材料与水相关的性质

1. 材料与水相关的性质

2. 亲水性与憎水性 • 吸水性与吸湿性 • 耐水性 • 抗冻性与抗渗性

3. 亲水性与憎水性 水分子结构

5. 当材料与水接触时可以发现，有些材料能被水润湿，有些材料则不能被水润湿，前者称材料具有亲水性，后者称具有憎水性。当材料与水接触时可以发现，有些材料能被水润湿，有些材料则不能被水润湿，前者称材料具有亲水性，后者称具有憎水性。 润湿角（a）亲水性材料 θ ≤90º （b）完全亲水材料θ＝180º （c）憎水性材料 θ> 90º

6. 演示实验：

9. 吸水性与吸湿性 材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，即 式中：W ---材料质量吸水率，%； m--- 材料干燥状态下质量，g; m1--- 材料吸水饱和状态下质量，

10. 吸水性也可以用体积吸水率表示，即材料吸入水的体积占材料自然状态体积的百分率吸水性也可以用体积吸水率表示，即材料吸入水的体积占材料自然状态体积的百分率 封闭孔隙较多的材料，吸水率不大时通常用质量吸水率公式进行计算，对一些轻质多孔材料，如加气混凝土、木材等，由于质量吸水率往往超过100%, 故可用体积吸水率进行计算。

11. 材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。 • 各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有0.5％～0.7％，混凝土的吸水率为2％～3％，粘土砖的吸水率达8％～20％，而木材的吸水率可超过100％

12. 材料在一定温度和湿度下的空气中吸附水分的能力称为吸湿性，用含水率表示，即材料在一定温度和湿度下的空气中吸附水分的能力称为吸湿性，用含水率表示，即 式中：W-- 材料含水率，%; m含--材料含水时的质量，g； m---材料干燥状态下的质,g。

13. 材料吸湿性作用一般是可逆的，材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变，当空气湿度较大且温度较低时，材料的含水率就大，反之则小。材料吸湿性作用一般是可逆的，材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变，当空气湿度较大且温度较低时，材料的含水率就大，反之则小。 • 材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率

14. 材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示，即材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示，即 式中：KP ---材料的软化系数； fw ---材料在吸水饱和状态下的抗压强度,MPa f ---材料在干燥状态的抗压强度，MPa 。 耐水性

15. 材料的软化系数的范围在0～1之间。 • 用于水中、潮湿环境中的重要结构材料，必须选用软化系数不低于（≥）0.85的材料； • 用于受潮湿较轻或次要结构的材料，则不宜小于0.70～0.85。 • 通常软化系数大于等于0.85的材料称为耐水材料

16. 抗冻性与抗渗性 材料的抗冻性:材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质。 材料的抗冻性用抗冻标号表示。 抗冻标号是以规定的试件，在规定试验条件下，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数，以此作为抗冻标号， 用符号“Dn”表示，其中n即为最大冻融循环次数。如D25、D50等。

17. 常用的两个参数是：质量损失率(不超过5%)，强度损失率(不超过25％)。 • 材料抗冻标号的选择，足根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。 • 烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻标号为D15或D25； • 用于桥梁和道路的混凝土应为D50、D100或D200 。 • 水工混凝土要求高达D500。

19. 材料受冻融破坏主要原因：其孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积增大约9％，若材料孔 隙中充满水，则结冰膨胀对孔壁产生很大应力，当此应力超过材料的抗拉强度时，孔壁将产 生局部开裂。随着冻融次数的增多，材料破坏加重。所以材料的抗冻性取决于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。如果孔隙不充满水，即远末达饱和，具有足够的自由空间，则即使受冻也不致产生很大冻胀应力。

20. 极细的孔隙，虽可充满水，但因孔壁对水的吸附力极大，吸附在孔壁上的水其冰点很低，它在—般负温下不会结冰。粗大孔隙一般水分不会充满其中，对冰胀破坏可起缓冲作用。闭口孔隙水分不能渗入。而毛细管孔隙既易充满水分，又能结冰,故其对材料的冰冻破坏作用影响最大。材料的变形能力大、强度高、软化系数大时，其抗冻性较高极细的孔隙，虽可充满水，但因孔壁对水的吸附力极大，吸附在孔壁上的水其冰点很低，它在—般负温下不会结冰。粗大孔隙一般水分不会充满其中，对冰胀破坏可起缓冲作用。闭口孔隙水分不能渗入。而毛细管孔隙既易充满水分，又能结冰,故其对材料的冰冻破坏作用影响最大。材料的变形能力大、强度高、软化系数大时，其抗冻性较高 • 另外，从外界条件来看，材料受冻融破坏的程度，与冻融温度、结冰速度、冻融频繁程度等因素有关。环境温度愈低、降温愈快、冻融愈频繁、则材料受冻破坏愈严重。

21. 材料的冻融破坏作用是从外表面开始产生剥落，逐渐向内部深入发展。 抗冻性良好的材料，对于抵抗大气温度变化、干湿交替等风化作用的能力较强，所以抗冻性常作为考查材料耐久性的一项指标。在设计寒冷地区及寒冷环境(如冷库)的建筑物时，必须要考虑材料的抗冻性。处于温暖地区的建筑物，虽无冰冻作用，但为抵抗大气的风化作用，确保建筑物的耐久性，也常对材料提出—定的抗冻性要求。

