建築物材料為何失效?
本小節分為三個部分:
1 力
2 熱
3 水
3.1 水:水是什麼?
3.2 蒸氣形式的水
3.3 冷凝、蒸發、飽和及相對濕度
3.4 什麼是透氣性材料?
3.5 液態水
3.6 毛細管現象
3.7 吸濕與乾燥
3.5 液態的水
與氣態的水一樣,液態的水也會從高壓處往低壓處流動。不過,這個流動效率高得多,因為液體中的分子關係親密,不像空氣中那般自由。液態的水中,分子之間形成電荷的吸引力,一個分子移動,會帶動周圍的分子。在水進入透過性材料時,如果孔洞中的材料帶電,會「挽留」水分子,此外,也會增強摩擦力。不過,大多數情況下這不足以阻止水分滲入材料。
水流是「聰明」的,它們總能迅速找到最快透過材料的那條通道,就算沒有明顯的壓力差或推動力,它們也能很快嘗試出答案。
在建築材料中,還有一個重要的驅動力是重力。在原子尺度上看,重力的影響其實遠不及其他的吸引力——但如果是建築某處積著一汪水,那它們往下滲透的驅動力是肯定很大的。
表面張力與濕潤
液態的水分子是互相吸引的,但如果落在一個平面上,也就意味著水滴表面(彎曲的水膜)受力不均勻,分子受到拉伸的力,這就是「表面張力」。各個分子互相牽制,水滴就形成了「水珠」:如果在太空中做實驗,一滴漂浮的水會自然變成一個完美的球體。
我們生活中的水珠,受到往下的重力,以及其附著表面的吸引力,這往往使曲面再被壓彎變形。
如果一種材料與水具有強吸引力,我們叫它「親水材料」,水落到上面,很快就會讓他濕潤。如果是排斥水的材料,我們叫「憎水材料」,水落到上面可能會跳彈起來,形成球狀,再滾落到低處。
物體表面的水珠,邊緣夾角的大小不一,稱為「接觸角」。它們可以被測量出來,量化表徵這個材料是親水或憎水。
傳統的建築材料中,就算是透過性材料,通過良好的設計,也可以順利去水。大雨之後,瓦片已經濕透,也不會使雨水落到室內。如果採用憎水材料做屋頂,那麼就要加倍注意防水,否則一旦有縫隙,將沒有緩衝,直接造成漏水。
有時候水和材料的相互吸引,也可能讓水抵抗住重力,沿著瓦片繞到反面,落回室內。我們常說嶺南地區屋簷的「反水」就是這樣,還需要封簷板或下層瓦面幫助擋水。這一用語也在俗語中別有含義——用來形容人的倒戈相向!
表面張力也改變液體上方的蒸氣壓。如果液滴表面是上拱的;那麼上方的氣壓增大,如果是下彎的,那麼上方的氣壓變小。這造成了毛細管現象,將在下一篇講解。