土木工程材料：1-3材料與水有關(guān)的性質(zhì)

1、 建筑物常與水接觸，材料與水接觸后，會(huì)出現(xiàn)不同的物理、化學(xué)變化，從而性質(zhì)發(fā)生改變，所以要研究在水的作用下，材料表現(xiàn)出來(lái)的各種特性和變化第三節(jié)、 材料與水有關(guān)的性質(zhì)親水性與憎水性 吸水性與吸濕性 耐水性 抗凍性與抗?jié)B性第三節(jié)、 材料與水有關(guān)的性質(zhì)水分子結(jié)構(gòu)一、親水性與憎水性這不是米老鼠，而是水喲！A 親水性材料潤(rùn)濕角 90 B憎水性材料 90 （c）完全親水材料0 當(dāng)材料與水接觸時(shí),如材料能被水潤(rùn)濕，稱材料具有親水性;如材料不能被水潤(rùn)濕，則材料具有憎水性。親水性與憎水性演示實(shí)驗(yàn)： 實(shí)驗(yàn)證明:當(dāng)90時(shí)，材料表面可吸附水，親水性材料。 多數(shù)土木工程材料如石材、磚瓦、水泥混凝土、木材為親水性材料。水不

2、僅潤(rùn)濕其表面，并且通過(guò)毛細(xì)孔作用，吸入材料內(nèi)部材性改變。當(dāng)90時(shí)，材料表面不吸附水，稱憎水性材料。（瀝青、石蠟、塑料、各種油脂防水材料）當(dāng)= 0時(shí)，表明材料完全被水潤(rùn)濕，稱為鋪展。上述概念也適用于其它液體對(duì)固體的潤(rùn)濕情況，相應(yīng)稱為親液材料和憎液材料。2010春云南大旱 魚(yú)兒在流淚、在吶喊?。ㄞD(zhuǎn)視頻、ppt）1、吸水性 材料在水中能吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，即式中：W -材料質(zhì)量吸水率，%； m- 材料干燥狀態(tài)下質(zhì)量，g; m1- 材料吸水飽和狀態(tài)下質(zhì)量， 吸水性也可以用體積吸水率表示，即材料吸入水的體積占材料自然狀態(tài)體積的百分率 二、 吸水性與吸濕性對(duì)一些輕質(zhì)多孔材料

3、，如加氣混凝土、木材等，由于質(zhì)量吸水率往往超過(guò)100%, 故可用體積吸水率進(jìn)行計(jì)算。材料的吸水性與材料的孔隙率和孔隙特征有關(guān)。 細(xì)微開(kāi)口孔隙，孔隙率愈大，則吸水率愈大。閉口孔隙水分不能進(jìn)去，而開(kāi)口大孔雖然水分易進(jìn)入，但不能存留，只能潤(rùn)濕孔壁，所以吸水率仍然較小。各種材料吸水率差異很大，花崗巖:0.50.7，混凝土:23，粘土磚:820，木材超過(guò)100 2、吸濕性 材料在潮濕空氣中吸附水分的性質(zhì)稱為吸濕性，用含水率表示，即式中：W- 材料含水率，%; m含-材料含水時(shí)的質(zhì)量，g； m-材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量,g。材料吸濕性作用一般是可逆的，材料的吸濕性隨空氣的濕度和環(huán)境溫度的變化而改變，當(dāng)空氣濕度

4、較大且溫度較低時(shí)，材料的含水率就大，反之則小(南方冬季被褥）。材料中所含水分與空氣的濕度相平衡時(shí)的含水率，稱為平衡含水率 材料吸水或吸濕后，性質(zhì)下降。如表觀密度增加、體積膨脹、保溫隔熱性能下降、抗凍性下降、強(qiáng)度降低（土坯吸水后完全潰散）。 釉面內(nèi)墻磚吸水率21%（20110315太原電視臺(tái)表面光潔、密實(shí)，墨水檢驗(yàn)） 輕骨料22%。 材料抵抗水破壞作用的性質(zhì)稱為耐水性，用軟化系數(shù)表示，即三、 耐水性 KR材料的軟化系數(shù)；fb材料在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa；fg材料在(烘干）干燥狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度，MPa。 KR的大小表明材料浸水飽和后強(qiáng)度降低的程度。 材料被水浸濕后，強(qiáng)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，削弱了微粒間的結(jié)合力所致（有的材料含易溶物）。材料的軟化系數(shù)的范圍在01之間，金屬=1、石灰、黏土=0，石膏=02-0.3，花崗巖=0.97。 用于水中、潮濕環(huán)境中的重要結(jié)構(gòu)材料，必須選用軟化系數(shù)不低于0.85的材料； 用于受潮濕較輕或次要結(jié)構(gòu)的材料，則不宜小于0.750.85。 通常軟化系數(shù)大于等于0.85的材料稱為耐水材料四、抗?jié)B性 材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)，或稱不透水性。 當(dāng)材料兩側(cè)存在不同水壓時(shí)，一切破壞因素(如腐蝕性介質(zhì)海水)都可通過(guò)水或氣體進(jìn)入材料內(nèi)部，使材料逐漸破壞。 如地下建筑、基礎(chǔ)、壓力管道、水工建筑等經(jīng)常受到壓力水或水頭差的作用，故要求所用

