与水有关的性质是什么

2.2.2　与水有关的性质

在建筑物使用过程中，不同部位的材料会与水或空气中的水汽接触，水介质会对材料形成侵蚀，严重时还会降低建筑物的使用功能。因此，了解建筑材料与水有关的性质是十分必要的。

（1）亲水性与憎水性　当水与建筑材料在空气中接触时，会出现两种不同的现象。图2.4（a）中，水能在材料表面铺展开（润湿角θ≤90°），即材料表面能被水所浸润（亦即水被材料表面吸附），则称材料具有亲水性，这种材料称为亲水性材料。与此相反，若水不能在材料表面铺展开（润湿角θ〉90°），即材料表面不能被水所浸润，如图2.4（b）所示，则称材料具有憎水性，这种材料称为憎水性材料。润湿角是指在材料、水和空气三相交汇处某点，沿水滴表面的切线与水和材料接触面之间的夹角。

图2.4　材料的润湿角示意图

大多数建筑材料属于亲水性材料，如无机胶凝材料、砖、混凝土、木材、砂、石、钢材等；大部分有机材料为憎水性材料，如沥青、塑料、石蜡、有机硅等。在建筑工程中，憎水性材料常被用作防水材料，或用作亲水性材料的表面处理，以提高其防水、防潮性能。

需要指出的是：孔隙率小、孔隙构造为封闭孔的亲水性材料也同样具有较好的防水、防潮性能，如水泥砂浆、水泥混凝土。

（2）吸水性与吸湿性　材料在水中吸收水分的性质称为吸水性，吸水性的大小用吸水率表示。吸水率常用质量吸水率表示，即材料在吸水饱和时，所吸入水分的质量与干燥材料质量之比。用公式表示如下：

式中　W_m——材料的质量吸水率，％；

m₁——材料在吸水饱和状态下的质量，g；

m——材料在干燥状态下的质量，g。

对于吸水性极强的轻质材料，其吸水率可用体积吸水率表示。即材料在吸水饱和时，所吸入水分的体积与材料自然状态体积之比。用公式表示如下：

式中　W_V——材料的体积吸水率，％；

V_w——材料吸入水分的体积，cm³；

V₀——材料在自然状态下的体积，cm³；

ρ₀——材料在干燥状态下的表观密度，g/cm³；

ρ_w——水的密度，g/cm³；常温下取ρ_w=1.0g/cm³。

材料体积吸水率与质量吸水率之间的关系为：

W_v=W_m·ρ₀ （2.13）

常用建筑材料的吸水率一般采用质量吸水率表示，而对于加气混凝土、木材等轻质材料，由于其质量吸水率往往超过100％，这时采用体积吸水率表示的数据比较直观。

材料吸水率的大小，主要取决于材料孔隙率和孔隙特征，材料所吸收的水分是通过开口孔隙吸入的。一般而言，孔隙率越大、开口孔隙越多，材料的吸水率也越大。但如果开口孔隙粗大，则水分不易在孔内存留，即使孔隙率较大，材料吸水率也较小。

材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性，吸湿性的大小用含水率表示。含水率是指材料含水的质量占材料干燥质量的百分率，用公式表示如下：

式中　W′_m——材料的含水率，％；

m_h——材料含水时的质量，g；

m——材料在干燥状态下的质量，g。

材料的含水率随空气的温度、湿度的变化而改变。当较干燥的材料处于较潮湿的空气中时，会吸收空气中的水分；而当较潮湿的材料处于较干燥的空气中时，亦会向空气中释放水分。在一定的温度和湿度条件下，当材料中的水分与周围空气的湿度达到平衡时，此时的含水率称为平衡含水率。

材料吸水或吸湿后，会带来一系列不良的影响：自重增加、保温隔热性降低、强度和耐久性降低、抗冻性能变差等，有时还会发生明显的体积膨胀，影响使用。

（3）耐水性　材料长期在饱和水作用下，不被破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料耐水性的大小用软化系数表示，用公式表示如下：

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——材料在绝干状态下的抗压强度，MPa。

一般材料遇水后，强度都有不同程度的降低，因此软化系数的值在0～1之间。软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性就越差。通常将软化系数大于0.85的材料称为耐水性材料，耐水性材料可以用于水中和潮湿环境中的重要结构；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。干燥环境中使用的材料可不考虑耐水性。

（4）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），材料抗渗性的大小常用渗透系数表示。渗透系数是指一定厚度的材料，在单位水压力的作用下，单位时间内透过单位面积的水量。用公式表示如下：

式中　K——材料的渗透系数，cm/h；

Q——时间t内的渗水总量，cm³；

d——试件的厚度，cm；

A——材料垂直于渗水方向的渗水面积，cm²；

t——渗水时间，h；

H——材料两侧的水压差，cm。

渗透系数K越小，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、瓦等材料，常用渗透系数表示其抗渗性。

对于砂浆、混凝土等材料，常用抗渗等级来表示其抗渗性。抗渗等级是以规定的试件、在标准试验方法下所能承受的最大水压力来确定。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，如混凝土的抗渗等级为P8，表示能够承受0.8MPa的水压而不渗水。

材料抗渗性与材料的孔隙率和孔隙特征有关，孔隙率越大、连通孔隙越多的材料，其抗渗性越差。密实的材料，具有闭口孔或极微细孔的材料，实际上是不会发生渗水现象的。

压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入腐蚀性介质或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。因此，长期处于有压水中时，材料的抗渗性是决定工程耐久性的重要因素。对于地下建筑及水工构筑物，要求材料具有较高抗渗性；对于防水材料，则要求具有更高的抗渗性。

（5）抗冻性　材料的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，同时强度也不显著降低的性质。材料抗冻性的大小用抗冻等级F表示。如混凝土抗冻等级F100，表示在标准试验条件下，混凝土强度下降不超过25％，质量损失不超过5％，所能经受的冻融循环次数最多为100次。

冰冻的破坏作用是由于材料孔隙内的水分结冰而引起的，水结冰时体积约增大9％，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。当冰被融化后，某些被冻胀的裂缝中还可能再渗入水分，再次受冻结冰时，材料会受到更大的冻胀和裂缝扩张。无论冻结还是融化，都是从材料表面向内部逐渐进行的，都会在材料的内外层产生明显的应力差和温度差。经多次冻融交替作用后，材料表面将出现裂纹、剥落，自重会减少，强度也会降低。

材料的抗冻性主要与孔隙率、孔隙特征、材料的强度等有关，工程中常从这些方面改善材料的抗冻性。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的综合指标。

对于冬季室外计算温度低于-10℃的地区，工程中使用的材料必须进行抗冻性检验。