24. 冻融破坏的大坝坝面 使用20年的高速公路桥梁

27. 抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质，或称不透水性。抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质，或称不透水性。 • 当材料两侧存在不同水压时，一切破坏因素(如腐蚀性介质)都可通过水或气体进入材料内部，然后把所分解的产物代出材料，使材料逐渐破坏，如地下建筑、基础、压力管道、水工建筑等经常受到压力水或水头差的作用，故要求所用材料具有一定的抗渗性，对于各种防水材料，则要求具有更高的抗渗性。

28. 材料的抗渗性通常用两种指标表示：渗透系数和抗渗等级。材料的抗渗性通常用两种指标表示：渗透系数和抗渗等级。 • 对一些抗渗、防水材料，如油毡、瓦、水工沥青混凝土等，其防水性用渗透系数表示 。 • 渗透系数的物理意义是：在一定时间t内，透过材料试件的水量Q，与试件的渗水面积A及水头差成正比，与渗透距离(试件的厚度)d成反比，用公式表示为

29. 式中　K——材料的渗透系数,cm／h；Q——渗透水量,cm3；d——材料的厚度,cm；A——渗水面积,cm2；t——渗水时间,h；H——静水压力水头,cm。式中　K——材料的渗透系数,cm／h；Q——渗透水量,cm3；d——材料的厚度,cm；A——渗水面积,cm2；t——渗水时间,h；H——静水压力水头,cm。 K值愈大，表示材料渗透的水最愈多，即抗渗性愈差。抗渗性是决定材料耐久性的主要指标。

30. 建筑工程中大量使用的砂浆、混凝土材料的抗渗性用抗渗等级表示。建筑工程中大量使用的砂浆、混凝土材料的抗渗性用抗渗等级表示。 • 抗渗等级是指材料在标准试验方法下进行透水试验，以规定的试件在透水前所能承受的最大水压力来确定。以符号“P”和材料透水前的最大水压力的0.1MPa表示，如P4、P6、P8等分别表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水压而不渗水。用公式表示： S=10H-1 式中：S---抗渗等级； H ---试件开始渗水时的压力，MPa.

32. 材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。细微连通的孔隙水易渗入，故这种孔隙愈多，材料的抗渗性愈差。闭口孔水不能渗入，因此闭口孔隙率大的材料，其抗渗性仍然良好。开口大孔水最易渗入，故其抗渗性最差。材料的抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关，增水性材料的抗渗性优于亲水性材料。材料的抗渗性与材料的耐久性有着密切的关系。材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。细微连通的孔隙水易渗入，故这种孔隙愈多，材料的抗渗性愈差。闭口孔水不能渗入，因此闭口孔隙率大的材料，其抗渗性仍然良好。开口大孔水最易渗入，故其抗渗性最差。材料的抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关，增水性材料的抗渗性优于亲水性材料。材料的抗渗性与材料的耐久性有着密切的关系。

33. 演示实验:

34. 判 断 1、材料的抗冻性与材料的孔隙特征有关，而与材料的吸水饱和程度无关。( ) 2、材料的软化系数愈大，材料的耐水性愈好。 ( ) 3、材料的渗透系数愈大，其抗渗性能愈好。( ) 4、当材料的孔隙率增大时，其密度会变小。( ) 5、在空气中吸收水分的性质称为材料的吸水性。( ) 6、材料的孔隙率越大，吸水率越高。( ) 7、混凝土中掺入引气剂时，使混凝土的密实度降低，因而使混凝土的抗冻性降低。( ) 8、材料的孔隙率越大，其抗冻性能就越差。( ) 9、材料的含水率越低，其视密度越大。( ) 10、材料孔隙水饱和系数越小，则材料的抗冻性越差。( )

35. 选 择 题 1、材料的吸水率的大小决定于材料的( )。 A.孔隙率大小　 B.孔隙构造特征　 C.形状尺寸　 D.密度　 E.表面粗糙程度 2、同种类的几种材料进行比较时，表观密度大者，其( )。 A.强度低　 B.强度高　 C.比较密实　 D.孔隙率大 答案 AB 答案 BC

36. 【例题】有一石材试样，质量为256g，把它浸水；吸水饱和排出水体积115 cm3，将其取出后擦干表面，再次放入水中，排出水体积为118 cm3，若试样体积无膨胀，求此石材的表观密度、视密度、质量吸水率和体积吸水率。 答案 视密度：g/cm3 表观密度：g/cm3 饱和吸水时， m水＝V水·ρW= Vk·ρW=(V0－V′)·ρW 　　　＝(118－115)×1＝3 g Wm＝m水/m×100%＝3/256×100%＝1.2 % WV ＝ V水/ V0×100%＝3/118×100%＝2.54 %

37. 【例题】某材料密度为2.60 g/cm3，表观密度为1 600 kg/m3，现将一重为954 g的该材料浸入水中，吸水饱和后取出称重为1086 g，试求该材料的孔隙率、质量吸水率、开口孔隙率和闭口孔隙率。 【答】该材料的孔隙率为 质量吸水率为 954克绝干材料的体积是596.25 cm3,其中中含水132 cm3，∴开口孔隙率为22.14% 闭口孔隙率为Pb=P－Pk=38.5%－22.14%=16.36% 开口孔隙率就是体积吸水率