静态破碎剂的应用技术研究

谭 毅

（太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

静态破碎剂的应用技术研究

谭 毅

（太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

根据收集的资料，在静态破碎剂的基础上，介绍了一种新型的特种破碎技术。主要从静态破碎剂的发展概况、主要类型、作用机理、适用范围、技术特点、使用方法、研究示例等方面进行了阐述。

静态破碎剂；作用机理；破碎技术

1 静态破碎剂的发展概况[1]

1968年，静态破碎剂由日本的田中秀男研究发现，并以《混凝土结构物的破碎工法》文章申请了专利，主要成果内容是:将Mg0或Ca0与水拌合后发生水化反应，体积膨胀产生压力，达到破坏建筑物的目的。近年来，静态破碎剂领域，研制出了石灰系列和水泥的各种静态膨胀剂；目前市场上，有多种品牌的静态破碎剂，对不同破碎时间、环境温度等有着不同的适应能力。根据反应速度分为缓慢型和速效型;根据使用温度分为夏、春、秋、冬、寒季的膨胀剂等。例如约30 min破碎时间的快速静态膨胀剂；有种膨胀剂在5.0h左右能到38MPa的膨胀压力，其所需时间短、时间控制准确，且不会发生药喷；中国建筑材料科学研究院研制的静态破碎剂，4 h可达30 MPa的膨胀压力，8h可达45MPa的膨胀压力，较国外同类产品的成本低、能量高、时间短、用量少。四川省琪县建洪化工厂的超力牌静态破碎剂，膨胀压力可达122 MPa左右，最快可在l0 min完成反应，适应-15℃-60℃温度范围[2]。

2 静态破碎剂的主要类型

目前主要有三个系列的膨胀剂：(1)石灰系膨胀剂:氧化钙与水发生反应，固相体积能增加98%。通过热力学计算，反应产生的膨胀应力最大能达90 MPa左右，是目前主要的静态破碎剂，使用最为广泛。(2)氧化镁系膨胀剂:氧化镁与水发生反应，固相体积能增加117%，30 d左右时，反应产生的膨胀应力最大能达90 MPa左右，但因其反应慢，需要较多时间，很少单独使用；实际工程中，一般是与其他破碎剂配合使用。(3)钙矾石系列膨胀剂:硫铝酸盐与石灰、石膏等，固体体积能增加125%，水化反应后膨胀力能达241MPa左右。膨胀力较大，适用于膨胀混凝土和膨胀水泥，但目前产品尚不很成熟。

3 静态破碎法的作用机理

(1)静态原理：静态破碎法也称无声爆破法，作用原理是：利用填装在炮孔内静态破碎剂与水接触发生水化反应，使其晶体由立方晶体转变为复三方偏三角面晶体，晶型变化引起晶体体积膨胀，反应后的体积可增大3倍～4倍，随着时间的推移，将膨胀压力静静地、缓慢地施加在孔壁上，当膨胀压力超过四周介质抗拉强度时，达到破碎介质的作用。(2)化学机理：静态破碎剂主要成分都是氧化钙(CaO)和俗称“粉剂”的无机盐化合物组成，氧化钙和水发生水化反应生成氢氧化钙，同时放出热量，体积增大，并加入一定量控制水化反应速度的有机复合添加剂。基本的化学反应式为:CaO+H2O=Ca(OH)2+64.9 kJ，从反应式中看出，这是一个放热反应。(3)物理机理：Ca(OH)2从早期微细胶质状反应变化逐渐形成复三方偏三角面晶体，使体积逐渐增大，在合适的条件下，其体积最大可自由膨胀3倍～4倍。因此，在受到外壁约束下将转变为压力，从而达到破碎介质的目的。国产静态破碎剂目前膨胀压力一般能达3040 MPa，实验数据显示岩石抗拉强度一般都小于10MPa[3]。

4 静态破碎法的适用范围

(1)用于岩石、混凝土构筑物的拆迁。(2)用于各种大理石、花岗岩等石材的整形、切割。(3)用于普遍的大型混凝土基础的拆除，隧道、水利、桥梁等静态破碎施工工程。(4)用于需要保留部分的混凝土和岩石完整性和结构强度，或要求不可受到损害的破碎拆除。(5)用于不适用常规炸药爆破施工条件下的岩石工程、混凝土工程等。(6)用于破碎和松动岩石，尺寸较大立井，开挖边坡处理工程。(7)用于学校、机关、住宅、公共场所等人口密集地方破碎施工。(8)用于不允许和不适宜出现强烈震动和巨大声响的破碎施工等，例如构筑物的保留拆除、边坡的险情处理、深夜市区破碎施工等。

5 静态爆破技术的特点

(1)使用静态破碎剂具有“五无”特性：无振动、无声、无毒气、无飞石、无粉尘。(2)材料环保，特别是在炸药爆破不适用的条件下，优越性更显著。(3)静态爆破过程，易操作、施工简单，以一定比例与水混合后灌入钻孔中即可。(4)根据实际破碎工程的不同的要求，设计合理炮孔参数，达到破碎、切割岩石的效果。(5)静态破碎剂适用温度为-5℃-40℃，使用很方便，效力更显著。

6 研究规律示例

(1)见图1，试件沿两翼切槽孔出现基本成直线的两条裂纹。裂纹的产生、扩展、失稳发展过程明显。见图2、图3、图4。(2)裂纹的扩展过程中,扩展的速度和加速度的基本变化规律呈现先增后降趋势，见图5、图6。裂纹扩展速度最大值的时间，晚于裂纹扩展加速度到达最大值的时间。(3)见图7～图10，B裂纹开裂的时间晚于A裂纹，先产生的裂纹，其裂纹的产生、扩展、失稳发展过程明显短于后产生的裂纹[4]。

图1 两翼切槽试件

图2 试验结果

图3 裂纹A位移与时间的关系曲线

图4 裂纹A位移与时间的关系曲线

图5 裂纹A速度与时间的关系曲线

图6 裂纹A加速度与时间的关系曲线线

图7 裂纹B位移与时间关系曲线

图8 裂纹B位移与时间关系曲线

图9 裂纹B位移与时间关系曲线

图10 裂纹B扩展加速度时间变化曲线

7 结束语

静态破碎法属于新的破碎方法，在不能使用常规炸药爆破环境中，具有明显价值，得到广泛应用。目前，静态破碎剂已实现国产，有厂家还研制出较先进的快速液浸式静态破碎剂，能在1 h之内将岩石开裂，膨胀压力能达100MPa以上。随着科学技术的发展，静态破碎剂及静态破碎法的应用前景将会更加广泛。

[1] 闫军，易建政，崔海萍.静态破碎剂(SCA)的研究进展[J].工程爆破，2008,14(3):85-87.

[2] 戴银所，顾月兵，龙源等.静态爆破技术在非战争军事行动中的应用[J].国防技术基础，2009(9).

[3] 林月华.静态破碎法在隧洞施工中的应用浅析[J].吉林水利，2008，(9):46-48.

[4] 杨仁树，孙中辉，佟强等.静态破碎剂膨胀作用下试件裂纹扩展试验研究[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

编辑：徐树文

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

谭 毅（1985—），男，四川遂宁人，在读研究生，从事方向采煤工艺和开采方法研究。