靜態破碎劑的應用技術研究

譚 毅

（太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024）

靜態破碎劑的應用技術研究

譚 毅

（太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024）

根據收集的資料，在靜態破碎劑的基礎上，介紹了一種新型的特種破碎技術。主要從靜態破碎劑的發展概況、主要類型、作用機理、適用范圍、技術特點、使用方法、研究示例等方面進行了闡述。

靜態破碎劑；作用機理；破碎技術

1 靜態破碎劑的發展概況[1]

1968年，靜態破碎劑由日本的田中秀男研究發現，并以《混凝土結構物的破碎工法》文章申請了專利，主要成果內容是:將Mg0或Ca0與水拌合后發生水化反應，體積膨脹產生壓力，達到破壞建筑物的目的。近年來，靜態破碎劑領域，研制出了石灰系列和水泥的各種靜態膨脹劑；目前市場上，有多種品牌的靜態破碎劑，對不同破碎時間、環境溫度等有著不同的適應能力。根據反應速度分為緩慢型和速效型;根據使用溫度分為夏、春、秋、冬、寒季的膨脹劑等。例如約30 min破碎時間的快速靜態膨脹劑；有種膨脹劑在5.0h左右能到38MPa的膨脹壓力，其所需時間短、時間控制準確，且不會發生藥噴；中國建筑材料科學研究院研制的靜態破碎劑，4 h可達30 MPa的膨脹壓力，8h可達45MPa的膨脹壓力，較國外同類產品的成本低、能量高、時間短、用量少。四川省琪縣建洪化工廠的超力牌靜態破碎劑，膨脹壓力可達122 MPa左右，最快可在l0 min完成反應，適應-15℃-60℃溫度范圍[2]。

2 靜態破碎劑的主要類型

目前主要有三個系列的膨脹劑：(1)石灰系膨脹劑:氧化鈣與水發生反應，固相體積能增加98%。通過熱力學計算，反應產生的膨脹應力最大能達90 MPa左右，是目前主要的靜態破碎劑，使用最為廣泛。(2)氧化鎂系膨脹劑:氧化鎂與水發生反應，固相體積能增加117%，30 d左右時，反應產生的膨脹應力最大能達90 MPa左右，但因其反應慢，需要較多時間，很少單獨使用；實際工程中，一般是與其他破碎劑配合使用。(3)鈣礬石系列膨脹劑:硫鋁酸鹽與石灰、石膏等，固體體積能增加125%，水化反應后膨脹力能達241MPa左右。膨脹力較大，適用于膨脹混凝土和膨脹水泥，但目前產品尚不很成熟。

3 靜態破碎法的作用機理

(1)靜態原理：靜態破碎法也稱無聲爆破法，作用原理是：利用填裝在炮孔內靜態破碎劑與水接觸發生水化反應，使其晶體由立方晶體轉變為復三方偏三角面晶體，晶型變化引起晶體體積膨脹，反應后的體積可增大3倍～4倍，隨著時間的推移，將膨脹壓力靜靜地、緩慢地施加在孔壁上，當膨脹壓力超過四周介質抗拉強度時，達到破碎介質的作用。(2)化學機理：靜態破碎劑主要成分都是氧化鈣(CaO)和俗稱“粉劑”的無機鹽化合物組成，氧化鈣和水發生水化反應生成氫氧化鈣，同時放出熱量，體積增大，并加入一定量控制水化反應速度的有機復合添加劑。基本的化學反應式為:CaO+H2O=Ca(OH)2+64.9 kJ，從反應式中看出，這是一個放熱反應。(3)物理機理：Ca(OH)2從早期微細膠質狀反應變化逐漸形成復三方偏三角面晶體，使體積逐漸增大，在合適的條件下，其體積最大可自由膨脹3倍～4倍。因此，在受到外壁約束下將轉變為壓力，從而達到破碎介質的目的。國產靜態破碎劑目前膨脹壓力一般能達3040 MPa，實驗數據顯示巖石抗拉強度一般都小于10MPa[3]。

