1.1.1　與材料質量有關的性質

1.密度

密度是指材料在絕對密實狀態下單位體積內物質的質量。材料的密度可按下式計算：

式中　ρ——材料的密度，g/cm3；

m——材料在完全干燥狀態下的質量，g；

V——材料在絕對密實狀態下的體積，cm3。

材料在絕對密實狀態下的體積，是指材料不包括孔隙體積在內的固體物質所占的體積。工程材料中，除了鋼材、玻璃等材料可近似地直接量取其密實體積外，其他絕大多數材料都含有一定的孔隙。在自然狀態下，含有孔隙在內的材料體積是由固體物質的體積（即絕對密實狀態下的材料體積）和孔隙體積兩部分組成的。在測定有孔隙的材料密度時，應先把材料磨成細粉以排除其內部孔隙，經干燥至恒重后，再用李氏密度瓶法測定其密實體積。對于某些較為致密但形狀不規則的散粒材料，在測定其密度時，可以不必磨成細粉，而直接用排水法測其密實體積的近似值（顆粒內部的封閉孔隙體積沒有排除）。混凝土所用砂、石等散粒材料常按此法測定其密度。

2.表觀密度

表觀密度是指材料在自然狀態下單位體積的質量。材料的表觀密度可按下式計算：

式中　ρ0——材料的表觀密度，kg/m3；

m——材料的質量，kg；

V0——材料在自然狀態下的體積，m3。

材料在自然狀態下的體積，是指包括孔隙體積在內的材料體積。外形規則材料的表觀體積，可直接用尺度量后計算求得；外形不規則材料的表觀體積，可將材料表面涂蠟后用排水法測定。當材料的孔隙中含有水分時，其質量（包括水的質量）和體積均會發生變化，影響材料的表觀密度，所以在測定材料的表觀密度時，必須注明其含水狀態。在不同的含水狀態下，可測得材料的干表觀密度、濕表觀密度及飽和表觀密度。通常情況下所測材料的表觀密度，是指材料在氣干狀態（長期在空氣中的干燥狀態）下的表觀密度。在進行材料對比試驗時，則以完全干燥狀態下測得的表觀密度值為準。

3.堆積密度

堆積密度是指散粒或粉狀材料，在堆積狀態下單位體積的質量。材料堆積密度可按下式計算：

式中　 ——材料的堆積密度，kg/m3；

m——材料的質量，kg；

——材料的堆積體積，m3。

材料的堆積體積為顆粒的體積與顆粒之間空隙體積之和，如圖1-1所示。

材料的堆積密度主要取決于材料內部組織結構以及測定時材料的裝填方式。松散堆積方式測得的堆積密度值明顯小于緊密堆積時的測定值。工程中通常采用松散堆積密度確定顆粒狀材料的堆積空間。

在建筑工程中，計算材料用量、構件自重、配料計算以及確定材料堆放空間大小時，經常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數據。

4.密實度與孔隙率

（1）密實度

密實度是指材料體積內被固體物質所充實的程度，即材料的密實體積與表觀體積之比。材料的密實度可按下式計算：

式中　D——材料的密實度，％；

V——材料在絕對密實狀態下的體積，m3；

V0——材料在自然狀態下的體積，m3。

密實度也可根據材料的密度與表觀密度計算。因為ρ=m/V，ρ0=m/V0，故V=m/ρ，V0=m/ρ0，則有

例如，燒結多孔磚ρ0=1640kg/m3；ρ=2500kg/m3，其密實度為

材料的ρ0與ρ越接近，即ρ0與ρ的比值越大，說明材料越密實。

（2）孔隙率

孔隙率是指材料體積內孔隙體積占材料總體積的百分數。孔隙率可按下式計算：

密實度和孔隙率的大小，從不同角度反映了材料的密實程度。密實度和孔隙率的關系為：P+D=1。材料密實度和孔隙率的大小取決于材料的組成、結構以及制造工藝。材料的許多性質，如材料強度、吸水性、抗滲性、抗凍性、導熱性、吸聲性等都與材料的孔隙率大小有關，并且與孔隙的構造特征密切相關。

隨著材料孔隙率的增大，則材料密度減小，材料受力的有效面積減少，強度也降低；由于密度的減小，材料的導熱系數和熱容量隨之減小，透氣性、透水性、吸水性增大。一般來說，多孔材料對氣體及水的擴散、透過較為容易。

孔隙的構造特征，主要是指孔隙的形狀、大小和分布。材料內部孔隙有開口與閉口之分，如圖1-2所示，開口孔隙不僅彼此連通且與外界相通，而閉口孔隙則不僅彼此互不連通，且與外界隔絕。孔隙本身又有粗細之分，粗大孔隙雖易吸水，但不易保持。細微孔隙吸入的水分不易流動，而閉口孔隙水分及其他介質不易侵入。因此，孔隙率又分為開口孔隙率和閉口孔隙率。

①開口孔隙率Pk是指常溫下能被水所飽和的孔隙體積與材料表觀體積之比的百分數，可按下式計算：

式中　Pk——材料的開口孔隙率，％；

m1——干燥狀態下材料的質量，g；

m2——吸水飽和狀態下材料的質量，g；

V0——材料在自然狀態下的體積，m3；

ρ水——水的密度，g/cm3，常溫下取1g/cm3。

②閉口孔隙率Pb是指總孔隙率與開口孔隙率之差，即Pb=P-Pk。

開口孔隙能增大材料的吸水性、透水性，降低抗凍性；內部閉口孔隙的增多可以提高材料的保溫隔熱性能、抗滲性、抗凍性及耐久性。

常用工程材料的基本物理指標如表1-1所示。

5.空隙率與填充率

（1）空隙率

空隙率是指散粒或粉狀材料顆粒之間的空隙體積占其堆積體積的百分率，材料空隙率可按下式計算：

式中　P′——材料的空隙率，％；

——材料的堆積體積，m3；

V0——材料在自然狀態下的體積，m3；

——材料的堆積密度，kg/m3；

ρ0——材料的表觀密度，kg/m3。

空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒互相填充的緊密程度。空隙率可作為控制混凝土骨料級配與計算砂率的依據。

（2）填充率

填充率是指散粒或粉狀材料顆粒體積占其堆積體積的百分率，材料填充率可按下式計算：

式中　D′——材料的填充率，％；

V0——材料在自然狀態下的體積，m3；

——材料的堆積體積，m3；

——材料的堆積密度，kg/m3；

ρ0——材料的表觀密度，kg/m3。

材料空隙率與填充率的關系為P′+D′=1。

材料的密度、表觀密度、孔隙率及空隙率是認識材料、了解材料性質與應用的重要指標，常稱之為材料的基本物理性質。