SCA型破碎剂Soundless cracking Agent

静态破碎剂在北京北护城河挡墙拆除中的应用
高效静态破碎剂的技术参数

3、拆除步骤
（1）布孔：按右图所示布孔。
（2）清孔：钻孔完成后，采用高压风清孔。在充填浆体前清除干净孔内杂物，防止因水进入孔内稀释浆体而影响破碎效果，延长破碎时间。
（3）填充：将孔内杂物用气泵吹干净后，将经搅拌的HSCA浆体在短时间内灌入孔中，经3～20h后HSCA产生膨胀压，可使岩石产生裂纹，随着时间推移裂纹会不断扩大。最后用挖掘机挖装铲除作业，在水平的裂缝形成后，使用人工风镐和分裂机将待拆除的混凝土墙破碎后装车外运。
（4）注意事项 挡墙静态破碎剂钻孔布置图
①无声破碎剂按生产厂家推荐的比例手工混合搅拌，控制破碎剂和水的重量比在1：2.85。②浆体要调制均匀，浆体调制后，灌注前先在孔口放一个小型漏斗，通过漏斗将浆体灌入孔中至灌满为止。③灌注过程中用小棒在孔内将浆体捣固密实。待24h后凭借无声破碎剂的膨胀力将混凝土墙体胀开。④HSCA浆体具有腐蚀性，应注意安全，施工时要戴防护眼镜和手套，灌孔后不要在近距离直视孔口，以防万一喷出伤害眼睛，若皮肤粘上HSCA浆体，应立即用清水冲洗以防烧伤皮肤。
4、试验结果
I试验段钻孔共34个，Ⅱ试验段钻孔共21个。水和破碎剂均按1：2.85的比例配制，共用2箱(40kg)高效无声破碎剂。2005年9月11日上午8时开始填无声破碎剂，10时45分填完。次日凌晨3时开始出现裂缝，上午8时检查裂缝。检查结果如下：
I试验段的混凝土挡墙全部在设计拆除高程附近裂开，开裂线与设计拆除线偏差20～30mm，符合设计要求；Ⅱ试验段2+317.7～2+324范围，已经裂开，开裂线与设计拆除线偏差30～40mm，比I试验段的偏差稍大但仍符合设计要求，而2+324～2+327.7范围内的混凝土挡墙却没有开裂，2+324～2+327.7段未开裂的原因可能与钻孔间距过大、施工过程中水和破碎剂未严格按厂家推荐的比例配制(浆体偏稀)或充填不够密实有关。
根据试验取得成果，在确保钻孔间距既便于拆除施工又不影响剩余部分结构使用功能的前提下，经现场监理确认，项目部确定了按I试验段的施工参数进行全施工段内的挡墙拆除的施工方案。
以上试验参数，用静态破碎剂对原挡墙进行破碎，施工中无震动，无冲击波，无飞石，既保证了施工安全和工期，又保证了未拆除结构的完整性和强度，取得了较好的效果。

