岩石颗粒密度试验

岩石颗粒密度试验是测定岩石固体颗粒单位体积质量的物理性质测试，反映了岩石矿物组成的紧密程度，与岩石的孔隙率、抗压强度等性质密切相关。

这里的 “颗粒密度” 不同于岩石整体密度（包含孔隙），它仅指岩石固体部分的密度，因此常用于计算岩石的孔隙率或作为矿物成分分析的参考依据。

试验原理

岩石颗粒密度的测定基于阿基米德原理：将干燥的岩石颗粒浸入不与岩石发生反应的液体（如水或煤油）中，颗粒排开液体的体积等于其自身的体积。

通过测量颗粒的质量和排开液体的体积，即可计算出单位体积的质量（即密度）。

试验中需确保液体能完全填充颗粒表面的细微孔隙，同时避免液体渗入颗粒内部的封闭孔隙（若存在），以保证体积测量的准确性。

试验流程与关键步骤

样品制备：

选取新鲜、无风化的岩石样品，破碎后过筛（如采用 2mm 筛），去除杂质和粒径过大的颗粒，保留均匀的细小颗粒（约 50~100g）。

将样品放入烘箱，在 105~110℃下烘干至恒重（通常持续 6~8 小时），彻底去除水分，避免含水率对质量测量的干扰。

仪器准备与称量：

使用精度 0.001g 的分析天平、密度瓶（容积通常为 50mL 或 100mL）及惰性液体（如水，若岩石遇水易分解则改用煤油）。

先称量干燥空密度瓶的质量，再将适量干燥岩样装入瓶中，称量瓶与岩样的总质量，计算出岩样的净质量。

液体填充与体积测量：

向装有岩样的密度瓶中注入部分液体（如蒸馏水），轻轻摇晃以排除岩样表面的气泡（可采用真空抽气法辅助排气，确保气泡完全排出）。

继续注满液体，盖上瓶塞，擦净瓶外液体，称量密度瓶、岩样与液体的总质量。

同时，测量试验温度下液体的密度（因液体密度随温度变化，需查表或用温度计实时监测）。

数据处理：

通过质量差计算出液体的质量，结合液体密度得出液体体积；再根据密度瓶的总容积，推算出岩样的体积（即瓶的容积减去液体体积）。

虽不使用公式，但可理解为：颗粒密度等于岩样质量除以其体积。

为减少误差，同一岩样需重复测试 2~3 次，取平均值作为结果。

影响因素与注意事项

样品代表性：岩石矿物成分不均匀时，需选取多个部位的样品混合破碎，避免局部矿物富集导致密度偏差（如含铁矿颗粒的岩石密度会偏高）。

气泡排除：若岩样表面附着气泡，会使测得的体积偏大，密度值偏低。

因此，排气步骤至关重要，可采用煮沸法（对不溶于水的岩石）或真空抽气法增强排气效果。

液体选择：水是最常用的介质，但遇水膨胀（如黏土矿物）或溶解（如石灰岩）的岩石需改用煤油等惰性液体，且液体需纯净无杂质，避免影响密度测量。

温度控制：试验过程中需保持温度恒定，因液体密度随温度变化（如水温每升高 1℃，密度约减少 0.0002g/cm³），温度波动会导致体积计算误差。

应用场景

岩石物理性质分析：颗粒密度是计算岩石孔隙率（孔隙率 = 1-（岩石整体密度 / 颗粒密度））的基础参数，用于评估岩石的致密程度和储水、储气能力。

矿物成分估算：不同矿物的密度差异显著（如石英约 2.65g/cm³，方解石约 2.71g/cm³，磁铁矿约 5.2g/cm³），通过颗粒密度可初步判断岩石中主要矿物的组成比例（尤其适用于成分简单的岩石）。

工程材料评估：在混凝土骨料、筑路碎石等材料选型中，颗粒密度高的岩石通常强度更高、耐磨性更好（如花岗岩优于砂岩），可作为材料性能的参考指标。

地质勘查与资源勘探：沉积岩的颗粒密度变化可反映沉积环境的差异，而金属矿石的高密度特征可辅助矿产资源的初步筛选（如通过密度差异区分矿石与围岩）。

岩石颗粒密度试验通过简单的质量和体积测量，为岩石物理性质研究和工程应用提供了基础数据，其操作简便且结果直观，是岩石力学与地质工程中常用的基础测试之一。