1.1.1　与材料质量有关的性质

1.密度

密度是指材料在绝对密实状态下单位体积内物质的质量。材料的密度可按下式计算：

式中　ρ——材料的密度，g/cm3；

m——材料在完全干燥状态下的质量，g；

V——材料在绝对密实状态下的体积，cm3。

材料在绝对密实状态下的体积，是指材料不包括孔隙体积在内的固体物质所占的体积。工程材料中，除了钢材、玻璃等材料可近似地直接量取其密实体积外，其他绝大多数材料都含有一定的孔隙。在自然状态下，含有孔隙在内的材料体积是由固体物质的体积（即绝对密实状态下的材料体积）和孔隙体积两部分组成的。在测定有孔隙的材料密度时，应先把材料磨成细粉以排除其内部孔隙，经干燥至恒重后，再用李氏密度瓶法测定其密实体积。对于某些较为致密但形状不规则的散粒材料，在测定其密度时，可以不必磨成细粉，而直接用排水法测其密实体积的近似值（颗粒内部的封闭孔隙体积没有排除）。混凝土所用砂、石等散粒材料常按此法测定其密度。

2.表观密度

表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。材料的表观密度可按下式计算：

式中　ρ0——材料的表观密度，kg/m3；

m——材料的质量，kg；

V0——材料在自然状态下的体积，m3。

材料在自然状态下的体积，是指包括孔隙体积在内的材料体积。外形规则材料的表观体积，可直接用尺度量后计算求得；外形不规则材料的表观体积，可将材料表面涂蜡后用排水法测定。当材料的孔隙中含有水分时，其质量（包括水的质量）和体积均会发生变化，影响材料的表观密度，所以在测定材料的表观密度时，必须注明其含水状态。在不同的含水状态下，可测得材料的干表观密度、湿表观密度及饱和表观密度。通常情况下所测材料的表观密度，是指材料在气干状态（长期在空气中的干燥状态）下的表观密度。在进行材料对比试验时，则以完全干燥状态下测得的表观密度值为准。

3.堆积密度

堆积密度是指散粒或粉状材料，在堆积状态下单位体积的质量。材料堆积密度可按下式计算：

式中　 ——材料的堆积密度，kg/m3；

m——材料的质量，kg；

——材料的堆积体积，m3。

材料的堆积体积为颗粒的体积与颗粒之间空隙体积之和，如图1-1所示。

材料的堆积密度主要取决于材料内部组织结构以及测定时材料的装填方式。松散堆积方式测得的堆积密度值明显小于紧密堆积时的测定值。工程中通常采用松散堆积密度确定颗粒状材料的堆积空间。

在建筑工程中，计算材料用量、构件自重、配料计算以及确定材料堆放空间大小时，经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。

4.密实度与孔隙率

（1）密实度

密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，即材料的密实体积与表观体积之比。材料的密实度可按下式计算：

式中　D——材料的密实度，％；

V——材料在绝对密实状态下的体积，m3；

V0——材料在自然状态下的体积，m3。

密实度也可根据材料的密度与表观密度计算。因为ρ=m/V，ρ0=m/V0，故V=m/ρ，V0=m/ρ0，则有

例如，烧结多孔砖ρ0=1640kg/m3；ρ=2500kg/m3，其密实度为

材料的ρ0与ρ越接近，即ρ0与ρ的比值越大，说明材料越密实。

（2）孔隙率

孔隙率是指材料体积内孔隙体积占材料总体积的百分数。孔隙率可按下式计算：

密实度和孔隙率的大小，从不同角度反映了材料的密实程度。密实度和孔隙率的关系为：P+D=1。材料密实度和孔隙率的大小取决于材料的组成、结构以及制造工艺。材料的许多性质，如材料强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性、吸声性等都与材料的孔隙率大小有关，并且与孔隙的构造特征密切相关。

随着材料孔隙率的增大，则材料密度减小，材料受力的有效面积减少，强度也降低；由于密度的减小，材料的导热系数和热容量随之减小，透气性、透水性、吸水性增大。一般来说，多孔材料对气体及水的扩散、透过较为容易。

孔隙的构造特征，主要是指孔隙的形状、大小和分布。材料内部孔隙有开口与闭口之分，如图1-2所示，开口孔隙不仅彼此连通且与外界相通，而闭口孔隙则不仅彼此互不连通，且与外界隔绝。孔隙本身又有粗细之分，粗大孔隙虽易吸水，但不易保持。细微孔隙吸入的水分不易流动，而闭口孔隙水分及其他介质不易侵入。因此，孔隙率又分为开口孔隙率和闭口孔隙率。

①开口孔隙率Pk是指常温下能被水所饱和的孔隙体积与材料表观体积之比的百分数，可按下式计算：

式中　Pk——材料的开口孔隙率，％；

m1——干燥状态下材料的质量，g；

m2——吸水饱和状态下材料的质量，g；

V0——材料在自然状态下的体积，m3；

ρ水——水的密度，g/cm3，常温下取1g/cm3。

②闭口孔隙率Pb是指总孔隙率与开口孔隙率之差，即Pb=P-Pk。

开口孔隙能增大材料的吸水性、透水性，降低抗冻性；内部闭口孔隙的增多可以提高材料的保温隔热性能、抗渗性、抗冻性及耐久性。

常用工程材料的基本物理指标如表1-1所示。

5.空隙率与填充率

（1）空隙率

空隙率是指散粒或粉状材料颗粒之间的空隙体积占其堆积体积的百分率，材料空隙率可按下式计算：

式中　P′——材料的空隙率，％；

——材料的堆积体积，m3；

V0——材料在自然状态下的体积，m3；

——材料的堆积密度，kg/m3；

ρ0——材料的表观密度，kg/m3。

空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的紧密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。

（2）填充率

填充率是指散粒或粉状材料颗粒体积占其堆积体积的百分率，材料填充率可按下式计算：

式中　D′——材料的填充率，％；

V0——材料在自然状态下的体积，m3；

——材料的堆积体积，m3；

——材料的堆积密度，kg/m3；

ρ0——材料的表观密度，kg/m3。

材料空隙率与填充率的关系为P′+D′=1。

材料的密度、表观密度、孔隙率及空隙率是认识材料、了解材料性质与应用的重要指标，常称之为材料的基本物理性质。