6、材料具有一定的抗?jié)B性。 對(duì)于各種防水材料，則要求具有更高的抗?jié)B性。 (油分子水分子，儲(chǔ)油罐抗?jié)B性要求更高）抗?jié)B性通常用兩種指標(biāo)表示：滲透系數(shù)和抗?jié)B等級(jí)。對(duì)一些抗?jié)B、防水材料，如油氈、瓦、水工瀝青混凝土等，用滲透系數(shù)表示 。滲透系數(shù)的物理意義是：在一定時(shí)間t內(nèi)，透過(guò)材料試件的水量Q，與試件的滲水面積A及水頭差成正比，與滲透距離(試件的厚度)d成反比，用公式表示為 (滲透系數(shù)演示實(shí)驗(yàn)) Q = K A t H / d 式中K材料的滲透系數(shù),cmh；Q滲透水量,cm3；d材料的厚度,cm；A滲水面積,cm2；t滲水時(shí)間,h；H靜水壓力水頭,cm。 K值愈大，表示材料滲透的水愈多，即抗?jié)B性愈差。建筑工

7、程中用砂漿、混凝土的抗?jié)B性用抗?jié)B等級(jí)表示。抗?jié)B等級(jí)是指材料在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法下進(jìn)行透水試驗(yàn)，以規(guī)定的試件在透水前所能承受的最大水壓力來(lái)確定。如P4、P6、P8(S8)等分別表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水壓而不滲水。用公式表示： P=10H-1 式中：P-抗?jié)B等級(jí)； H -試件開(kāi)始滲水時(shí)的壓力，MPa.材料的抗?jié)B性與其孔隙率和孔隙特征有關(guān)。細(xì)微連通的孔隙水易滲入 材料的抗?jié)B性差。閉口孔水不能滲入 抗?jié)B性良好。開(kāi)口大孔水最易滲入 抗?jié)B性最差。憎水性材料的抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料。材料的抗?jié)B性與材料的耐久性有著密切的關(guān)系。 材料的抗凍性:材料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，也

8、不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性質(zhì)。 材料的抗凍性用抗凍等級(jí)表示。在規(guī)定試驗(yàn)條件下（20），試件強(qiáng)度降低不超過(guò)規(guī)定值（強(qiáng)度損失率不超過(guò)25) ，并無(wú)明顯損壞和剝落（質(zhì)量損失率不超過(guò)5%)時(shí)，所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù) 。 用符號(hào)“Fn”(Dn)表示，其中n 即為最大凍融循環(huán)次數(shù)， 如F25、F50等。五、抗凍性材料抗凍等級(jí)的選擇，根據(jù)結(jié)構(gòu)物的種類(lèi)、使用條件、氣候條件等確定。燒結(jié)普通磚、陶瓷面磚、輕混凝土等墻體材料，一般要求其抗凍等級(jí)為F15或F25；用于橋梁和道路的混凝土應(yīng)為F50、F100或F200-300 （高鐵）。水工混凝土要求高達(dá)F500。材料受凍融破壞主要原因： 其孔隙中的水結(jié)冰（密度0.918）所致

9、。水結(jié)冰時(shí)體積增大約9，若材料孔 隙中充滿水，則結(jié)冰膨脹對(duì)孔壁產(chǎn)生很大應(yīng)力（100-250MPa），當(dāng)此應(yīng)力超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，孔壁將產(chǎn) 生局部開(kāi)裂(如冬季水管破裂、混凝土)。 凍融過(guò)程中的溫度應(yīng)力也會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生破壞作用。 隨著凍融次數(shù)的增多，材料破壞加重。 材料的抗凍性取決于其充水程度、孔隙特征及自身強(qiáng)度。孔隙不充滿水，水結(jié)冰時(shí)不會(huì)產(chǎn)生很大凍脹應(yīng)力。閉口孔隙水分不能滲入；開(kāi)口孔多、大，抗?jié)B凍差。材料的變形能力大、強(qiáng)度高、軟化系數(shù)大時(shí)，其抗凍性較高（軟化系數(shù)0.8，抗凍性較差）極細(xì)的孔隙，雖可充滿水，但因孔壁對(duì)水的吸附力極大，吸附在孔壁上的水其冰點(diǎn)很低，它在般負(fù)溫下不會(huì)結(jié)冰。而毛細(xì)孔（10-7 m）既易充滿水分，又能結(jié)冰,故其對(duì)材料的冰凍破壞作用影響最大。（引氣劑、冰箱保護(hù)）從外界條件來(lái)看，材料受凍融破壞的程度，與凍融溫度、結(jié)冰速度、凍融頻繁程度等因素有關(guān)。 環(huán)境溫度愈低、降溫愈快、凍融愈頻繁、則材料受凍破壞愈嚴(yán)重。材料的凍融破壞作用是從外表面開(kāi)始產(chǎn)生剝落，逐漸向內(nèi)部深入發(fā)展。 抗凍性良好的材料，對(duì)于抵抗大氣溫度變化