无声破碎剂试验研究.doc

无声破碎剂试验研究 谭仝奎 ,张林春(包头冶金建筑研究院 ,内蒙古包头014010)摘 要 :选用 CaO 含量大于 75 %的过烧石灰 ,配合一定量的辅助材料 ,研制无声破碎剂 。通过调整凝结时间及膨胀压 ,确定合理配方 ,阐述膨胀压的影响因素 。关键词 :CaO ;碎碎剂 ;膨胀压中图分类号 : TD23512文章编号 :1009 - 5438 (2004) 01 - 0018 - 03文献标识码 :BStudy onthe experiment of soundless cracking agentTAN Tong - kui , ZHAN G L in - chun( ( B aotou Metallurgical Constraction Research Institute , B aotou 014010 , Nei Monggol , China)Abstract : This paper describes the process of developing soundless cracking agent by mixing over - burntlime with CaO content over 75 % and a certain quantity of auxiliary material . It also introduces how to deter2 mine the reasonable formula of soundless cracking agent by adjusting coagulation time and expending pressure , and the factors affecting expending pressure .Key words : CaO ; cracking agent ; expending pressure1CaO + H2O = Ca (OH) 2 + 1519 kcal/ mol前言无声破碎剂是一种从现象到本质完全不同于炸 药的新型破碎剂 ,它利用矿物水化反应产生的膨胀 压 ,对混凝土构造物或岩石等脆性物体进行破碎 、解 体 ,在破碎拆除工程中具有安全无公害的特点 , 因 此 ,利用以 CaO 为主要膨胀源的原理 , 进行了无声 破碎剂的试验研究 。1Ca (OH) 2 晶体 ,随时间的推移长大成具有各向异性的六角状晶体 ,体积增大 3 倍2 从晶体化学的 观点来看 ,无声破碎剂的膨胀主要在于固体体积的 增大以及孔隙体积的增大 。氧化钙为结晶物质 ,属于立方晶系 ,通过计算 , 每个晶格的体积为 1111319 ! 3 , 每个晶格中含有 4 个 CaO 单位 ,每个 CaO 单位的体积为 1/ 4 1111319= 27 . 829 ! 31Ca (OH) 2 也是晶体物质 ,属于六方晶系 ,通过计算 ,每个 Ca (OH) 2 单位的体积为 541476 ! 3 。可以看 出 ,Ca (OH) 2 的单位体积比 CaO 的单位体积增加近 一倍 。随着体积增加 ,体积间的孔隙也增加了 。实无声破碎剂的膨胀破碎机理该无声破碎剂是以 CaO 为主要成份 ,并配有无 机及有机添加剂 ,其产生的膨胀压主要来源于 CaO 的水化反应 :2际观测得知 ,在自由膨胀条件下 ,CaO 经充分水化反应生成 Ca (OH) 2 ,体积增加 24 倍 。 从物质的转移来看 ,石灰加水搅拌后 ,立即发生两类物质的转移过程 : 一是水分子进入石灰粒子内 部 ,并与之发生水化反应 ,生成水化产物 ; 二是水化 反应物向原来充水空间转移 。如果水化速度大于水 化产物的转移速度时 ,由于石灰粒子周围的反应产 物还没有转移 ,这些新的反应势必冲破原来的反应层 ,使粒子产生机械跳跃 ,从而产生动态膨胀 。 从力学观点来看 ,混凝土或岩石一类的脆性材料 ,拉压比仅为 1/ 101/ 153 ,岩石抗拉强度约为 419918MPa4 ,混凝土抗拉强度约为 1195. 8 MPa 。 在混凝土或岩石钻孔中受约束条件下 ,破碎剂粒子将对孔壁产生径向和切向反应 ,这一过程可用 弹性力学中的厚壁圆筒理论来解释 。当拉应力所产生的变形超过被破碎体的拉断变形量时 ,物体便产生裂缝导致破坏 。31113 有机添加剂提高膨胀压 ,改善操作性及和易性 。31114试验用水 洁净的自来水 。312 研制技术路线通过确定石灰石烧结块的球磨粒度和选择合适 的辅助材料及适宜的比例来达到延缓反应速度 ,提 高膨胀压 ,满足施工要求的目的 。313 配方研制方法采用正交法 ,通过球磨粒度值 ,辅助材料品种及 参量值 、温度等的不同量变来优选最佳配比 。314 技术创新点无声破碎剂的主要组成材料之一过烧石灰 ,其 烧结温度是决定无声破碎剂产品性能的主要因素 , 烧结温度相对较低时 ,CaO 烧死比率偏低 ,CaO 的活性大 ,膨胀压力也大 ,这有利于被破物的破碎 ; 但同 时 CaO 的水化结晶速度也快 , 放热快 , 在施工中容 易发生喷孔现象 ,造成事故 ,影响施工操作 ,甚至不 能进行施工 。国内目前生产的无声破碎剂所用石灰 粉 ,都是在特定高温下烧结的过烧石灰 ,主要通过提高烧结温度来降低 CaO 的活性 ,使水化结晶反应速 度控制在一定的时间内 , 从而达到施工操作要求 。 