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1.三种密度
（1）实际密度
实际密度（简称密度），是指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 ——实际密度（g/cm 3 ）；
m ——材料在干燥状态下的质量（g）；
V ——材料在绝对密实状态下的体积（cm 3 ）。
绝对密实状态下的体积，指不包括材料内部孔隙在内的固体物质的体积。测定材料密度时，可采取不同方法。对钢材、玻璃、铸铁等接近于绝对密实的材料，可用排水（液）法；而绝大多数材料内部都含有一定孔隙，测定其密度，应把材料磨成细粉（粒径小于0.2 mm）以排除其内部孔隙，然后用排水（液）法测定其实际体积，再计算其绝对密度；水泥、石膏粉等材料本身是粉末态，就可以直接采用排水（液）法测定。
在测量某些较致密的不规则的散粒材料（如卵石、砂等）的实际密度时，常直接用排水法测其绝对体积的近似值（因颗粒内部的封闭孔隙体积没有排除），这时所测得的实际密度为近似密度，即视密度（ ρ '）。
（2）体积密度
体积密度，指材料在自然状态下单位体积的质量，按下式计算：
式中： ρ 0 ——体积密度（g/cm 3 或kg/m 3 ）；
m ——材料的质量（g或kg）；
V 0 ——材料在自然状态下的体积，或称表观体积（cm 3 或m 3 ）。
自然状态下的体积即表观体积，包含材料内部孔隙（包含开口孔隙和封闭空隙）在内。对外形规则的材料，其几何体积即为表观体积；对外形不规则的材料，可用排水（液）法测定，但在测定前，待测材料表面应用薄蜡层密封，以免测液进入材料内部孔隙而影响测定值。
（3）堆积密度
堆积密度，指散粒（粉状、粒状或纤维状）材料在自然堆积状态下单位体积的质量，按下式计算：
式中：
——堆积密度（kg/m
3
）；
m ——材料的质量（kg）；
——材料的堆积体积（m
3
）。
自然堆积状态下的体积即堆积体积，包含颗粒内部的孔隙及颗粒之间的空隙，如图2-1所示。测定散粒状材料的堆积密度时，材料的质量是指填充在一定容积的容器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器的容积。
1—闭口孔隙 2—固体物质 3—开口孔隙 4—颗粒间隙
图2 -1 材料孔（空）隙及体积示意图
在建筑工程中，计算材料用量、构件自重、配料计算，以及确定堆放空间时，经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等参数。常用建筑材料的有关参数见表2-1。
表2 -1 常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率
续表
2.材料的密实度与孔隙率
（1）密实度
密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例。密实度反映了材料的致密程度，以 D 表示：
含有孔隙的固体材料的密实度均小于1。材料的很多性能如强度、吸水性、耐久性、导热性等均与其密实度有关。
（2）孔隙率
孔隙率是指材料体积内，孔隙总体积（ V P ）占材料总体积（ V 0 ）的百分率。因 V P = V 0 V ,则 P 值可用下式计算：
孔隙率与密实度的关系为：
上式表明，材料的总体积是由该材料的固体物质与其所包含的孔隙所组成。
（3）材料的孔隙
材料内部孔隙一般由自然形成或在生产、制造过程中产生，主要形成原因包括：材料内部混入水（如混凝土、砂浆、石膏制品），自然冷却作用（如浮石、火山渣），外加剂作用（如加气混凝土、泡沫塑料），焙烧作用（如膨胀珍珠岩颗粒、烧结砖）等。
