【要求】 掌握材料的实际密度、体积密度、表观密度、堆积密度的测定原理和方法，并根据所测定的数据计算材料的孔隙率和骨料的空隙率；掌握材料的吸水率的测定方法。
一、实际密度实验
（一）实验目的
材料的实际密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。主要用来计算材料的孔隙率和密实度。而材料的吸水率、强度、抗冻性及耐蚀性都与孔隙的大小及孔隙特征有关。如砖、石材、水泥等材料，其密度都是一项重要指标。
（二）主要仪器设备
密度瓶（又名李氏瓶，如图2-4 所示）、筛子（孔径0.2 mm 或900 孔/cm2）、恒温水槽、量筒、烘箱、干燥器、天平（称量1 kg；感量0.01g）、无水煤油、温度计、玻璃漏斗、滴管和小勺等。
（三）试样准备
将试样研磨后，称取试样约400 g，用筛子筛分，除去筛余物，放在110±5℃的烘箱中，烘至恒重，再放人干燥器中冷却至室温备用。
（四）实验方法与步骤
①在密度瓶中注入与试样不起反应的液体（如无水煤油）至突颈下部刻度线零处，记下第一次液面刻度数V1（精确至0.05 cm3），将李氏瓶放在恒温水槽中30 min，在实验过程中保持水温为20℃。
图2-4 密度瓶
（单位：mm）
②用天平称取60～90 g 试样m1（精确至0.01 g），将试样用小勺和玻璃漏斗小心地将试样徐徐送入密度瓶中，不准有试样黏附在瓶颈内部，且要防止在密度瓶喉部发生堵塞，直到液面上升到20 mL 刻度左右为止，再称剩余的试样质量m2（精确至0.01 g）。
③用瓶内的液体将黏附在瓶颈和瓶壁上的试样洗人瓶内液体中，反复摇动密度瓶使液体中的气泡排出，记下第二次液面刻度V2（精确至0.05 cm3），根据前后两次液面读数，算出瓶内试样所占的绝对体积V=V2-V1。
（五）结果计算与数据处理
①按下式算出密度ρ（计算至小数点后第二位）。
式中 m1——备用试样的质量，g。
m2——剩余试样的质量，g。
m——装入瓶中试样的质量，g。
V1——第一次液面刻度数，cm3。
V2——第二次液面刻度数，cm3。
V——装入瓶中试样的绝对体积，cm3。
②材料的实际密度测试应用两个试样平行进行，以其结果的算术平均值作为最后结果，但两个结果之差不应超过0.02g/cm3，否则应重新测试。将所测得的数据、试样实际密度的计算结果填入实验报告册表的相应栏目中。
二、体积密度实验
（一）实验目的
体积密度是计算材料孔隙率，确定材料体积及结构自重的必要数据。通过测得的体积密度，可估计材料的某些性质，如导热系数、抗冻性、强度等。
（二）仪器设备
游标卡尺（精度0.1 mm）、天平（称量1 000 g，感量0.1 g）、台秤（称量10 kg，感量10 g）、烘箱、干燥器、300 mm 钢直尺、石蜡等。
（三）试样准备
①几何形状规则材料的试样若干件（如经过切割成型的石材、黏土砖或混凝土试块）。将清洗除去表面泥土杂余物的试样，放在105 ～110℃的烘箱中，烘干至恒重，再放入干燥器中冷却至室温待用。
②几何形状不规则材料的试样（如卵石、碎石等）。对于形状不规则的试样，须用排液置换法才能求其体积。如被测试样溶于水或其吸水率大于0.5%，则试样须进行蜡封处理（蜡封法）。将试样（建议用石灰石破碎成边长约3 ～5 cm 的碎块3 ～5 个，或粒径小于37.5 mm的卵石3～5 个）用毛刷刷去表面石粉，然后置于（105±5）℃的烘箱内烘干至恒重，并在干燥器内冷却至室温待用。
（四）实验方法与步骤
①规则几何形状的材料
a.用天平或台秤分别称量出两试样的质量m（精确至1 g），以下同。
b.用钢直尺或游标卡尺分别量出两试样尺寸（试样为正方体或平行六面体时以每边测量上、中、下三个位置分别测量，以三次所测值的算术平均值为准；试样为圆柱体时，按两个垂直方向测量其直径，各方向上、中、下各测量三次，每件以6 次数据的平均值为准确定直径，再在相互垂直的两直径与圆周交界的四点测量其高度，取4 次测量的平均值为准确定高度，并计算出其体积V0。
c.将测得的数据（计算出的平均值）记录在实验报告册表的相应栏目中。
②不规则几何形状的材料
a.用天平或台秤称出试样在空气中的质量m（精确至1 g）。
