土木工程材料：1-3材料与水有关的性质

1、 建筑物常与水接触，材料与水接触后，会出现不同的物理、化学变化，从而性质发生改变，所以要研究在水的作用下，材料表现出来的各种特性和变化第三节、 材料与水有关的性质亲水性与憎水性 吸水性与吸湿性 耐水性 抗冻性与抗渗性第三节、 材料与水有关的性质水分子结构一、亲水性与憎水性这不是米老鼠，而是水哟！A 亲水性材料润湿角 90 B憎水性材料 90 （c）完全亲水材料0 当材料与水接触时,如材料能被水润湿，称材料具有亲水性;如材料不能被水润湿，则材料具有憎水性。亲水性与憎水性演示实验： 实验证明:当90时，材料表面可吸附水，亲水性材料。 多数土木工程材料如石材、砖瓦、水泥混凝土、木材为亲水性材料。水不

2、仅润湿其表面，并且通过毛细孔作用，吸入材料内部材性改变。当90时，材料表面不吸附水，称憎水性材料。（沥青、石蜡、塑料、各种油脂防水材料）当= 0时，表明材料完全被水润湿，称为铺展。上述概念也适用于其它液体对固体的润湿情况，相应称为亲液材料和憎液材料。2010春云南大旱 鱼儿在流泪、在呐喊！（转视频、ppt）1、吸水性 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， 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 二、 吸水性与吸湿性对一些轻质多孔材料

3、，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。材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。 细微开口孔隙，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。各种材料吸水率差异很大，花岗岩:0.50.7，混凝土:23，粘土砖:820，木材超过100 2、吸湿性 材料在潮湿空气中吸附水分的性质称为吸湿性，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量,g。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

4、较大且温度较低时，材料的含水率就大，反之则小(南方冬季被褥）。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 材料吸水或吸湿后，性质下降。如表观密度增加、体积膨胀、保温隔热性能下降、抗冻性下降、强度降低（土坯吸水后完全溃散）。 釉面内墙砖吸水率21%（20110315太原电视台表面光洁、密实，墨水检验） 轻骨料22%。 材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示，即三、 耐水性 KR材料的软化系数；fb材料在饱水状态下的抗压强度，MPa；fg材料在(烘干）干燥状态的抗压强度，MPa。 KR的大小表明材料浸水饱和后强度降低的程度。 材料被水浸湿后，强度通常有所降低。 原因：水

5、分被材料的微粒表面吸附，形成水膜，削弱了微粒间的结合力所致（有的材料含易溶物）。材料的软化系数的范围在01之间，金属=1、石灰、黏土=0，石膏=02-0.3，花岗岩=0.97。 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0.750.85。 通常软化系数大于等于0.85的材料称为耐水材料四、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(如腐蚀性介质海水)都可通过水或气体进入材料内部，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

6、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。 (油分子水分子，储油罐抗渗性要求更高）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，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 (渗透系数演示实验) Q = K A t H / d 式中K材料的渗透系数,cmh；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，表示材料渗透的水愈多，即抗渗性愈差。建筑工

7、程中用砂浆、混凝土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。如P4、P6、P8(S8)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： P=10H-1 式中：P-抗渗等级； H -试件开始渗水时的压力，MPa.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 材料的抗渗性差。闭口孔水不能渗入 抗渗性良好。开口大孔水最易渗入 抗渗性最差。憎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

8、不严重降低强度的性质。 材料的抗冻性用抗冻等级表示。在规定试验条件下（20），试件强度降低不超过规定值（强度损失率不超过25) ，并无明显损坏和剥落（质量损失率不超过5%)时，所能经受的冻融循环次数 。 用符号“Fn”(Dn)表示，其中n 即为最大冻融循环次数， 如F25、F50等。五、抗冻性材料抗冻等级的选择，根据结构物的种类、使用条件、气候条件等确定。烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻等级为F15或F25；用于桥梁和道路的混凝土应为F50、F100或F200-300 （高铁）。水工混凝土要求高达F500。材料受冻融破坏主要原因： 其孔隙中的水结冰（密度0.918）所致

9、。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（100-250MPa），当此应力超过材料的抗拉强度时，孔壁将产 生局部开裂(如冬季水管破裂、混凝土)。 冻融过程中的温度应力也会对材料产生破坏作用。 随着冻融次数的增多，材料破坏加重。 材料的抗冻性取决于其充水程度、孔隙特征及自身强度。孔隙不充满水，水结冰时不会产生很大冻胀应力。闭口孔隙水分不能渗入；开口孔多、大，抗渗冻差。材料的变形能力大、强度高、软化系数大时，其抗冻性较高（软化系数0.8，抗冻性较差）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。而毛细孔（10-7 m）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。（引气剂、冰箱保护）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。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