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靜態(tài)爆破在結(jié)構(gòu)改造工程中的應(yīng)用
北京洲際大廈位于北二環(huán)外中軸路東側(cè)，建筑面積66000m2、框－剪結(jié)構(gòu)，地下3層，地上15層。結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中由于規(guī)劃要求需對(duì)其5～15層部分現(xiàn)澆混凝土梁及頂板進(jìn)行破碎、植筋或拆除。由于混凝土為C40、樓板鋼筋為Φ12@150雙排雙向、梁截面較小、鋼筋密集、混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高、且均為高空作業(yè)，故破碎施工危險(xiǎn)性大、技術(shù)要求高。
1、方案選擇
（1）施工要求
1) 拆除破碎時(shí)應(yīng)盡可能保留、保護(hù)鋼筋，以減少植筋作業(yè)量，為此只能采用風(fēng)鉆，不能采用水鉆。
2) 要保證不擾動(dòng)未拆結(jié)構(gòu)，不影響其強(qiáng)度。
3) 盡可能減少現(xiàn)場(chǎng)其他機(jī)械設(shè)備(如塔吊、室外電梯)配合作業(yè)的時(shí)間。
4) 施工工序?yàn)?～15層自下而上，但其中第10、11層自上而下施工。
5) 破碎時(shí)禁止高空墜物并杜絕大塊混凝土墜落，以免擾動(dòng)下層結(jié)構(gòu)。
（2）方案選擇
根據(jù)施工要求及現(xiàn)場(chǎng)情況，經(jīng)比較采用先預(yù)裂后靜態(tài)爆破破碎的方案，即利用預(yù)裂爆破原理，在距離需保留結(jié)構(gòu)5cm外先鉆1～2排密集空孔，為靜態(tài)破碎提供破碎自由面，減少后續(xù)作業(yè)對(duì)保留結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，然后對(duì)需拆除部分鉆孔，灌注靜態(tài)破碎劑。在混凝土開(kāi)裂后，用風(fēng)鎬集中破碎清運(yùn)并保留其中的鋼筋。該方案具有工期適宜、造價(jià)低、能保留其中的鋼筋、占用塔吊時(shí)間短及對(duì)結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較小的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)施工技術(shù)要求較高，施工時(shí)需密切注意安全。
2、靜態(tài)爆破的設(shè)計(jì)
（1）靜態(tài)爆破的原理
靜態(tài)爆破是利用裝在炮孔中的靜態(tài)破碎劑的水化反應(yīng)，使晶體變形產(chǎn)生體積膨脹，從而緩慢又安靜地將膨脹壓力施加給空孔壁。由于受到空孔壁的約束，這種膨脹壓力轉(zhuǎn)化為拉伸應(yīng)力，一般混凝土抗拉強(qiáng)度僅1.5～3MPa，在這種拉伸應(yīng)力作用下易引起破碎。測(cè)試表明，靜態(tài)破碎劑在炮孔中產(chǎn)生的膨脹壓力一般可達(dá)30～80MPa，能充分保證混凝土在無(wú)震動(dòng)、噪聲、飛石及毒氣的情況下安全裂縫破碎。
（2）炮孔設(shè)計(jì)
 1) 樓板破碎。樓板厚170㎜，內(nèi)配雙排雙向Φ12@150鋼筋，密集空孔孔深在15～17㎝，間距A=10cm，排距B=10cm，孔徑40㎜?？刹捎眯便@的方法使孔的長(zhǎng)度加大，通過(guò)開(kāi)V形槽造成雙自由面作業(yè)(圖1)，斜孔深20 cm，孔距A=20 cm；排距B=20 cm。 (a)斷面圖；(b)平面圖(圖中箭頭所指為鉆孔方向)
2) 梁破碎。梁上、下配筋均為Ф25，可根據(jù)情況局部剝離上下兩層鋼筋，然后再鉆孔破碎；孔深L=0.9 ×梁高，間距A=B=15㎝；孔徑為40mm。
3) 墻破碎?？刹捎米陨隙裸@孔或采用墻面鉆斜孔的方法破碎。
（3）破碎劑的配制及充填
根據(jù)不同季節(jié)選用不同的靜態(tài)破碎劑，水灰比越大，膨脹壓力越小，反應(yīng)膨脹時(shí)間越長(zhǎng)?？紤]到施工時(shí)破碎劑的流動(dòng)性，拌制時(shí)水灰比為30％。用人工攪拌漿體，水平孔用較小的水灰比，并在孔口用海綿塞封填，或用干稠的膠泥狀的破碎劑搓成條塞入孔中搗實(shí)并從外部堵塞。下斜孔或向下孔可直接灌注。
3、破碎施工
使用9m3電動(dòng)空壓機(jī)1臺(tái)，7655型鑿巖機(jī)1臺(tái)，G10型小風(fēng)鎬若干。
（1）施工工序
鉆密集預(yù)裂炮孔→鉆充填破碎劑炮孔→拌制破碎劑→灌注充填破碎劑→小風(fēng)鎬破碎→對(duì)保留結(jié)構(gòu)采用人工或小風(fēng)鎬剔鑿處理。
（2）施工安全措施
1) 因系高空作業(yè)，作業(yè)人員需系安全帶，戴安全帽。
2) 嚴(yán)格按布孔要求鉆孔作業(yè)，以保證前期預(yù)裂縫的產(chǎn)生及破碎充分完全。
3) 拌制、充填、灌注破碎劑及使用風(fēng)鎬破碎時(shí)，需佩戴防護(hù)鏡，拌制人員需戴橡膠手套作業(yè)。
4) 做好破碎樓板梁的下部支撐及護(hù)攔圍擋工作，以免碎塊墜落。
無(wú)損靜力切割 拆除技術(shù)
針對(duì)在筋混凝土結(jié)構(gòu)上開(kāi)孔洞及局部構(gòu)件拆除，如何避免錘擊等破壞性常規(guī)施工方法造成結(jié)構(gòu)的損傷這一難題，我公司引進(jìn)多種施工機(jī)具，通過(guò)專(zhuān)業(yè)施工機(jī)具局部處理不會(huì)對(duì)周邊結(jié)構(gòu)造成任何損傷，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其洞口周邊構(gòu)件進(jìn)行加固的一種技術(shù)。 
[ 應(yīng)用實(shí)例3]
1 、拆除方案的選擇
綜合考慮工程質(zhì)量、安全和環(huán)境保護(hù)的要求，確定用靜態(tài)破碎劑脹碎法結(jié)合人工機(jī)械拆除，用破碎劑脹碎法，施工過(guò)程中無(wú)爆破聲響、無(wú)飛石、無(wú)震動(dòng)、無(wú)毒氣，對(duì)周?chē)h(huán)境無(wú)干擾，滿(mǎn)足工程安全和環(huán)保要求，為此進(jìn)行試驗(yàn)段施工，在確保施工方案可行后方可進(jìn)行大面積拆除。
圖 1 2+774 — 2+386 段原擋墻拆除及重建示意
2 、無(wú)聲破碎劑拆除試驗(yàn)
2.1 試驗(yàn)段及破碎劑選擇
為保證拆除方案的可行性和拆除質(zhì)量，確定施工各項(xiàng)參數(shù)，決定在 2+306.7~2+317.7(I 試驗(yàn)段 ) 和 2+317.7-2+327 ． 7( Ⅱ試驗(yàn)段 ) 取兩個(gè)試驗(yàn)段進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選用合適的施工方案及參數(shù)。擋墻拆除高度 0.7~ 1.7m ，使用無(wú)聲破碎劑配合分裂機(jī)、液壓破碎錘進(jìn)行拆除。
原擋墻完整性較好，且在開(kāi)挖過(guò)程中只有一個(gè)自由面，因此，必須選用能提供較大膨脹力的靜態(tài)破碎劑，經(jīng)比選后采用了中巖牌高效靜態(tài)破碎劑 (HSCA) ，其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 1 。
表 1 高效靜態(tài)破碎劑技術(shù)參數(shù)
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型 號(hào) |
適用溫度 / ℃ |
膨 脹 壓 /MPa |
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8h |
24h |
48h |
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HSCA-I |
35 ± 5 |
≥ 30 |
≥ 55 |
≥ 90 |
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HSCA-II |
25 ± 5 |
≥ 20 |
≥ 45 |
≥ 60 |
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HSCA-III |
10 ± 5 |
≥ 10 |
≥ 25 |
≥ 35 |
2.2 無(wú)聲破碎劑破碎機(jī)理和特點(diǎn)
高效無(wú)聲破碎劑是一種粉狀高效能安全破碎材料，用以安全拆除混凝土建筑和開(kāi)采切割大理石、花崗巖。用水將 HSCA 調(diào)成漿體灌入巖石或混凝土鉆孔中，經(jīng) 8~48 h 產(chǎn)生的膨脹壓可使被破碎體產(chǎn)生裂紋，隨著時(shí)間的順延裂紋會(huì)不斷擴(kuò)大，利于鏟除作業(yè)。特別適用在不宜采用炸藥爆破的場(chǎng)合，進(jìn)行破碎或拆除作業(yè)，使用安全，效率高，不中斷交通，不停工停產(chǎn)。
2.3 鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)
根據(jù)已有施工經(jīng)驗(yàn)的鉆孔參數(shù) ( 表 2) ，設(shè)計(jì)兩個(gè)試驗(yàn)段的鉆孔參數(shù)如圖 2 ，其中 I 試驗(yàn)段鉆孔孔口位于拆除高程以上 5cm 處，孔向水平下傾 30 °，孔距 30cm ，孔徑 3cm ，孔深 40cm ； II 試驗(yàn)段鉆孔孔口拆除高程以上 5cm 處，孔向水平下傾 30 ℃ ，孔距 50cm ，孔徑 4cm ，孔深 50cm 。
表 2 鉆孔參數(shù)
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被破碎物體 |
孔徑 /mm |
孔距 /cm |
孔深 |
抵抗線(xiàn) /cm |
用量 / （ kg · m -3 ） |
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軟質(zhì)巖破碎 |
35~50 |
40~60 |
H |
40~60 |
8~10 |
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中硬質(zhì)巖破碎 |
35~65 |
30~60 |
1.05H |
30~50 |
10~15 |
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巖石切割 |
30~40 |
20~40 |
H |
100~200 |
5~15 |
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素混凝土破碎 |
35~50 |
40~60 |
0.8H |
30~40 |
8~10 |
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鋼筋混凝土破碎 |
35~50 |
15~30 |
H |
20~30 |
15~25 |
2.4 拆除步驟
a) 布孔：如圖 2 。
b) 清孔：鉆孔完成后，采用高壓風(fēng)清孔。在充填漿體前清除干凈孔內(nèi)雜物，禁止有水進(jìn)入孔內(nèi)稀釋漿體，影響破碎效果，延長(zhǎng)破碎時(shí)間。
c) 填充：將孔內(nèi)雜物用氣泵吹干凈后，將攪拌好的 HSCA 漿體在短時(shí)間內(nèi)灌入孔中，經(jīng)過(guò) 3~20h 后 HSCA 產(chǎn)生膨脹壓，可使巖石產(chǎn)生裂紋，隨著時(shí)間推移裂紋會(huì)不斷擴(kuò)大。最后用挖掘機(jī)挖裝鏟除作業(yè)。
d) 在水平的裂縫形成后，使用人工風(fēng)鎬和分裂機(jī)將待拆除的混凝土墻破碎后裝車(chē)外運(yùn)。
3 、試驗(yàn)結(jié)果