b.将试样置于熔融石蜡中，1 ～2 s 后取出，使试样表面沾上一层蜡膜（膜厚不超过1mm）。如蜡膜上有气泡，用烧红的细针将其刺破，然后再用热针蘸蜡封住气泡口，以防水分渗入试样。
c.称出蜡封试样在空气中的质量m1（精确至1 g）。
d.用提篮将试样置于盛有水的容器中（须淹没在液体中且不能沉底）称出蜡封试样在水中的质量m2（精确至1 g）。
e.测定石蜡的密度（一般为0.93 g/cm3）。
f.将测得的数据（计算出的平均值）记录在实验报告册的相应栏目中。
（五）结果计算与数据处理
①规则几何形状的材料
对规则几何形状的材料按下式计算其体积密度，以两次结果的算术平均值作为测定值。
式中 ρ0——体积密度，g/cm3。
m——试样的质量，g。
V0——试样的体积，cm3。
②不规则几何形状的材料
对不规则几何形状的材料按下式计算材料的体积密度。（精确至0.01 g/cm3）
式中 ρ0——体积密度，g/cm3。
m——试样在空气中的质量，g。
m1——蜡封试样在空气中的质量，g。
m2——蜡封试样在水中的质量，g。
ρW——水的密度，g/cm3。
ρ蜡——石蜡的密度，g/cm3。
试样的结构均匀时，以3 个试样测定值的算术平均值作为实验结果，各个测定值的差不得大于0.02 g/cm3；如试样结构不均匀时，应以5 个试样测定值的算术平均值作为实验结果，并在实验报告表中注明最大、最小值，将计算结果填入实验报告册相应栏目中。
三、表观密度实验
（一）实验目的
表观密度是指材料在自然状态下，单位表观体积（包括材料的固体物质体积与内部封闭孔隙体积）的质量。测定表观密度可为近似绝对密实的散粒材料计算空隙率提供依据。
常用的实验方法有容量瓶法和广口瓶法，容量瓶法常用来测定砂的表观密度，广口瓶法常用来测定石子的表观密度。下面以砂和石子为例分别介绍两种实验方法。
（二）主要仪器设备
容量瓶（500 mL）、广口瓶、天平（感量0.1 g）、台秤（称量10 kg，感量10 g）、干燥器、带盖容器、浅盘、铝制料勺、温度计、烘箱、烧杯、毛巾、刷子、玻璃片、滴管等。
（三）试样准备(www.xing528.com)
①将砂子试样用实验三的取样方法缩分成2.6 kg，筛去4.75 mm 以上的颗粒，在温度为（105±5）℃的烘箱中烘干至恒重，并在干燥器内冷却至室温备用。
②将石子试样用实验三中的取样方法缩分至表2-7 规定的数量，筛去直径为4.75 mm以下的颗粒，洗刷干净后，在温度为（105±5）℃的烘箱中烘干至恒重，并在干燥器内冷却至室温，分成大致相等的两份备用。
表2-7 表观密度实验所需试样数量
（四）实验方法与步骤
①砂的表观密度实验（容量瓶法）
a.称取烘干的砂试样300 g（m0），精确至1 g，将约200 mL 冷开水先注入容量瓶，再将砂试样装入容量瓶，注入冷开水至接近500 mL 的刻度处，摇转容量瓶，使试样在水中充分搅动，排除气泡，塞紧瓶塞，静置30 min（标准为24 h）。
b.静置后用滴管添水，使水面与瓶颈500 mL 刻度线平齐，再塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称取其质量m1，精确至1 g。
c.倒出瓶中的水和试样，将瓶的内外表面洗净。再向瓶内注入与前面水温相差不超过2℃，并在15～25 ℃范围内的冷开水至瓶颈500 mL 刻度线，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称取其质量m2，精确至1 g。
②石子表观密度实验（广口瓶法）
a.将试样浸水饱和后，装入广口瓶中，装试样时广口瓶应倾斜放置，然后注满饮用水，用玻璃片覆盖瓶口，以上下左右摇晃的方法排除气泡。
b.气泡排尽后，向瓶内添加饮用水，直至水面凸出到瓶口边缘，然后用玻璃片沿瓶口迅速滑行，使其紧贴瓶口水面。擦干瓶外水分后，称取试样、水、瓶和玻璃片的质量m1，精确至1 g。
c.将瓶中的试样倒入浅盘中，置于（105±5）℃的烘箱中干至恒重，取出放在带盖的容器中冷却至室温后称出试样的质量m0，精确至1 g。
d.将瓶洗净，重新注入饮用水，用玻璃片紧贴瓶口水面，擦干瓶外水分后称出质量m2，精确至1 g。
③结果计算与数据处理
四、堆积密度实验
（一）实验目的
