材料与水的关系
材料的基本属性 材料与水有关的性质
2、材料的吸水性和吸湿性 （1）材料吸湿性及含水率 定义：是指材料吸收空气中水分的性质。 表示方法：用含水率表示。
Wh
ms mg mg
100%
Wh 材料的含水率（ %） 其中， 量（g ); m s 材料在含水状态下的质 m 材料在干燥状态下的质 量（g ); g
含水率在工程中的应用 • 例如:拌制砼所用材料质量是指干质量。但现场 的砂石都不同程度有水存在。因此在称量上应该 考虑到砂石的含水情况。 己知每拌制1m3混凝土需要干砂606Kg ，测得施 工现场的含水率砂为7% ，则现场需要称取多少 湿砂?
知识延伸
释放水分
干 燥 的 材 料
吸收空气中的水 分
潮 湿 的 材 料
2.2.4 材料与水有关的性质 1、材料的亲水性和憎水性 （1）亲（憎）水性： 材料在空气中与水接触时，能被水湿润的， 称为亲水性，否则为憎水性； （2）亲（憎）水性材料： 具有亲水性的材料称为亲水性材料，如木材、 砖、混凝土、石等；反之为憎水性材料，如沥 青，石蜡、塑料等； ？思考：防水防潮材料应优先选用哪种材料？
平衡含水率
平衡含水率：当材料中所含水分与空气湿度 达到相对平衡时的含水率
（2）吸水性与吸水率
吸水性是指材料与水接触吸收水分的性质。 用吸水率表示，吸水率有两种表示方式。 1）质量吸水率：
Wm
材料与水有关关系
复习：
1、材料的密度、表观密度、堆积密度的定义以计算方法
2、材料的密实度与孔隙率
3、材料的填充率与孔隙率
§2、2材料与水有关的性质
一、亲水性与憎水性
材料与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性。材料与水接触时不能被水润湿的性质称为憎水性。
材料的亲水性与憎水性可用润湿边角θ来说明。θ愈小，表明材料易被水润湿。当θ≤90°时，该材料被称为亲水性材料；当θ＞90°时，称为憎水性材料。
二、吸水性
吸水性：材料在水中吸收水分的能力称为吸水性。吸水性的大小常以吸水率表示。有以下两种表示方法：
质量吸水率（W m）：指材料吸水饱和时，所吸水量占材料绝干质量的百分率。体积吸水率（W V）：指材料吸水饱和时，所吸水分的体积占绝干材料自然体积的百分率。体积吸水率在数值上等于开口孔隙率。
表达式用质量吸水率ωm或体积吸水率ωv表示。表达式分别如下。
ωm = m Sw / m×100% = [( msw'- m )/ m ]×100%
ωv =V Sw /v0×100% = [( msw‘ - m )/v0 /ρw ]×100%
式中m sw--- 材料吸水饱和时所吸水的质量，g 或kg 。
ωS w‘ --- 材料吸水饱和时材料的质量，g 或kg 。
V Sw--- 材料吸水饱和时所吸水的体积，cm3或m3。
ρw --- 水的密度，g/cm3或kg/m3。
质量吸水率和体积吸水率的关系ωv = ρ0×ωm
注意：对多孔吸水材料，其质量吸水率往往超过100％，此时用体积吸水率表示；材料受潮后导热性增大，故保温隔热材料需保持干燥状态。
建筑材料与水有关的性质
2.2 建筑材料与水有关的性质
1．亲水性与憎水性
当材料与水接触时，有些材料能被水润湿；有些材料，则不能被水润湿。前者称材料具有亲水性，后者称材料具有憎水性。材料被水湿润的情况，可用润湿边角θ表示。当材料与
水接触时，在材料、水、空气三相的交点处，
沿水滴表面的切线和水接触面的夹角θ，称
为“润湿边角”，如图2—1所示θ愈小,表明 图2—1 材料湿润示意图 材料愈易被水润湿。一般认为，当θ≤90…时, (a) 亲水性材料 (b) 憎水性材料
如图2—1(a)所示，材料表面吸附水，材料能被水润湿而表现出亲水性，这种材料称为亲水性材料。当θ>90…时，如图2—1(b)所示，材料表面不吸附水，这种材料称为憎水性材料。当θ=0℃时，表明材料完全被水润湿。
2．吸水性
材料浸入水中吸收水分的能力，称为吸水性。吸水性的大小，常以吸水率表示。吸水率，是指材料吸水饱和时的吸水量占材料干燥质量的百分率。质量吸水率(W)由下式计算：
%1001⨯-=m m m W (2—7)
式中：W ——材料的质量吸水率，％；
m ——材料在干燥状态下的质量，g ；
m 1——材料在吸水饱和状态下的质量，g 。
在多数情况下，吸水率是按质量计算的，即质量吸水率。但是，也有按体积计算的，即体积吸水率(吸入水的体积占材料自然状态下体积的百分数)。表现密度小的材料，吸水性大。如木材的吸水率可达100％，普通粘土砖的吸水率为8％—20％。吸水性大小与材料本身的性质(如憎水还是亲水)，以及孔隙率大小、孔隙特征(是开孔还是闭孔)等有关。
3．吸湿性
材料在潮湿空气中吸收水分的性质，称为吸湿性。吸湿性随着空气湿度的变化而变化。如果是与空气湿度达到平衡时的含水率，则称为平衡含水率。具有微小的开口孔隙的材料,吸湿性特别强。如木材及某些隔热材料能吸收大量的水分，因为这些材料的内表面积大，吸附能力强。
建筑材料与水有关的性质详解
100%
式中 mb——材料吸水饱和状态下的质量（ｇ或kg） mg——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。
体积吸水率 体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所
吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以W Ｖ表示。体积吸水率WＶ的计算公式为：
Wv
mb mg V0
•
1
W
100%
式中 mb——材料吸水饱和状态下的质量（ｇ或kg） mg——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。 V0— 材料在自然状态下的体积，（cm3 或 m3） ρ w— 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）， 常温下取
四. 材料的耐水性 材料的耐水性是指材料长期在饱和水的
作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。 衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数KR：
KR
fb fg
式中 KR —— 材料的软化系数 fb — 材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）。
fg — 材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）
软化系数反映了材料饱水后强 度降低的程度，是材料吸水后性质 变化的重要特征之一。一般材料吸 水后，水分会分散在材料内微粒的 表面，削弱其内部结合力，强度则 有不同程度的降低。当材料内含有 可溶性物质时（如石膏、石灰等）， 吸入的水还可能溶解部分物质，造 成强度的严重降低。
抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性 能。土木建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞 或其它缺陷，当材料两侧的水压差较高时，水可 能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其它缺陷渗 透到低压侧。这种压力水的渗透，不仅会影响工 程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的 介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的 破坏。
水与胶凝材料用量之间的比例关系
水与胶凝材料用量之间的比例关系
在使用水和胶凝材料制备胶凝材料时，水与胶凝材料的用量比例是非常重要的。正确的用量比例可以确保胶凝材料具有良好的流动性和凝结性，从而使其在施工中使用起来更加方便。
通常情况下，水与胶凝材料的用量比例是按照质量比来计算的。常见的用量比为1:1，即1千克水对应1千克胶凝材料。但是，用量比也可以根据具体的应用需要进行调整。比如，如果需要制备流动性较差的胶凝材料，可以增加胶凝材料的用量，从而使其凝结性更强。反之，如果需要制备流动性较好的胶凝材料，可以减少胶凝材料的用量，从而使其凝结性更弱。
在使用水和胶凝材料制备胶凝材料时，应注意控制水与胶凝材料的用量比例，以确保胶凝材料具有良好的性能。
1.2 材料与水有关的性质XQ
所致。 水结冰膨胀对孔壁产生很大应力，当此应力超过 材料的抗拉强度时，孔壁将产 生局部开裂。随着冻融次数 的增多，材料破坏加重。所以材料的抗冻性取决于其孔隙 率、孔隙特征及充水程度。
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。粗大孔隙一般水分不会充满其中， 对冰胀破坏可起缓冲作用。闭口孔隙水分不能渗入。 而毛细管孔隙既易充满水分，又能结冰,故其对材料 的冰冻破坏作用影响最大。
的含水率就大，反之则小。
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
四、材料的耐水性
１、定义：材料长期在饱和水作用下不破坏，强
度也不显暑降低的性质
２、指标：软化系数
３、计算：
fw Kp f
式中：KP ---材料的软化系数； fw ---材料在吸水饱和状态下的抗压强度,MPa f ---材料在干燥状态的抗压强度，MPa 。
另外，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。
小结： 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、干湿交替等风化作用的
与水有关的性质
亲水性与憎水性 吸水性与吸湿性 耐水性 抗渗性 抗冻性
亲水性与憎水性 当材料与水接触时可以发现, 当材料与水接触时可以发现,有些材料 能被水润湿,有些材料则不能被水润湿, 能被水润湿,有些材料则不能被水润湿, 前者称材料具有亲水性 后者称具有憎水 亲水性, 前者称材料具有亲水性,后者称具有憎水 性.
fb——材料在饱水状态下的抗压强度,MPa; 材料在饱水状态下的抗压强度, 材料在饱水状态下的抗压强度 MPa; fg——材料在干燥状态的抗压强度,MPa. 材料在干燥状态的抗压强度, 材料在干燥状态的抗压强度 MPa.
软化系数介于0 之间. 软化系数介于0～1之间.
