材料体积密度和堆积密度

1．1．1 材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度

1）密度

密度是材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：

式中 ρ——密度，g／cm3；

m——干燥状态下材料的质量，g；

V——绝对密实状态下材料的体积，cm3。

绝对密实状态下的体积是指不包括材料内部孔隙的体积。除钢材、玻璃等少数材料外，绝大多数建筑材料都含有一定的孔隙，如混凝土、砖、石材等。测定多孔材料密度时，必须先把材料磨成细粉。粉磨得越细，则测试密度值越接近于理论密度值。称量磨细粉体的质量m，用干燥的李氏瓶采用排水法（阿基米德法）测定粉体体积V，根据公式1．1即可得到材料的密度。

2）表观密度

表观密度是指材料在干燥状态下单位体积的质量，也称为视密度，按下式计算：

式中 ρ0——表观密度，g／cm3或kg／m3；

m——材料干燥状态的质量，g或kg；

V0——材料干燥状态下的体积（包含材料实体和闭口孔隙的体积，不含开口孔隙），cm3或m3。

多孔材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙，测量多孔材料的表观密度时，可以直接采用排水法或水中称重法测出材料不含开口孔隙的体积，然后按照式1．2计算表观密度。

3）体积密度

体积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量，按下式计算：

式中 ρ′——体积密度，g／cm3或kg／m3；

m——材料自然状态下的质量，g或kg；

V0——材料自然状态下的体积，cm3或m3。

材料在自然状态下的体积是指包含材料实体、开口孔隙和闭口孔隙的体积。材料的表观密度和体积密度的区别主要是开口孔隙的差异，测定表观密度时不含开口孔隙的体积，测定体积密度时包含开口孔隙的体积。

当材料含有水分时，其质量和体积都会发生变化，因而体积密度也发生变化。测定体积密度时应注明含水状态，未特别注明时，常指气干状态下的体积密度。对于烘干状态时的体积密度，常用干体积密度表示。外形规则的材料可直接测量体积和质量得到体积密度，外形不规则的材料则可采用密封（如用石蜡密封）排水法测定体积。

4）堆积密度

堆积密度是指散粒状材料在堆积状态下单位体积的质量，按下式计算：

式中 0——堆积密度，kg／m3；

m——材料的质量，kg；

′0——材料的堆积体积。

堆积体积是材料（如砂石）在自然松散状态的体积，包括颗粒体积和颗粒之间空隙的体积。堆积密度与材料堆积的紧密程度有关，可分为松堆密度和紧堆密度。堆积密度通常是指材料的松堆密度，可以采用容量筒法测定堆积密度。

1．1．2 材料的孔隙率与密实度

1）孔隙率

孔隙率是指材料内部孔隙体积占其自然状态下总体积的百分率，按下式计算：

式中 P——材料的孔隙率，％。

2）密实度

密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，按下式计算：

式中 D——材料的密实度，％。

孔隙率或密实度直接反映材料的密实程度，孔隙率越高，则表示材料密实程度越小。孔隙率与材料的力学性能、抗渗性能和耐久性等诸多性能密切相关，同一种材料，随着孔隙率增大，其抗压强度和抗渗性能通常会降低。更准确地来讲，影响材料物理力学性能的实际是孔隙结构。材料的孔隙结构是指孔隙的几何形状、孔径大小和分布、孔隙连通状态。材料内部孔隙可分为连通与封闭两种，连通孔隙彼此贯通且与外界相通，封闭孔隙不仅彼此不连通且与外界隔绝。孔隙按照尺寸可分为极微细孔隙、细小孔隙和较粗大孔隙。除了孔隙率，孔径大小和分布及连通状态，对材料的物理和力学性质都具有重要影响。

孔隙率和孔隙结构对材料物理力学性质的影响较为复杂。例如常见的多孔材料——泡沫混凝土，干体积密度相同的泡沫混凝土，其孔隙率相近，但其内部孔隙结构可能差异很大。如果其内部孔隙主要是封闭孔，则其吸水率和导热系数通常较低，反之则吸水率和导热系数较高。对于普通混凝土，为了提高混凝土抗冻性，可以掺加引气剂在混凝土内部引入适量分布均匀的微小封闭孔。

1．1．3 材料的空隙率和填充率

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自然堆积体积的百分率，按下式计算：

式中 P′——材料的空隙率，％。

空隙率的大小反映了散粒状材料颗粒之间相互填充的致密程度。

2）填充率

填充率是指散粒状材料堆积体积中被颗粒填充的程度，与空隙率相对应，按下式计算：

式中 D′——材料的填充率，％。