統(tǒng)計(jì)下來(lái)， I 試驗(yàn)段鉆孔共 34 個(gè)， II 試驗(yàn)段鉆孔共 21 個(gè)。水和破碎劑均按 1 ： 2.85 的比例配制，共用 2 箱 ( 40kg ) 高效無(wú)聲破碎劑。．在 2005 年 9 月 11 日 上午 8 點(diǎn)開(kāi)始填無(wú)聲破碎劑， 10 點(diǎn) 45 分填完。次日凌晨 3 點(diǎn)開(kāi)始裂縫，上午 8 點(diǎn)檢查裂縫的結(jié)果。
檢查結(jié)果如下： I 試驗(yàn)段的混凝土擋墻全部在設(shè)計(jì)拆除高程附近裂開(kāi)，開(kāi)裂線(xiàn)與設(shè)計(jì)拆除線(xiàn)偏差 2 -3 cm ，符合設(shè)計(jì)要求 ( 圖 3) ；Ⅱ試驗(yàn)段 2 十 317.7-2+324 范圍，已經(jīng)裂開(kāi)，開(kāi)裂線(xiàn)與設(shè)計(jì)拆除線(xiàn)偏差 3~ 4 cm ，比 I 試驗(yàn)段的偏差稍大但仍符合設(shè)計(jì)要求，而 2+324 — 2+327.7 范圍內(nèi)的混凝土擋墻卻沒(méi)有開(kāi)裂 ( 圖 4) ， 2+324 — 2+327.7 段未開(kāi)裂的原因可能與鉆孔間距過(guò)大池工過(guò)程中水和破碎劑未嚴(yán)格按廠(chǎng)家推薦的比例配制 ( 漿體偏稀 ) 或充填不夠密實(shí)有關(guān)。
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在確保鉆孔間距既便于拆除施工又不影響剩余部分結(jié)構(gòu)使用功能的前提下，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理確認(rèn)，項(xiàng)目部確定了按 I 試驗(yàn)段的施工參數(shù)進(jìn)行全施工段內(nèi)的擋墻拆除的施工方案。
4 、施工效果
項(xiàng)目部按照以上試驗(yàn)參數(shù)，用靜態(tài)破碎劑對(duì)原擋墻進(jìn)行破碎，施工中無(wú)震動(dòng)，無(wú)沖擊波，無(wú)飛石，既保證了施工安全和工期，又保證了未拆除結(jié)構(gòu)的完整性和強(qiáng)度，取得了較好的效果 ( 圖 5 、圖 6) 。
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That product is broken up material in that a kind of new fleetness, settle,bear the low temperature.Because of having the vibration of have no and have no the flying rock, not poisonous spirit. the free from pollution safety breaks.But extensive usage in city inside the not proper the mansion that blow up dismantles to move and the concrete building tores down safely, combining can attain to need to be tored down of tore down, the reservation that demand reserve.Have the fleetness because of the material of stone broken again, have no the internal injury, can press plan request to proceed broken with incise, than the explosive blow up and can increase a material rate 3 times are above, valid protection mineral mountain resources etc. advantage, more extensive usage in granite, marble, jade...etc., the valuable the material of mines and cuts to mow the top.That product call to have no a broken up a inflation again.
The city, factory tores down with the bridge concrete, the valuable the material of in marble, jade...etc. in mountain in mineral mines to need to use broken up in in , that technique wased researched to manufacture by Japanese small farmland cement company at the earliest stage.Domestic in 85 years too broken up in a type in gave birth to, its main weakness is to produces the period too long, usually open in summer the needs 10 hours, the spring autumn also want 10- 40 The hour is above, in winter for more than 20-80 hours, is a sever winter season particularly, air temperature at 0 the degree of Celsius below, that product can't use, the some small production in domestic factory house is while introducing that product, introducing many an assistances operation method for the customer such as sprinkling to note the hot water in winter, using the fire burns, covering with the cotton quilt, adding the hair to increase temperature, again such as the summer requests the customer uses the depressant lower the some means in etc. in temperature.Then can make stone anticipated, the concrete opens the , even and like this, because of its without a data of science to guide the customer, showed the blemish of that product obviously, therefore make mineral mountain or move workplace or lockouts wait for.Make the construction degree of progress suffer the influence.Broken up in this kind of all with close, can't the fixed amount open quickly the stone anticipates, concrete, construction can have no to plan a proceeding.The purpose that this patent invents is a current marble in solution, jade etc. stone material with concrete of ground the fission adopts time but a kind of fast fixed amount that provide, bear the of the low temperature broken up.
☆ Function and model number
l 、 That product mixs blend with water, occurrence chemical reaction. creation inflation but occurrence effect, inflation pressure is 30-80 。
2 、 Effect that play has something to do with temperature directly department. therefore divide autumn, winter in summer, spring three kinds of model numbers. press season to use, mean with the Ⅰ , Ⅱ , the type of Ⅲ respectively, see also the form A 。
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Type number |
Apply the temperature scope |
Have to note |
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SCA - I |
25 - 40 The degree of Celsius |
Celsius a firecrackers bore diameter
38 - 50 mm |
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SCA - II |
10 - 25 The degree of Celsius |
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SCA - III |
-15 - 10 The degree of Celsius |
3 、 That each type cent fleetness, slow soon two kinds of.The usage of that has something to do with temperature, drive breaking thing degree of hardness, bore being apart from waiting term.Therefore, can hardly point out to is broken the thing open time of in a specific way, fleetness about open the within 10 hours;Slow soon about at 36 or so open the 。
4 、 Need according to the customer, can produce the special model number product.be apart from the reasonable circumstance in layout in the bore next, can be more accurate to settle open the , open time of as half an hour, a hour,2 hours...etc. respectively.do not need the any protecting in winter, can still in － 5 hours in 10 minutes inside open the , also may suffer the other outside because of, the influence opens time of 。
5 、 That product for powder form, have no Bang burnable composition, the not afraid fire burns with hits, do not belong to the dangerous embargo article, dividing the box packs with weave the bag two kinds of 。
