建筑材料中的水性质-建筑材料

1.亲水性与憎水性

将一滴水珠滴在固体材料表面，因不同材料，水滴将出现不同状态，如图2-2所示。其中图（b）所示为水滴向固体表面扩展，这种现象叫做固体能够被水润湿；图（c）所示为水滴呈球状，不容易扩散，这种现象叫做固体不能被水润湿。固体材料能否被水润湿取决于该材料是亲水性还是憎水性。

图2-2中水滴、固体材料及气体形成固-液-气系统，在三相交界点处沿液-气界面作切线，与固-液界面所夹的角叫做材料的润湿角（θ），如图2-2（a）所示。当θ＜90°时，表明材料为亲水性或能被水润湿，当θ≥90°时，表明材料为憎水性或不能被水润湿。θ角的大小，即固体材料是亲水性的、还是憎水性的取决于固-气之间的表面张力（γsv）、气-液之间的表面张力（γlv）以及固-液之间界面张力（γsl）三者之间的关系，如式（2-10）所示：

图2-2　水珠在不同固体材料表面的形状

大多数建筑材料都是亲水性的，例如木材、混凝土、粘土砖等，同时这些材料内部又存在着孔隙，因此水很容易沿着材料表面的连通孔隙进入内部。憎水性材料例如沥青、塑料等，水分不容易进入材料内部，这类材料适合作防水材料。

2.吸水性与吸湿性

（1）吸水性。吸水性指将材料放入水中能吸收水分的性质。材料的吸水性用吸水率表示，有质量吸水率与体积吸水率。质量吸水率即材料达到吸水饱和时所吸收水分的质量占材料干燥状态下质量的百分比，如式（2-11）所示；体积吸水率为材料达到吸水饱和时所吸收水分的体积占材料外观体积的百分比，如式（2-12）所示：

式中　Wm——材料的质量吸水率，％；

Wv——材料的体积吸水率，％；

mw——材料在吸水饱和时的质量，g；

md——材料在干燥状态下的质量，g。

材料所吸水分是通过连通孔隙吸入的，所以连通孔隙率越大，则材料的吸水量越多。材料吸水达到饱和时的体积吸水率即为材料的连通孔隙率。吸水率的大小反映了材料孔隙率的大小以及连通孔隙的多少，反映了材料的致密程度，影响材料的保温隔热性能。同时吸水率的大小与材料内部的孔径大小和孔隙特征有关，细微的连通孔隙，容易吸水，而封闭的孔隙水分不能进入。连通的大孔虽然水分容易进入，但不容易存留。表2-1所示为常用建筑材料的质量吸水率。

表2-1　常用建筑材料的质量吸水率(www.xing528.com)

（2）吸湿性（还湿性）。材料在空气中吸收（或放出）水分的性能叫做吸湿性（或还湿性），用含水率（Wh）表示，即材料吸收水分的质量占材料干燥状态下质量的百分比为含水率，用式（2-13）表示。吸湿性的大小不仅与材料本身的孔隙率有关，还与环境湿度有关。如果环境湿度大，材料的含水率将增大，反之如果环境干燥，含水率将降低。当材料吸收一定的水分与周围环境湿度达到相对平衡时的含水率叫做平衡含水率。此时，材料将不再吸收水分，也不再放出水分，或者说材料吸收的水分等于放出的水分，达到相对的动态平衡。材料的含水率如下：

式中　Wh——材料的含水率，％；

mh——材料在环境中的质量，g；

md——材料在干燥状态下的质量，g。

材料吸水后会导致自重增加，体积与尺寸、形状变化，保温隔热性能降低，强度下降等问题，影响使用功能。例如木材制品由于内部含水量的变化会出现尺寸变化或变形，多孔材料吸收水分后保温隔热性降低，导热系数增大；石膏制品、粘土砖、木材等材料吸水后强度和耐久性也将产生不同程度的降低。

3.耐水性

材料在长期饱和水作用下而不破坏、其强度也不显著降低的性质称为耐水性。耐水性用材料在吸水饱和状态与干燥状态下的强度之比来衡量，叫做软化系数，如式（2-14）所示：

式中　KR——材料的耐水系数；

fw——材料在吸水饱和状态下的强度，MPa；

fd——材料在干燥状态下的强度，MPa。

软化系数在0～1之间变化，软化系数越高，表明材料的耐水性能越好。一些长期在水中或潮湿环境中工作的结构物，要选择软化系数大于0.85的耐水性材料。

抗渗性是衡量材料耐久性的主要指标。在设计地下结构、压力管道、容器等结构时，均需要其抗渗性能达到所要求的指标。