关于建筑材料中水的相关性质

2023-10-10 理论教育版权反馈

【摘要】：吸湿性用含水率表示，即材料所含水的质量占材料干燥质量的百分数，称为材料的含水率。材料抗渗性主要与材料的孔隙率及孔隙的构造特征有关。

【任务背景】　不论处于地下、水中甚至地面的建筑物以及许多工程设施常会与水及大气中的水汽接触，同时也不可避免地会受到外界雨、雪、水及其冻融等作用；为了防止建筑物及相关设施受到水介质的侵蚀，必须清楚建筑材料与水有关的性质，特别是地下建筑、水工建筑物、防水工程中选用建筑材料时更应特别关注这些与水有关的性质。

1.亲水性与憎水性

当水与建筑材料在空气中接触时，常常会出现如图2-3所示的两种不同现象。其中图2-3（a）显示水能在建筑材料表面铺开，表明建筑材料能被水润湿；图2-3（b）显示水不能在建筑材料表面铺开，表明建筑材料不能被水润湿。

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图2-3　水与不同材料接触时的情形

根据建筑材料是否能够被水润湿，依据润湿角可将其分为亲水性材料和憎水性材料。润湿角是在材料、空气和水的交点处，沿水滴表面的切线与水和材料接触面所成的夹角。如图2-4所示，当润湿角θ≤90°时，材料为亲水性材料；当润湿角θ>90°时，材料为憎水性材料。润湿角越小，材料越易被水润湿。

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图2-4　材料的润湿角

【课堂思考与讨论2-2】

（1）混凝土、沥青、油漆、木材、石蜡、黏土砖、砂、石等哪些属于亲水性材料，哪些属于憎水性材料？除了前面提到的建筑材料，生活中你还发现了哪些建筑材料是亲水性材料或憎水性材料呢？

（2）房屋做防水处理时，所选材料应具有憎水性还是亲水性。试通过网络查询说明理由。

（3）还记得小时候用荷叶遮雨和古人制伞的故事吗？说说故事里包含的与本节学习内容相关的知识。

2.吸湿性

材料在空气中吸收水分的性质称为吸湿性。吸湿性用含水率表示，即材料所含水的质量占材料干燥质量的百分数，称为材料的含水率。其计算式为

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式中　W含——材料的含水率，%；

　　　mw——材料含水状态的质量，kg；

　　　m0——材料烘干至恒重时的质量，kg。

材料的含水率随空气的温度、湿度的变化而改变，既能在空气中吸收水分，又可向外界扩散水分，最终材料吸收水分与周围空气的湿度相平衡时，这时材料的含水率称为平衡含水率。木材吸湿后强度降低；保温隔热材料吸湿后，其保温隔热性能将大大降低；承重材料吸湿后，其强度和变形也会受到较大影响。在选用材料时，必须考虑吸湿性对其性能的影响，同时采取相应的防护措施。

【课堂思考与讨论2-3】

木门窗制作后如果长期处于空气湿度小的环境中，为什么会出现干裂现象。

3.吸水性

材料在水中吸收水分的性质称为吸水性，材料吸水性的大小用吸水率表示。吸水率常用质量吸水率Ww和体积吸水率WV两种表达方式。其计算式分别为

式中　Ww——材料的质量吸水率，%；

　　　m湿——材料在吸水饱和状态下的质量，kg；

　　　m——材料干燥状态下的质量，kg。

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式中　WV——材料的体积吸水率，%；

　　　Vw——材料所吸收水分的体积，m3；

　　　V0——干燥材料在自然状态下的体积，m3；

　　　ρw——水的密度，kg/m3。

对于质量吸水率大于100%的材料（如木材等），通常采用体积吸水率；而对于大多数材料，经常采用质量吸水率。两种吸水率存在以下关系：(www.chuimin.cn)

式中　ρ0——材料的体积密度。

材料的吸水能力主要取决于材料本身的性质、孔隙率及孔隙构造特征。密实材料及具有闭口孔的材料是不吸水的。具有粗大孔的材料因水分不易在孔中留存，其吸水率常会减小。而那些孔隙率较大又具有开口细小孔隙的亲水性材料，则具有较大的吸水能力。

【课堂思考与讨论2-4】

（1）吸湿性与吸水性的区别？

（2）施工现场露天堆放的砂石，进行混凝土配合比设计称重时需要考虑其吸水情况，我们应该测定它们的含水率还是质量吸水率？

4.耐水性

材料长期在水的作用下不被破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示，其计算式为

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式中　K软——材料的软化系数；

　　　f饱——材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa；

　　　f干——材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。

一般材料在吸水后，强度都有不同程度的降低，材料的软化系数在0~1范围内波动。软化系数越小，说明材料吸水饱和后强度降低得越多，耐水性越差。处于干燥环境中的材料可不考虑耐水性问题，但长期受水浸泡或处于潮湿环境中的重要建筑物，其结构材料的软化系数应大于0.85，次要建筑物或受潮较轻的情况下材料的软化系数不应小于0.75。通常软化系数大于0.8的材料可认为是耐水材料。

5.抗渗性

材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性（或不透水性）。材料抵抗其他液体渗透的性质也属于抗渗性。抗渗性用渗透系数K表示材料抗渗性的好坏。根据水力学的渗透定律，材料在水压力作用下，水将沿材料内部开口连通孔渗透，透过的水量与试件的面积、水压力、渗透时间成正比，与试件的厚度成反比，即

式中　K——材料的渗透系数，mL/（cm2·s）；

　　　Q——透过材料试件的渗水总量，mL；

　　　d——试件的厚度，cm；

　　　H——材料两侧的水压力，cm；

　　　A——材料垂直于渗水方向的渗水面积，cm2；

　　　t——渗水时间，s。

渗透系数K值越大，材料的抗渗性越差。

材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。抗渗等级以符号“P”和材料可承受的水压力值（以0.1MPa为单位）来表示。例如，混凝土的抗渗等级为P8，表示该混凝土能承受最大0.8MPa的静水压力而不渗水。材料抗渗等级越高，抗渗性越好。抗渗等级不小于P6的混凝土为抗渗混凝土。

材料抗渗性主要与材料的孔隙率及孔隙的构造特征有关。绝对密实的或只具有闭口孔的材料是不会发生透水现象的。具有较大的孔隙率，且为较大孔径开口连通孔的亲水性材料通常抗渗性较差。对于地下建筑工程及水工构筑物，因常受压力水的作用，要求其所用材料应具有较好的抗渗性。

6.抗冻性

材料在吸水饱和状态下，抵抗多次冻融循环而不被破坏、强度也不显著降低的性质称为抗冻性。

建筑物在自然环境中，温暖季节被水浸泡，寒冷季节水又结冰；处于材料内部孔隙中的水受冻结冰后，其体积增大约9%，对孔壁产生很大应力（可达100MPa）；如此反复冻融交替作用，使材料遭受严重破坏。

抗冻性用抗冻等级F表示。例如，抗冻等级F15表示在标准试验条件下，材料强度下降不大于25%，质量损失不小于5%，所能经受的冻融循环的次数最多为15次。实际工程中选择材料抗冻等级时要综合考虑工程种类、结构部位、使用条件和气候条件等诸多因素。在冬季室外温度低于-10℃的寒冷地区，建筑物的外墙及露天工程中使用的材料必须进行抗冻性检验。

【课堂思考与讨论2-5】

（1）水工建筑中的材料，需要特别关注哪些与水有关的基本性质？

（2）试分析建筑材料的内部结构越密实、闭口孔隙越多，则该材料的抗冻性如何？

关于建筑材料中水的相关性质

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