防汛材料（碎石）容重與密度的關(guān)系

劉小偉

（廣州市水務(wù)科學(xué)研究所，廣東 廣州 510220）

1 問題的提出

受某河管理處委托，現(xiàn)場抽檢防汛材料,20-40mm碎石，委托方指定使用SL297-2004《防汛儲備物資驗收標(biāo)準(zhǔn)》，SL297-2004標(biāo)準(zhǔn)第3.6款規(guī)定，防汛石料（單體15kg以上的）3.7款、防汛卵礫石（5mm-100mm之間的巖石顆粒，在防汛搶險中與砂料配合做防滲和壓浸材料）抽檢樣為碎石20-40mm（單粒級配），SL297-2004標(biāo)準(zhǔn)對防汛材料的質(zhì)量評定要求是：防汛礫石的容重應(yīng)不小于1700kg/m3，含泥不大于5%，10mm-40mm粒徑所占比例不小于80%，抽樣檢測容重，含泥，粒徑比，檢測方法采用JGJ53-92已經(jīng)被JGJ52-2006取代。由此確定該碎石（20-40mm）試驗參數(shù)為：容重、含泥、粒徑比，其檢驗方法為JGJ52-2006。技術(shù)爭議點是：對容重概念的理解直接影響檢測結(jié)果的判定，SL297-2004標(biāo)準(zhǔn)把容重作為質(zhì)量控制的參數(shù)，而檢驗方法JGJ52-2006中沒有容重這個參數(shù)，只有密度，密度由：表觀密度、堆積密度。介于這種情況，經(jīng)過查閱資料，分析試驗方法，本次試驗所用材料用途用途，從水利防汛材料實際出發(fā)進(jìn)行認(rèn)真研究，需從如下幾個方面分析：

2 從概念上分析理解容重、密度（表觀密度、堆積密度）的關(guān)系

2.1 容重的概念是：單位體積內(nèi)的物質(zhì)的質(zhì)量稱為容重。其單位g/L表示。容重一般是工程上用的一立方的重量，即單位容積內(nèi)物體的重量。而密度應(yīng)用范圍很廣，即“單位體積物質(zhì)的質(zhì)量”，液體、固體、氣體都可以用。

2.2 密度的概念是：物質(zhì)單位體積的質(zhì)量。但是物質(zhì)在單位體積內(nèi)分布必須是均勻的，物質(zhì)的體積為V，質(zhì)量為m，則密度d＝m/V。在國際單位制中密度以千克/米3為單位，工程上常用噸/米3為密度單位。例如一杯水和一缸水的密度是一樣的。

2.3 堆積密度：堆積密度是指單位體積（含物質(zhì)顆粒固體及其閉口、開口孔隙體積及顆粒間空隙體積）物質(zhì)顆粒的質(zhì)量，有干堆積密度及濕堆積密度之分。

2.4 體積密度：指包括材料體積內(nèi)所有孔在內(nèi)的表觀密度。

2.5 表觀密度指表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，材料在自然狀態(tài)下的體積是指材料的實體積與材料內(nèi)所含全部孔隙體積之和。根據(jù)共其開口孔分為體積密度和視密度。

表觀密度：規(guī)定條件下，烘干礦質(zhì)單位表觀體積（包括材料實體、閉口孔隙，但不包括開口孔隙）的質(zhì)量，也稱視密度。

2.6 “容重”與“密度”的概念在理論上是一樣的，只是應(yīng)用的環(huán)境有所不同：

石料容重的概念：石料在干燥狀態(tài)包括開口及閉口孔隙在內(nèi)單位體積的質(zhì)量。容重一般是工程上用的一立方的重量，即單位容積內(nèi)物體的重量。而密度應(yīng)用范圍很廣，即“單位體積物質(zhì)的質(zhì)量”，液體、固體、氣體都可以用。

3 從“容重”“密度”（表觀密度、堆積密度）的試驗方法上分析

3.1 密度

式中 ρ-材料的密度，g/cm3；

m-材料的質(zhì)量（干燥至恒重），g；

V-材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，cm3。

除了鋼材，玻璃等少數(shù)材料外，絕大多數(shù)材料內(nèi)部都有一些孔隙。在測定有孔隙材料（如磚、石等）的密度時，應(yīng)把材料磨成細(xì)粉，干燥后，用李氏瓶測定其絕對密實體積。材料磨得越細(xì)，測得的密實體積數(shù)值就越精確。

