防汛材料(碎石)容重与密度的关系

摘要：作为防汛材料的碎石，其验收标准规定：容重、含泥、粒径比作为防汛材料合格的评定标准，而检验方法《JGJ52-2006》中没有容重的概念，只有密度的概念及检验方法，而密度又是由表观密度、堆积密度组成，那么防汛材料（碎石）的容重应采用哪种密度的试验数据来作为评定数据呢，笔者从概念、试验方法、防汛物资性质及验收标准等方面阐述这个问题。

关键词：防汛材料、碎石、容重、密度、表观密度、堆积密度

中图分类号：TF114.17文献标识码：A

1、问题的提出

受某河管理处委托，现场抽检防汛材料,20-40mm碎石，委托方指定使用SL297-2004《防汛储备物资验收标准》，SL297-2004标准第3.6 款规定，防汛石料（单体15kg以上的） 3.7款、防汛卵砾石（5mm-100mm之间的岩石颗粒，在防汛抢险中与砂料配合做防渗和压浸材料）抽检样为碎石20-40mm（单粒级配），SL297-2004标准对防汛材料的质量评定要求是：防汛砾石的容重应不小于1700kg/m3,含泥不大于5%，10mm-40mm粒径所占比例不小于80%，抽样检测容重，含泥，粒径比，检测方法采用JGJ53-92已经被JGJ52-2006取代。由此确定该碎石（20-40mm）试验参数为：容重、含泥、粒径比，其检验方法为JGJ52-2006。技术争议点是：对容重概念的理解直接影响检测结果的判定，SL297-2004标准把容重作为质量控制的参数，而检验方法JGJ52-2006中没有容重这个参数，只有密度，密度由：表观密度、堆积密度。介于这种情况，经过查阅资料，分析试验方法，本次试验所用材料用途用途，从水利防汛材料实际出发进行认真研究，需从如下几个方面分析：

2.从概念上分析理解容重、密度（表观密度、堆积密度）的关系

2.1.容重的概念是：单位体积内的物质的质量称为容重。其单位g/L表示。容重一般是工程上用的一立方的重量，即单位容积内物体的重量。而密度应用范围很广，即“单位体积物质的质量”，液体、固体、气体都可以用。

2.2密度的概念是：物质单位体积的质量。但是物质在单位体积内分布必须是均匀的，物质的体积为V，质量为m，则密度d＝m／V。在国际单位制中密度以千克／米3为单位，工程上常用吨／米3为密度单位。例如一杯水和一缸水的密度是一样的。

2.3堆积密度 堆积密度是指单位体积（含物质颗粒固体及其闭口、开口孔隙体积及颗粒间空隙体积）物质颗粒的质量，有干堆积密度及湿堆积密度之分。

2.4体积密度：指包括材料体积内所有孔在内的表观密度。

2.5表观密度指表观密度是指材料在自然状态下，单位体积所具有的质量，材料在自然状态下的体积是指材料的实体积与材料内所含全部孔隙体积之和。根据共其开口孔分为体积密度和视密度。

表观密度：规定条件下，烘干矿质单位表观体积（包括材料实体、闭口孔隙，但不包括开口孔隙）的质量，也称视密度。

2.6“容重”与“密度”的概念在理论上是一样的，只是应用的环境有所不同：

石料容重的概念：石料在干燥状态包括开口及闭口孔隙在内单位体积的质量。容重一般是工程上用的一立方的重量，即单位容积内物体的重量。而密度应用范围很广，即“单位体积物质的质量”，液体、固体、气体都可以用。

3从“容重”“密度”（表观密度、堆积密度）的试验方法上分析

3.1密度

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/cm3；

m―― 材料的质量（干燥至恒重），g；

V―― 材料在绝对密实状态下的体积，cm3。

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。在测定有孔隙材料（如砖、石等）的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后，用李氏瓶测定其绝对密实体积。材料磨得越细，测得的密实体积数值就越精确。

