静态破碎剂破碎机理研究

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1、静态破碎剂破碎机理研究栾瑞宣，傅菊根，鲁力(安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南232001)摘要：笔者在介绍静态破碎剂配方及其膨胀机理的基础上，提出了一些其在使用上存在的问题。通过总结已有的静态破裂技术成果，归纳各阶段的研究进程和理论成就，理清了静态破裂技术研究的系统理论体系，揭示了研究基础的理论节点。研究了反应过程中的物质转移及反应前后体积的变化，探讨了静态破碎剂反应放热随温度的变化关系，归纳了设计静态破碎荆研制方案时应遵循的原则。关键词：静态破碎剂；膨胀压力；破碎；氧化钙中图分类号：TD235．39文献标识码：B文章编号：1672—4011(2012)06—0189—030前言静态破碎剂

2、(StaticDemolitionAgent)于1979年作为商品正式出现在日本。1985年捷克粘合剂科学研究所对此进行了研究，当时称为粘合剂与化学缓和剂的非爆炸混合物。1986年前苏联研制出几种静态破碎剂。国内的研究开始于上个世纪80年代，早期研究以中国建材研究院、武汉工业大学为代表，目的是开发石材切割新技术。中国矿业大学、中国科技大学等单位随后也开展了该项研究，并于1987年研制出卷装型及快速反应型静态破碎剂。1静态破碎技术简述静态破碎技术是利用静态破碎剂水化膨胀后对孔壁产生径向压力(最大可达122MPa)，当径向压力在孔壁切向上引起的拉应力大于岩石的抗拉强度时，岩石就被破碎，因此可以在

3、无震动、无冲击波、无飞石等条件下破碎岩石，具有非常高的安全性。1．1概述静态破裂技术亦称静态破石技术、无声破碎技术、静态爆破技术等。其作为控制爆破的一个重要补充，在石材开采、混凝土破碎、岩石开挖和高边坡修整等工程领域得到广泛应用。静态破裂过程中因无震动、无飞石、无噪声、无粉尘和毒气，以及对保留部分无损伤，而倍受施工单位赞誉。尤其是在我国的三峡水利工程建设中大面积使用，取得了良好的经济和社会效益。静态破碎剂的突出优点是安全，但其也存在作用时间较长、破碎不易预测和控制、易产生喷孔及低温“滞死”等难题。1．2优点静态破裂剂(staticcrackingagent缩写为SCA)属于非燃、非爆、无毒物

4、品，是一种含有铝、镁、钙、铁、氧、硅、钛等元素的物质，用适量水调成流动浆体，直接装入炮孔中，经水化后，产生巨大膨胀压力(可达30一50MPa)，并施加给孔壁。将混凝土构筑物或岩石悄悄地破碎。静态作者简介：栾瑞宣(1988一)，女，安徽理工大学土木建筑学院硕士在读。破裂剂的主要成分是氧化钙，氧化钙与水反应生成氢氧化钙是静态破裂剂产生膨胀压力的来源。氧化钙价格便宜，材料来源丰富。所以合理地使用静态破裂剂，可以获得非常显著的技术经济效益。同时静态破裂剂具有以下优点。(1)节约能源，节省投资。机械法和电气法都需要电力消耗，我国的能源供应紧张，节约电力具有非常重要的社会意义，而且静态破裂剂的价格也比较

5、便宜。(2)改善施工条件，减轻劳动强度，实现文明施工。破碎过程安全，不存在爆破震动、空气冲击波、飞石、噪音、有毒气体和粉尘等危害，而且施工简单，破裂剂用水拌和后注入炮孔即可，不需要堵塞炮孔便可达到目的。(3)加快建设速度，提高工程进度。静态破碎法可按要求设计适当的孔径、孔距和孔的角度来达到有计划地分裂，切割岩石和混凝土的目的。(4)静态破裂剂不属于危险品。在购买、运输、保管和使用上可不经公安部门审批，不像使用炸药那样受到种种限制，尤其是在城市中使用更为方便。2膨胀机理2．1主要成分经查新表明，到目前为止国内外所有破裂剂，不管是水泥生产工艺型还是石灰生产工艺型，其都是以CaO为主要成分。通过C

6、aO与水发生水化反应生成Ca(OH)：而产生体积膨胀来达到破裂岩石的目的。根据石灰的物理化学性质，轻烧CaO的体积密度为1．5～1．8g／cm3，烧结CaO的体积密度为2．8g／cm3以上。为了获得最大的水化体积膨胀比以增加膨胀压力，破裂剂一般都尽量使CaO达到烧结程度。但同时呈现的CaO的性质又表明：轻烧CaO的温消化值R>20℃／m；硬烧CaO温消化值R<2℃／m。这就出现了相互矛盾的两个方面：硬烧CaO的膨胀压力大但其水化反应速度缓慢，开裂时间过长；而轻烧CaO水化反应速度很快，却达不到破碎岩石的膨胀压力。由于CaO具有这两种相反性质表征，静态破裂剂的研究主要就是围绕着增大膨胀压力、提

7、高反应速度而展开的。2．2膨胀机理静态破碎剂按使用时物理状态的不同可分为两类：一类是膏状物料；另一类是粉状物料。膏状物料在使用时，向静态破碎剂内按比例加入一定量的水(有时是专门配制的溶液)，加入量约为粉剂质量的30％，混匀后物料呈膏状，在温度不超过一定限度的情况下(一般是70℃)将其注入炮孔，炮孑L直径32—55mm，数小时至48h后岩石裂开。粉状物料是将物料制成直径30～38mm的药卷，药卷由透水性较好的纸