2.2　材料與水有關的性質

2.2.1　親水性與憎水性

材料與水接觸時，根據材料是否能被水潤濕，可將其分為親水性材料和憎水性材料兩類。親水性是指材料表面能被水潤濕的性質；憎水性是指材料表面不能被水潤濕的性質。

當材料與水在空氣中接觸時，將出現如圖2-2所示的兩種情況。在材料、水、空氣三相交點處，沿著水滴的表面作切線，切線與水和材料接觸面所成的夾角稱為潤濕角（用θ表示）。θ越小，表明材料越易被水潤濕。一般認為，當θ≤90°時，材料表面易吸附水分，能被水潤濕，材料表現出親水性；當θ＞90°時，則材料表面不易吸附水分，不能被水潤濕，材料表現出憎水性。

親水性材料易被水潤濕，且水能通過毛細管作用而被吸入材料內部。憎水性材料則能阻止水分滲入毛細管中，從而降低材料的吸水性。建筑材料大多數為親水性材料，如水泥、混凝土、砂、石、磚、木材等；只有少數材料為憎水性材料，如瀝青、石蠟、某些塑料等。建筑工程中憎水性材料常被用作防水材料，或作為親水性材料的覆面層，以提高其防水、防潮性能。

2.2.2　吸水性

材料從水中吸收水分的性質稱為吸水性。吸水性的大小用吸水率表示，吸水率有兩種表示方法：質量吸水率和體積吸水率。

（1）質量吸水率W質

質量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸收水分的質量占材料干質量的百分率。質量吸水率可用公式表示如下：

　　（2-10）

式中　W質——材料的質量吸水率，%；

m濕——材料在飽和水狀態下的質量，g；

m干——材料在干燥狀態下的質量，g。

（2）體積吸水率W體

體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸收水分的體積占干燥材料總體積的百分率。體積吸水率可用如下公式表示：

　　（2-11）

式中　W體——材料的體積吸水率，%；

V水——水的體積，cm3；

V0——干燥材料的總體積，cm3；

ρ水——水的密度，g/cm3。

常用建筑材料的吸水率一般用質量吸水率表示。對于某些輕質材料，如加氣混凝土、木材等，由于其質量吸水率往往超過100%，因此一般采用體積吸水率表示。

材料所吸收的水分是通過開口孔隙吸入的，故開口孔隙率越大，材料的吸水量越多。材料的吸水性與材料的孔隙率及孔隙特征有關。對于細微連通的孔隙，孔隙率越大，吸水率越大。封閉的孔隙內水分不易進去，而開口大孔雖然水分易進入，但不易存留，只能潤濕孔壁，所以吸水率仍然較小。

各種材料的吸水率差異很大，如花崗巖的吸水率只有0.5%～0.7%，混凝土的吸水率為2%～3%，燒結普通磚的吸水率為8%～20%，木材的吸水率可超過100%。若吸水率偏大對材料是不利的，它使材料的強度下降、體積膨脹、保溫性降低、抗凍性變差等。

2.2.3　吸濕性

材料從潮濕空氣中吸收水分的性質稱為吸濕性。吸濕性的大小用含水率表示，可用如下公式表示：

　　（2-12）

式中　W含——材料的含水率，%；

m含——材料在吸濕狀態下的質量，g。

m干——材料在干燥狀態下的質量，g。

材料的含水率隨空氣的溫度、濕度的變化而改變。材料既能從空氣中吸收水分，又能向外界釋放水分，當材料中的水分與空氣的濕度達到平衡時的含水率就稱為平衡含水率。一般情況下，材料的含水率多指平衡含水率。當材料內部孔隙吸水達到飽和時，此時材料的含水率等于吸水率。材料吸水后，會導致自重增加、保溫隔熱性降低、強度和耐久性產生不同程度的下降。材料干濕交替還會引起其形狀和尺寸的改變而影響使用。

材料的吸濕性對工程有較大的影響。例如木材，由于吸收水分或蒸發水分，往往容易造成翹曲、開裂等缺陷。石灰、石膏、水泥等由于吸濕性強，則容易造成材料失效。保溫材料吸水后，其保溫性會大幅度下降。

