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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 ——材料的密度，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 。
所谓绝对密实状态下的体积，是指不含有任何孔隙的体积。常用土木工程材料中，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，如砖、石材等块状材料。在测定这些有孔隙材料的密度时，应把材料磨成细粉，经干燥至恒重后，用李氏瓶测定其绝对密实体积，然后计算得到密度值。材料磨得越细，内部孔隙消除得越完全，测得的密实体积数值也就越精确，因此，一般要求细粉的粒径至少小于 0.20 mm。
表观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 0 ——材料的表观密度，kg／m 3 或g/cm 3 ；
m ——材料的质量，kg或g；
V 0 ——材料在自然状态下的体积（包括材料实体及其内部孔隙的体积），m 3 或cm 3 。
测定材料自然状态体积的方法较简单，对于规则形状材料的体积，可直接度量外形尺寸，按几何公式计算。对于不规则形状材料的体积，可用排液法求得，为了防止液体由孔隙渗入材料内部而影响测量值，应在材料表面封蜡。
此外，材料的表观密度与含水状况有关。材料含有水分时，它的质量和体积都会发生变化，因而表观密度亦不相同。故测定材料表观密度时，以干燥状态为准，而对含水状态下测定的表观密度，应注明含水情况，未特别标明者，常指气干状态下的表观密度。
堆积密度是指散粒材料或粉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 ρ 0 ′——堆积密度，kg/m 3 ；
m ——材料的质量，kg；
V 0 ′——材料的自然堆积体积，m 3 。
材料的自然堆积体积包括材料绝对体积、内部所有孔隙体积及颗粒间的空隙体积。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，常用其所填充满的容器的标定容积来表示。若散粒材料的堆积方式是松散的，即为自然堆积，由自然堆积测试得到的是自然堆积密度；若是捣实的，即为紧密堆积，由紧密堆积测试得到的是紧密堆积密度。
大多数土木工程材料的内部都含有孔隙，这些孔隙会对材料的性能产生不同程度的影响。通常认为，孔隙可从两个方面对材料产生影响：一是孔隙的多少；二是孔隙的特征。材料中含有孔隙的多少常用孔隙率来表征。孔隙率是指材料内部孔隙的体积（ V P ）占材料总体积（ V 0 ）的百分率。因为 V P ＝ V 0 - V （三者单位相同； V 为材料在绝对密实状态下的体积），所以孔隙率 P 的计算公式为：
式中 P ——材料孔隙率，％；
V 0 ——材料总体积（在自然状态下的体积，包括材料实体及其内部所含孔隙体积），cm 3 或m 3 ；
V ——材料在绝对密实状态下的体积，cm 3 或m 3 。
与材料孔隙率相对应的另一个概念，是材料的密实度。密实度是指材料内部固体物质的实体积占材料总体积的百分率，可用下式表示：
式中 D ——材料的密实度，％。
材料的孔隙特征（指材料孔隙的大小、形状、分布、连通与否等孔隙构造方面的特征）对材料的物理、力学性质均有显著影响。以下为经常涉及的 3 个特征：
①按孔隙尺寸大小，可把孔隙分为微孔、细孔和大孔 3 种。
②按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为互相隔开的孤立孔或互相贯通的连通孔。
③按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为与外界相连通的开口孔隙（简称开孔）或不相连通的封闭孔隙（简称闭孔）（见图1.1）。若把开孔的孔体积记为 V K ，闭孔的孔体积记为 V B ，则有 V P ＝ V K ＋ V B 。此外，若定义开孔孔隙率为 P K ＝ V K / V 0 ，闭孔孔隙率为 P B ＝ V B / V 0 ，则孔隙率：
P ＝ P K ＋ P B （1.6）
图1.1 材料内部孔隙示意图
散粒或粉状材料颗粒间的空隙多少常用空隙率来表示。空隙率定义为：散粒或粉状颗粒之间的空隙体积（ V S ）占堆积体积（ V 0 ′）的百分率，因为 V S ＝ V 0 ′- V 0 ，所以空隙率 P ′的计算公式为：
式中 P ′——材料空隙率，％。
空隙率表示的是材料颗料间的空隙，与它相对应的是填充率，即散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。按下式计算：
式中 D ′——材料的填充率，％。