☆ Operation method
1 、 Beat the bore in advance, customer can according to is broken the different bore in soft hard degree,( see also the form B) adoption path, bore of the thing be apart from.Use machine etc. equipments that getting empty and pressing the type form need to beat the bore by.Beating the bore inside can't have the water with the miscellaneous articles or objects 。
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Were broken |
the thing bore path( mm) |
bore be apart from( cm) |
the bore the deep |
measures with the medicine |
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Freestone |
38 - 45 |
40 - 50 |
0.8 H |
bore path is 38 -45 A hour,
The each rice bore can pack the 2.5 Kgs is or so |
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Marble |
38 - 45 |
10 - 25 |
0.9 H |
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Granite |
38 - 45 |
10 - 15 |
0.9 H |
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Concrete |
38 - 45 |
15 - 30 |
0.8 H |
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Reinforced concrete |
38 - 45 |
10 - 15 |
0.9 H |
2 、 Mix blend to fill with :Press a principle for breaking first the of adds the 25 the 30 kgs of —ss ： water, in container( wait such as the wash basin, water ) proceeding the agitation, sparse mire form, canning flow but ising not too sparse, according to littlely mixing to pack quickly, mix blend the even empress into beat the bore inside in advance, the bore inside can't stay the crevice.From mixing blend to pour the product into the bore inside can't over 4 minutes, affect to open time of otherwise.Or press a the 100 kgs breaks the of add the water 10 —s a waters mix in the container inside dense mire form, can the conglobation of , join to beat in advance the good bore inside use the thing in multiple layers solid, can't stay the crevice in the center, to pack the solid, want to be little to mix the quick equally, from mix blend to pack into bore inside can't over 5 cents . time over long affect to open time of , have fermented hot to the touch and dilatant packing again, otherwise can't make is broken the thing opens the , the four seasons of a year all proceed the agitation with the cool water, use the hot water absolutely not to, otherwise may result in this product loses the effect.The perpendicular bore need not stop, level or inclination a heavy bores want to stop bore, in order to prevent syrup run off, if meet rain, snow a bore want to insulate the rain water, need not proceed any protection in winter 。
☆ Announcements
1 、 On the safe side, start construction operate the personnel must wear the protection , the head wants to deviate bore, can't also use orthoptic bore in eye, the in order to prevent sprays the syrup, disservice eye.Just beat bore or high fashionable dresses in air temperature medicines to spray the syrup most easily, even notice the safety.The operation completes, leave the spot immediately, until is broken the thing is before openning the , ising broken thing neighborhood can't someone or other with valuables, guarantee the spot safety, in order to prevent occurrence accident trouble 。
2 、 Spray the syrup in case of the not appropriate occurrence in operation, beat into not eye inside of wearing the protection , apply the clear water to flush immediately and again and again, until hurtle to clean, best drop into a few acetic acids or boric acid in water inside( contain sour measure 0.1%), the curative effect is the best.That belongs to the alkaline.Such as the can not compare with the hour hurtles to clean, immediately arrive hospital cure, may result in the eye becomes blind.The breaks of to the skin contain light a causticity, the hour of construction needs to wear foam rubber protection gloves 。
3 、 Defend the tide conservancy, under the not summit to tide circumstance, protect a year in period in quality half 。
4 、 This article should the casual wear is light to unload, defending bag inside the tide break, should on time the proceeding defends the tide handles, otherwise easy expired 。 |
[ 應(yīng)用實(shí)例 4]
無(wú)聲破碎劑在高強(qiáng)度混凝土破碎中的應(yīng)用
哈爾濱動(dòng)力股份設(shè)備有限公司出海口基地二期工程位于河北省秦皇島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)東區(qū)（山海關(guān)開(kāi)發(fā)區(qū)），山海關(guān)船廠(chǎng)西側(cè)，哈動(dòng)力一期試車(chē)站南側(cè)。該出海口基地二期工程包括鐵路專(zhuān)線(xiàn)兩條，露天堆場(chǎng)一座，重型容器聯(lián)合廠(chǎng)房及附屬建筑 ( 探傷室、去離子水站、倉(cāng)庫(kù)、清潔室、噴丸室等 ) 。其中，露天堆場(chǎng)長(zhǎng)約 270 m ，寬約 50 m ，占地面積約 13 500 m 2 ，設(shè) 30 m 跨 50 t 龍門(mén)吊一部；重型容器聯(lián)合廠(chǎng)房為四跨單層建筑，建筑高度約 30 m ，南北長(zhǎng)約 180 m ，寬約 136.2 m ，占地面積約 24 500 m 2 ；西部?jī)煽?，跨?30 m ，設(shè) 160 t 橋式吊車(chē)兩部， 50 t 橋式吊車(chē)一部；重型容器聯(lián)合廠(chǎng)房附屬建筑均為一層，占地面積約 6 500 m 2 ；建筑占地總面積約 44 500 m 2 。重型容器聯(lián)合廠(chǎng)房擬采用排架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立柱基礎(chǔ)，最大單柱荷載 40 000 kN ；附屬建筑采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約 2.0 m ～ 3.0 m ；建筑重要性等級(jí)為二級(jí)，場(chǎng)地和地展等級(jí)均為二級(jí)。
本工程西兩軸各有一基礎(chǔ)承臺(tái)與原碼頭露天跨承臺(tái)咬合，由于設(shè)計(jì)變更，需將原露天跨預(yù)留杯口的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，以滿(mǎn)足與本工程承臺(tái)的結(jié)合。但由于露天跨承臺(tái)已于 2004 年底施工完畢，其結(jié)構(gòu)使用的是 C40 混凝土，在長(zhǎng)期地下水的養(yǎng)護(hù)下經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用混凝土強(qiáng)度回彈儀測(cè)定，實(shí)際強(qiáng)度已達(dá)到不小于 C55 混凝土的強(qiáng)度。
