张增平 张强

摘 要：砂石材料是道路、桥梁和各种建筑工程中用量最大的一种建筑材料，本文从不同密度的概念、孔隙率和空隙率、吸水率和密度的关系和密度的测试方法等四个方面加深学生对砂石材料密度概念的理解。

1.引言

砂石材料是公路工程中用量最大的一类基本原材料。通常意义的砂石材料包括岩石和集料。主要是人工开采的岩石或轧制的碎石以及地壳表层若石经风化而得到的天然砂砾。其中尺寸较大的块状石料经加工后，可以直接用于砌筑道路、桥梁工程结构物或铺筑隧道基础，性能稳定的岩石集料可用于配制水泥混凝土和沥青混合料。广义上讲，也包括一些工业冶金矿渣，如高炉矿渣和钢渣。在使用砂石材料时，有众多指标用来检测和评价其性能。其中，密度是最基本的物理性能。密度指标看似简单，却对掌握其性能具有重要的意义。而且，有多个密度的概念，容易混淆，因此有必要理解清楚。

2.《道路工程材料》中的密度概念解析

2.1几个重要的密度概念

在学习岩石和集料密度时，岩石有真实密度、毛体积密度和表观密度。而对于集料而言，除了有和岩石概念类似的表观密度和毛体积密度之外，集料还有堆积密度概念，这是集料的特殊之处。岩石的真实密度ρt是岩石在规定条件下，单位真实体积（不含孔隙的矿质实体的体积）的质量。集料和岩石的毛体积密度和表观密度概念类似。毛体积密度ρh是岩石（或集料）在规定条件下，单位毛体积（包括矿质实体和孔的体积）的质量。表观密度ρa是指岩石（或集料）在规定条件下，烘干集料矿质实体单位表观体积（包括闭口孔隙在内的矿物实体的体积）的质量。需要特别指出的，有一个密度概念是集料独有的，是岩石没有的，即堆积密度。其原因就是因為集料是一组颗粒的堆积体，颗粒之间有空隙。而岩石是就某个具体的块体材料而言的，不存在空隙体积。集料的堆积密度指单位体积（含物质颗粒固体及闭口、开口孔隙体积及颗粒间空隙体积）物质颗粒的质量。根据集料堆积方式的不同，又可以分为堆积密度、振实密度和捣实密度。

2.2区分开空隙率和空隙率

在学习岩石和集料密度的时候，会常常碰到“孔隙”和“空隙”两个名词。其概念是不同的，教学过程中一定要区分清楚二者的概念和含义。岩石体积由矿质实体和孔隙构成，这里的孔隙又可分成开口孔隙和闭口孔隙两种，是岩石在成岩过程中形成的。岩石孔隙率是岩石孔隙体积占岩石总体积（包括孔隙体积在内）的百分率。就单个集料颗粒而言，孔隙的概念和岩石是相似。空隙是集料才有的概念，指某种堆积状态下集料颗粒之间的空间。集料空隙率是集料颗粒之间空隙体积占总集料体积的百分比。

2.3吸水率和密度的关系

材料的性能决定于其化学组成和结构，岩石性能与其孔隙结构密切相关，而岩石孔隙结构可以用吸水率和饱和吸水率两个指标进行一定的了解。岩石的吸水率ωa定义是在规定条件下，岩石试样最大的吸水质量与烘干材岩石试件质量之比，以百分率表示。在强制条件（沸煮法或抽真空法）的岩石吸水率称为饱和吸水率ωsa。二者之比KW=ωa/ωsa是饱水系数。其大小可以反映常压下吸水后留余的空间多少。KW越大，说明常压下吸水后留余空间越少，岩石越容易发生冻胀破坏。集料的吸水率ωx是吸入集料开口孔隙中的水的质量与集料固体部分质量之比。岩石和集料吸水率测试的时候，都要获得试样吸水后的饱和面干状态，用此状态下吸水质量与试样烘干质量之比计算吸水率。同时可以获得表观密度、毛体积密度等。

2.4测试方法

岩石和集料由于各种密度概念具有不同的含义，其测试和计算方法各不相同。就岩石来说，真实密度是将岩石借助球磨机研磨成能通过0.315mm筛孔的岩粉后采用密度瓶法测试;岩石毛体积密度测试可分为量积法、水中称量法和蜡封法;岩石的表观密度、毛体积密度在公路工程中使用相对较少，公路工程岩石试验规程中没有具体测试方法。粗集料的毛体积密度和表观密度通常按T0304用网篮法测试，或按T0308用容量瓶法测定，粗集料颗粒较小时也可借用细集料的方法T0330用容量瓶法测定;细集料表观密度按T0328采用容量瓶法测试;细集料毛体积密度、表观密度采用坍落筒法按T0330测定。

3.结束语

公路工程中，岩石常用密度是真实密度和毛体积密度;集料常用的密度是表观密度和毛体积密度。吸水率、密度和孔隙率之间有着内在联系。我们应该熟悉和区分这些密度概念，选择正确的试验方法进行测定。

参考文献：

[1]申爱琴，道路工程材料，第二版，人民交通出版社[M]，2016

[2]伍必庆，道路建筑材料，人民交通出版社[M]，2007

[3]公路工程岩石试验规程，JTG E41-2005，人民交通出版社，2005

[4]公路工程集料试验规程，JTG E42-2005，人民交通出版社，2005

作者简介：

1.张增平（1981年10月生），男，陕西蓝田人，博士。工作单位：长安大学公路学院道路工程所。职称：教授。研究方向：道路工程材料。

2. 张强（1986年12月25日生），男 ，陕西西安人。学历：本科。工作单位：中国三安建设集团有限公司，职称：工程师。