4 靜態破碎法的適用范圍

(1)用于巖石、混凝土構筑物的拆遷。(2)用于各種大理石、花崗巖等石材的整形、切割。(3)用于普遍的大型混凝土基礎的拆除，隧道、水利、橋梁等靜態破碎施工工程。(4)用于需要保留部分的混凝土和巖石完整性和結構強度，或要求不可受到損害的破碎拆除。(5)用于不適用常規炸藥爆破施工條件下的巖石工程、混凝土工程等。(6)用于破碎和松動巖石，尺寸較大立井，開挖邊坡處理工程。(7)用于學校、機關、住宅、公共場所等人口密集地方破碎施工。(8)用于不允許和不適宜出現強烈震動和巨大聲響的破碎施工等，例如構筑物的保留拆除、邊坡的險情處理、深夜市區破碎施工等。

5 靜態爆破技術的特點

(1)使用靜態破碎劑具有“五無”特性：無振動、無聲、無毒氣、無飛石、無粉塵。(2)材料環保，特別是在炸藥爆破不適用的條件下，優越性更顯著。(3)靜態爆破過程，易操作、施工簡單，以一定比例與水混合后灌入鉆孔中即可。(4)根據實際破碎工程的不同的要求，設計合理炮孔參數，達到破碎、切割巖石的效果。(5)靜態破碎劑適用溫度為-5℃-40℃，使用很方便，效力更顯著。

6 研究規律示例

(1)見圖1，試件沿兩翼切槽孔出現基本成直線的兩條裂紋。裂紋的產生、擴展、失穩發展過程明顯。見圖2、圖3、圖4。(2)裂紋的擴展過程中,擴展的速度和加速度的基本變化規律呈現先增后降趨勢，見圖5、圖6。裂紋擴展速度最大值的時間，晚于裂紋擴展加速度到達最大值的時間。(3)見圖7～圖10，B裂紋開裂的時間晚于A裂紋，先產生的裂紋，其裂紋的產生、擴展、失穩發展過程明顯短于后產生的裂紋[4]。

圖1 兩翼切槽試件

圖2 試驗結果

圖3 裂紋A位移與時間的關系曲線

圖4 裂紋A位移與時間的關系曲線

圖5 裂紋A速度與時間的關系曲線

圖6 裂紋A加速度與時間的關系曲線線

圖7 裂紋B位移與時間關系曲線

圖8 裂紋B位移與時間關系曲線

圖9 裂紋B位移與時間關系曲線

圖10 裂紋B擴展加速度時間變化曲線

7 結束語

靜態破碎法屬于新的破碎方法，在不能使用常規炸藥爆破環境中，具有明顯價值，得到廣泛應用。目前，靜態破碎劑已實現國產，有廠家還研制出較先進的快速液浸式靜態破碎劑，能在1 h之內將巖石開裂，膨脹壓力能達100MPa以上。隨著科學技術的發展，靜態破碎劑及靜態破碎法的應用前景將會更加廣泛。

[1] 閆軍，易建政，崔海萍.靜態破碎劑(SCA)的研究進展[J].工程爆破，2008,14(3):85-87.

[2] 戴銀所，顧月兵，龍源等.靜態爆破技術在非戰爭軍事行動中的應用[J].國防技術基礎，2009(9).

[3] 林月華.靜態破碎法在隧洞施工中的應用淺析[J].吉林水利，2008，(9):46-48.

[4] 楊仁樹，孫中輝，佟強等.靜態破碎劑膨脹作用下試件裂紋擴展試驗研究[J].工程爆破，2010，16(3)：7-11.

Abstract:According to the collected data,a new special cracking technology is introduced on the basis of static cracking agents.The paper also presents the main agents development,types,mechanism,applicable scope,technical features,application methods,precautions,and examples.

Key words:static cracking agents;mechanism;breaking technology

編輯：徐樹文

Application Technology of Static Cracking Agents

TAN Yi

(College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024)

TD235.35

A

1672-5050（2012）05-0065-03

2011-09-15

譚 毅（1985—），男，四川遂寧人，在讀研究生，從事方向采煤工藝和開采方法研究。