材料的孔隙构造特征对建筑材料的各种基本性质具有重要的影响，一般可由孔隙率、孔隙连通性和孔隙直径三个指标来描述。孔隙率的大小及孔隙本身的特征与材料的许多重要性质，如强度、吸水性、抗渗性、抗冻性和导热性等都有密切关系。一般而言，孔隙率较小，且连通孔较少的材料，其吸水性较小、强度较高、抗渗性和抗冻性较好、绝热效果好。孔隙率是指孔隙在材料体积中所占的比例。孔隙按其连通性可分为连通孔和封闭孔。连通孔是指孔隙之间、孔隙和外界之间都连通的孔隙（如木材、矿渣），封闭孔是指孔隙之间、孔隙和外界之间都不连通的孔隙（如发泡聚苯乙烯、陶粒），介于两者之间的称为半连通孔或半封闭孔。一般情况下，连通孔对材料的吸水性、吸声性影响较大，而封闭孔对材料的保温隔热性能影响较大。孔隙按其直径的大小可分为粗大孔、毛细孔、微孔三类。粗大孔指直径大于毫米级的孔隙，这类孔隙对材料的密度、强度等性能影响较大，如矿渣。毛细孔指直径在微米至毫米级的孔隙，对水具有强烈的毛细作用，主要影响材料的吸水性、抗冻性等性能。这类孔在多数材料内都存在，如混凝土、石膏等。微孔的直径在微米级以下，其直径微小，对材料的性能反而影响不大，如瓷质及炻质陶瓷。几种常用建筑材料的孔隙率见表2-1。
3.材料的填充率与空隙率
（1）填充率
填充率是指散粒材料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度，以 D '表示，可用下式计算：
（2）空隙率
空隙率是指散粒材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积（ V a ）占堆积体积的百分率，以 P '表示，因 V a = V 0 '- V 0 ,则 P '值可用下式计算：
即
空隙率反映了散粒材料的颗粒之间的相互填充的致密程度，对于混凝土的粗、细骨料，空隙率越小，说明其颗粒大小搭配的越合理，用其配制的混凝土越密实，水泥也越节约。配制混凝土时，砂、石空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。
1.亲水性与憎水性
材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，可将材料分为亲水性和憎水性（或称疏水性）两大类。
材料在空气中与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性。具有这种性质的材料称为亲水性材料，如砖、混凝土、木材等。
材料在空气中与水接触时不能被水润湿的性质，称为憎水性（也称疏水性）。具有这种性质的材料称为疏水性材料，如沥青、石蜡等。
在材料、水和空气三相交点处，沿水的表面且限于材料和水接触面所形成的夹角 θ 称为“润湿角”。当 θ ≤90°时材料分子与水分子之间互相的吸引力大于水分子之间的内聚力，称为亲水性材料。当 θ >90°，材料与水分子之间互相的吸引力小于水分子之间的内聚力，称为憎水性材料。如图2-2所示。
图2 -2 材料的润湿示意图
大多数建筑材料，如石料、砖及砌块、混凝土、木材等都属于亲水性材料，表面均能被水润湿，且能通过毛细管作用将水吸入材料的毛细管内部。沥青、石蜡等属于憎水性材料，表面不能被水润湿。该类材料一般能阻止水分渗入毛细管中，因而能降低材料的吸水性。憎水性材料不仅可用做防水材料，而且还可用于亲水性材料的表面处理，以降低其吸水性。
2.吸水性
材料在浸水状态下吸入水分的能力为吸水性。吸水性的大小，以吸水率表示。吸水率有质量吸水率和体积吸水率之分。
质量吸水率为材料吸水饱和时，其所吸收水分的质量占材料干燥时质量的百分率，可按下式计算：
式中: W 质 ——材料的质量吸水率（%）；
m 湿 ——材料吸水饱和后的质量（g）；
m 干 ——材料烘干到恒重的质量（g）。
体积吸水率是指材料体积内被水充实的程度，即材料吸水饱和时，所吸收水分的体积占干燥材料自然体积的百分率，可按下式计算：
式中: W 体 ——材料的体积吸水率（%）；
V 水 ——材料在吸水饱和时，水的体积（cm 3 ）；
V 0 ——干燥材料在自然状态下的体积（cm 3 ）；
ρ H2O——水的密度（g/cm 3 ），常温下 ρ H 2 O =1 g/cm 3 。
质量吸水率与体积吸水率存在如下关系：
式中： ρ 0 ——材料干燥状态的表观密度。
材料吸水性，不仅取决于材料本身是亲水的还是憎水的，也与其孔隙率的大小及孔隙特征有关。封闭的孔隙实际上是不吸水的，只有那些开口而尤以毛细管连通的孔才是吸水最强的。粗大开口的孔隙，水分又不易存留，难以吸足水分，故材料的体积吸水率，常小于孔隙率。这类材料常用质量吸水率表示它的吸水性。而对于某些轻质材料，如加气混凝土、软木等，由于具有很多开口而微小的孔隙，所以它的质量吸水率往往超过100%，即湿质量为干质量的几倍，在这种情况下，最好用体积吸水率表示其吸水性。
