2.2　材料与水有关的性质

2.2.1　亲水性与憎水性

材料与水接触时，根据材料是否能被水润湿，可将其分为亲水性材料和憎水性材料两类。亲水性是指材料表面能被水润湿的性质；憎水性是指材料表面不能被水润湿的性质。

当材料与水在空气中接触时，将出现如图2-2所示的两种情况。在材料、水、空气三相交点处，沿着水滴的表面作切线，切线与水和材料接触面所成的夹角称为润湿角（用θ表示）。θ越小，表明材料越易被水润湿。一般认为，当θ≤90°时，材料表面易吸附水分，能被水润湿，材料表现出亲水性；当θ＞90°时，则材料表面不易吸附水分，不能被水润湿，材料表现出憎水性。

亲水性材料易被水润湿，且水能通过毛细管作用而被吸入材料内部。憎水性材料则能阻止水分渗入毛细管中，从而降低材料的吸水性。建筑材料大多数为亲水性材料，如水泥、混凝土、砂、石、砖、木材等；只有少数材料为憎水性材料，如沥青、石蜡、某些塑料等。建筑工程中憎水性材料常被用作防水材料，或作为亲水性材料的覆面层，以提高其防水、防潮性能。

2.2.2　吸水性

材料从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，吸水率有两种表示方法：质量吸水率和体积吸水率。

（1）质量吸水率W质

质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸收水分的质量占材料干质量的百分率。质量吸水率可用公式表示如下：

　　（2-10）

式中　W质——材料的质量吸水率，%；

m湿——材料在饱和水状态下的质量，g；

m干——材料在干燥状态下的质量，g。

（2）体积吸水率W体

体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸收水分的体积占干燥材料总体积的百分率。体积吸水率可用如下公式表示：

　　（2-11）

式中　W体——材料的体积吸水率，%；

V水——水的体积，cm3；

V0——干燥材料的总体积，cm3；

ρ水——水的密度，g/cm3。

常用建筑材料的吸水率一般用质量吸水率表示。对于某些轻质材料，如加气混凝土、木材等，由于其质量吸水率往往超过100%，因此一般采用体积吸水率表示。

材料所吸收的水分是通过开口孔隙吸入的，故开口孔隙率越大，材料的吸水量越多。材料的吸水性与材料的孔隙率及孔隙特征有关。对于细微连通的孔隙，孔隙率越大，吸水率越大。封闭的孔隙内水分不易进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不易存留，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%，烧结普通砖的吸水率为8%～20%，木材的吸水率可超过100%。若吸水率偏大对材料是不利的，它使材料的强度下降、体积膨胀、保温性降低、抗冻性变差等。

2.2.3　吸湿性

材料从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，可用如下公式表示：

　　（2-12）

式中　W含——材料的含水率，%；

m含——材料在吸湿状态下的质量，g。

m干——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。材料既能从空气中吸收水分，又能向外界释放水分，当材料中的水分与空气的湿度达到平衡时的含水率就称为平衡含水率。一般情况下，材料的含水率多指平衡含水率。当材料内部孔隙吸水达到饱和时，此时材料的含水率等于吸水率。材料吸水后，会导致自重增加、保温隔热性降低、强度和耐久性产生不同程度的下降。材料干湿交替还会引起其形状和尺寸的改变而影响使用。

材料的吸湿性对工程有较大的影响。例如木材，由于吸收水分或蒸发水分，往往容易造成翘曲、开裂等缺陷。石灰、石膏、水泥等由于吸湿性强，则容易造成材料失效。保温材料吸水后，其保温性会大幅度下降。

2.2.4　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。材料的耐水性用软化系数表示，可用如下公式表示：

　　（2-13）

式中　K软——材料的软化系数；

f饱——材料在饱和水状态下的抗压强度，MPa；

f干——材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。

软化系数的大小反映材料在浸水饱和后强度降低的程度。材料被水浸湿后，强度一般会有所下降，软化系数会在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，其耐水性越差。工程中将软化系数大于0.85的材料称为耐水材料。对于经常位于水中或潮湿环境中的重要结构的材料，必须选用软化系数大于0.85的耐水材料；对于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。

2.2.5　抗渗性

材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。材料的抗渗性通常采用渗透系数表示。渗透系数是指一定厚度的材料，在一定水压作用下单位时间内透过单位面积的水量，可用如下公式表示：

　　（2-14）

式中　K——材料的渗透系数，cm/h，

Q——透过材料试件的水量，cm3；

d——材料试件的厚度，cm；

A——透水面积，cm2；

T——透水时间，h；

h——静水压力水头，cm。

渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的能力，渗透系数越大，说明材料的抗渗性越差。对于混凝土和砂浆，其抗渗性常采用抗渗等级表示。抗渗等级是以规定的试件，采用标准的试验方法测定试件所能承受的最大水压力来确定的，用“Pn”表示，其中n为材料所能承受的最大水压力（MPa）的10倍值，如P6表示材料能承受0.6MPa的水压而不渗水。

材料抗渗性的大小与其孔隙率和孔隙特征有关。若材料中存在连通的孔隙，且孔隙率较大，水分容易渗入，则这种材料的抗渗性较差。孔隙率小的材料具有较好的抗渗性。由于水分不能渗入封闭孔隙，因此对于孔隙率虽然较大，但以封闭孔隙为主的材料，其抗渗性也较好。对于地下建筑、压力管道、水工构筑物等工程部位，因经常受到压力水的作用，一定要选择具有良好抗渗性的材料；而作为防水材料，则要求其具有更高的抗渗性。

2.2.6　抗冻性

在负温下，材料毛细管内的水分可冻结成冰，此时体积膨胀9%～10%。冰的膨胀压力达到一定程度时，将使材料遭到局部破坏；当冰冻融解时其膨胀压力也将消失。材料在冻结和融解的循环作用下而遭受破坏的现象称为冻融破坏。

材料在饱和水状态下，能经受多次冻融循环作用而不被破坏，且强度也不显著降低的性质，称为材料的抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是以规定的试件，在吸水饱和状态下，经冻融循环作用，测得其强度和质量降低不超过规定值，并无明显损害和剥落时所能经受的最大冻融循环次数来确定的，以“Fn”表示，其中n为最大冻融循环次数。

材料因经受冻融循环作用而被破坏，主要是由于材料内部孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积要增大，若材料内部孔隙充满了水，则结冰产生的膨胀会对孔隙壁产生很大的应力，当此应力超过材料的抗拉强度时，孔壁将产生局部开裂。随着冻融循环次数的增加，材料逐渐被破坏。

材料抗冻性的好坏取决于材料的孔隙率、孔隙的特征、吸水饱和程度和自身的抗拉强度。若材料的强度高、变形能力和软化系数大，则抗冻性较高。一般认为，软化系数小于0.80的材料，其抗冻性较差。在寒冷地区及寒冷环境中的建筑物或构筑物，必须考虑所选择材料的抗冻性。