CN114436614B - 一种静态破碎剂及其制备方法和破碎方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种静态破碎剂及其制备方法和破碎方法，属于膨胀剂技术领域。一种静态破碎剂，包括如下质量百分比的各原料：氧化钙熟料90～94.5％，石膏5～9.5％，粉体减水剂0.1～0.3％，有机缓凝剂0.3～0.5％；所述氧化钙熟料由石灰石94～97重量份，硫酸渣3～5重量份，萤石粉0.5～1重量份组成的混合生料经过高温煅烧制得。所述静态破碎剂具有静态破碎力大，防喷孔，破碎时间短，灌孔安全性高等优点。

Description

一种静态破碎剂及其制备方法和破碎方法

技术领域

本发明属于膨胀剂技术领域，具体涉及一种静态破碎剂及其制备方法和破碎方法。

背景技术

目前城市建设迅速崛起，以有效利用城市土地的观点出发，拆旧建新和改建工程将是建设的基本方针。由于这类工程往往是在人口密集，建筑物集中的地方进行，要求在施工过程中无噪声、无震动及无飞石等公害，不危及附近居民的安全，而传统***或大型机械拆除的施工方法往往难以满足上述要求。同时，在石材开采行业中，采用传统的******方法，石材的开裂方向难以控制，切割面不整齐，并且具有隐性裂纹，成材率不高。另外，在一些特殊的施工场所，由于受到各种条件和原因的制约，不宜采用******方法，如：人口密集的小区、矿山井下巷道施工及化工厂的施工，其防爆要求高，不能采用******的方法，由于***受到如此多的条件限制，往往需要采用一种静态破碎的材料及施工技术进行静态的拆除。

静态破碎法是在被破碎体上钻孔，将与水按照一定比例混合均匀的静态破碎剂浆体注入孔中静置，随着水化反应的进行，静态破碎剂浆体体积膨胀产生的膨胀压作用于孔壁时，使钻孔周边产生环向拉应力，导致被破碎体沿钻孔布置方向开裂，使被破碎体产生裂缝达到破碎的目的；该法***力较易控制，破碎过程中无震动、无飞石、无噪音、不产生瓦斯，并且对被破碎物的其他部分不产生不利影响。

静态破碎剂是一种利用材料膨胀力达到破碎脆件介质的材料，可广泛应用于岩石和混凝土破碎。如中国专利CN110357559A公开了一种煤矿用安全静态破碎剂，由以下方法制备而成：将重钙粉和添加剂加入水混合均匀，之后烧制成药饼；重钙粉的含量为85％～95％；添加剂为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃；将药饼磨成粉末，将粉末装入圆柱内封装成药柱，得到煤矿用安全静态破碎剂。但是重钙粉水化反应速率极快，没有胶凝活性，在灌孔后极易出现冲孔、环向膨胀力不集中等缺点。如中国专利CN103788922A公开了一种静态破碎剂，其组成及各组分的重量百分比为：石蜡90～94％，导热物质1～5％，膨胀增强剂3～5％。该静态破碎剂是将导热物质、膨胀增强剂添加到熔化的相变物质中，经混合、均匀搅拌、冷却固化、粉碎等工序制成。又如中国专利CN111039598A公开了一种静态破碎剂的制备方法，以有机大分子物质等纺丝制纳米纤维网成分，提高破碎效果，以多种金属粉末共混，配合仿纳米脂质体等提升对氢气的贮存效果，后续应用时可通过氢气的爆裂提高破碎强度及效果，并结合多种遇水膨化的物质，形成不同层次的辅助膨胀破碎效果：但是上述静态破碎剂的组分以有机材料为主，生产成本高，同时存在有机材料自身强度的，产生膨胀后，环向膨胀应力不宜集中的缺点。中国专利CN110885222A公开了一种高效无声破碎剂及其生产方法，采用膨胀熟料：85～95份；硫铝酸盐水泥熟料：5～15份；缓凝剂：0.1～0.4份；碱水剂：0.1～0.7份制备得到破碎剂产品。解决了现有产品工作效率较低，表现在破碎剂早期水合反应快温升快，结石强度低较易产生喷孔，或者膨胀应力增长偏慢造成破碎时间长等，通过对膨胀剂熟料矿物组分的调整，还降低了煅烧温度。但是该破碎剂的煅烧温度高，需要通过较高的温度实现氧化钙液相的包裹，且煅烧转速慢，以达到充分煅烧的目的，对煅烧窑体损耗大，热量消耗高。