所以 ,国内目前生产的无声破碎剂产品受主要材料 过烧石灰烧结温度的决定 ,都有专门的立窑来烧制 过烧石灰 ,这就使产品生产的固定资产投资和生产成本相对增大 。 该无声破碎剂的技术创新点就在于产品的研制和生产中省去了烧制过烧石灰工序 ,投产时无需建 专门的过烧石灰立窑 ,从而大大降低了投资和生产 成本 。这一问题的解决是利用了糖厂的生产废弃料石灰石烧结块 ,通过控制球磨粒径 ,再掺加一定比例 的延缓剂等助剂控制 CaO 水化反应速度 ,从而在保 证了膨胀压力的前提下 ,满足了施工操作条件 。既 降低了投资和生产成本 ,又做到了废物利用 ,实现了 一举双得的功效 。315 无声破碎剂配方筛选先用混凝土试块做定性测试 ,经过一定时间 ( 23 h) ,一组试块彻底开裂成 24 小块 。在此基础 上 ,采用电测手段反复调整其球磨粒度和配合比 ,使 其膨胀压大于 30 MPa , 使其流动度在规定范围内 ,使其凝结时间符合要求 ,最后 ,确定了不同温度下的 合理配方 。该无声破碎剂是由主要膨胀材料和辅助材料3 实验研究311原料利用矿物水化反应产生的膨胀压为破碎剂的材 料有生石灰粉及各种水泥膨胀材 。然而 ,由于生石灰水化反应速度快 ,凝结时间不符合要求 ,单独使用生石灰常常来不及进行填充作业 ,达不到破碎目的 。 水泥膨胀材 ,虽然也有膨胀性 ,但膨胀压力的绝对量小 ,也难以达到破碎目的 。 综合上述两类材料的特点及无声破碎的技术要求 ,在研制本产品时 ,根据下述原则进行了材料加工 和配方设计 : 具有抖水后充填进孔的足够时间 ; 填充后不因水化热从孔中喷出 ; 具有足够的膨胀 压 ; 破碎剂本身不是危险品或有毒物质 。31111膨胀剂选用较致密的 、机械性强的石灰石烧结块 ,研磨 至一定细度 ,CaO 含量 75 %以上 ,其化学成份列于表1 。根据化学成份分析 ,选用 1 # 过烧石灰 。表 1 化学成分%膨胀剂SiO2Fe2O3Al2O3烧失CaOMgO1 # 过烧石灰2 # 过烧石灰8 . 8325 . 7461 . 5652 . 2133 . 9993 . 13378 . 42952 . 7615 . 22133. 7780. 7002. 16031112延缓剂C S 与水反应较快 ,抑制了石灰水化反应速度 。(延缓剂 、有机添加剂等) 组成的一种粉末状物质 ,简称为 BJ SCA ,按 试 验 温 度 ( 35 1) 、( 25 1) 、的流动度 。流动度太大 ,水份多 ,不密实 ; 流动度太小 ,不利于充填作业 ,所以其流动度控制在 170190 mm 之间 。搅拌好的无声破碎浆体放置一定时间 , 会出现流动度损失影响灌孔操作 ,故要求将其在 10 min 内用完 。膨胀压是无声破碎剂的主要技术指标 。膨胀压 随时间推移而增大 ,随温度增高而增大 。24 h 内 ,膨 胀压增长较快 。温度愈高则能进一步促进 CaO 水 化及 Ca (OH) 2 再结晶 , 使得膨胀压增加速度愈快 。 在冬季施工时可采用温水搅拌无声破碎剂 ,当然被破碎物的热容量和导热系数也对膨胀压产生一定影 响 。膨胀压与水灰比的关系 ,水灰比低于 0130 时 , 过于密实 ,不利于施工 ; 高于 0135 时 ,流动度过大 , 膨胀压力降低 ,而且引起水平孔及向上孔装药操作上的困难 ,故最佳水灰比为 01300135 之间 。 膨胀压与膨胀剂粒度的关系 ,膨胀剂粉末的粒度 有 一 个 最 优 值 , 当 其 过 细 时 , 水 化 后 生 成 的Ca (OH) 2晶体过于细小 ,在水中就不易析出结晶 ,水化时的体积膨胀效果就差 。(10 1) 分别对应编号为 BJ SCA -BJ SCA - 3 。1 、BJ SCA -2 、4 试验结果411凝结时间5技术要求初凝不得早于 10 min ,终凝不得迟于150 min 。试验结果列于表 2 。表 2凝结时间凝结时间/ min流动度/ mm编号初凝终凝BJ SCA - 117924105BJ SCA - 21851765BJ SCA - 31901340从表 2 可看出 ,凝结时间初凝都大于 10 min ,终凝都小于 150 min 。412膨胀压仪器 : YJD - 7 型电阻应变仪 , P20R - 5 型预调 平衡箱 , HHS - 1 型水浴自动温控箱 。应变片规格 :3 mm 5 mm ,电阻值为 (120 012)。 试验结果 :每一试验温度下都取三组数据 ,取其平均值 ,列于表 3 。结论(1) 确定了三种温度下的对应配方 ;(2) 所配制的无声破碎剂 , 膨胀压均在 30 MPa以上 ,足以抵抗岩石及混凝土的抗拉强度 ;(3) 无声破碎剂的生产应用是可以利用某些工 业废弃物 (过烧石灰) 为原料 ,配合特定的辅助材料 生产工艺来实现的 。6表 3膨胀压凝结时间/ MPa试验温度编号 / 8 h 24 h 48 h 参考文献BJ SCA - 135 125 110 1241417184811381318163014刘健 1 静态爆破剂膨胀机理的探讨 J1 爆破 ,1986 , (1) 1戈鹤川 1 静态破碎剂的应用 J 1 爆破 ,19861 王聪志 1 静态破碎剂的破碎施工 J1 武汉工 业大学译丛 ,1988 , (4) 1谢逢午 1 浅谈静态爆破的机理及冶金厂矿的 应用 J 1 有色金属采矿动态 ,1984 , (2) 1J C 506 - 921 无声破碎剂建材行业标准 S 11BJ SCA - 2BJ SCA - 323从试验结果看 ,在 (35 1)