水与建筑材料的相关性质：章节解析

0.2.2.1　亲水性与憎水性

当材料在空气中与水接触时,根据其表面被水润湿的情况,可将材料分为亲水性材料与憎水性材料,其能被水润湿的性质称为亲水性,不能被水润湿的性质称为憎水性。

材料的亲水性与憎水性可用润湿角θ来说明,即在材料、空气、水三相交界处,沿水滴表面作切线,切线与材料表面(水滴的一侧)所得夹角,如图0.4所示。

图0.4　材料润湿角示意

(a)亲水性；(b)憎水性

θ愈小,表明材料愈易被水润湿。

当θ≤90°时,材料表现为亲水性,该材料被称为亲水性材料,如木材、砖、混凝土、石材、钢材等。

当θ＞90°时,材料表现为憎水性,称为憎水性材料,如沥青、塑料、石蜡等。

憎水性材料能阻止水分渗入材料内部降低材料的吸水性,因此,憎水性材料可用做防水、防潮材料,也可用于亲水性材料的表面憎水处理,以减少其吸水率,提高其抗渗能力。

0.2.2.2　吸水性与吸湿性

1. 吸水性

吸水性是指材料在水中吸收水分的性质,其大小常用吸水率表示。吸水率有质量吸水率和体积吸水率之分。

质量吸水率(W质)是指材料吸水饱和时,所吸入水分的质量占材料干燥质量的百分率。按式(0.12)计算：

式中　W质——材料的质量吸水率,%；

m饱——材料在吸水饱和后的质量,g；

m干——材料在干燥状态下的质量,g。

体积吸水率(W体)是指材料吸水饱和时,所吸入水分的体积占干燥材料自然体积的百分率。按式(0.13)计算：

式中　W体——材料的体积吸水率,%；

m饱——材料在吸水饱和后的质量,g；

m干——材料在干燥状态下的质量,g；

ρH——水的密度,g/cm3；

V干——干燥材料在自然状态下的体积,cm3。

一般情况下,用质量吸水率来计算材料的吸水率。但对于某些轻质多孔材料,其质量吸水率往往超过100%,则常用体积吸水率来表示材料吸水性。

材料吸水率的大小取决于材料的亲水属性、材料的孔隙率及孔隙构造特征,如孔径大小、开口与否等。材料吸收水分后,不仅表观密度增大、强度降低、保温隔热性能降低,且易受冰冻破坏,因此,材料吸水后对材料是不利的。

2. 吸湿性

吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。材料的吸湿性常以含水率(W 含)表示,含水率指材料所含水的质量占其干质量的百分率。按式(0.14)计算：

式中　W含——材料的含水率,%；

m含——材料含水状态下的质量,g；(www.xing528.com)

m干——材料干燥状态下的质量,g。

含水率除了与材料的亲水属性、材料的孔隙率及孔隙构造特征有关外,还与空气的温度和湿度有关。空气的湿度大,温度低,材料的吸湿性大,反之则小。当材料中所含水分与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。建筑材料在正常状态下,均处于平衡含水率状态。

案例分析：通过分析案例可知,该住宅所采用的是没有烧透的红砖,砖的开口孔隙率大,吸水率高。吸水后,红砖强度下降,特别是当有水进入砖内时,未烧透的黏土遇水软化,强度下降更大,不能承受房屋的重量,从而导致房屋倒塌。

0.2.2.3　耐水性

耐水性是指材料长期在水的作用下不被破坏,其强度也不显著降低的性质。材料的耐水性用软化系数(K软)表示。按式(0.15)计算：

式中　K软——材料的软化系数；

f饱——材料在水饱和状态的强度,MPa；

f干——材料在干燥状态下的强度,MPa。

软化系数的大小反映了材料浸水后强度降低的程度。一般,材料在潮湿时的强度均比在干燥时的强度低,主要是浸入的水分削弱了材料微粒间的结合力,同时材料内部往往含有一些易被水软化或溶解的物质,使材料的强度有不同程度的降低。因此,软化系数在0～1之间变化。软化系数越小,说明材料吸水饱和后的强度降低越多,其耐水性越差。

软化系数的大小可作为选择材料的依据。工程上,通常将软化系数K软≥0.85的材料称为耐水性材料,适用于长期处于水中或潮湿环境中的重要结构物；对于用于受潮较轻或次要结构的材料,其软化系数不宜小于0.75。

0.2.2.4　抗渗性

抗渗性(又称不透水性)是指材料抵抗压力水渗透的性质。当材料两侧存在一定的水压时,水会从压力较高的一侧通过材料内部的孔隙及缺陷向压力较低的一侧渗透。材料的抗渗性可用渗透系数和抗渗等级表示。

1. 渗透系数

渗透系数的物理意义是：一定厚度的材料,在一定水压力下,在单位时间内透过单位面积的水量。按式(0.16)计算：

式中　K——材料的渗透系数,cm/s；

Q——渗水量,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。

渗透系数越小,表示材料渗透的水量越少,即材料的抗渗性越好。对于防水、防潮材料,如沥青、油毡、沥青混凝土等材料常用渗透系数表示其抗渗性。

2. 抗渗等级

抗渗等级是以规定的试件,在标准试验方法下试件可承受的最大静水压力来确定,用抗渗等级Wn 表示,其中n 为该材料所能承受的最大水压力的10倍数,如W4、W10分别表示试件能承受0.4MPa、1.0MPa的水压力而不渗水。

材料的抗渗等级越高,其抗渗性越强。对于混凝土、砂浆等材料的抗渗性常用抗渗等级来表示。

材料的抗渗性与材料的孔隙率及孔隙特征有关。密实的材料及具有闭口微小孔的材料,是不渗水的；而具有较大孔隙且为细微连通的孔隙的亲水性材料抗渗性较差。对于地下建筑及水工建筑物、压力管道等经常受水压力作用的工程应选择具有良好抗渗性能的材料。

0.2.2.5　抗冻性

抗冻性是指材料在吸水饱和状态下,能经受多次冻融循环作用而不破坏,同时也不显著降低强度的性质。

材料的抗冻性用抗冻等级Fn表示,n为在一定条件下能够经受的冻融循环次数。如：F50表示此材料可承受50次冻融循环,而未超过规定的损失程度。n 的数值越大,说明抗冻性能愈好。

材料经受多次冻融循环作用后,表面会出现裂纹、剥落等现象,造成材料的质量损失,强度降低。这是由于材料孔隙中的水结冰时,会产生约9%的体积膨胀,对孔壁造成较大的冻胀应力的结果。

水工建筑物经常处于干湿交替作用的环境中,选用材料时应按材料所处的工作环境和使用部位合理确定抗冻等级。