基于上述现状，亟待找到一种环向膨胀压大，膨胀反应适中，不易冲孔以及生产成本低的静态破碎产品，同时具有简便，高效的应用方法。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种静态破碎剂，具有静态破碎力大，防喷孔，破碎时间短，灌孔安全性高等优点。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种静态破碎剂，包括如下质量百分比的各原料：氧化钙熟料90～94.5％，石膏5～9.5％，粉体减水剂0.1～0.3％，有机缓凝剂0.3～0.5％；

所述氧化钙熟料由石灰石94～97重量份，硫酸渣3～5重量份，萤石粉0.5～1重量份组成的混合生料经过高温煅烧制得；所述氧化钙熟料的0.08mm方孔筛筛余细度≤10％。

本发明的静态破碎剂以具备一定铁相包裹的煅烧氧化钙熟料为主，同时氧化钙熟料矿相中含有一定的C₂S和C₃S等，C₂S和C₃S具备水化胶凝活性，能够有效地防止冲孔。通过混合适量的石膏和有机缓凝剂形成双凝结调控材料，石膏和有机缓凝剂共同作用调节氧化钙熟料的凝结时间；同时结合熟料细度的大小，可调节材料膨胀的反应时间，并通过粉体减水剂调节静态破碎剂加水后的灌孔流动状态。萤石粉的作用是降低液相熔点，从而降低煅烧温度，同时可以增加煅烧时熟料液相粘度，促进生料中的铁元素融化形成液相包裹氧化钙熟料，使熟料的包裹更为充分、均衡，从而控制熟料的反应速率，以减少氧化钙与水反应时在塑性阶段的无效膨胀，提高熟料的有效膨胀能。在各组分的共同作用下，使本发明的静态破碎剂具有静态破碎力大，防喷孔，破碎时间短，灌孔安全性高等优点。

优选的，所述氧化钙熟料的立升重为1400～1500g/L，f-CaO的含量为68～75wt％。

优选的，所述有机缓凝剂包括葡萄糖酸钠、酒石酸、水杨酸、三乙醇胺或甲基纤维素中的至少一种。

本发明的另一目的是提供所述静态破碎剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.将所述石灰石、硫酸渣和萤石粉进行混合研磨，过0.08mm方孔筛，得到混合生料；

S2.将步骤S1所得的混合生料进行预分解，初始预分解温度为450℃，其后每级预分解温度增加100℃，最后一级预分解温度为850℃，每级预分解的时间为20～30min；

S3.将步骤S2预分解后的生料进行高温煅烧，煅烧温度为1250±50℃，得到氧化钙熟料；

S4.将步骤S3所得的氧化钙熟料进行研磨，过筛，再与所述石膏、粉体减水剂、有机缓凝剂进行混合，拌合后得到所述静态破碎剂。

本发明的破碎剂的制备方法中，先对研磨后的混合生料进行预分解，预分解的作用是提前对生料中的碳酸钙进行分解，以使生料层层分解，提高氧化钙熟料的生产效率，减少生料在回转窑内高温煅烧的时间，提高氧化钙熟料的品质，同时提高产能和产量。