另外，工程上还经常用到比重的概念，比重又称相对密度，是用材料的质量与同体积水（4℃）的质量的比值表示，无单位，其值与材料密度相同（g/cm3）。

3.2表观密度

表观密度是指单位体积（含材料实体及闭口孔隙体积）物质颗粒的干质量，也称视密度。按下式计算：

式中ρ′―― 材料的表观密度，kg/m3或g/cm3；

m ―― 材料的质量，kg或g；

V′―― 材料在包含闭口孔隙条件下的体积（即只含内部闭口孔，不含开口孔），见图1－2，m3或cm3。

通常，材料在包含闭口孔隙条件下的体积式采用排液置换法或水中称重法测量。

3.3体积密度

体积密度是指材料在自然状态下单位体积（包括材料实体及其开口孔隙、闭口孔隙）的质量，俗称容重。体积密度可按下式计算：

式中ρ0―― 材料的体积密度，kg/m3或g/cm3；

m―― 材料的质量，kg或g；

V0―― 材料在自然状态下的体积，包括材料实体及其开口孔隙、闭口孔隙，见图1－1，m3或cm3。

对于规则形状材料的体积，可用量具测得。如加气混凝土砌块的体积是逐块量取长、宽、高三个方向的轴线尺寸，计算其体积。对于不规则形状材料的体积，可用排液法或封蜡排液法测得。

毛体积密度是指单位体积（含材料的实体矿物成分及其闭口孔隙、开口孔隙等颗粒表面轮廓线所包围的毛体积）物质颗粒的干质量。因其质量是指试件烘干后的质量，故也称干体积密度。

3.4堆积密度 （JGJ52-2006）

堆积密度是指自然状态下单位体积（含物质颗粒固体及其闭口、开口孔隙体积及颗粒间空隙体积）的质量，有干堆积密度及湿堆积密度之分。堆积密度可按下式计算：

式中 ―― 堆积密度，kg/m3；

m ―― 材料的质量，kg；

―― 材料的堆积体积，m3。

材料的堆积体积包括材料绝对体积、内部所有孔体积和颗粒间的空隙体积。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。其测定方法详细见JGJ52-2006。

4 从水利防汛材料（碎石20-40mm）用途及委托方指定标准分析

4.1 SL297-2004防汛储备物资验收标准，第3.7款规定：防汛卵砾石（5mm-100mm之间的岩石颗粒，在防汛抢险中与砂料配合做防渗和压浸材料）抽检样为碎石20-40，防汛砾石的容重应不小于1700kg/m3,含泥不大于5%，10mm-40mm粒径所占比例不小于80%，抽样检测容重，含泥，粒径比，并作为评定防汛材料（碎石20-40mm）合格标准，这就给我们提出一个难题，那就是：容重是采用表观密度的试验结果还是采用堆积密度试验结果。

5、结论

5.1 经过以上论证说明，本次试验结果容重应采用堆积密度试验结果（数据）

5.2从试验结果分析，本次实验所测得的表观密度2630 kg/m3；远远大于SL297-2004所规定的容重应不小于1700kg/m3，因为任何一个表观密度的值都会大于1700kg/m3，作为防汛物资就失去了控制的意义。作为防汛物资的碎石，应该是抗洪抢险物资，所用材料（碎石）应是与砂料配合作为防渗和压浸材料，其容重应理解为堆积密度：自然状态下单位体积材料的质量，所以本次实验的容重数据推荐使用堆积密度。

6、建议

6.1作为防汛抢险物资碎石（20-40mm）不妥，因为碎石（20-40mm）是单粒级配，其堆积密度是不满足防汛物资容重不小于1700kg/m3要求，作为抗洪抢险材料（用于配合砂料作为防渗和压浸材料）选用卵砾石效果更好。

参考文献：

[1]SL297-2004《防汛储备物资验收标准》

[2]JGJ52-2006《普通混凝土用砂石质量及检验方法标准.》

基金项目：广州市水务科技项目，协议编号“GSWK2010”