劉小偉
(廣州市水務(wù)科學(xué)研究所,廣東 廣州 510220)
受某河管理處委托,現(xiàn)場(chǎng)抽檢防汛材料,20-40mm碎石,委托方指定使用SL297-2004《防汛儲(chǔ)備物資驗(yàn)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(xiǎn)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(jí)配),SL297-2004標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防汛材料的質(zhì)量評(píng)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(cè)容重,含泥,粒徑比,檢測(cè)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(yàn)參數(shù)為:容重、含泥、粒徑比,其檢驗(yàn)方法為JGJ52-2006。技術(shù)爭(zhēng)議點(diǎn)是:對(duì)容重概念的理解直接影響檢測(cè)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(yàn)方法JGJ52-2006中沒(méi)有容重這個(gè)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(guò)查閱資料,分析試驗(yàn)方法,本次試驗(yàn)所用材料用途用途,從水利防汛材料實(shí)際出發(fā)進(jìn)行認(rèn)真研究,需從如下幾個(gè)方面分析:
2.1 容重的概念是:?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的物質(zhì)的質(zhì)量稱(chēng)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(guó)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(kāi)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(shí)體積與材料內(nèi)所含全部孔隙體積之和。根據(jù)共其開(kāi)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(shí)體、閉口孔隙,但不包括開(kāi)口孔隙)的質(zhì)量,也稱(chēng)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(kāi)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。
3.1 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(duì)密實(shí)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(cè)定有孔隙材料(如磚、石等)的密度時(shí),應(yīng)把材料磨成細(xì)粉,干燥后,用李氏瓶測(cè)定其絕對(duì)密實(shí)體積。材料磨得越細(xì),測(cè)得的密實(shí)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(chēng)相對(duì)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(wú)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(shí)體及閉口孔隙體積)物質(zhì)顆粒的干質(zhì)量,也稱(chēng)視密度。按下式計(jì)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(kāi)口孔),見(jiàn)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(chēng)重法測(cè)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(shí)體及其開(kāi)口孔隙、閉口孔隙)的質(zhì)量,俗稱(chēng)容重。體積密度可按下式計(jì)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(shí)體及其開(kāi)口孔隙、閉口孔隙,見(jiàn)圖1-1,m3或cm3。
對(duì)于規(guī)則形狀材料的體積,可用量具測(cè)得。如加氣混凝土砌塊的體積是逐塊量取長(zhǎng)、寬、高三個(gè)方向的軸線尺寸,計(jì)算其體積。對(duì)于不規(guī)則形狀材料的體積,可用排液法或封蠟排液法測(cè)得。
毛體積密度是指單位體積(含材料的實(shí)體礦物成分及其閉口孔隙、開(kāi)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(chēng)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(kāi)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(jì)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(duì)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(cè)定方法詳細(xì)見(jiàn)JGJ52-2006。
4.1 SL297-2004防汛儲(chǔ)備物資驗(yàn)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(xiǎn)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(cè)容重,含泥,粒徑比,并作為評(píng)定防汛材料(碎石20-40mm)合格標(biāo)準(zhǔn),這就給我們提出一個(gè)難題,那就是:容重是采用表觀密度的試驗(yàn)結(jié)果還是采用堆積密度試驗(yàn)結(jié)果。
5.1 經(jīng)過(guò)以上論證說(shuō)明,本次試驗(yàn)結(jié)果容重應(yīng)采用堆積密度試驗(yàn)結(jié)果(數(shù)據(jù))
5.2 從試驗(yàn)結(jié)果分析,本次實(shí)驗(yàn)所測(cè)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?yàn)槿魏我粋€(gè)表觀密度的值都會(huì)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(xiǎn)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(shí)驗(yàn)的容重?cái)?shù)據(jù)推薦使用堆積密度。
作為防汛搶險(xiǎn)物資碎石(20-40mm)不妥,因?yàn)樗槭?0-40mm)是單粒級(jí)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(xiǎn)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(chǔ)備物資驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].
[2]JGJ52-2006普通混凝土用砂石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn).[S].