本发明的再一目的是提供利用所述的静态破碎剂的静态破碎方法，包括以下步骤：

P1.布孔设计；

P2.根据布孔设计在待破碎物上进行钻孔；

P3.将所述静态破碎剂与水混合，再将静态破碎剂与水的混合物灌入钻孔内；

P4.灌孔完成5～24h后，待混凝土开裂缝宽≥1mm，再对破碎体进行清除，完成静态破碎。

优选的，步骤P3中，所述水和静态破碎剂的质量比为(0.26～0.30):1。

优选的，所述待破碎物为无钢筋混凝土时，所述静态破碎方法为：进行分层或者分块破碎；

所述待破碎物为钢筋混凝土时，所述静态破碎方法为：在靠近钢筋的里层布孔，孔距15～25mm，先将混凝土保护层胀裂，露出钢筋后，切断水平钢筋，解除箍筋约束后，再在中间钻孔破碎；

所述待破碎物为钢筋混凝土平板结构时，所述静态破碎方法为：在板的中央钻辅助孔，灌入所述静态破碎剂，破碎成V字形自由面；然后再钻60°斜孔，灌入所述静态破碎剂，如此依次逐层破碎；钻60°斜孔的目的是加大自由面的面积，形成更大的空间容纳静态破碎剂，提高破碎效果。

所述待破碎物为钢筋混凝土柱子时，所述静态破碎方法为：在柱子的顶部打垂直孔，并在柱身部位打均匀分布的斜向孔，往垂直孔和斜向孔内灌入所述静态破碎剂进行破碎；

所述待破碎物的厚度大于1m时，所述静态破碎方法为：在计划破碎面以下2～3cm处钻设水平孔，灌入所述静态破碎剂，使其预裂，然后在其顶部钻设垂直孔，灌入所述静态破碎剂进行全面破碎。

针对不同的待破碎主体，使用不同的破碎方法，以保证被破碎主体能够有效的被胀裂开，提高破碎率，同时缩短破碎的时间。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)本发明的静态破碎剂，通过萤石粉促进生料中的铁元素融化形成液相包裹氧化钙熟料，通过石膏和有机缓凝剂调节氧化钙熟料的凝结时间，通过粉体减水剂调节静态破碎剂加水后的灌孔流动状态，在各组分的共同作用下，使本发明的静态破碎剂具有静态破碎力大，防喷孔，破碎时间短，灌孔安全性高等优点。

(2)本发明的静态破碎剂通过在生料中引入萤石粉，萤石粉可以降低煅烧温度，同时可以增加煅烧时熟料液相的粘度，促进生料中的铁元素融化形成液相包裹氧化钙熟料，从而控制熟料自身的水化反应时间，以减少氧化钙与水反应时在塑性阶段的无效膨胀。

(3)本发明的静态破碎剂的制备方法中，通过预分解提前对生料中的碳酸钙进行分解，提高氧化钙熟料的生产效率，减少生料在回转窑内高温煅烧的时间，提高氧化钙熟料的品质，同时提高产能和产量。

(3)本发明的破碎方法中，针对不同的待破碎主体，使用不同的破碎方法，以保证被破碎主体能够有效的被胀裂开，提高破碎率，同时缩短破碎的时间。

附图说明

图1为多排孔的布孔设计的示意图；

图2为无钢筋混凝土的布孔示意图；

图3为图2的钻孔龟裂后的示意图；

图4为破碎钢筋混凝土保护层的布孔示意图；

图5为破碎钢筋混凝土的布孔示意图；

图6为破碎钢筋混凝土平板结构的布孔示意图；

图7为图6的断面示意图；

图8为破碎钢筋混凝土柱子的布孔示意图；

图9为图8的俯视示意图。

其中：1、钻孔；2、钢筋、3、辅助孔；4、60°斜孔；5、垂直孔；6、斜向孔。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例和对比例中硫酸渣来源于湖北荆门矿产公司。石膏的含硫量为35～46％，结晶水含量为10～20％；粉体减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率≥20％；有机缓凝剂为葡萄糖酸钠，其中葡萄糖酸钠含量＞80％，氯化物＜0.05％，硫酸盐(以