堆积密度是指散粒材料（如水泥、砂、卵石、碎石等）在堆积状态下（包含颗粒内部的孔隙及颗粒之间的空隙）单位体积的质量。它可以用来估算散粒材料的堆积体积及质量，考虑运输工具、估计材料级配情况等。
（二）主要仪器设备
天平（称量10 kg，感量1 g）、4.75 mm 方孔筛、搪瓷浅盘、烘箱、干燥器、容积筒（容积为1L）、标准漏斗（见图2-5）、钢尺、小铲、10 mm 垫棒等。
图2-5 标准漏斗与容积筒（单位：mm）
1—漏斗；2—筛子；3—导管；4—活动门；5—容积筒
（三）试样准备
同实验一，将约5 kg 试样（砂子）放入在搪瓷浅盘中，再放入105～110 ℃的烘箱中，烘至恒量，再放入干燥器中冷却至室温，筛除直径大于4.75mm 的颗粒，分为大致相等的两份备用。
（四）实验方法与步骤
①松散堆积密度的测定
称量容积筒的质量m1，（精确至1 g），取试样一份置于标准漏斗中，将漏斗下口置于容量筒中心上方50 mm 处（如图2-5），让试样自由落下徐徐装入容量筒，当容量筒装满上部试样呈堆体，且容量筒四周溢满时，即停止加料。然后用直尺沿筒口中心线向两边刮平（实验过程应防止触动容量筒），称出试样和容量筒的总质量m2，精确至1 g。按实验方法，将测实数据填入实验报告册表中。
②紧密堆积密度
称量容积筒的质量m1（精确至1 g）取另一份试样，用小铲将试样分两层装入容积筒内。第一层约装1/2 后，在容积筒底垫放10 mm 垫棒一根，在垫有橡胶板的台面上左右交替颠击各25 下，再装第二层，把垫着的钢筋旋转90°，用同种方法颠击。加料至试样超出瓶口，用钢尺沿瓶口中心线向两个相反方向刮平，称其总质量m2（精确至1 g）。按实验方法、将测实数据填入实验报告册。
③称量仪器质量
称量玻璃板与容器的总质量m1，以20±2℃的饮用水装容积筒，用玻璃板沿瓶口滑移，使其紧贴筒口。擦干容器外壁上的水分，称其质量m2。单位以g 计。
式中 V′0——容积筒的容积，L。
m′1——容积筒与玻璃板的质量，kg。
m′2——容积筒与玻璃板及水的总质量，kg。
ρw——水的密度，kg/L。
④结果计算与数据处理
堆积密度ρ′0 按下式计算：
式中 ρ′0——试样的堆积密度，kg/m3。
m1——容积筒的质量，kg。
m2——容积筒的和试样总质量，kg。
V′0——容积筒的容积，m3。
分别以两次实验结果的算术平均值作为堆积密度，测定的结果填入实验报告册表相应栏目中（精确至10 kg/m3）。
五、吸水率实验
（一）实验目的
材料吸水饱和时的吸水量与材料干燥时的质量或体积之比，叫做吸水率。
材料的吸水率通常小于孔隙率，因为水不能进入封闭的孔隙中。材料吸水率的大小对其堆积密度、强度、抗冻性的影响很大。
（二）主要仪器设备
天平、台秤（称量10 kg，感量10 g）、游标卡尺、水槽、烘箱等。
（三）试样准备
将试样（可采用黏土砖）通过切割修整，放在105 ～110℃的烘箱中，烘至恒量，再放入干燥器中冷却至室温备用。
（四）实验方法与步骤
①称取试样质量m（g）。
②将试样放入水槽中，试样之间应留1～2 cm 的间隔，试样底部应用玻璃棒垫起，避免与槽底直接接触。
③将水注入水槽中，使水面至试样高度的1/3 处，24 h 后加水至试样高度的2/3 处，再隔24 h 加入水至高出试样l～2 cm，再经24 h 后取出试样，这样逐次加水能使试样孔隙中的空气逐渐排出。
④取出试样后，用拧干的湿毛巾轻轻抹去试样表面的水分（不得来回擦拭），称其质量，称量后仍放回槽中浸水。
以后每隔1 昼夜用同样方法称取试样质量，直至试样浸水至恒定质量为止（1 d 质量相差不超过0.05 g 时），此时称得的试样质量为m1。
（五）结果计算与数据处理
a.按下式计算质量吸水率W质及体积吸水率W体：
式中 V1——材料吸水饱和时水的体积，cm3。
V0——干燥材料自然状态时的体积，cm3。
ρ0——材料的表观密度，g/cm3。
ρH2O——水的密度，常温时ρH2O=1 g/cm3。
b.吸水性测定用三个试样平行进行，最后取三个试样吸水率的计算平均值作为最后测定结果。
将实验方法、检测数据及实验计算结果填入实验报告册的相应栏目中。
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