經(jīng)項(xiàng)目部相關(guān)人員討論決定，為了保證原露天跨承臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全，決定進(jìn)行人工剔鑿，使用風(fēng)鎬配合施工。經(jīng)過(guò) 10 多天的施工，覺(jué)得方法雖然可行，但已是 10 月中旬，天氣一大大變冷，為了保證工期及施丁質(zhì)量，必須尋找更加有效的施工方法來(lái)加快施工速度。
2 、非爆炸性無(wú)聲破碎劑產(chǎn)品性能特點(diǎn)
是一種非爆炸性無(wú)聲破碎劑，用于切割和破碎巖石、混凝土構(gòu)筑物的高效粉狀膨脹材料。
用適量的清潔冷水把破碎劑攪拌成漿體，灌入混凝土和巖石的鉆孔中，可產(chǎn)生 50MPa( 500kg ／ cm 2 ) 的膨脹壓力，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，便可以在無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)飛石和無(wú)毒氣情況下把混凝土和巖石破碎、切割。2.1 安全性
是安全的靜態(tài)破碎劑，在破碎物體時(shí)不產(chǎn)生振動(dòng)、噪音、飛石和瓦斯，可在無(wú)公害的條件下安全作業(yè)。
2.2 非爆炸性
是非爆炸性物品，不屬于危險(xiǎn)品，和普通貨物一樣購(gòu)買(mǎi)、運(yùn)輸、使用。不受?chē)?guó)家危險(xiǎn)品、爆炸品管理限制。
2.3 環(huán)保性
是環(huán)保性產(chǎn)品。使用中無(wú)地面震動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)飛石、無(wú)毒氣、無(wú)粉塵、無(wú)沖擊波以及對(duì)環(huán)境無(wú)任何有害物質(zhì)，是國(guó)際流行的無(wú)公害環(huán)保產(chǎn)品。
2.4 通用性
采用加入適量抑制劑來(lái)調(diào)節(jié)不同溫度下的水化反應(yīng)速度，以替代傳統(tǒng)的破碎劑，根據(jù)使用時(shí)作業(yè)環(huán)境溫度不同，選擇不同產(chǎn)品型號(hào)，工作效率和操作性可大幅度提高。
2.5 簡(jiǎn)易性
使用簡(jiǎn)易性。本品用水?dāng)嚢韬笞⑷脬@孔中即可，不需雷管，不需點(diǎn)炮，使用時(shí)不需專(zhuān)業(yè)工種，也不需配置專(zhuān)職爆破技工，操作人員培訓(xùn)時(shí)間很短。
2.6 可控性
可以很容易地控制被破碎體破碎完成后的形狀，需破則破，需留則留。
綜上所述，可見(jiàn)破碎劑應(yīng)用范圍特別廣泛，特別是破裂、切削、破碎巖石、一般混凝土構(gòu)筑物和鋼筋混凝土構(gòu)筑物?；诎踩紤]，不可能使用爆炸手段時(shí)破碎劑是一個(gè)非常理想的解決方案，在破碎工程施工時(shí)，不會(huì)對(duì)周邊建筑物產(chǎn)生飛石或振動(dòng)沖擊波之危害。
3 、非爆炸性無(wú)聲破碎劑工作原理
由于 ( 破碎劑自身與適量的水拌和后即始水化反應(yīng)，經(jīng)凝結(jié)、硬化同時(shí)發(fā)生顯著的同體膨脹，破碎劑漿體灌入混凝土和巖石的鉆孔中可產(chǎn)生大于 50 MPa 的膨脹壓力?；炷恋目估瓘?qiáng)度為 2 MPa ～ 4 MPa ，破碎劑能使混凝土破碎，是基于它對(duì)孔壁產(chǎn)生的膨脹壓力而引起的張拉應(yīng)力大大超過(guò)它們的抗拉強(qiáng)度所致。
如圖 1 ，圖 2 ，圖 3 ，圖 4 所示，破碎劑的膨脹壓力在 24 h 左右將達(dá)到最大值，但在后期仍能繼續(xù)增大，其次水灰比、溫度、孔徑均對(duì)破碎劑的膨脹壓力有所影響。
4 非爆炸性無(wú)聲破碎劑施工工藝
1) 施工前應(yīng)檢查藥劑包裝是否完好無(wú)損 ( 包裝破損的材料有可能影響施工質(zhì)量 ) ，并準(zhǔn)備好足夠的藥劑、潔凈拌合水、塑料拌合桶、木質(zhì)捅竿、防護(hù)眼鏡、橡膠手套、防護(hù)面罩、封口器 ( 木楔和鐵楔 ) ，準(zhǔn)備完畢，開(kāi)始進(jìn)行打眼，為了保證原承臺(tái)結(jié)構(gòu)的安全性，采取從中間向兩側(cè)步眼，并根據(jù)表 1 選用直徑為 40 mm 的鉆頭 ( 由于破碎部分深約 6 000 mm ，鉆桿選用 1 500 mm ～ 2 000 mm ) ，孔距定為 20 cm ，距需保留部位 300 mm 停止步眼 ( 破壞范圍約為 200 mm ) 。每一層約 130 個(gè)～ 150 個(gè)眼，打眼完畢，仔細(xì)用吹管將眼內(nèi)殘留的雜物全部吹凈，并盡量無(wú)水。
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圖 1 不同型號(hào)破碎劑水化反應(yīng)至 24h 左右，膨 脹壓力接近最大值，但仍可繼續(xù)增長(zhǎng) |
圖 2 破碎劑的膨脹壓力隨水灰比增大而減少 |
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圖 3 破碎劑的膨脹壓力隨溫度升高而增大 |
圖 4 破碎劑的膨脹壓力隨孔徑增大而增大 |
表 1 鉆孔參數(shù)與使用量
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被破碎體 |
鉆孔參數(shù) |
使用量 kg ／ m 2 |
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孔徑／ mm |
孔距／ cm |
孔深 |
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軟質(zhì)巖破碎 |
35 ～ 50 |
40 ～ 60 |
H |
8 ～ 10 |
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中硬質(zhì)巖破碎 |
35 ～ 65 |
40 ～ 60 |
H+5 ％ H |
10 ～ 15 |
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巖石切割 |
30 ～ 40 |
20 ～ 40 |
H |
5 ～ 15 |
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無(wú)筋混凝土、孤石 |
35 ～ 50 |
40 ～ 60 |
80 ％ H |
8 ～ 15 |
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鋼筋混凝土 |
35 ～ 50 |
15 ～ 30 |
90 ％ H |
15 ～ 25 |
布眼設(shè)計(jì)原則：中心孔間距取決于孔徑大小以及巖石硬度，如果要最佳破碎效果，在正常施工前須預(yù)測(cè)試。小的孔徑，中心距會(huì)越??；大的孔徑，中心距會(huì)越大，會(huì)加速破碎時(shí)間，例： dia30 min ： 35 cm (hole t0 hole) ， dia 35min ： 40 cm ， dia 40mm ： 45 cm ， dia 45 mm ： 60 cm 。
鉆孔直徑與破碎效果有直接關(guān)系，眼孔過(guò)小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力；眼孔過(guò)大，易沖孔。一般推薦用直徑為 40mm 的鉆頭。當(dāng)被破碎對(duì)象為孤立體時(shí)，鉆孔深度為破碎體厚度的 80 ％～ 90 ％?？變?nèi)有余水和余渣應(yīng)用高壓風(fēng)吹洗干凈。
破碎劑是一種粉末材料，使用前需與清潔冷水進(jìn)行充分混合。即按一包藥劑加 30 ％～ 34 ％的水 ( 重量比 ) 來(lái)調(diào)配漿水，也就是大約將 1.5 L ～ 1.7 L 水倒入攪拌容器中，再緩緩倒入一袋 5 kg 破碎劑充分地?cái)嚢璩闪鲃?dòng)性的漿體，如用手?jǐn)嚢钑r(shí)要戴橡膠手套。
將拌和好的破碎劑漿體迅速倒人孔內(nèi)后，并用略小于鉆孔的捅桿搗實(shí)捅緊，灌滿(mǎn)后立即用海綿或布料頭將孔口塞住。在操作過(guò)程中必須要將藥劑全部裝滿(mǎn)孔深的 100 ％。工人在施工中，必須保證配合默契，要做到隨清孔、隨拌藥、隨灌藥，已經(jīng)發(fā)燙或開(kāi)始冒氣的藥劑不得向孔內(nèi)填注，要少拌勤裝，才能保證最好的施工效果，在灌孔作業(yè)完畢后，安排專(zhuān)人進(jìn)行看護(hù)，無(wú)關(guān)人員不得靠近，預(yù)防噴孔發(fā)生時(shí)，造成人員傷亡事故。
[ 應(yīng)用實(shí)例 5]
貴重石材荒料無(wú)聲切割
玉石、花崗石和大理石等貴重石材資源有限，要實(shí)行保護(hù)性開(kāi)采。人們最先用人工鑿孔劈裂的原始方法。有了炸藥后用爆破的野蠻方法，這無(wú)疑是“殺雞取蛋”，對(duì)石材資源破壞極大。現(xiàn)在政府已明令禁止這種采礦方法。 20 世紀(jì)初，意大利、德國(guó)等開(kāi)發(fā)了用串珠繩鋸的開(kāi)采方法，實(shí)現(xiàn)了有計(jì)劃、保護(hù)性開(kāi)采貴重石材荒料。但投資大、設(shè)備復(fù)雜、操作嚴(yán)格，適用于大型礦山。但對(duì)于中小型礦山或偏遠(yuǎn)山區(qū)就不適用。
自從日本和我國(guó)先后研制成功靜態(tài)破碎劑后，在石材礦山上，采用鑿巖機(jī)鉆孔，灌入無(wú)聲破碎劑 ( 簡(jiǎn)稱(chēng) SCA) 漿體，經(jīng) 8 ～ 24h ，就可把巖石切割開(kāi)來(lái)，基本無(wú)損傷，荒料的整形量小，成材率大大提高。這種方法適合于整體性較好的礦體，投資小，設(shè)備簡(jiǎn)單，工人操作易于掌握，開(kāi)采成本也低。現(xiàn)今，我國(guó)部分石材礦山開(kāi)采都采用這種石材荒料無(wú)聲切割技術(shù)。意大利、澳洲、南美等石材礦山也引進(jìn)此開(kāi)石技術(shù)。
盡管石材荒料切割機(jī)理與混凝土、巖石的破碎機(jī)理基本相同。但是，有它的特殊性，即在鉆孔中灌入 SCA ，要巖石斷裂成塊，而不要破碎成四分五裂。
進(jìn)行了 SCA 切割獨(dú)山玉石、大理石和花崗巖現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出了 SCA 切割石材荒料的機(jī)理。
試驗(yàn)選擇了三種不同硬度巖石——玉石 ( 包括玉石圍巖的輝長(zhǎng)巖 ) 、大理石及花崗巖，它們均為礦物結(jié)晶顆粒的集合體，屬堅(jiān)硬及中等硬度巖石，大理石及花崗巖有著明顯的各向異性的特點(diǎn)。試驗(yàn)測(cè)定三種巖石的力學(xué)性能參數(shù)如表 1 。
表 1 三種巖石的力學(xué)性能
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項(xiàng)目
巖石名稱(chēng) |
容重 (t/m 3 ) |
抗壓強(qiáng)度 (MPa) |
抗拉強(qiáng)度 (MPa) |
脆性度 (R 壓 /R 拉 ， MPa) |
|
獨(dú)玉 |
3.09 |
167.4 |
18.0 |
9.3 |
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大理石（內(nèi)鄉(xiāng)） |
2.66 |
34.7 |
1.5 |
23.1 |
|
花崗巖（鎮(zhèn)平） |
2.71 |
160.2 |
7.7 |
20.8 |
注：大理石、花崗巖的力學(xué)性能參數(shù)均為湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)局中心試驗(yàn)室測(cè)定的數(shù)值。
通過(guò)試驗(yàn)，我們認(rèn)為巖石的抗切割性主要決定于它們的抗拉強(qiáng)度大小和脆性度值。巖石的抗拉強(qiáng)度愈大，愈難切割；而脆性變值愈大，對(duì)切割愈有利。所謂脆性度值是指同一巖石，在同一方向的抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值。從表 1 中可知，三種巖石中，獨(dú)玉最難切割，大理石最易切割。通過(guò)試驗(yàn)已證實(shí)這一規(guī)律。