计)＜0.05％。还原物＜0.5％，干燥失重＜1.9％。

实施例1

本实施例提供一种静态破碎剂，包括如下质量百分比的各原料：氧化钙熟料90％，石膏9.5％，粉体减水剂0.2％，有机缓凝剂0.3％；

所述氧化钙熟料由96重量份石灰石，4重量份硫酸渣，0.6重量份萤石粉组成的混合生料经过高温煅烧制得；氧化钙熟料的0.08mm方孔筛筛余细度为9％。

本实施例的静态破碎剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.将所述石灰石、硫酸渣和萤石粉混合后加入球磨机中进行研磨，再过0.08mm方孔筛，筛余细度为12％，得到混合生料；

S2.利用提升机将步骤S1所得的混合生料提升至五级分解炉中进行预分解，初始预分解温度为450℃，其后每级预分解温度增加100℃，最后一级预分解温度为850℃，每级预分解的时间为25min；

S3.通过传送带将步骤S2预分解后的生料传入回转窑中进行高温煅烧，窑体烧成带内的最高温度控制在1250℃，回转窑的转速控制3r/min，得到氧化钙熟料；

S4.将步骤S3所得的氧化钙熟料加入球磨机中进行研磨，过筛，0.08mm方孔筛筛余细度为9％；再与石膏、粉体减水剂、有机缓凝剂加入混合机中混合8min后，再投入干粉拌合机中拌合12min，拌合后得到所述静态破碎剂。

本实施例的氧化钙熟料的立升重为1450g/L，f-CaO的含量为73％；石膏含硫量为39％，结晶水含量为15％；粉体减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率为23％；有机缓凝剂为葡萄糖酸钠，其中葡萄糖酸钠含量为85％，氯化物为0.02％，硫酸盐(以

计)为0.03％。还原物为0.3％，干燥失重为1.4％。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例的静态破碎剂包括如下质量百分比的各原料：氧化钙熟料94.5％，石膏5％，粉体减水剂0.2％，有机缓凝剂0.3％。

实施例3

实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例的静态破碎剂包括如下质量百分比的各原料：氧化钙熟料90％，石膏9.5％，粉体减水剂0.1％，有机缓凝剂0.4％。

对比例1

对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例的静态破碎剂包括如下质量百分比的各原料：氧化钙熟料80％，石膏19.5％，粉体减水剂0.2％，有机缓凝剂0.3％。

对比例2

对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例的静态破碎剂包括如下质量百分比的各原料：氧化钙熟料94.5％，石膏3％，粉体减水剂0.1％，有机缓凝剂2.4％。

对比例3

对比例3与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例的静态破碎剂包括如下质量百分比的各原料：氧化钙熟料90％，石膏9.5％，有机缓凝剂0.5％。

即与实施例1相比，本对比例的静态破碎剂的原料中不含粉体减水剂。

对比例4

对比例4与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例的氧化钙熟料由96重量份石灰石，4重量份硫酸渣组成的混合生料经过高温煅烧制得；氧化钙熟料的0.08mm方孔筛筛余细度为9％。

即与实施例1相比，本对比例的静态破碎剂的混合生料中不含萤石粉。

对比例5

对比例5与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例的静态破碎剂的制备方法中省略步骤S2，混合生料不经过预分解处理，直接进行高温煅烧。

试验例

将本发明实施例及对比例的静态破碎剂与水混合，水料比为0.28，依照JC506-2008《无声破碎剂》的相关规定进行凝结时间、流动度和膨胀压的测试，检测结果如表1所示。

