，越易被水润湿，当θ＝0°时，表示该材料完全被水润湿。大多数建筑材料，如砖、木、混凝土等均属于亲水性材料；沥青、橡胶、塑料等则属于憎水性材料。

2.材料的含水状态

亲水性材料的含水状态可分为以下四种基本状态，如图2-4所示。

图2-4　材料的含水状态

（a）干燥状态；（b）气干状态；（c）饱和面干状态；（d）湿润状态

案例1：质量吸水率等参数的工程应用

（1）干燥状态——材料的孔隙中不含水或含水极微。

（2）气干状态——材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡。

（3）饱和面干状态——材料表面干燥，而孔隙中充满水达到饱和。

（4）湿润状态——材料不仅孔隙中含水饱和而且表面上被水润湿附有一层水膜。

除上述四种基本含水状态外，材料还可以处于两种基本状态之间的过渡状态中。

3.材料的吸水性与吸湿性

（1）材料的吸水性。材料的吸水性是指材料与水接触吸收水分的性质。材料的吸水性用吸水率表示，它有以下两个定义：

①质量吸水率。质量吸水率是指材料吸水饱和时，吸收的水分重量占材料干燥质量的百分率。其计算公式为

式中　Wm——质量吸水率（%）；

　　　m1——材料在含水状态下的质量（g）；

　　　m——材料在干燥状态下的质量（g）。

②体积吸水率。体积吸水率是指材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干燥状态时体积的百分率。其计算公式为

式中　WV——体积吸水率（%）；

　　　m1——材料在含水状态下的质量（kg）；

　　　m ——材料在干燥状态下的质量（kg）；

　　　ρ水——水的密度（取1 000 kg/m3）；

　　　V0——试件的体积（m3）。(www.xing528.com)

材料的吸水性除取决于所组成的物质外，还与它含有孔隙的多少、孔的结构类型紧密相关。一般来说，孔隙率大，吸水性强。封闭的孔隙水分不容易渗入；粗大开口的孔隙，虽然水分很容易进入开口的大孔，但无法存留，只能润湿孔壁，难以吸足水分，所以吸水率不大。孔隙率大，具有微细、连通、开口孔隙的材料，吸水性才是最强的。

各种材料吸水性相差很大，如花岗石等致密岩石的吸水率为0.5%～0.7%，普通混凝土为2%～8%，烧结普通砖为8%～20%，木材或其他轻质材料的吸水率常大于100%。

（2）材料的吸湿性。材料在潮湿环境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，即材料含有水的质量占干燥时材料质量的百分率。其计算公式为

式中　Wh——材料含水率（%）；

　　　m1——材料在含水状态下的质量（g）；

　　　m——材料在干燥状态下的质量（g）。

材料与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。

含湿状态会导致材料性能的多种变化，在实际工作中，在已知含水率之后，常要求对材料干、湿两种状态下质量的相互换算，这种换算应该从含水率的定义出发，才能准确熟练地完成。

4.材料的耐水性

材料长期在水的作用下能维持原有强度的能力称为耐水性。耐水性一般用软化系数表示。其计算公式为

式中　KR——材料的软化系数；

　　　fb——材料在吸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）。

一般材料吸水后强度均会有所降低。材料的软化系数KR 为0～1，KR 越接近1，说明该材料耐水性越好。工程中将KR≥0.85的材料称为耐水材料。长期处于水中或潮湿环境中的重要结构所用材料必须保证KR≥0.85，用于受潮较轻或次要结构的KR 也不宜小于0.75。

5.材料的抗渗性

材料的抗渗性是指其抵抗压力水渗透的性质。抗渗性用渗透系数表示，渗透系数按照达西定律以下式表示：

式中　K——材料的渗透系数（cm/s）；

　　　Q——渗水量（cm3）；

　　　d——试件的厚度（cm）；

　　　A——渗水的面积（cm2）；

　　　t——渗水的时间（s）；

　　　H——静水压力水头（cm）。

渗透系数K 反映水在材料中流动的速度。K 值越大，说明水在材料中流动的速度越快，其抗渗性能越差。

材料的抗渗性能也可用抗渗等级来表示，抗渗等级用材料抵抗最大水压力来表示，如P6、P8、P10、P12等，分别表示材料可抵抗0.6 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa和1.2 MPa的水压力而不渗水。

材料的抗渗性不仅与材料本身的亲水性和憎水性有关，而且还与孔隙率及孔隙特征有关。材料的孔隙率越小且封闭孔隙越多，其抗渗性能越强。地下建筑、水工建筑和防水工程所用的材料均要求有足够的抗渗性，应根据所处环境的最大水力梯度提出不同的抗渗指标。

6.材料的抗冻性

材料的抗冻性是指材料在饱和水状态下，经受多次冻融循环作用而不破坏，其强度也不显著降低的性质。

材料的抗冻性用抗冻等级来表示。抗冻等级是以规定的吸水饱和试件，在标准试验条件下，经一定次数的冻融循环后，强度降低不超过25%、质量损失不超过5%，则此冻融循环次数即为抗冻等级，用F50、F100、F150等表示，分别表示抵抗50次、100次、150次冻融循环，而未超过规定的损失程度。冻融循环次数越多，抗冻等级越高，抗冻性能越好。

对于冻融的温度和时间，循环次数，冻后损失的项目和程度，不同的材料均有各自的具体规定。

材料遭受冻结破坏，主要是由于浸入其孔隙的水结冰后体积膨胀，对孔壁产生的应力所致。另外，冻融时的温差应力也产生破坏作用。抗冻性良好的材料，其耐水性、抗温度或干湿交替变化能力、抗风化能力等亦强，因此，抗冻性也是评价材料耐久性能的一个重要指标。