第2章　建筑材料的基本性质

2.1　材料的物理性质

2.1.1　密度、表观密度和堆积密度

（1）密度ρ

密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。密度可按下式计算：

　　（2-1）

式中　ρ——材料的密度，g/cm3；

m——材料的质量（干燥至恒重），g；

V——材料在绝对密实状态下的体积，cm3。

除了钢材、玻璃等少数材料外，绝大多数材料内部都有一些孔隙。在测定有孔隙材料（如砖、石等）的密度时，应先把材料磨成细粉，待干燥后，再用李氏瓶测定其绝对密实体积。材料磨得越细，测得的密实体积数值就越精确。另外，工程上还经常使用相对密度。它用材料的质量与同体积水（4℃）的质量的比值表示，无单位，其值与材料密度相同。

（2）表观密度（体积密度）ρ0

表观密度是指材料在自然状态下单位体积（包括材料实体及其开口孔隙、闭口孔隙）的质量，俗称容重。表观密度可按下式计算：

　　（2-2）

式中　ρ0——材料的表观密度，kg/m3或g/cm3；

m——材料的质量，kg或g；

V0——材料在自然状态下的体积，m3或cm3，包括材料实体及其开口孔隙、闭口孔隙。自然状态下材料体积示意图如图2-1所示。

对于规则形状材料的体积，我们可使用量具测量，如加气混凝土砌块的体积是逐块量取长、宽、高三个方向的轴线尺寸，并计算其体积的。对于不规则形状材料的体积，可通过使用排液法或封蜡排液法来测量。

毛体积密度是指单位体积（含材料的实体矿物成分及其闭口孔隙、开口孔隙等颗粒表面轮廓线所包围的毛体积）物质颗粒的干质量。因其质量是指试件烘干后的质量，故也称干体积密度。

（3）堆积密度ρ'0

堆积密度是指单位体积（含物质颗粒固体及其闭口孔隙、开口孔隙体积及颗粒间空隙体积）物质颗粒的质量，有干堆积密度及湿堆积密度之分。堆积密度可按下式计算：

　　（2-3）

式中　ρ'0——堆积密度，kg/m3；

m——材料的质量，kg；

V0——材料的堆积体积，m3。

材料的堆积体积包括材料绝对体积、内部所有孔体积和颗粒间的空隙体积。材料的堆积密度反映散粒构造材料堆积的紧密程度及材料可能的堆放空间。常用建筑材料的密度、表观密度及堆积密度见表2-1。

2.1.2　密实度与孔隙率

（1）密实度D

材料的密实度是指固体物质部分的体积占总体积的比例，说明材料体积内被固体物质所填充的程度，即反映了材料的致密程度。密实度可用如下公式表示：

　　（2-4）

含有孔隙的固体材料的密实度均小于1，材料的很多性能（强度、吸水性、耐久性、导热性等）均与密实度有关。

（2）孔隙率P

孔隙率是指材料内部孔隙体积占自然状态下总体积的百分率。孔隙率可用如下公式表示：

　　（2-5）

孔隙率一般通过试验所确定的材料密度和体积密度而求得。材料的孔隙率与密实度的关系为：

P+D=1　　（2-6）

材料的孔隙率与密实度是相互关联的性质，材料孔隙率的大小可直接反映材料的密实度，孔隙率越大，密实度越小。

孔隙按构造可分为开口孔隙和封闭孔隙两种。材料孔隙率的大小、孔隙特征对材料的许多性质会产生一定影响，如材料的孔隙率较小，且连通孔较少，则材料的吸水性较小、强度较高、抗冻性和抗渗性较好。工程中对需要保温隔热的建筑物或部位，要求其所用材料的孔隙率要较大。相反，对要求高强或不透水的建筑物或部位，则其所用的材料孔隙率应很小。

2.1.3　填充率与空隙率

（1）填充率D'

填充率是指散粒材料在其堆积体积中，颗粒体积占其堆积体积的比例。填充率可按下式计算：

　　（2-7）

（2）空隙率P'

空隙率是指散粒材料（如砂、石等）在其堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占材料堆积体积的百分率。空隙率可用公式表示如下：

　　（2-8）

式中　ρ0——颗粒状材料的表观密度，kg/m3；

ρ'0——颗粒状材料的堆积密度，kg/m3。

散粒材料的空隙率与填充率的关系为：

P'+D'=1　　（2-9）

空隙率与填充率也是相互关联的两个参数，空隙率的大小可直接反映散粒材料的颗粒之间相互填充的程度。散粒材料，其空隙率越大，填充率越小。在配制混凝土时，砂、石的空隙率是作为控制集料级配与计算混凝土砂率的重要依据。

2.1.4　耐久性

如前所述，材料在建筑物的使用过程中，除受到各种外力作用外，还长期受到各种使用因素和自然因素的破坏作用。这些破坏作用有物理作用、机械作用、化学作用和生物作用。

物理作用包括温度和干湿度的交替变化、循环冻融等。温度和干湿度的交替变化引起材料的膨胀和收缩。长期、反复的交替作用会使材料被逐渐破坏。在寒冷地区，循环冻融对材料的破坏甚为明显。

机械作用包括荷载的持续作用，反复荷载引起的材料的疲劳、冲击、磨损等作用。

化学作用包括酸、碱、盐等液体或气体对材料的侵蚀作用。

生物作用包括昆虫、菌类等的作用，而使材料蛀蚀或腐朽。

一般矿物质材料，如石材、砖瓦、陶瓷、混凝土、砂浆等，暴露在大气中时，主要受到大气的物理作用；当材料处于水位变化区或水中时，还受到环境水的化学侵蚀作用。金属材料在大气中易遭锈蚀。木材及植物纤维材料，常因虫蚀、腐朽遭到破坏。沥青及高分子材料，在阳光、空气及热的作用下，会逐渐老化、变质而被破坏。

综上所述，材料的耐久性是指在使用条件下，在上述各种因素作用下，在规定使用期限内材料不被破坏，也不失去原有性能的性质。耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻性、抗风化性、耐老化性、耐化学侵蚀性等均属于耐久性的范围。此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等性能也与材料的耐久性有密切关系。

为提高材料的耐久性，可根据使用情况和材料特点采取相应的措施，如设法减轻大气或周围介质对材料的破坏作用（降低湿度、排除侵蚀性的介质等），提高材料本身对外界作用的抵抗性（提高材料的密实度、采取防腐措施等），也可用其他材料保护主体材料使其免受破坏（覆面、抹灰、涂刷涂料等）。