T 0204—2005 毛体积密度试验
T 0204—2005 毛体积密度试验
l 目的和适用范围
岩石的毛体积密度(块体密度)是一个间接反映岩石致密程度、孔隙发育程度的参数，也是评价工程岩体稳定性及确定围岩压力等必需的计算指标。根据岩石含水状态，毛体积密度可分为干密度、饱和密度和天然密度。
岩石毛体积密度试验可分为量积法、水中称量法和蜡封法。
量积法适用于能制备成规则试件的各类岩石;水中称量法适用于除遇水崩解、溶解和
干缩湿胀外的其它各类岩石;蜡封法适用于不能用量积法或直接在水中称量进行试验的岩石。
2仪器设备
(1)切石机、钻石机、磨石机等岩石试件加工设备。
(2)天平：感量O.Olg，称量大于500g。
(3)烘箱：能使温度控制在105℃～110℃。
(4)石蜡及熔蜡设备。
(5)水中称量装置。
(6)游标卡尺。
3试件制备
3.1量积法试件制备，试件尺寸应符合本规程T 0221中3.1的规定。
3.2水中称量法试件制备，试件尺寸应符合下列规定：试件可采用规则或不规则形状，试件尺寸应大于组成岩石最大颗粒粒径的10倍，每个试件质量不宜小于150g。
3.3蜡封法试件制备，试件尺寸应符合下列规定：将岩样制成边长约40mm～60mm的立方体试件，并将尖锐棱角用砂轮打磨光滑;或采用直径为48mm～52mm圆柱体试件。测定天然密度的试件，应在岩样拆封后，在设法保持天然湿度的条件下，迅速制样、称量和密封。
3.4试件数量，同一含水状态，每组不得少于3个。
4量积法试验步骤
4.1量测试件的直径或边长：用游标卡尺量测试件两端和中间三个断面上互相垂直的两个方向的直径或边长，按截面积计算平均值。
4.2量测试件的高度：用游标卡尺量测试件断面周边对称的四个点(圆柱体试件为互相垂直的直径与圆周交点处;立方体试件为边长的中点)和中心点的五个高度，计算平均值。
4.3测定天然密度：应在岩样开封后，在保持天然湿度的条件下，立即加工试件和称量。测定后的试件，可作为天然状态的单轴抗压强度试验用的试件。
4.4测定饱和密度：试件的饱和过程和称量，应符合本规程T 0205相关条款的规定。测定后的试件，可作为饱和状态单轴抗压强度试验用的试件。
4.5测定干密度：将试件放人烘箱内，控制在105℃～110℃温度下烘12h～24h，取出放入干燥器内冷却至室温，称干试件质量。测定后的试件，可作为干燥状态单轴抗压强度试验用的试件。
4.6本试验称量精确至O.01g;量测精确至O.Olmm。
5水中称量法试验步骤
5.1测天然密度时，应取有代表性的岩石制备试件并称量;测干密度时，将试件放人烘箱，在105℃～110℃下烘至恒温，烘干时间一般为12h～24h。取出试件置于干燥器内冷却至室温后，称干试件质量。
5.2将干试件浸入水中进行饱和，饱和方法可依岩石性质选用煮沸法或真空抽气法。试件的饱和过程和称量，应符合本规程T 0205相关条款的规定。
5.3取出饱和浸水试件，用湿纱布擦去试件表面水分，立即称其质量。
5.4将试样放在水中称量装置的丝网上，称取试样在水中的质量(丝网在水中质量可事先用砝码平衡)。在称量过程中，称量装置的液面应始终保持同一高度，并记下水温。
5.5本试验称量精确至O.Olg。
6蜡封法试验步骤
6.1测天然密度时，应取有代表性的岩石制备试件并称量;测干密度时，将试件放人烘箱，在105℃～110℃下烘至恒量，烘干时间一般为12h～24h，取出试件置于干燥器内冷却至室温。
6.2从干燥器内取出试件，放在天平上称量，精确至O.01g(本试验称量精度皆同此)。
6.3把石蜡装在干净铁盆中加热熔化，至稍高于熔点(一般石蜡熔点在55℃～58℃)。岩石试件可通过滚涂或刷涂的方法使其表面涂上一层厚度lmm左右的石蜡层，冷却后准确称出蜡封试件的质量。
6.4将涂有石蜡的试件系于天平上，称出其在洁净水中的质量。
6.5擦干试件表面的水分，在空气中重新称取蜡封试件的质量，检查此时蜡封试件的质量是否大于浸水前的质量。如超过0.05g，说明试件蜡封不好，洁净水已浸入试件，应取试件重新测定。
7结果整理
7.1量积法岩石毛体积密度按下列公式计算：
(T0204-1)
(T0204-2)
(T0204-3)
式中：——天然密度(g/cm3);
——饱和密度(g/cm3);
——干密度(g/cm3);
——试件烘干前的质量(g);
——试件强制饱和后的质量(g);
——试件烘干后的质量(g);
V——岩石的体积(cm3)。
7.2水中称量法岩石毛体积密度按下列公式计算：
(T0204-4)
(T0204-5)
(T0204-6)
式中：——试件强制饱和后在洁净水中的质量(g);
——洁净水的密度(g/cm3)，由附录查得。
7.3蜡封法岩石毛体积密度按下列公式计算;
(T0204-7)
(T0204-8)
式中：m1——蜡封试件质量(g);
m2——蜡封试件在洁净水中的质量(g);
一一石蜡的密度(g/cm3)。