2.2.4　耐水性

材料長期在飽和水作用下不被破壞，強度也不顯著降低的性質稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數表示，可用如下公式表示：

　　（2-13）

式中　K軟——材料的軟化系數；

f飽——材料在飽和水狀態下的抗壓強度，MPa；

f干——材料在干燥狀態下的抗壓強度，MPa。

軟化系數的大小反映材料在浸水飽和后強度降低的程度。材料被水浸濕后，強度一般會有所下降，軟化系數會在0～1之間。軟化系數越小，說明材料吸水飽和后的強度降低越多，其耐水性越差。工程中將軟化系數大于0.85的材料稱為耐水材料。對于經常位于水中或潮濕環境中的重要結構的材料，必須選用軟化系數大于0.85的耐水材料；對于用于受潮較輕或次要結構的材料，其軟化系數不宜小于0.75。

2.2.5　抗滲性

材料抵抗壓力水滲透的性質稱為抗滲性。材料的抗滲性通常采用滲透系數表示。滲透系數是指一定厚度的材料，在一定水壓作用下單位時間內透過單位面積的水量，可用如下公式表示：

　　（2-14）

式中　K——材料的滲透系數，cm/h，

Q——透過材料試件的水量，cm3；

d——材料試件的厚度，cm；

A——透水面積，cm2；

T——透水時間，h；

h——靜水壓力水頭，cm。

滲透系數反映了材料抵抗壓力水滲透的能力，滲透系數越大，說明材料的抗滲性越差。對于混凝土和砂漿，其抗滲性常采用抗滲等級表示。抗滲等級是以規定的試件，采用標準的試驗方法測定試件所能承受的最大水壓力來確定的，用“Pn”表示，其中n為材料所能承受的最大水壓力（MPa）的10倍值，如P6表示材料能承受0.6MPa的水壓而不滲水。

材料抗滲性的大小與其孔隙率和孔隙特征有關。若材料中存在連通的孔隙，且孔隙率較大，水分容易滲入，則這種材料的抗滲性較差。孔隙率小的材料具有較好的抗滲性。由于水分不能滲入封閉孔隙，因此對于孔隙率雖然較大，但以封閉孔隙為主的材料，其抗滲性也較好。對于地下建筑、壓力管道、水工構筑物等工程部位，因經常受到壓力水的作用，一定要選擇具有良好抗滲性的材料；而作為防水材料，則要求其具有更高的抗滲性。

2.2.6　抗凍性

在負溫下，材料毛細管內的水分可凍結成冰，此時體積膨脹9%～10%。冰的膨脹壓力達到一定程度時，將使材料遭到局部破壞；當冰凍融解時其膨脹壓力也將消失。材料在凍結和融解的循環作用下而遭受破壞的現象稱為凍融破壞。

材料在飽和水狀態下，能經受多次凍融循環作用而不被破壞，且強度也不顯著降低的性質，稱為材料的抗凍性。材料的抗凍性用抗凍等級表示。抗凍等級是以規定的試件，在吸水飽和狀態下，經凍融循環作用，測得其強度和質量降低不超過規定值，并無明顯損害和剝落時所能經受的最大凍融循環次數來確定的，以“Fn”表示，其中n為最大凍融循環次數。

材料因經受凍融循環作用而被破壞，主要是由于材料內部孔隙中的水結冰所致。水結冰時體積要增大，若材料內部孔隙充滿了水，則結冰產生的膨脹會對孔隙壁產生很大的應力，當此應力超過材料的抗拉強度時，孔壁將產生局部開裂。隨著凍融循環次數的增加，材料逐漸被破壞。

材料抗凍性的好壞取決于材料的孔隙率、孔隙的特征、吸水飽和程度和自身的抗拉強度。若材料的強度高、變形能力和軟化系數大，則抗凍性較高。一般認為，軟化系數小于0.80的材料，其抗凍性較差。在寒冷地區及寒冷環境中的建筑物或構筑物，必須考慮所選擇材料的抗凍性。