關(guān)于無(wú)聲破碎劑切割巖石的機(jī)理，我們通過(guò)對(duì)玉石、大理石及花崗巖的百余次切割開(kāi)采及單體切割試驗(yàn)獲得資料證明，它與所有炸藥爆破巖石不同。炸藥爆炸引起巖石破壞作用是炸藥瞬間產(chǎn)生的應(yīng)力波及相伴隨的高溫高壓氣體產(chǎn)生膨脹的共同作用結(jié)果。而無(wú)聲破碎劑的切割巖石是無(wú)聲破碎劑在鉆孔內(nèi)緩慢進(jìn)行的一種水化反應(yīng)，生成 Ca(OH) 2 膨脹結(jié)晶形成膨脹壓力對(duì)其周?chē)橘|(zhì)起破壞作用。其特點(diǎn)是一種靜壓作用使巖石斷裂。
當(dāng)兩個(gè)鉆孔孔壁在一定壓力 P 的作用下，二維應(yīng)力問(wèn)題的解：在兩圓孔中心連線(xiàn)與鉆孔壁面的交點(diǎn)處，切線(xiàn)方向發(fā)生非常大的拉應(yīng)力〔 σ θ 〕，根據(jù)厚壁圓筒理論：  ，式中 d 為孔徑， a 為孔距，二孔之間的應(yīng)力分布如圖 1 所示。
圖 1 兩鉆孔同時(shí)受靜壓作用下的切向應(yīng)力分布
即使相鄰兩孔相距較遠(yuǎn)時(shí)，這種應(yīng)力分布也同樣存在，就是說(shuō)切向應(yīng)力〔 σ θ 〕最大值位于相鄰兩鉆孔中心連線(xiàn)上的鉆孔壁面上。隨作用距離的增大， σ θ 按孔距 a 2 衰減。根據(jù)應(yīng)力集中原理，當(dāng) SCA 的膨脹壓大于巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，裂縫首先就在相鄰兩鉆孔中心連線(xiàn)的壁面上發(fā)生。
我們知道，在任何材料內(nèi)部都存在著各種缺陷 ( 裂隙 ) ，如果事先在巖石的欲切割面內(nèi)鉆孔，就人為地生造成了巖石內(nèi)部的缺陷，它們明顯地削弱了欲切割巖石面的抗拉能力。如果這些缺陷的材料處在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)之下，加之無(wú)聲破碎劑水化反應(yīng)產(chǎn)生的膨脹壓力的作用，將會(huì)在孔壁端部產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。在相鄰兩圓孔中心連線(xiàn)方向的巖壁上裂縫尖端的應(yīng)力更為突出。從斷裂力學(xué)知道，一旦裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子大于材料 ( 巖石 ) 的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子，超過(guò)材料的斷裂韌性時(shí)，這些裂縫便開(kāi)始擴(kuò)展，并以一特定的速度發(fā)展，優(yōu)先擴(kuò)展的長(zhǎng)裂縫將比其他短裂縫更易于擴(kuò)張，從而促使其他短裂縫停止擴(kuò)張。相鄰兩圓孔內(nèi)壁上的裂縫在其連線(xiàn)方向上發(fā)展的結(jié)果，最終導(dǎo)致巖塊沿鉆孔連線(xiàn)方向巖石面開(kāi)裂分離。
如果鉆孔切割參數(shù)選取合理，在整個(gè)欲切割面上所有鉆孔內(nèi)無(wú)聲破碎劑的共同作用下，當(dāng) SCA 產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力等于或大于切割巖石面的抗拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)使巖石沿切割面斷裂開(kāi)來(lái)。
巖石在單向拉伸應(yīng)力作用下呈脆性斷裂，我們采用 Tresea 屈服條件公式推導(dǎo)的最小膨脹壓予以計(jì)算。
屈服條件公式：
式中： σ c ——巖石破壞時(shí)的屈服應(yīng)力， MPa ；
Rt ——巖石的抗拉強(qiáng)度， MPa ；
P —— SCA 產(chǎn)生的膨脹壓， MPa ；
a —— 孔間距 ，㎝ ；
d ——孔徑 (cm) 。
在 SCA 作用下，巖石斷裂開(kāi)來(lái)，須滿(mǎn)足如下條件： σ c =0 (2)
根據(jù) (2) 式，將 (1) 式化簡(jiǎn)為：
 （ 3 ）
式中 P min ——為巖石斷裂時(shí)，鉆孔中的 SCA 產(chǎn)生的最小膨脹壓。
我們根據(jù)對(duì)三種巖石進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)選用的孔距、孔徑及巖石的抗拉強(qiáng)度代入 (3) 式，分別計(jì)算出最小膨脹壓，見(jiàn)表 2 。由此可見(jiàn)，對(duì)于特定巖石，孔距 (a) 與孔徑 (d) 之比值 K 是決定性參數(shù)。我們通過(guò)大量試驗(yàn)認(rèn)為，大理石的 K=10 ～ 12 ，花崗石的 K=7 ～ 10 ，玉石的 K=5 ～ 7 。經(jīng)計(jì)算得出最小膨脹壓，見(jiàn)表 2 。通過(guò) SCA 現(xiàn)場(chǎng)切割巖石試驗(yàn)結(jié)果，選用的孔徑、孔距是合適的。
表 2 三種巖石需要的最小膨脹壓
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巖石名稱(chēng)
項(xiàng)目 |
玉石 |
花崗巖 |
大理石 * |
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孔距 a ( ㎝ ) |
20 |
40 |
40 |
|
孔徑 d ( ㎝ ) |
4.0 |
4.0 |
3.4 |
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SCA 膨脹壓 (MPa) |
43.0 |
35.4 |
28.5 |
|
Pmin(MPa) |
36.9 |
30.6 |
24.2 |
* 大理石的抗拉強(qiáng)度值由于產(chǎn)狀不同，受巖石的層理的影響較大，這里計(jì)算時(shí)，其抗拉強(qiáng)度值選用常用值 7.0MPa 。
［應(yīng)用實(shí)例 6 ］
開(kāi)采石材荒料的方法
1 無(wú)聲破碎劑全切割法
用無(wú)聲破碎劑 ( 簡(jiǎn)稱(chēng) SCA) 破碎混凝土構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)比較容易，因只要求把它破壞拆除，但開(kāi)采石材荒料不同，它要求切割成具有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的荒料，不傷石質(zhì)，表面平整度不超過(guò)± 3cm ，完整性好。因此，做好礦山開(kāi)采工作十分重要。
1.1 礦山調(diào)查
開(kāi)采大理石、花崗石等貴重石材之前，必須對(duì)礦山有初步調(diào)查，最好請(qǐng)地質(zhì)隊(duì)進(jìn)行地質(zhì)勘探，了解礦體的貯量，礦山的礦脈走向，節(jié)理發(fā)育情況，目估理論成荒料率，成塊性大小。如果礦體節(jié)理發(fā)達(dá)，裂隙甚多，成荒料率在 30 ％以下，則無(wú)工業(yè)價(jià)值，即使開(kāi)出來(lái)的荒料，成板率低。所以，礦山地質(zhì)調(diào)查是確定有無(wú)開(kāi)采價(jià)值和石材開(kāi)采設(shè)計(jì)的必要前提依據(jù)。切忌盲目開(kāi)采，否則得不償失。所謂合理的成荒料率，即 10000m 3 礦體，能開(kāi)出 3000m 3 以上的合格石材荒料，才有開(kāi)采價(jià)值。
1.2 確定礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)
經(jīng)地質(zhì)調(diào)查，確有開(kāi)采價(jià)值，則進(jìn)行礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)。如果是露天礦，首先把覆蓋土逐步剝離，露出礦體。如果礦體表層，由于風(fēng)化、水蝕作用、裂隙多、支離破碎，可以用 SCA 或黑火藥剝離掉，不可吝惜。礦山開(kāi)采應(yīng)根據(jù)實(shí)際產(chǎn)狀布置開(kāi)采工作面，并根據(jù)礦體的天然紋理，節(jié)理面、走向和裂隙確定不同的臺(tái)階高度、長(zhǎng)度和角度。這一步驟甚為重要。對(duì)礦床節(jié)理裂隙規(guī)律了解越是深透，開(kāi)采工作便越主動(dòng)，這是充分降低石料損失，提高荒料率的重要途徑。如果礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)選擇不當(dāng)，會(huì)破壞石材的完整性，造成損失。
1.3 開(kāi)采程序
1.3.1 切割階段 ( 即大體積切割 ) ：在一個(gè)開(kāi)采面上，首先從縱向開(kāi)挖兩條塹溝，使臺(tái)階成為四個(gè)自由面，以利于開(kāi)采。開(kāi)塹溝時(shí)，盡量不要用炸藥，可以用 SCA 或 SCA 與黑火藥聯(lián)合開(kāi)挖塹溝，盡量不要損傷臺(tái)階的石質(zhì)，開(kāi)塹溝是比較艱難的工作，因?yàn)橹挥袃蓚€(gè)自由面，只能逐層往縱深開(kāi)挖，開(kāi)出的塹溝面盡量平直，深度足夠，為下一步大切割創(chuàng)造良好的條件。
工作面長(zhǎng)度，即兩塹溝間距，有 10m 、 20m 、 30m 的，最理想的是 10 ～ 20m ，不宜太長(zhǎng)，因?yàn)檫^(guò)長(zhǎng)， SCA 產(chǎn)生膨脹壓力差較大，裂紋開(kāi)展不一致，產(chǎn)生分枝裂紋，會(huì)影響荒料完整性。
臺(tái)階高度一般為 1.5 ～ 2m ，如果存在天然層理面或水平裂隙，則依此面為高度，無(wú)節(jié)理則按取石材塊度大小確定臺(tái)階高度。
臺(tái)階寬度，即最小抵抗線(xiàn)，一般為 1.0 ～ 2.0m 。
工作面長(zhǎng)度和臺(tái)階高度、寬度確定后，用墨斗線(xiàn)放線(xiàn)，在直線(xiàn)上用鑿子把孔距點(diǎn)鑿出來(lái)，便于鑿巖工按設(shè)計(jì)孔距鉆眼，在工作面上是垂直鉆孔，垂直鉆孔盡量要垂直，偏差要小，以保證切割面垂直平整。如果在一條直線(xiàn)上各個(gè)鉆孔的垂直度不一，會(huì)增加 SCA 開(kāi)裂的困難，開(kāi)裂面不平整，變鋸齒狀，降低荒料開(kāi)采質(zhì)量。在臺(tái)階高度的底線(xiàn)上，確定孔距后，鉆水平孔，各孔的水平度盡量一直，與垂直孔成 90 °，或稍大于90 °，如小于 90 °，形成一個(gè)夾角，不利于 SCA 開(kāi)裂。用 SCA 切割巖石示意圖見(jiàn)圖 1 。
圖 1 用 SCA 切割工作平臺(tái)示意圖
開(kāi)采荒料質(zhì)量如何與鉆孔技術(shù)和熟練水平有密切關(guān)系，尤其是鉆水平孔，不好操作，很費(fèi)力氣。在臺(tái)階前面要把石渣清理掉，盡量平整，在水平孔前可放一條平滑、堅(jiān)硬的木枕，作為鉆機(jī)的支點(diǎn)，各點(diǎn)要打在水平線(xiàn)上，不能偏差。
鉆孔深度一般為臺(tái)階的設(shè)計(jì)寬度和高度的 80 ％～ 90 ％，不足者，易產(chǎn)生崩角現(xiàn)象。
每鉆完一孔，要把孔內(nèi)石粉吹干凈，用棉紗、紙或木塞堵口，防止雜物跌入。因雨天，孔內(nèi)積水，則要把水抽出來(lái)。
最后，把 SCA 與水拌成漿體，依次灌入鉆孔中，對(duì)于垂直孔，水灰比為 1:0.30 ～ 0.35 ，直接傾倒入孔，用粗鐵絲振搗排氣，使 SCA 漿體填充密實(shí)。對(duì)于水平孔，可用水灰比 1:0.25 ～ 0.28 把 SCA 拌成膠泥狀，搓成條塞入孔中，用木棍插實(shí)即可。
由于 SCA 與水作用后即進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，為使 SCA 膨脹壓能在同一個(gè)切割面上作用一致，每組灌 5 ～ 6 個(gè)孔，在一排孔上同時(shí)完成 SCA 灌孔作業(yè)，水平孔填孔慢，更要分配好人力。總的要求， SCA 灌孔時(shí)間前后差不要超過(guò) 1h 。