KR的大小表明材料在浸水饱和强度降低的程度, 的大小表明材料在浸水饱和强度降低的程度,
材料的耐水性
材料吸水饱和,水分被组成材料的微粒表面吸附, 材料吸水饱和,水分被组成材料的微粒表面吸附, 形成水膜,削弱了微粒间的结合力, 形成水膜,削弱了微粒间的结合力,导致材料的强度 降低.材料长期在饱和水作用下不破坏,强度也不显 饱和水作用下不破坏 降低.材料长期在饱和水作用下不破坏,强度也不显 著降低的性质称为耐水性. 的性质称为耐水性 著降低的性质称为耐水性.材料的耐水性用软化系数 表示,如下式: 表示,如下式: 式中 KR——材料的软化系数; 材料的软化系数; 材料的软化系数
材料与水有关的性质
耐水性是指材料长期处于水饱和状态下而不被破坏，强度也不 显著降低的性质，用软化系数表示。软化系数是指材料在吸水饱和 状态下的抗压强度与其在干燥状态下的抗压强度的比值，按式（114）计算。
（1-10） 式中，K软为材料的软化系数；f饱为材料在吸水饱和状态下的 抗压强度（MPa）；f干为材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。
材料与水有关的性质
1.5 抗渗性 1. 渗透系数
如图1-4所示，材料在压力水作用下透过水量的多少遵守达 西定律。即在一定时间t内，透过材料试件的水量W与试件的渗 水面积A及水压差h成正比，与试件厚度d成反比。达西定律可用 式（1-15）表示。
（1-15） 式中，K为渗透系数（cm/h）；W为透过材料试件的水量 （cm3）;A为渗水面积（cm2 ）；h为材料两侧的水压差（cm） ；d为试件厚度（cm）；t为透水时间（h）。 材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。
材料与水有关的性质
图1-4 材料透水
材料与水有关的性质
2. 抗渗等级
材料与水有关的性质
材料抗渗性与材料的亲水程度、孔隙率及孔隙特征有关 。憎水性材料、孔隙率小而孔隙封闭的材料具有较高的抗渗 性；亲水性材料、具有连通孔隙和孔隙率较大的材料的抗渗 性较差。
地下建筑防水工程通常使用防水混凝土，要求其应具有 较高的密实性、憎水性和抗渗性，抗渗等级大于或等于P6， 即最小抗渗压力为0.6 MPa。
材料与水有关的性质
W质
m湿 m干 m干
100%
Page: 6
– 体积吸水率
W体
V水 V0
100%=
m湿 m干 V0
1
水
100%
材料吸水率的大小与材料的孔隙率和孔隙构造 特征有关。
Page: 7
(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。
Hale Waihona Puke Baidu– 含水率
–水中或受潮严重的重要结构物软化系数不宜小于 0.85；受潮较轻或次要要结构物的软化系数不宜低 于0.75。
–软化系数大于0.80的材料，通常认为是耐水材料。
Page: 10
(5)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
K Qd AtH
– 材料的抗渗性也可以用抗渗等级Pn来表示。
Page: 11
– 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。
– 材料抗渗性的好坏，与材料的孔隙率和孔隙特征有 密切的关系。
– 孔隙率很小而且是封闭的孔隙的材料具有较高的抗 渗性。
Page: 12
(6)抗冻性
– 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。
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材料与水有关的性质
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二、材料与水有关的性质
（一）亲水性与憎水性
材料在空气中与水接触时，根据是否被水润湿，可将材料分为亲水性与憎水性材料两类。材料被水润湿的程度可用润湿角θ表示
润湿角θ≤900的材料为亲水性材料。如：砖、砼、木材等。
润湿角θ＞900的材料为憎水性材料。如：沥青、石蜡等。
（一）吸水性
材料在浸水状态下吸入水份的能力称为吸水性；吸水性的大小以吸水率表
示，吸水率有质量吸水率与体积吸水率之分，
1、质量吸水率：材料所吸收的水份的质量占材料干燥质量的百分率。
比如：粉笔称其干重为100克，放入水中吸水饱和后为102克，则
2、体积吸水率：指材料体积内被水充实的程度；即材料吸水饱和时，
所吸收水份的体积占干燥材料自然体积的百分率。
一般、材料的吸水都不多，但海棉、干木头等吸收水份比较多，这些材料的质量吸水率往往超过100%，即湿质量是干质量的几倍，在这种情况下，一般用体积吸水率表示其吸水率。即体积吸水率适用于轻质多孔材料。吸水率越大，对材料性能越不利。