7.4毛体积密度试验结果精确至O.Olg/cm3，3个试件平行试验。组织均匀的岩石，毛体积密度应为3个试件测得结果之平均值;组织不均匀的岩石，毛体积密度应列出每个试件的试验结果。
7.5孔隙率计算
求得岩石的毛体积密度及密度后，用公式T0204-9计算总孔隙率n，试验结果精确至0.1%：
(T0204-9)
式中： n——岩石总孔隙率，%;
——岩石的密度(g/cm3)。
7.6试验记录
毛体积密度试验记录应包括岩石名称、试验编号、试件编号、试件描述、试验方法、试件在各种含水状态下的质量、试件水中称量、试件尺寸、洁净水的密度和石蜡的密度等。
条文说明
岩石的物理常数(颗粒密度、毛体积密度和孔隙率)不仅反映岩石的内部组成结构状态，而且能间接地反映岩石的力学性质(例如相同矿物组成的岩石，孔隙率愈低，其强度愈高)。尤其是岩石的孔结构，会影响其所轧制成的集料在水泥(或沥青)混凝土中对水泥浆(或沥青)的吸收、吸附等化学交互作用的程度。相对而言，块体密度较大的岩石比较致密，且岩石中所含的孔隙较少;反之，则表示岩石中、所含的孔隙较多，岩石相对比较疏松。
在公路系统中，岩石毛体积(块体)密度试验，绝大多数单位采用水中称量法，少数用量积法，而蜡封法只在特殊情况下采用。上述三种方法各有明显的优点，水中称量法可以连续测定多种指标，但某些岩石受到限制;蜡封法适用于各种岩石和不规则试样，但测试技术较烦;量积法测试技术简易，但必须制备具有一定精度的规则试样。三种方法的测试成果，从理论上讲差别不大，在试样制备方法及精度要求得到全面解决以后，建议推广量积法。
岩石毛体积密度试验，目前还没有一种较理想的方法适用于所有的岩石试样，修订规程中仍保留了原规程方法，但应遵守本规程规定的适用范围和限制条件。
1.水中称量法。在试样制备精度没有得到全面解决之前，水中称量法已得到较为普遍的采用。它的优点是可同时测定毛体积(块体)密度、吸水率、饱和吸水率等物理指标，试验后(标准件)还可以作为饱水抗压强度试验的试样，但适应范围受到岩石类型的限制。同时，试验环境如温度和空气中湿度的变化，也会对测试成果产生一些影响。
为了求得某些粘土质岩石的水理性指标，需要利用水中称量法时，可以采用先浸水饱和后烘干的办法。但在计算密度时要注意岩样的颗粒脱落现象，水中的干燥残留物应作为试样的干质量参加计算。试样的形态，一般规定可用规则试样，也可用不规则试样。但美国、日本的规程只允许采用规则试样，而且对试样的尺寸以及体积与表面积之比提出了要求。一般来说规则试样测定的密度略大于不规则试样。据此，在修订规程中，虽允许采用不规则试样，但倾向于采用规则试样。当不可能制备规则试样时，也应当用体积不小于lOOcm3的近似块体。绝不允许采用试样的边角废料来测定毛体积密度。
2.蜡封法。在岩石试验中，用蜡封法测定毛体积密度是一种辅助性的方法，只有在不能用静水称量法和量积法时才采用它。原规程只采用刷子涂蜡，对规则试件而言实际操作中效果并不好，本次修订采用滚涂法或刷涂法。
虽然蜡封法可以采用不规则试样，但仍要求取成块状，其边缘凸出或松动部分需要在蜡封之前进行处理。检查蜡封的质量是很重要的，检查的方法是将蜡封试样置于水中称量，然后取出擦干表面水分，在空气中称量。如蜡封试样浸水后的质量大于浸水前的质量，说明试样内有水浸入，试样不能用。
3.量积法。用量积法测定岩石毛体积密度，可适用于能制成规则试样的各种岩石，方法简易。计算结果准确，而且不受试验环境的影响。但是采用量积法时，应保证试样制备具有足够的精度。过去量积法之所以没有得到普遍推广，主要原因是试样制备方法没有得到解决，从目前科技发展情况来看，提高试样制备精度是完全可能的。本试验用的试件精度要求，完全与单轴抗压强度试验用的试件精度一致;另外量积法测密度又属非破坏性试验，所以两项试验试件的加工可用同一组试件，试验时，先测其毛体积密度，再做单轴抗压强度试验。
4.孔隙率。岩石的空隙性系岩石孔隙性和裂隙性的统称，用孔隙率表示。孔隙率是反映岩石裂隙发育程度的参数，分为开口孔隙率和封闭孔隙率，两者之和称总孔隙率。岩石试样中与大气相通的孔隙体积占岩石试样总体积的百分比，称开口孔隙率;岩石试样中不与大气相通的孔隙体积占岩石试样总体积的百分比，称封闭孔隙率;开口孔隙与封闭孔隙的体积之和占岩石试样总体积的百分比，称为总孔隙率。开口孔隙又有大小之分，常压下，岩石吸水时，水只能进入大开口孔隙，只有在高压或真空条件下，水方能进入闭孔隙和小开口孔隙。
岩石的空隙性指标一般不能实测，根据干密度和颗粒密度可计算总孔隙率，其它孔隙率常需通过干密度和吸水性指标换算求得。
一般提到的岩石孔隙率系指岩石总孔隙率。岩石因形成条件及其后期经受的变化和埋藏深度不同，孔隙率变化范围很大，可自小于百分之一至百分之几十，新鲜的结晶岩类的孔隙率一般小于3%，而沉积岩则较高，为1%～10%，但有些胶结不良的砂砾岩，孔隙率可达10%～20%，甚至更大。