一般來(lái)說(shuō)，由于水平沉積和節(jié)理關(guān)系，水平孔比垂直孔早發(fā)生裂紋，為減少時(shí)間差，先灌垂直孔，后灌水平孔。
灌孔完畢后，在氣溫 10 ℃ 以上者，不用東西覆蓋，如氣溫低于 10 ℃ 者，要用二層草席覆蓋孔口，以起保溫作用，加快 SCA 膨脹壓的發(fā)揮。
裂紋出現(xiàn)后，可灌入少量水于縫中，加速 SCA 水化反應(yīng)，增加裂紋寬度，當(dāng)裂紋寬度達(dá) 0.5 ～ 1 ㎝ 時(shí)，說(shuō)明整個(gè)切割面基本斷裂開(kāi)了。經(jīng)過(guò) SCA 切割，一般可取出長(zhǎng) 1 0 ～ 20m ，寬 1 ～ 2m, 高 1 ～ 2m(20 ～ 30m 3 ) 的大塊體。
1.3.2 分切階段：用液壓千斤頂或人工撬開(kāi)，或用鋼絲把大塊石料套住，用絞車(chē)?yán)鰜?lái)，目的是使大塊體離床。然后按用戶(hù)需要規(guī)格和起吊運(yùn)輸能力，將大塊料進(jìn)行分割成小塊。為了使切割面平整，宜用小孔徑 (Ф 30mm ) 小孔距 (2 0 ～ 30cm ) 。步驟是：先劃切割線(xiàn)，按設(shè)計(jì)孔距垂直鉆孔，灌入 SCA 漿體即可，由于大塊料體積較大，應(yīng)先灌兩頭，后灌中間。由于大塊料四面凌空，用 SCA 分切大塊料是很容易的，斷裂后，用人工撬杠分離，見(jiàn)圖 2 。
圖 2 用 SCA 把大塊料分切成規(guī)格荒料
1.3.3 搬運(yùn)階段：將分切荒料用桅桿吊，或卷?yè)P(yáng)機(jī)把荒料吊裝在汽車(chē)或拖拉機(jī)上，運(yùn)往各加工廠(chǎng)或車(chē)站、碼頭。
最后，為了便于加工和運(yùn)輸，一般都用人工對(duì)荒料進(jìn)行整形，使荒料六面基本平整，平整度不超過(guò)± 3cm 。
用 SCA 開(kāi)采荒料的方法簡(jiǎn)便、安全，步驟是鉆孔設(shè)計(jì)—鉆孔—灌入 SC A — 開(kāi)裂—離床—搬運(yùn)。問(wèn)題在于工作平臺(tái)的選擇與設(shè)計(jì)以及開(kāi)挖塹溝，這兩步準(zhǔn)備工作搞好，就能為 SCA 切割大塊料和分切規(guī)格荒料創(chuàng)造良好條件。為使巖石按設(shè)計(jì)面開(kāi)裂，根據(jù)應(yīng)力集中和尖端效應(yīng)原理，最好在孔與孔之間鑿出一條定向槽。
如果見(jiàn)石就開(kāi)，零敲碎打，開(kāi)采無(wú)計(jì)劃，就會(huì)增加 SCA 開(kāi)采的困難性，取不出大荒料。
能不能用 SCA 進(jìn)行三面切割荒料呢 ? 一般來(lái)說(shuō)是可以的，如圖 3 所示，但由于自由面只有三個(gè)，困難較大，原因是三個(gè)切割面灌入 SCA 后，膨脹壓不均勻，切割面開(kāi)裂時(shí)間有快有慢，產(chǎn)生剪應(yīng)力，容易“爛角”，或者裂紋延伸到鄰近巖石上，破壞巖體。因此，采用三面切割時(shí)，要求鉆孔設(shè)計(jì)和鉆孔技術(shù)更嚴(yán)格，使三個(gè)切割面開(kāi)裂時(shí)間比較一致，斷裂后，要及時(shí)把巖塊分離開(kāi)來(lái)，否則裂紋繼續(xù)延伸，破壞鄰近巖塊。
圖 3 SCA 三面切割荒料
2 用 SCA 與串珠繩鋸聯(lián)合開(kāi)采荒料的方法
在有串珠繩鋸的礦山，可以采用與 SCA 聯(lián)合開(kāi)采荒料的方法，串珠繩鋸有許多優(yōu)點(diǎn)，但其成本較高，工效較慢，我國(guó)普通串珠鋸工效為 1m 2 ／ h ，意大利的快速串珠繩鋸為 2 ～ 6m 2 ／ h 。如果采用串珠繩鋸作水平切割，用 SCA 作垂直切割，總成本會(huì)降低，工效能提高。采用此聯(lián)合開(kāi)采方法，用串珠繩鋸作水平切割，然后用 SCA 進(jìn)行垂直切割和分塊切割，取得顯著效益，見(jiàn)圖 4 。
圖 4 SCA 與串珠繩鉆聯(lián)合切割法
關(guān)于串珠繩鋸的配套機(jī)具、性能以及開(kāi)采方法，這里不作介紹，請(qǐng)參閱有關(guān)資料。
目前，一些礦山使用串珠繩鋸作水平鋸切割后，用鑿孔打楔劈裂作垂直分離，由于打楔劈裂損失 ( 包括鉆機(jī)和劈裂面凹凸不平 ) 達(dá) 20cm 左右，使荒料率下降約 24 ％，如果改用 SCA 作垂直切割，不但省去勞動(dòng)力，而且還可提高荒料率。試驗(yàn)表明：石材成荒率可提高 20 ％以上。
國(guó)外一些大型礦山，采用串珠繩鋸對(duì)石材礦體進(jìn)行垂直和水平切割 ( 臺(tái)階式 ) ，然后用 SCA 進(jìn)行分塊切割，此方法可提高工效，降低開(kāi)采成本。
對(duì)于大、中型礦山，這種聯(lián)合開(kāi)采法是個(gè)方向。目前，為適應(yīng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)石材企業(yè)發(fā)展之需，國(guó)內(nèi)有關(guān)單位已研制出小巧靈便、成本較低的小型串珠繩鋸，它與 SCA 相配合使用，如虎添翼，將使整個(gè)石材開(kāi)采行業(yè)大為改觀(guān)，荒料的產(chǎn)量成倍增加，質(zhì)量也大大提高了。
3 SCA 與黑火藥聯(lián)合開(kāi)采法
此方法是用 SCA 作垂直切割，水平切割用 SCA 預(yù)裂，再用少量黑火藥把大塊料抬起離床，如圖 5 所示。水平切割面上隔孔裝入 SCA 起預(yù)裂作用， 2 ～ 3 個(gè)空孔上裝入少量黑火藥，用 SCA 堵孔，當(dāng)垂直切割面裂開(kāi)后，立即把導(dǎo)火索點(diǎn)燃，產(chǎn)生氣體膨脹 ( 響聲很小，悶響 ) ，把整個(gè)石塊抬起來(lái)，達(dá)到分離目的。
圖 5 SCA 與黑火藥聯(lián)合采法
這里要注意三點(diǎn)：一是黑火藥爆破孔的分布與數(shù)量，二是每孔黑火藥的用量適當(dāng)，一般裝藥量為 300 ～ 400 克 /m 3 。目的是不傷石質(zhì)又能抬起石料。黑火藥用量多少，與巖石力學(xué)性能、構(gòu)造、分割體積， SCA 預(yù)裂程度有關(guān)，要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。這種方法對(duì)于小塊料 ( 10m 3 以下 ) 有效，對(duì)于大塊料恐怕會(huì)傷及石質(zhì)，中間斷裂?！痢痢链罄硎V曾用此方法，頗有成效，可減少巖石離床的困難。
4 開(kāi)塹溝的方法
意大利用串珠繩鋸切割巖塊之前，首先從開(kāi)采面的兩側(cè)開(kāi)出塹溝，目的是把開(kāi)采石料塊變成四個(gè)自由面，利于切割，一般用 025 型鉆孔切割兩用機(jī)，這種機(jī)器由兩根管狀鋼桿構(gòu)成，這兩根鋼桿由支架和套管聯(lián)在一起，其中一根是固定的，作用是在巖石上固定整套機(jī)器，另一根是活動(dòng)的，可做上下和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，起鉆桿作用。開(kāi)溝用 Ф204 或 1900mm 鉆頭的兩用鉆機(jī)，第一步鉆孔，第二步把鉆頭取下來(lái)，換上 Ф200或 190mm 滑輪壓入孔內(nèi)配合普通串珠繩鋸切割，塹溝一般開(kāi)成 V 型。然后，再用自動(dòng)降壓切割機(jī)切割巖塊。這種方法開(kāi)出的塹溝齊整，不傷石質(zhì)，但工序多、效率低。
我國(guó)一些礦山多用爆破法開(kāi)塹溝，雖然速度快，但傷石質(zhì)，尤其靠近塹溝兩邊的巖塊，受震動(dòng)大，震傷深度達(dá) 2 ～ 3m ，因爆破開(kāi)溝所造成的石料損失量高達(dá) 20 ％以上。
在意大利是嚴(yán)禁用炸藥開(kāi)采大理石的，目的是保護(hù)巖體。我國(guó)大多數(shù)礦山無(wú)串珠繩鋸機(jī)，怎么辦呢 ?
我們提出兩種方法。
4.1 全用無(wú)聲破碎劑 (SCA) 開(kāi)塹溝
先在塹溝兩邊沿設(shè)計(jì)線(xiàn)鉆防裂孔，孔距一般為 15 ～ 20cm ，孔深為臺(tái)階高度，然后以 60 °傾斜角度 從外層起打 1 ～ 2 排斜孔，上抵抗線(xiàn)為 40cm ，下抵抗線(xiàn)為 20cm 左右，這樣利于往外膨脹，易破碎，孔距在 35cm 以?xún)?nèi)，排距在 30cm 以?xún)?nèi)，邊距應(yīng)比排距縮小 1 倍，在邊排距中間加鉆 1 孔，這樣，邊上巖石破碎效果好。 I 、Ⅱ、Ⅲ逐層往里破碎巖石，塹溝中間大部分巖石開(kāi)挖掉后，最后把 SCA 灌入塹溝兩邊防裂孔中進(jìn)行光面破碎，使塹溝兩邊平整，溝底用風(fēng)鎬或人工找平，有利于下一步開(kāi)采作業(yè)，這種方法稍費(fèi)工，但可保證開(kāi)采平臺(tái)不傷石質(zhì)，是個(gè)行之有效的方法，見(jiàn)圖 6 所示。
圖 6 用 SCA 開(kāi)塹溝示意圖
4.2 用 SCA 與黑火藥聯(lián)合方法開(kāi)塹溝方法
為加快開(kāi)塹溝施工進(jìn)度，此方法可以考慮。與上法基本相同，先在塹溝兩邊打一排防震孔，以消除和減輕爆破時(shí)震傷開(kāi)采平臺(tái)的石質(zhì)，這一步驟很主要。然后在塹溝中部鉆孔，用黑火藥把巖石破碎成一個(gè)工作坑，先炸 I 、后炸Ⅱ，最后用 SCA ，修整塹溝成平面，如圖 7 所示。在塹溝凌空面 1 米 以?xún)?nèi)，用 SCA破碎，在其后排眼裝入黑火藥，進(jìn)行松動(dòng)爆破，如此逐層開(kāi)溝。
圖 7 用 SCA 和黑藥開(kāi)塹溝示意圖
此方法的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)溝快，缺點(diǎn)是易傷石質(zhì)。因此，必須多打孔，每孔放入黑火藥量要小，孔距 3 0 ～ 40mm ，每孔裝黑火藥量 5 0 ～ 100g ，用黃泥封孔，達(dá)松動(dòng)爆破即可，再用人工或風(fēng)鎬清渣，切不可用硝銨炸藥。
5 其他
5.1 花崗巖的特點(diǎn)是質(zhì)堅(jiān)、易脆、均質(zhì)、裂紋少、節(jié)理有一定規(guī)則，對(duì)于大塊的露天花崗巖，可沿其節(jié)理面鉆孔，放入少量黑火藥，把它斷裂成大塊，變成四面凌空的大塊料，然后用 SCA 分段切割成荒料，這樣可以大大降低成本。用 SCA 分塊切割時(shí)，宜用 Ф30 ～ 32mm 鉆頭打眼，孔距控制在 2 0 ～ 30 ㎝ ，孔深為石料高度的 80 ％，這樣切割面比較平整。
5.2 玉石 ( 輝長(zhǎng)巖類(lèi) ) ，一般生成在火成巖的夾層中，厚度不等，一般在 20 ～ 200cm ，玉石是名貴的裝飾石材和雕刻石材，價(jià)值很高，如山玉石，名聞中外，它的硬度 f = 7 ～ 8 ，半透明，顏色瑰麗。但開(kāi)采玉石難度很大，首先用炸藥掘進(jìn)坑道，找到玉石帶痕跡，再用黑火藥破碎附近巖石，如果玉石帶有三個(gè)自由面，可以用 SCA 切割，以保證玉石成塊分離，尤其對(duì)薄層玉石帶開(kāi)采有利。
對(duì)于剝離出來(lái)大塊玉石 ( 2 ～ 3m 3 ) ，用 SCA 切割最為適宜，為減少玉石受損，宜用 Ф30 ～ 32mm 的孔徑，孔距 20 ～ 25cm ，孔深為切割高度的 90 ％，這樣切割面比較平整。
5.3 SCA 一般不宜用于采石場(chǎng)，因?yàn)榻ㄖ觾r(jià)格低，而 SCA 破碎效率低、成本高。但是，對(duì)于距離村莊、工廠(chǎng)、交通要道很近的采石場(chǎng)，為避免人命和房屋之損害，可用 SCA 預(yù)裂巖石，再用黑火藥松動(dòng)爆破，使飛石控制在 10m 之內(nèi)。具體方法是：在巖層的凌空面 1 ～ 2m 內(nèi)，鉆成 4 0 × 40cm 的梅花眼，灌入 SCA ，巖石出現(xiàn)裂紋后，在巖石的后排眼，放入黑火藥起爆，把巖石破碎。黑火藥的布眼和用藥量，應(yīng)根據(jù)爆破方量和飛石距離確定。這種用 SCA 靜態(tài)預(yù)裂和黑火藥 ( 或硝銨炸藥 ) 動(dòng)態(tài)爆破的聯(lián)合方法，成本會(huì)提高，但對(duì)要求安全的采石面還是適用的，見(jiàn)圖 8 所示。