材料在吸水后，原有的许多性能会发生改变，如强度降低、表观密度加大、保湿性变差，甚至有的材料会因吸水发生化学反应而变质。因此，吸水率大对材料性能是不利的。
3.吸湿性
材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质，称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示。
材料所含水的质量占材料干燥质量的百分数，称为材料的含水率，可按下式计算：
式中: W 含 ——材料的含水率（%）；
m 含 ——材料含水时的质量（g）；
m 干 ——材料干燥至恒重时的质量（g）。
材料的含水率大小，除与材料本身的特性有关外，还与周围环境的温度、湿度有关。气温越低、相对湿度越大，材料的含水率也就越大。
4.耐水性
材料长期在饱和水作用下而不破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示，可按下式计算：
式中: K 软 ——材料的软化系数；
f 饱 ——材料在水饱和状态下的抗压强度（MPa）；
f 干 ——材料在绝对干燥状态下的抗压强度（MPa）。
材料的软化系数，反映材料吸水后强度降低的程度，其值在0～1之间。 K 软 愈小，耐水性愈差。故 K 软 值可作为处于严重受水侵蚀或潮湿环境下的重要结构物选择材料时的主要依据。处于水中的重要结构物，其材料的 K 软 值应不小于0.85～0.90;次要的或受潮较轻的结构物，其 K 软 值应不小于0.75～0.85;对于经常处于干燥环境的结构物，可不必考虑 K 软 。通常认为 K 软 大于0.85的材料，可认为是耐水材料。
5.抗渗性
材料抵抗压力水渗透的性质，称为抗渗性（或不透水性），可用渗透系数 K 表示。
达西定律表明，在一定时间内，透过材料试件的水量与试件的断面积及水头差（液压）成正比，与试件的厚度成反比，即：
式中: K ——渗透系数（cm/h）；
W ——透过材料试件的水量（cm 3 ）；
t ——透水时间（h）；
A ——透水面积（cm 2 ）；
h ——静水压力水头（cm）；
d ——试件厚度（cm）。
渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的性质；渗透系数越大，材料的抗渗性越差。
建筑中大量使用的砂浆、混凝土等材料，其抗渗性用抗渗等级表示。抗渗等级用材料抵抗的最大水压力来表示。如P6、P8、P10、P12 等，分别表示材料可抵抗0.6、0.8、1.0、1.2 MPa的水压力而不渗水。抗渗等级愈大，材料的抗渗性愈好。
材料抗渗性的好坏，与材料的孔隙率和孔隙特征有密切关系。孔隙率很小而且是封闭孔隙的材料具有较高的抗渗性。对于地下建筑及水工构筑物，因常受到压力水的作用，故要求材料具有一定的抗渗性；对于防水材料，则要求具有更高的抗渗性。材料抵抗其他液体渗透的性质，也属于抗渗性。
6.抗冻性
材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏，同时也不严重降低强度，质量也不显著减少的性质，称为抗冻性。一般建筑材料抗冻性，如混凝土常用抗冻等级F表示。抗冻等级是以规定的试件、在规定试验条件下，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数来确定，用符号“F”加数字表示，其中数字为最小冻融循环次数。例如，抗冻等级F10表示在标准试验条件下，材料强度下降不大于25%，质量损失不大于5%，所能经受的冻融循环的次数最少为10次。
材料经多次冻融循环后，表面将出现裂纹、剥落等现象，造成质量损失、强度降低。这是由于材料内部孔隙中的水分结冰时体积增大，对孔壁产生很大压力，冰融化时压力又骤然消失所致。无论是冻结还是融化过程都会使材料冻融交界层间产生明显的压力差，并作用于孔壁使之遭损。对于冬季室外计算温度低于-10℃的地区，工程中使用的材料必须进行抗冻试验。
