1.1.2　材料与水有关的性质

1.亲水性与憎水性

材料在空气中与水接触时，根据表面被水润湿的情况，可分为亲水性材料和憎水性材料两类。

润湿就是水在材料表面上被吸附的过程，它与材料本身的性质有关。当材料分子与水分子间的相互作用力大于水分子间的作用力时，材料表面就会被水润湿。此时，在材料、水和空气的三相交点处，沿水滴表面所引切线与材料表面所成的夹角（称为润湿角）θ≤90°[见图1-1（a）]，这种材料属于亲水性材料。润湿角θ愈小，说明润湿性愈好，亲水性愈强。亲水性材料能通过毛细管作用将水分吸入毛细管内部。反之，如果材料分子与水分子间的作用力小于水分子间的作用力，则表示材料不能被水润湿。此时，润湿角90°<θ<180°[见图1-1（b）]，这种材料称为憎水性材料。憎水性材料阻止水分渗入毛细管中，从而降低吸水性。

大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、木材等都属于亲水性材料，而沥青、石蜡和某些高分子材料则属于憎水性材料。憎水性材料可以用作防水材料或用于亲水性材料表面处理，以降低亲水材料吸水性，提高防水、防潮性能。

2.吸水性

吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质。吸水性的大小用吸水率表示。吸水率为材料浸水后在规定时间内吸入水的质量（或体积）占材料干燥质量（或干燥时体积）的百分比。

质量吸水率：

体积吸水率：

式中　W湿——材料的质量吸水率（％）；

W体——材料的体积吸水率（％）；

m湿——材料吸水饱和状态下的质量（g）；

m干——材料干燥状态下的质量（g）；

V水——材料吸水饱和时所吸收水分的体积（cm3）；

V0干——干燥材料在自然状态下的体积（cm3）；

——水的密度′在常温下=1g/cm3

计算材料的吸水率通常使用质量吸水率。

材料吸水率的大小与材料的孔隙率和孔隙构造特征有关。一般来说，当材料孔隙是连通的、尺寸较小时，其孔隙率越大则吸水率越高。对于封闭的孔隙，水分不易渗入；而粗大的孔隙，水分又不易存留。

软木等质轻、孔隙率大的材料，其质量吸水率往往超过100。这种情况最好用体积吸水率表示其吸水性。

3.吸湿性

材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示。含水率为材料所含水的质量占材料干燥质量的百分比。计算式为：

式中　W含——材料的含水率（％）；

m含——材料含水时的质量（g）；

m干——材料干燥时的质量（g）

材料含水率的大小，除了与本身性质有关外，还与周围空气的湿度有关，它随着空气湿度的大小而变化。当材料中所含水分与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。

4.耐水性

材料在长期饱和水作用下不被破坏，其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。计算式为：

式中　K软——材料的软化系数；

f0——材料在干燥状态下的强度（MPa）；

f1——材料在吸水饱和状态下的强度（MPa）。

材料的软化系数为0～1。材料吸水后由于水的作用，减弱了内部质点的结合力，使强度有所降低。钢材、玻璃等材料的软化系数基本为1，花岗岩等密实石材的软化系数接近于1，未经处理的生土软化系数为0。对于长期受水浸泡或处于潮湿环境的重要建筑物，须选用软化系数不低于0.85的建筑材料；受潮较轻的或次要结构的材料，其软化系数不宜小于0.70。

5.抗渗性

抗渗性是指材料在压力水作用下抵抗水渗透的性质。材料的抗渗性可用渗透系数表示。计算式为：

式中　K——渗透系数[mL/（cm2·s）或cm/s]；

Q——渗水量（mL）；

D——试件厚度（cm）；

A——渗水面积（cm2）；

t——渗水时间（s）；

H——静水压力水头（cm）。

渗透系数反映了材料在单位水头作用下，在单位时间内通过单位面积和厚度的渗水量。渗透系数愈小的材料，其抗渗性愈好。

材料的抗渗性也可以用抗渗等级Pn来表示。其中，n=10H-1，H为试件开始渗水时水的压强（MPa）。

例如，某防水混凝土的抗渗等级为P6，表示该混凝土试件经标准养护28d后，按照规定的试验方法在0.6MPa压力水的作用下无渗透现象。

材料抗渗性与材料的孔隙率和孔隙构造特征有关。孔隙率小而且是封闭孔隙的材料，其抗渗性好。用于建造地下建筑及水工构筑物的材料应具有一定的抗渗性，防水材料则要求具有更高的抗渗性。材料抵抗其他液体渗透的性质，也属于抗渗性。

6.抗冻性

抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不被破坏，强度也无显著降低的性能。

冰冻对材料的破坏作用是由于材料孔隙内的水结冰时体积膨胀，对孔壁产生较大压强（约100MPa）而引起的。材料试件做冻融循环试验时吸水饱和后，先在-15℃温度下冻结（此时细小孔隙中的水分也结冰），然后在20℃水中融化。不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，自重会减小，强度也会降低。

材料的抗冻性用抗冻等级Fn表示。n表示材料试件经n次冻融循环试验后，质量损失不超过5％，抗压强度降低不超过25％。n的数值越大，说明抗冻性能越好。

材料的抗冻性与材料的密实度、强度、孔隙构造特征、耐水性以及吸水饱和程度有关。

对于水工建筑或处于水位变化部位的结构，尤其是冬季气温达-15℃以下地区使用的建筑材料，应有抗冻性的要求。除此之外，抗冻性还常作为无机非金属材料抵抗大气物理作用的一种耐久性指标。抗冻性好的材料，对于抵抗温度变化、干湿交替等风化作用的能力也强。因此，对处于温暖地区的建筑物，虽无冰冻作用，为抵抗大气的风化作用，保证建筑物的耐久性，对某些材料的抗冻性往往也有一定的要求。