密度与孔隙特性的重要影响作用

1.密度（ρ）、表观密度（ρ0）与堆积密度（ρ1）

（1）密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，用式（2-1）表示：

式中　

ρ——材料的密度，kg/m3；

m——材料在绝对干燥状态下的质量，kg；

V——材料在绝对密实状态下的体积，m3。

（2）表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量，用式（2-2）表示：

式中　ρ0——材料的表观密度，kg/m3；

m——材料的质量，kg，需要注明含水状态。如果没有特殊注明，一般指气干状态下的质量；

V0——材料在自然状态下的体积，m3，该体积包括材料内部封闭孔隙的体积。

（3）堆积密度（也叫体积密度）指粒状材料在堆积状态下单位体积的质量，用式（2-3）表示。根据堆积的密集程度，又可分为紧密体积密度和松散体积密度。材料的堆积密度为

式中　ρ1——材料的堆积密度，kg/m3；

m——材料在自然状态下的质量，kg；

V1——材料在堆积状态下的体积，m3，该体积既包括材料内部封闭孔隙的体积，也包括颗粒之间的空隙体积。

材料在绝对密实状态下体积（V）的测定方法因材料的形态和密实程度不同。对于内部结构密实的材料，例如建筑钢材、建筑塑料等，可直接测量外观尺寸计算体积V；对于水泥、粉煤灰、矿物细粉等粉体材料，需要将粉体材料放在与该材料不发生化学反应的液体中（例如煤油），利用粉体排开液体的体积来测得粉体颗粒的体积。对于内部含有孔隙的块体材料，例如烧结粘土砖、砌块等，需要将块体材料研磨成粒径小于0.20mm的粉末，利用粉末排开液体的体积测定其密实状态的体积。材料在自然状态下的体积（V0）包括内部封闭孔隙的体积，对于规则形状的材料可直接测量外观尺寸；对于砂子、石子等不规则形状的颗粒，可利用排水法测定颗粒的外观体积。粒状材料的堆积体积（V1）需要借助于容器来测量。(www.xing528.com)

材料的密度、表观密度是材料最基本的物理性质，它间接地反映材料的密实、坚硬程度。同时在生产和施工过程中，需要密度、表观密度或堆积密度等指标掌握材料的质量、体积等数据，以便安排储存场地、运输工具等。

2.密实度（D）与孔隙率（P）

（1）密实度（D）指材料体积内被固体物质充实的程度，即材料的绝对密实体积占外观体积的百分比，用式（2-4）表示：

如果已知材料在绝对干燥状态下的表观密度ρ0，则密实度也可以表示为式（2-5）：

（2）孔隙率（P）指材料体积内孔隙体积所占的比例，即材料内部的孔隙体积占外观体积的百分率，用式（2-6）表示：

根据上述密实度和孔隙率的定义，可得出密实度和孔隙率的关系：D＋P＝1。

孔隙率或密实度反映材料的结构致密程度，直接影响材料的力学性能、热学性能及耐久性等性能。但是孔隙率只能反映材料内部所有孔隙的总量，并不能反映孔径分布状况，也不能反映孔隙是开放的、还是封闭的，是连通的，还是独立的等特性。不同尺寸、不同特征的孔隙对材料性能的影响程度不同，例如封闭孔隙有利于提高材料的保温隔热性，在一定范围内对抗冻性也有利；而开放或连通的孔隙则降低材料的保温性和抗渗性。孔径较大的孔隙对材料的强度极为不利，但孔径在20nm以下的凝胶孔对强度几乎没有任何影响。所以，除孔隙率之外，孔径大小、孔隙特征对材料的性能也具有重要的影响作用。

按照孔径大小可将材料内部的孔隙分为气孔（或大孔）、毛细孔和凝胶孔三种。其中气孔的平均孔径范围为50～200μm，最大甚至达到1mm以上；毛细孔的孔径范围为2.0nm～50μm，对材料的吸水性、干缩性和抗冻性影响较大；凝胶孔极其微细，孔径在20nm以下。按照孔隙是否封闭特征，又分为连通孔隙（开口孔隙）和封闭孔隙（闭口孔隙），连通孔隙和封闭孔隙体积之和等于材料的总孔隙率。

3.填充率（D1）与空隙率（P1）

（1）填充率及空隙率适用于粒状材料。所谓填充率是指粒状材料在堆积体积中，被颗粒填充的程度，可以用颗粒的外观体积占堆积体积的百分率来表示，如式（2-7）所示：

如果采用相同含水状态下的表观密度和堆积密度，则填充率也可以表示为式（2-8）：

（2）所谓空隙率是指粒状材料在堆积体积中，颗粒之间空隙体积占堆积体积的百分率，可以用式（2-9）表示：

根据上述定义，可得出填充率和空隙率的关系：D1＋P1＝1。

空隙率反映粒状材料堆积体积内颗粒之间的相互填充状态，是衡量砂、石子等骨料材料颗粒级配比好坏，进行混凝土配比设计的重要原材料数据。在进行混凝土配比设计时，通常根据骨料的堆积密度、空隙率等指标计算水泥浆用量及砂率等。