圖 8 SCA 與黑火藥（炸藥）破碎采石面示意圖 圖 9 用 SCA 修整荒料示意圖
5.4 荒料整形
有些荒料開(kāi)采出來(lái)后，其尺寸和外形不規(guī)整，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求，用人工修整工作量大。此時(shí)可用 SCA 整形，如圖 9 所示，沿切割線(xiàn)打孔，灌入 SCA ，為使荒料表面平整，要用小孔徑 (Ф 30mm 以下 ) ，孔距 20 ～ 25cm ，孔深 0.9H 。由于切割厚度薄，為節(jié)省 SCA 用量，采用 1: 0.38-0.45 大水灰比把 SCA 拌成稀漿灌入孔內(nèi)，開(kāi)裂時(shí)間雖長(zhǎng)，但達(dá)到整形效果。
［應(yīng)用實(shí)例 7 ］
靜態(tài)破碎劑的作用原理
靜態(tài)破碎劑產(chǎn)生膨脹力的作用過(guò)程是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，因此，研究靜態(tài)破碎劑首先要從研究其化學(xué)反應(yīng)過(guò)程入手。運(yùn)用熱力學(xué)方法對(duì)其主要反應(yīng)進(jìn)行研究，可以得出反應(yīng)進(jìn)行的方向及其反應(yīng)平衡常數(shù)；靜態(tài)破碎劑膨脹壓力的產(chǎn)生是由于其反應(yīng)后體積增大所引起的。研究反應(yīng)過(guò)程的物質(zhì)轉(zhuǎn)移及反應(yīng)前后體積的變化，可以得到靜態(tài)破碎劑的膨脹機(jī)理及其產(chǎn)生體積膨脹的條件，進(jìn)一步指導(dǎo)靜態(tài)破碎劑膨脹壓力提高的研究。另外，靜態(tài)破碎劑的反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程，反應(yīng)一旦開(kāi)始，熱量將不斷增加。當(dāng)熱量的散失小于所產(chǎn)生的熱量時(shí)，反應(yīng)溫度將升高，反應(yīng)速度不斷加快，將有可能導(dǎo)致沖孔現(xiàn)象的發(fā)生。而隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溫度逐漸下降，但膨脹壓力仍持續(xù)增長(zhǎng)，而且靜態(tài)破碎劑受環(huán)境溫度影響非常大，在冬季寒冷季節(jié)反應(yīng)緩慢，有時(shí)會(huì)失去作用；而在夏季高溫時(shí)又易產(chǎn)生沖孔。因此，研究其反應(yīng)放熱，對(duì)提高靜態(tài)破碎劑的反應(yīng)速度及防止沖孔現(xiàn)象的發(fā)生具有重要意義。
1 靜態(tài)破碎劑的基本化學(xué)反應(yīng)式
目前，靜態(tài)破碎劑的主要成分都是氧化鈣。氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣，在放出熱量的同時(shí)，其體積增大。靜態(tài)破碎劑正是利用這種化學(xué)反應(yīng)和氫氧化鈣結(jié)晶發(fā)育時(shí)所產(chǎn)生的膨脹壓力來(lái)破壞巖石和混凝土等脆性材料。其基本的化學(xué)反應(yīng)式如下：
CaO 十 H 2 O → Ca(OH) 2 +64.8kJ
從式中可以看出，這是一個(gè)放熱反應(yīng)。
2 反應(yīng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)移
氧化鈣和水混合后，立即發(fā)生兩類(lèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移過(guò)程： 1) 水分子進(jìn)入 CaO 粒子內(nèi)部，并與之發(fā)生水化反應(yīng)； 2) 水化反應(yīng)產(chǎn)物向原來(lái)充水空間轉(zhuǎn)移。如果前者與后者相適應(yīng)，即水化速度和水化產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移速度相等時(shí)， CaO — 水系統(tǒng)的體積不會(huì)發(fā)生膨脹，但是，由于 CaO 的結(jié)構(gòu)特性，即內(nèi)比表面積大，水化速度很快，水化速度大于水化產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移速度，這時(shí)，由于 CaO 粒子周?chē)姆磻?yīng)產(chǎn)物還沒(méi)有轉(zhuǎn)移走，而里面的反應(yīng)又大量的產(chǎn)生了，這些新的反應(yīng)物將沖破原來(lái)的反應(yīng)層，使粒子產(chǎn)生機(jī)械跳躍，因而發(fā)生體積膨脹，產(chǎn)生膨脹壓力，將約束介質(zhì)破壞。在沒(méi)有約束條件下，氧化鈣將散裂成粉末。
3 反應(yīng)前后體積的變化
靜態(tài)破碎劑膨脹壓力的產(chǎn)生是由于其反應(yīng)后體積增大所引起的。 CaO 和水反應(yīng)時(shí)，生成 Ca(OH) 2 的固相體積在一定的條件下要比 CaO 的固相體積增大 97.92% 。固相體積增大，固相體積空隙體積增量之和超過(guò) CaO 水系統(tǒng)的空間，從而引起 CaO 體積的增大，膨脹壓力增大。生石灰的水化反應(yīng)在沒(méi)有約束的自由膨脹狀態(tài)下，其體積將增大 2 倍～ 3 倍。在有約束的條件下，其膨脹體積變小。當(dāng)約束力非常大時(shí)，其體積沒(méi)有變化，即不產(chǎn)生膨脹，這就是在實(shí)際應(yīng)用常出現(xiàn)的靜態(tài)破碎劑裝入炮孔后失去作用的情況。出現(xiàn)這種情況的原因有：首先從反應(yīng)物和生成物的摩爾體積變化來(lái)討論。靜態(tài)破碎劑主要是利用生石灰的水化反應(yīng)，但從其標(biāo)準(zhǔn)狀況的體積和生成物的摩爾體積進(jìn)行比較可以看出，并不是在所有的情況下，都會(huì)產(chǎn)生體積膨脹。下面具體討論什么情況發(fā)生體積膨脹。
下列反應(yīng)式給出了反應(yīng)物生成物的摩爾體積和比重等數(shù)據(jù)。
CaO+H 2 O→Ca(OH) 2 +64.8kj
摩爾體積： 16.764cm 3 ， 18.069cm 3 ， 33.056cm 3 ;
比重： 3.2g /cm 3 ～ 3.4g /cm 3 ， 1.0g / ㎝ 3 ， 2.1g /cm 3 ～ 2.3g /cm 3
從上面所列數(shù)據(jù)來(lái)看，生成物的摩爾體積為 33.065cm 3 ，而反應(yīng)物的摩爾體積為 16.764+18.069= 34.833cm 3 ，反應(yīng)之后體積應(yīng)該變小，而不是增大。這好像與實(shí)際情況相矛盾。這是由于摩爾體積為分子最緊密堆積時(shí)的體積，而在靜態(tài)破碎劑中實(shí)際應(yīng)用的是其表觀(guān)體積，也就是說(shuō)在一般情況下，靜態(tài)破碎劑中生石灰的水化反應(yīng)的生成物很難達(dá)到分子狀態(tài)的最緊密堆積，因?yàn)樵谌彼疇顟B(tài)下，生成的氫氧化鈣比表面積非常大，不是最緊密堆積狀態(tài)，因此，就表現(xiàn)出體積膨脹。相反，在大量水存在時(shí)，如在水溶液中，氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，其體積變小，而不產(chǎn)生膨脹力。一般缺水情況下 ( 干態(tài)，不是在水溶液中 ) ，是用容重來(lái)衡量氧化鈣和氫氧化鈣，而不是用比重。生石灰是由碳酸鈣煅燒而成，由于 CO 2 的逸出，產(chǎn)生了許多微孔，氧化鈣保持了碳酸鈣的假象，其容重略大于 1 ，與其 3.2 g ／ cm 3 ～ 3.4g ／ cm 3 的比重相差甚遠(yuǎn)。氫氧化鈣在干粉狀態(tài)下，容重也很小，僅為 1 左右。這樣生石灰的水化反應(yīng)中 ( 缺水狀態(tài) ) 就表現(xiàn)出體積增大的現(xiàn)象。
當(dāng)外界約束力非常大時(shí)，迫使生成的氫氧化鈣的容重接近其比重，所產(chǎn)生的體積也就越來(lái)越小，甚至不產(chǎn)生膨脹。
4 反應(yīng)放熱
靜態(tài)破碎劑的主要反應(yīng)是放熱反應(yīng)，其放出熱量的大小隨溫度而變化，如表 1 所示。
表 1 氧化鈣與水反應(yīng)的放熱效應(yīng)
|
溫度 /K |
△ H 0 f T /k J · mol -1 |
放熱出的熱
Q kJ/mol |
|
反應(yīng)物 |
生成物 |
|
CaO |
H 2 O |
Ca （ OH) 2 |
|
298.15 |
-635.090 |
-285.830 |
-986.085 |
65.165 |
|
400 |
-634.723 |
-242.835 |
-985.169 |
107.611 |
|
500 |
-634.390 |
-243.821 |
-983.893 |
105.682 |
|
600 |
-634.107 |
-244.752 |
-982.470 |
103.611 |
|
700 |
-633.915 |
-245.630 |
-981.027 |
101.482 |
當(dāng)溫度小于 100 ℃ 時(shí) , 溫度升高放出的熱量增加 ; 當(dāng)溫度超過(guò) 100 ℃ 時(shí)，氧化鈣與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)放出更多的熱量；當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)，放出的熱量逐漸減小。由此可看出，反應(yīng)一旦開(kāi)始，熱量將不斷增加；當(dāng)熱量的散失小于所產(chǎn)生的熱量時(shí)，反應(yīng)溫度將升高，反應(yīng)速度不斷加快，將有可能導(dǎo)致沖孔現(xiàn)象的發(fā)生。從表 1 中也可以看出，靜態(tài)破碎劑受環(huán)境溫度的影響非常大，在冬天寒冷季節(jié)反應(yīng)緩慢，有時(shí)甚至?xí)プ饔?；而在夏季高溫時(shí)又易產(chǎn)生沖孔。
5 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)以上運(yùn)用熱力學(xué)方法對(duì)靜態(tài)破碎劑主要反應(yīng)的簡(jiǎn)單分析，可以得出下面的結(jié)論： 1) 如果要增加膨脹壓力，就需要提高氫氧化鈣的容重，同時(shí)減少水灰比，使靜態(tài)破碎劑處于缺水狀態(tài)； 2) 如果要提高反應(yīng)速度，就需要增加反應(yīng)物的活性或提高反應(yīng)溫度； 3) 為防止沖孔現(xiàn)象的發(fā)生，就需要添加能強(qiáng)烈吸收水蒸氣又能在以后的反應(yīng)中將水釋放出來(lái)的物質(zhì)。以上 3 條結(jié)論，就是我們?cè)O(shè)計(jì)靜態(tài)破碎劑研制方案時(shí)遵循的原則。
靜態(tài)破碎劑的性能測(cè)試
靜態(tài)破碎劑的性能測(cè)試包括膨脹壓力測(cè)試和混凝土巖石開(kāi)裂試驗(yàn)兩部分。膨脹壓力是衡量靜態(tài)破碎劑性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。測(cè)定其膨脹壓力是靜態(tài)破碎劑研制過(guò)程中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是一個(gè)極其重要的手段。而混凝土開(kāi)裂試驗(yàn)就是直接把靜態(tài)破碎劑用于試驗(yàn)中。通過(guò)觀(guān)察開(kāi)裂時(shí)間能綜合評(píng)估靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力及反應(yīng)速度，與膨脹壓力測(cè)試相比，反映靜態(tài)破碎劑的優(yōu)劣更直接。但混凝土開(kāi)裂試驗(yàn)不能代替膨脹壓測(cè)試，因?yàn)樗荒芏康亟o出膨脹壓力的大小。所以說(shuō)，膨脹壓力測(cè)試與混凝土開(kāi)裂試驗(yàn)是相輔相成的，它們都是靜態(tài)破碎劑性能測(cè)試不可缺少的部分。