表1

由以上测试实验结果可知：本发明的实施例1～3的静态破碎剂的各项指标均满足标准JC506-2008《无声破碎剂》中I型产品优等品的要求。其中实施例2的静态破碎剂的各项性能效果最佳。通过比较实施例1和对比例1可知，对比例1降低氧化钙熟料的用量，相应增加石膏的用量，导致凝结时间延长，膨胀压降低；通过比较实施例3与对比例2可知，对比例2降低石膏的用量，相应增加有机缓凝剂的用量，有机缓凝剂的用量过高，严重抑制氧化钙熟料的反应时间，凝结时间显著延长，膨胀压显著降低；通过比较实施例1和对比例3可知，对比例3缺少减水剂，相应增加有机缓凝剂的用量，造成浆体的流动性变差，可灌性降低，浆体密实度减少，实际灌入的有效量降低，进而降低了膨胀压。通过比较实施例1和对比例4可知，对比例4缺少萤石粉，包裹氧化钙熟料的液相减少，熟料的液相包裹不充分，氧化钙熟料在塑性阶段即发生水化反应，凝结时间提前，24h和48h膨胀压显著降低；通过比较实施例1和对比例5可知，对比例5的混合生料不经过预分解处理，直接进行煅烧，未经过预分解处理的石灰石分解不充分，且不利于形成液相，造成熟料中残留的未分解的石灰石比例含量高，产生的熟料的比例降低，进而导致其膨胀压显著降低。

因此，静态破碎剂的各组分用量在本发明的范围内才能有效发挥作用，过高或者过低均对其共同性能存在一定的影响，甚至相互制约，因此应该严格控制实际产品的合理组分用量。

实施例4

本实施例提供一种静态破碎方法，待破碎物为某混凝土基础承台，厚度为1.5m，长度和宽度均为2m，包括以下步骤：

P1.布孔设计，具体如下：(1)在破碎设计之前，找出了原来的设计图纸，发现破碎物有钢筋，钢筋的直径为14mm，间距为200mm；(2)确定最小抵抗线W(钻孔1的中心到最近自由面的最短距离)，钢筋混凝土，W取25cm；(3)确定孔距和排距b，a取30cm，b取18cm；(4)确定钻孔1的孔径Φ，孔径Φ取30mm；(5)确定钻孔1的孔深L，孔深L取1.4m；(6)确定钻孔1的方向，钻孔方向以垂直为主；图1为多排孔布孔设计的示意图；

P2.根据布孔设计在待破碎物上进行钻孔；

P3.将实施例2的静态破碎剂与水混合，水和静态破碎剂的质量比为0.28；再将静态破碎剂与水的混合物灌入钻孔内；

P4.灌孔5h后出现第一条裂缝，8h后均出现许多沿钻孔方向发展的小裂缝，24h裂缝发展至宽度≥10mm裂缝，并通过风镐等外部设备可静态拆除混凝土基础。

针对不同的待破碎主体，使用不同的破碎方法，具体如下：

当待破碎主体为无钢筋混凝土时，所述静态破碎方法为：进行分层或者分块破碎(如图2～3所示)；图2为无钢筋混凝土的布孔示意图，从左至右依次为分层破碎、破碎小块、分层破碎的布孔示意图，图3为图2的钻孔1龟裂后的示意图；

当待破碎主体为钢筋混凝土时，所述静态破碎方法为：在靠近钢筋2的里层布孔，孔距15～25mm，先将混凝土保护层胀裂，露出钢筋2后，切断水平钢筋，解除箍筋约束后，再在中间钻孔破碎(如图4～5所示)；图4中d代表保护层；

当待破碎主体为钢筋混凝土平板结构时，所述静态破碎方法为：先在板的中央钻辅助孔3，灌入所述静态破碎剂，破碎成V字形自由面；然后再钻60°斜孔4，灌入所述静态破碎剂，如此依次逐层破碎(如图6～7所示)；钻斜孔的作用是形成更大的自由面，形成更大的空间容纳静态破碎剂，提高破碎效率。

当待破碎主体为钢筋混凝土柱子时，所述静态破碎方法为：若柱子顶端存在自由面，在柱子的顶部打垂直孔5，并在柱身部位打均匀分布的斜向孔6，往垂直孔5和斜向孔6内灌入所述静态破碎剂进行破碎；若柱子顶端无自由面，在柱身部位的同一侧面打均匀分布的斜向孔6，往斜向孔6内灌入所述静态破碎剂进行破碎(如图8～9所示)；