总之，吸水率与以下因素有关
1）材料本身的性质
2）孔隙大小
3）孔隙特征
（二）吸湿性
材料在潮湿的空气中吸收空气中水份的性质，称为吸湿性。吸湿性的大小用
含水率表示
W含的大小除与材料的化学成分有关外，还与空气的温度与湿度有关。
（三）耐水性
材料长期在饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低和性质称为耐水性。
用软化系数表示 f饱=0 则K软=0 溶解了 f干=1 则K软=1 如钢材
讨论：1） K软越大，则材料的耐水性越好。
2）一般，K吹＞0.8时，称为耐水材料。
（四）抗渗性
渗透：液体穿透材料
抗渗性是指材料抵抗有压介质渗透作用的能力，用抗渗等级Sn表示。
Sn：材料抵抗液体压力不致发生渗透现象时，材料单位面积上所能承受的
最大压力。如S4、S6、S12分别表示材料能承受0.4MPa 0.6MPa 1.2Mpa压力而不渗透
(六)、抗冻性
材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，同时也不严重降低强度的性质，称为抗冻性。冻融循环越多，则抗冻标号越高。砼用抗冻等级表示；
Fn：材料在饱和水状态下，强度损失和质量损失达到规定指标时，所能承受的最大冻融循环次数。一个冻融循环为20℃
如F50、F20分别表示什么意思？
三、材料的热性质
（一）导热性
材料传导热量的能力称为导热性，材料导热能力的大小用导热系数（λ）表示单位：
λ的物理意义：
单位厚度的材料，当相对表面温差为1K时，单位面积、单位时间所通过的热量
讨论、的孔隙率越大，导热系数越小，绝热性能越好。
2、对流情况相反，泡沫:0.035
3、λ=0.035-3.5之间
大理石:3.5
(二)比热容
材料加热时吸收热量,冷却时放出热量的性质,称为热容量.热容量的大小用比热容表示,简称比热.
比热在数值上等于1g材料,温度升高1K时所吸收的热量或温度降低1K时所放出的热量.单位(J/(g.K)
C水=4.18 C冰=2.09
(三)材料的保温隔热性能
在建筑工程中常把1/λ称为材料的热阻,用R表示,单位是(m.K)/W
通常:防止室内热量的散失称为保温,防止外部热量的进入称为隔热。
（四）热变形性
材料的热变形性是指材料在温度变化时其尺寸的变化，常用长度方向变化的
线膨胀系数表示：
其中：α-线膨胀系数（1/K）
2.2 材料的力学性质
材料的力学性质主要是指材料在外力（荷载）作用下，有关抵抗破坏和变形
的能力的性质。
一、材料的强度、比强度
材料在外力（荷载）作用下，抵抗破坏的能力称为强度；其值是以材料受外力破坏时，单位面积上所承受的力来表示。
（一）常见的荷载种类
1、钢材承受拉力、压力、剪力和抗变力。
（二）计算方法：
1、抗压、抗拉、抗剪强度的计算：
单位（N/mm2）或（Mpa）
抗弯强度的计算：
条件：1）构件截面为矩形
2）中部作用一集中荷载。
（二）比强度
比强度是按单位质量计算的材料强度，其值等于材料的强度与其表观密度之比，它是衡量材料轻质高强的一个主要指标。
（三）强度等级
按照材料的主要强度指标划分的等级，材料的强度高低主要与材料的化学成分有关，如金属材料的强度普遍高，另外，材料的质量对材料的强度也有关系。
二、材料的弹性与塑性
材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料的变形即可消失、并能完全恢复原来形状的性质称为弹性；这种当外力取消后瞬间内即可完全消失的变形，称为弹性变形。
其中：E为弹性模量（Mpa）
E是衡量材料抵抗变形能力的一个指标，E越大，材料越不易变形。
材料在外力作用下产生变形，如果取消外力，仍保持变形后的形状尺寸，并且不产生裂纹的性质，称为塑性，这种不消失的变形称为塑性变形（或永久变形）。
多数材料为弹塑性材料。
三、材料的脆性和韧性
在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显塑性变形的性质，称为脆性。脆性材料抵抗冲击荷载的能力差，如玻璃等。
在冲击、震动荷载作用下，材料能吸收较大的能量，产生一定的变形而不致被坏的性能称为韧性。如钢材、木材等。
四、材料的硬度、耐磨性
硬度是材料表面抵抗其它较硬物质压入或刻划的能力，一般，硬度大的材料耐磨性较强，但不易加工。
耐磨性是材料抵抗磨损的能力，常用磨损率表示：（g/cm2）
2．3材料的耐久性
材料在使用过程中能长久保持其原有性质的能力，称为耐久性。
耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻性，抗风化性，抗化学腐蚀等；此外，材料的抗渗性，耐磨性，强度等也与耐久性有密切的关系。
材料在使用过程中，除受到各种外力作用外，还长期受到周围环境和各种自然环境的破坏作用，这些作用一般可分为物理作用、化学作用、生物作用。