1 靜態(tài)破碎劑壓力測(cè)試與分析
膨脹壓力是衡量靜態(tài)破碎劑性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。測(cè)定其膨脹壓力是靜態(tài)破碎劑研制過(guò)程中一個(gè)極其重要的手段。靜態(tài)破碎劑成分配比及制造條件，很大一部分是由其膨脹壓力來(lái)確定的。因此，在靜態(tài)破碎劑的研制過(guò)程中，我們選用液壓式測(cè)壓裝置對(duì)所研究的靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力進(jìn)行了多次測(cè)試。為了了解不同因素對(duì)靜態(tài)破碎劑的影響，采用不同條件對(duì)靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力進(jìn)行測(cè)試，為了了解所研制開(kāi)發(fā)的靜態(tài)破碎劑的耐候性能，即不同環(huán)境溫度對(duì)膨脹壓力的影響，分別在不同季節(jié)進(jìn)行膨脹壓力測(cè)試。
2 膨脹壓力測(cè)試
靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力測(cè)試值受到諸多因素的影響。為了認(rèn)識(shí)這些因素對(duì)靜態(tài)破碎劑膨脹壓力的影響，我們不斷采取不同水灰比、不同孔徑及不同藥量等條件對(duì)所開(kāi)發(fā)的靜態(tài)破碎劑進(jìn)行多次測(cè)試和研究。為了了解不同產(chǎn)品的性能，我們分別對(duì)市售產(chǎn)品 1 、市售產(chǎn)品 2 及自行研制開(kāi)發(fā)的靜態(tài)破碎劑進(jìn)行膨脹壓力測(cè)試。為了了解不同裝藥量對(duì)靜態(tài)破碎劑膨脹壓力的影響，分別對(duì)不同的靜態(tài)破碎劑進(jìn)行膨脹壓力測(cè)試。
2.1 水灰比對(duì)靜態(tài)破碎劑膨脹壓力的影響
測(cè)試試樣為所開(kāi)發(fā)的靜態(tài)破碎劑，裝藥量為 200 g ，水灰比分別為 0.3 、 0.34 和 0.38 ，從圖 1 可以看出，水灰比對(duì)靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力有一定的影響，隨著水灰比的增大，靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力隨著減小，水灰比越小，靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力越大。但是，靜態(tài)破碎劑的水灰比不能太小，水灰比太小，雖然可以增加靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力，卻影響靜態(tài)破碎劑的施工性能。所以，必須控制好靜態(tài)破碎劑的水灰比。所開(kāi)發(fā)的靜態(tài)破碎劑的施工水灰比為 0.3 。這時(shí)，它的施工性能比較好，膨脹壓力也比較大。
圖 1 水灰比與膨脹壓力關(guān)系 圖 2 藥量與膨脹壓力的關(guān)系
2.2 裝藥量對(duì)靜態(tài)破碎劑膨脹壓力的影響
測(cè)試樣品試樣 1 、試樣 2 、試樣 3 、試樣 4 及試樣 5 為所開(kāi)發(fā)的靜態(tài)破碎劑，藥量分別為 150 g 、 180 g 、200 g 、 230 g 和 260 g ，繪制成膨脹壓力—時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)如圖 2 所示。
從圖 2 中可以看出，在一定的水灰比和一定的溫度條件下，隨著藥量的增大，靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力也不斷增大。靜態(tài)破碎劑所能達(dá)到的膨脹壓力幾乎與其藥量成正比。
從圖中可以看出，膨脹壓力越大，其曲線(xiàn)起伏越大；膨脹壓力越小，其曲線(xiàn)起伏越平緩。
2.3 不同靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力對(duì)比
測(cè)試樣品 6 為新研制開(kāi)發(fā)的靜態(tài)破碎劑，樣品 7 、 8 為兩種市售的普通靜態(tài)破碎劑，藥量都為 200 g ，繪制成膨脹壓力—時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)如圖 3 所示。
從圖 3 中可以看出，在相同條件下，新研制的靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力是市售普通靜態(tài)破碎劑壓力的 2-3 倍，高達(dá)近 40 MPa 。另外，所開(kāi)發(fā)的靜態(tài)破碎劑的反應(yīng)速度也比普通靜態(tài)破碎劑快，只需 7 h 就能達(dá)到較高膨脹壓力，而普通靜態(tài)破碎劑則需要 30 h 以上。
圖 3 不同靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力對(duì)比 圖 4 新型靜態(tài)破碎劑的耐候性能
2.4 耐候性能測(cè)試
為了了解所研制的新型靜態(tài)破碎劑的耐候性能及環(huán)境溫度對(duì)靜態(tài)破碎劑膨脹壓力的影響，分別在春季、夏季和冬季對(duì)同種靜態(tài)破碎劑進(jìn)行了膨脹壓力測(cè)試，把數(shù)據(jù)繪成膨脹壓力—時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)如圖 4 所示，從圖中可以看出，所研制的靜態(tài)破碎劑的耐候性較好，其膨脹壓力隨氣溫變化不大，由于測(cè)試的樣品采用的是同一批號(hào)靜態(tài)破碎劑，測(cè)試的時(shí)間有一定跨度，靜態(tài)破碎劑在存放過(guò)程中性質(zhì)發(fā)生變化以及測(cè)試系統(tǒng)的靈敏度、準(zhǔn)確度有可能發(fā)生改變，因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不是很具有說(shuō)服力。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)及一些測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)破碎劑的存放時(shí)間越長(zhǎng)，其反應(yīng)速度越快，膨脹壓力越小。從圖 4 中也有所反映，靜態(tài)破碎劑的反應(yīng)速度及膨脹壓力與其存放的時(shí)間有關(guān)系，有待于做進(jìn)一步的研究。如果條件允許，能夠控制室溫的話(huà)，靜態(tài)破碎劑的耐候性能將更準(zhǔn)確，更具有說(shuō)服力。
3 混凝土開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)
試驗(yàn) 1: 混凝土試塊 10 0 ㎝× 7 0 ㎝× 60cm ，鉆孔直徑為 30 mm ，孔深為 50 ㎝ ，鉆孔數(shù)量為 3 個(gè)，然后把靜態(tài)破碎劑裝入孔中。 2 h 出現(xiàn)裂縫，具體布置如圖 5 所示。
圖 5 試驗(yàn) 1 布置方案
圖 6 試驗(yàn) 2 布置方案
試驗(yàn) 2: 混凝土試塊 10 0 ㎝× 70 ㎝× 60 ㎝ , 鉆孔直徑為 30 mm ，孔深為 50 cm ，鉆孔數(shù)量為 2 個(gè)，然后把靜態(tài)破碎劑裝入孔中。 32 h 出現(xiàn)裂縫，具體布置如圖 6 所示。
從圖中可以看出，采用相同的孔徑，其所用的開(kāi)裂時(shí)間也不同，孔徑數(shù)量多，其膨脹壓力分布均勻，膨脹壓力也增大。當(dāng)孔徑數(shù)量增加一個(gè)，其破碎時(shí)間相對(duì)縮短很多。但是從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，應(yīng)選取合理的孔數(shù)量、孔徑與間距。
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，與普通靜態(tài)破碎劑相比，新型靜態(tài)破碎劑膨脹壓力大，反應(yīng)速度快。普通市售靜態(tài)破碎劑在花崗巖上采用 5 個(gè)孔進(jìn)行開(kāi)裂也比較困難，而新型靜態(tài)破碎劑采用 3 個(gè)孔，開(kāi)裂時(shí)比其采用 5 個(gè)孔還短。
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以看出，在同一試塊上進(jìn)行的開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)，同孔數(shù)時(shí)，孔徑大的開(kāi)裂時(shí)間短；在同一規(guī)格的混凝土上進(jìn)行開(kāi)裂，孔數(shù)多的比孔數(shù)少的開(kāi)裂時(shí)間短，也就是說(shuō)孔間距大到一定距離時(shí)，混凝土開(kāi)裂就變得相當(dāng)困難。有時(shí)需要幾天以上的時(shí)間才能開(kāi)裂。這說(shuō)明靜態(tài)破碎劑的膨脹壓是有限的。所以，靜態(tài)破碎劑一般用于混凝土的破碎。
在所有實(shí)驗(yàn)中均未出現(xiàn)沖孔現(xiàn)象，操作方便，也沒(méi)有出現(xiàn)失去作用而不能開(kāi)裂的情況。并且所有的靜態(tài)破碎劑在儲(chǔ)存一段時(shí)間后，其反應(yīng)速度變快，這比普通靜態(tài)破碎劑的性能要好。
4 結(jié) 論
膨脹壓力是各種靜態(tài)破碎劑最主要的性能指標(biāo)，而膨脹壓力測(cè)試是靜態(tài)破碎劑研制過(guò)程中一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)和重要手段。液壓式平衡靜態(tài)破碎劑是我們研制出的靜態(tài)破碎劑。它具有操作簡(jiǎn)單，環(huán)境溫度可控，數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)性好，節(jié)約鋼材等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量結(jié)果非常令人滿(mǎn)意。通過(guò)分析測(cè)得的膨脹壓力數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：
1) 靜態(tài)破碎劑的水灰比越小，其膨脹壓力也就越大。
2) 靜態(tài)破碎劑的裝藥量大，其膨脹壓力也就越大。這就說(shuō)明了為什么采用大孔徑藥孔更容易破碎混凝土。
3) 靜態(tài)破碎劑破碎的溫度越高，其膨脹壓力也就越大。反應(yīng)速度也就越快。
4) 新型靜態(tài)破碎劑的耐候性好，四季都可以用。
5) 新型靜態(tài)破碎劑所能達(dá)到的最大膨脹壓力為市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品的兩倍左右，這大大提高了新型靜態(tài)破碎劑的破碎能力，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。
6) 混凝土的開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)表明，新型靜態(tài)破碎劑的膨脹壓力大，而且它的反應(yīng)速度也非?？?。 | 
I試驗(yàn)段鉆孔共34個(gè)，Ⅱ試驗(yàn)段鉆孔共21個(gè)。水和破碎劑均按1：2.85的比例配制，共用2箱(40kg)高效無(wú)聲破碎劑。2005年9月11日上午8時(shí)開(kāi)始填無(wú)聲破碎劑，10時(shí)45分填完。次日凌晨3時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)裂縫，上午8時(shí)檢查裂縫。檢查結(jié)果如下：