当待破碎主体的厚度大于1m时，所述静态破碎方法为：在计划破碎面以下2～3cm处钻设水平孔，灌入所述静态破碎剂，使其预裂，然后在其顶部钻设垂直孔，灌入所述静态破碎剂进行全面破碎。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种静态破碎剂，其特征在于，包括如下质量百分比的各原料：氧化钙熟料90~94.5%，石膏5~9.5%，粉体减水剂0.1~0.3%，有机缓凝剂0.3~0.5%；

所述氧化钙熟料由石灰石94~97重量份，硫酸渣3~5重量份，萤石粉0.5~1重量份组成的混合生料经过高温煅烧制得；

所述静态破碎剂的制备方法包括以下步骤：

S1. 将所述石灰石、硫酸渣和萤石粉进行混合研磨，过0.08mm方孔筛，得到混合生料；

S2. 将步骤S1所得的混合生料进行预分解，初始预分解温度为450℃，其后每级预分解温度增加100℃，最后一级预分解温度为850℃，每级预分解的时间为20~30min；

S3. 将步骤S2预分解后的生料进行高温煅烧，煅烧温度为1250±50℃，得到氧化钙熟料；

S4. 将步骤S3所得的氧化钙熟料进行研磨，过筛，再与所述石膏、粉体减水剂、有机缓凝剂进行混合，拌合后得到所述静态破碎剂。

2.根据权利要求1所述的一种静态破碎剂，其特征在于，所述氧化钙熟料的0.08mm方孔筛筛余细度≤10%。

3.根据权利要求1所述的一种静态破碎剂，其特征在于，所述氧化钙熟料的立升重为1400~1500g/L，f-CaO的含量为68~75wt%。

4.根据权利要求1所述的一种静态破碎剂，其特征在于，所述有机缓凝剂包括葡萄糖酸钠、酒石酸、水杨酸、三乙醇胺或甲基纤维素中的至少一种。

5.利用权利要求1~4任一项所述的静态破碎剂的静态破碎方法，其特征在于，包括以下步骤：

P1. 布孔设计；

P2. 根据布孔设计在待破碎物上进行钻孔；

P3. 将所述静态破碎剂与水混合，再将静态破碎剂与水的混合物灌入钻孔内；

P4. 灌孔完成5~24h后，待混凝土开裂缝宽≥1mm，再对破碎体进行清除，完成静态破碎。

6.根据权利要求5所述的静态破碎方法，其特征在于，步骤P3中，所述水和静态破碎剂的质量比为(0.26~0.30):1。

7.根据权利要求5所述的静态破碎方法，其特征在于，

所述待破碎物为无钢筋混凝土时，所述静态破碎方法为：进行分层或分块破碎；

所述待破碎物为钢筋混凝土时，所述静态破碎方法为：在靠近钢筋的里层布孔，孔距15~25mm，先将混凝土保护层胀裂，露出钢筋后，切断水平钢筋，解除箍筋约束后，再在中间钻孔破碎；

所述待破碎物为钢筋混凝土平板结构时，所述静态破碎方法为：在板的中央钻辅助孔，灌入所述静态破碎剂，破碎成V字形自由面；然后再钻60°斜孔，灌入所述静态破碎剂，如此依次逐层破碎；

所述待破碎物为钢筋混凝土柱子时，所述静态破碎方法为：在柱子的顶部打垂直孔，并在柱身部位打均匀分布的斜向孔，往垂直孔和斜向孔内灌入所述静态破碎剂进行破碎；

所述待破碎物的厚度大于1m时，所述静态破碎方法为：在计划破碎面以下2~3cm处钻设水平孔，灌入所述静态破碎剂，使其预裂，然后在其顶部钻设垂直孔，灌入所述静态破碎剂进行全面破碎。

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