材料抗冻等级的选择，是根据建筑物的种类、材料的使用条件和部位、当地的气候条件等因素决定的。冰冻对材料的破坏作用，是由于材料孔隙内的水结冰时体积膨胀（约增大9%）而引起孔壁受力破裂所致。所以，材料抗冻性的高低，决定于材料的吸水饱和程度和材料对结冰时体积膨胀所产生的压力的抵抗能力。
抗冻性良好的材料，对于抵抗温度变化、干湿交替等破坏作用的性能也较强。所以，抗冻性常作为考查材料耐久性的一个指标。处于温暖地区的建筑物，虽无冰冻作用，但为抵抗大气的作用，确保建筑物的耐久性，有时对材料也提出一定的抗冻性要求。
在建筑中，建筑材料除了须满足必要的强度及其他性能的要求外，为了减少建筑物的使用能耗，以及为生产和生活创造适宜的条件，常要求材料具有一定的热工性能，以维持室内温度。常考虑的热性质有材料的导热性、热容量和热变形性等。
1.导热性
材料传导热量的能力，称为导热性。材料导热能力的大小可用导热系数（ λ ）表示。导热系数在数值上等于厚度为单位厚度（1 m）的材料，当其相对两侧表面的温度差为单位温差（1 K）时，经单位面积（1 m 2 ）、单位时间（1 s）所通过的热量，可用下式表示：
式中： λ ——导热系数[W/（m·K）]；
Q ——传导的热量（J）；
A ——热传导面积（m 2 ）；
δ ——材料厚度（m）；
t ——热传导时间（s）；
T 2 - T 1 ——材料两侧温差（K）。
材料的导热系数越小，绝热性能越好。各种建筑材料的导热系数差别很大，大致在0.035～3.5 W/（m·K）之间。典型材料导热系数见表2-2。材料的导热系数与其内部孔隙构造有密切关系。由于密闭空气的导热系数很小，仅0.023 W/（m·K），所以，材料的孔隙率较大者其导热系数较小，但如孔隙粗大而贯通，由于对流作用的影响，材料的导热系数反而增高。材料受潮或受冻后，其导热系数会大大提高。这是由于水和冰的导热系数比空气的导热系数高很多，分别为0.58和2.20 W/（m·K）。因此，绝热材料应经常处于干燥状态，以利于发挥材料的绝热效能。
2.热容量
材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，称为热容量。热容量大小用比热容（也称热容量系数，简称比热）表示。比热容表示1 g材料，温度升高1 K时所吸收的热量，或降低1 K时放出的热量。材料吸收或放出的热量和比热可由下式计算：
式中: Q ——材料吸收或放出的热量（J）；
c ——材料的比热[J/（g·K）]；
m ——材料的质量（g）；
T 2 - T 1 ——材料受热或冷却前后的温差（K）。
比热是反映材料的吸热或放热能力大小的物理量。不同材料的比热不同，即使是同一种材料，由于所处物态不同，比热也不同。例如，水的比热为4.186 J/（g·K），而结冰后比热则是2.093 J/（g·K）。 c 与 m 的乘积（即 c · m ）为材料的热容量值。采用热容量大的材料，对于保持室内温度具有很大意义。如果采用热容量大的材料做维护结构材料，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时，减轻室内的温度波动，不会使人有忽冷忽热的感觉。常用建筑材料的比热见表2-2。
表2 -2 几种典型材料及物质的热工性质
3.材料的保温隔热性能
在建筑工程中常把1/ λ 称为材料的热阻，用 R 表示，单位为（m·K）/W。导热系数 λ 和热阻 R 都是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标。人们常习惯把防止室内热量的散失称为保温，把防止外部热量的进入称为隔热，将保温隔热统称为绝热。
材料的导热系数越小，其热阻值越大，则材料的导热性能越差，其保温隔热性能越好，所以常将 λ ≤0.175 W/（m·K）的材料称为绝热材料。
4.热变形性
材料的热变形性，是指材料在温度变化时其尺寸的变化。一般材料均具有热胀冷缩这一自然属性。材料的热变形性，常用长度方向变化的线膨胀系数表示。土木工程总体上要求材料的热变形不要太大，对于像金属、塑料等热膨胀系数大的材料，因温度和日照都易引起伸缩，成为构件产生位移的原因，在构件接合和组合时都必须予以注意。在有隔热保温要求的工程设计中，应尽量选用热容量（或比热）大、导热系数小的材料。