另外，工程上還經(jīng)常用到比重的概念，比重又稱相對密度，是用材料的質(zhì)量與同體積水（4℃）的質(zhì)量的比值表示，無單位，其值與材料密度相同（g/cm3）。

3.2 表觀密度

表觀密度是指單位體積（含材料實體及閉口孔隙體積）物質(zhì)顆粒的干質(zhì)量，也稱視密度。按下式計算

式中 ρ′-材料的表觀密度，kg/m3或 g/m3；

m-材料的質(zhì)量，kg或g；

V′-材料在包含閉口孔隙條件下的體積（即只含內(nèi)部閉口孔，不含開口孔），見圖1－2，m3或cm3。

通常，材料在包含閉口孔隙條件下的體積式采用排液置換法或水中稱重法測量。

3.3 體積密度

體積密度是指材料在自然狀態(tài)下單位體積（包括材料實體及其開口孔隙、閉口孔隙）的質(zhì)量，俗稱容重。體積密度可按下式計算

式中ρ0-材料的體積密度，kg/m3或g/cm3；

m-材料的質(zhì)量，kg或g；

V0-材料在自然狀態(tài)下的體積，包括材料實體及其開口孔隙、閉口孔隙，見圖1－1，m3或cm3。

對于規(guī)則形狀材料的體積，可用量具測得。如加氣混凝土砌塊的體積是逐塊量取長、寬、高三個方向的軸線尺寸，計算其體積。對于不規(guī)則形狀材料的體積，可用排液法或封蠟排液法測得。

毛體積密度是指單位體積（含材料的實體礦物成分及其閉口孔隙、開口孔隙等顆粒表面輪廓線所包圍的毛體積）物質(zhì)顆粒的干質(zhì)量。因其質(zhì)量是指試件烘干后的質(zhì)量，故也稱干體積密度。

3.4 堆積密度（JGJ52-2006）

堆積密度是指自然狀態(tài)下單位體積（含物質(zhì)顆粒固體及其閉口、開口孔隙體積及顆粒間空隙體積）的質(zhì)量，有干堆積密度及濕堆積密度之分。堆積密度可按下式計算：

式中 ρ'0-堆積密度，kg/m3；

m-材料的質(zhì)量，kg；

V'0-材料的堆積體積，m3。

材料的堆積體積包括材料絕對體積、內(nèi)部所有孔體積和顆粒間的空隙體積。材料的堆積密度反映散粒構(gòu)造材料堆積的緊密程度及材料可能的堆放空間。其測定方法詳細(xì)見JGJ52-2006。

4 從水利防汛材料（碎石20-40mm）用途及委托方指定標(biāo)準(zhǔn)分析

4.1 SL297-2004防汛儲備物資驗收標(biāo)準(zhǔn)，第3.7款規(guī)定：防汛卵礫石（5mm-100mm之間的巖石顆粒，在防汛搶險中與砂料配合做防滲和壓浸材料）抽檢樣為碎石20-40，防汛礫石的容重應(yīng)不小于1700kg/m3，含泥不大于5%，10mm-40mm粒徑所占比例不小于80%，抽樣檢測容重，含泥，粒徑比，并作為評定防汛材料（碎石20-40mm）合格標(biāo)準(zhǔn)，這就給我們提出一個難題，那就是：容重是采用表觀密度的試驗結(jié)果還是采用堆積密度試驗結(jié)果。

結(jié)論

5.1 經(jīng)過以上論證說明，本次試驗結(jié)果容重應(yīng)采用堆積密度試驗結(jié)果（數(shù)據(jù)）

5.2 從試驗結(jié)果分析，本次實驗所測得的表觀密度2630kg/m3；遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SL297-2004所規(guī)定的容重應(yīng)不小于1700kg/m3，因為任何一個表觀密度的值都會大于1700kg/m3，作為防汛物資就失去了控制的意義。作為防汛物資的碎石，應(yīng)該是抗洪搶險物資，所用材料（碎石）應(yīng)是與砂料配合作為防滲和壓浸材料，其容重應(yīng)理解為堆積密度：自然狀態(tài)下單位體積材料的質(zhì)量，所以本次實驗的容重數(shù)據(jù)推薦使用堆積密度。

6 建議

作為防汛搶險物資碎石（20-40mm）不妥，因為碎石（20-40mm）是單粒級配，其堆積密度是不滿足防汛物資容重不小于1700kg/m3要求，作為抗洪搶險材料（用于配合砂料作為防滲和壓浸材料）選用卵礫石效果更好。

[1]SL297-2004防汛儲備物資驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]JGJ52-2006普通混凝土用砂石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn).[S].