静态爆破在结构改造工程中的应用
北京洲际大厦位于北二环外中轴路东侧，建筑面积66000m2、框－剪结构，地下3层，地上15层。结构施工过程中由于规划要求需对其5～15层部分现浇混凝土梁及顶板进行破碎、植筋或拆除。由于混凝土为C40、楼板钢筋为Φ12@150双排双向、梁截面较小、钢筋密集、混凝土强度等级较高、且均为高空作业，故破碎施工危险性大、技术要求高。
1、方案选择
（1）施工要求
1) 拆除破碎时应尽可能保留、保护钢筋，以减少植筋作业量，为此只能采用风钻，不能采用水钻。
2) 要保证不扰动未拆结构，不影响其强度。
3) 尽可能减少现场其他机械设备(如塔吊、室外电梯)配合作业的时间。
4) 施工工序为5～15层自下而上，但其中第10、11层自上而下施工。
5) 破碎时禁止高空坠物并杜绝大块混凝土坠落，以免扰动下层结构。
（2）方案选择
根据施工要求及现场情况，经比较采用先预裂后静态爆破破碎的方案，即利用预裂爆破原理，在距离需保留结构5cm外先钻1～2排密集空孔，为静态破碎提供破碎自由面，减少后续作业对保留结构的扰动，然后对需拆除部分钻孔，灌注静态破碎剂。在混凝土开裂后，用风镐集中破碎清运并保留其中的钢筋。该方案具有工期适宜、造价低、能保留其中的钢筋、占用塔吊时间短及对结构扰动较小的优点，但对施工技术要求较高，施工时需密切注意安全。
2、静态爆破的设计
（1）静态爆破的原理
静态爆破是利用装在炮孔中的静态破碎剂的水化反应，使晶体变形产生体积膨胀，从而缓慢又安静地将膨胀压力施加给空孔壁。由于受到空孔壁的约束，这种膨胀压力转化为拉伸应力，一般混凝土抗拉强度仅1.5～3MPa，在这种拉伸应力作用下易引起破碎。测试表明，静态破碎剂在炮孔中产生的膨胀压力一般可达30～80MPa，能充分保证混凝土在无震动、噪声、飞石及毒气的情况下安全裂缝破碎。
（2）炮孔设计
1) 楼板破碎。楼板厚170㎜，内配双排双向Φ12@150钢筋，密集空孔孔深在15～17㎝，间距A=10cm，排距B=10cm，孔径40㎜。可采用斜钻的方法使孔的长度加大，通过开V形槽造成双自由面作业(图1)，斜孔深20 cm，孔距A=20 cm；排距B=20 cm。 (a)断面图；(b)平面图(图中箭头所指为钻孔方向)
2) 梁破碎。梁上、下配筋均为Ф25，可根据情况局部剥离上下两层钢筋，然后再钻孔破碎；孔深L=0.9 ×梁高，间距A=B=15㎝；孔径为40mm。
3) 墙破碎。可采用自上而下钻孔或采用墙面钻斜孔的方法破碎。
（3）破碎剂的配制及充填
根据不同季节选用不同的静态破碎剂，水灰比越大，膨胀压力越小，反应膨胀时间越长。考虑到施工时破碎剂的流动性，拌制时水灰比为30％。用人工搅拌浆体，水平孔用较小的水灰比，并在孔口用海绵塞封填，或用干稠的胶泥状的破碎剂搓成条塞入孔中捣实并从外部堵塞。下斜孔或向下孔可直接灌注。
3、破碎施工
使用9m3电动空压机1台，7655型凿岩机1台，G10型小风镐若干。
（1）施工工序
钻密集预裂炮孔→钻充填破碎剂炮孔→拌制破碎剂→灌注充填破碎剂→小风镐破碎→对保留结构采用人工或小风镐剔凿处理。
（2）施工安全措施
1) 因系高空作业，作业人员需系安全带，戴安全帽。
2) 严格按布孔要求钻孔作业，以保证前期预裂缝的产生及破碎充分完全。
3) 拌制、充填、灌注破碎剂及使用风镐破碎时，需佩戴防护镜，拌制人员需戴橡胶手套作业。
4) 做好破碎楼板梁的下部支撑及护拦围挡工作，以免碎块坠落。

无损静力切割 拆除技术

针对在筋混凝土结构上开孔洞及局部构件拆除，如何避免锤击等破坏性常规施工方法造成结构的损伤这一难题，我公司引进多种施工机具，通过专业施工机具局部处理不会对周边结构造成任何损伤，并根据实际情况对其洞口周边构件进行加固的一种技术。

[ 应用实例3]

1 、拆除方案的选择
综合考虑工程质量、安全和环境保护的要求，确定用静态破碎剂胀碎法结合人工机械拆除，用破碎剂胀碎法，施工过程中无爆破声响、无飞石、无震动、无毒气，对周围环境无干扰，满足工程安全和环保要求，为此进行试验段施工，在确保施工方案可行后方可进行大面积拆除。

图 1 2+774 — 2+386 段原挡墙拆除及重建示意

2 、无声破碎剂拆除试验
　　 2.1 试验段及破碎剂选择
　　 为保证拆除方案的可行性和拆除质量，确定施工各项参数，决定在 2+306.7~2+317.7(I 试验段 ) 和 2+317.7-2+327 ． 7( Ⅱ试验段 ) 取两个试验段进行试验，通过现场试验选用合适的施工方案及参数。挡墙拆除高度 0.7~ 1.7m ，使用无声破碎剂配合分裂机、液压破碎锤进行拆除。
　　 原挡墙完整性较好，且在开挖过程中只有一个自由面，因此，必须选用能提供较大膨胀力的静态破碎剂，经比选后采用了中岩牌高效静态破碎剂 (HSCA) ，其技术参数见表 1 。

表 1 高效静态破碎剂技术参数

2.2 无声破碎剂破碎机理和特点
　　 高效无声破碎剂是一种粉状高效能安全破碎材料，用以安全拆除混凝土建筑和开采切割大理石、花岗岩。用水将 HSCA 调成浆体灌入岩石或混凝土钻孔中，经 8~48 h 产生的膨胀压可使被破碎体产生裂纹，随着时间的顺延裂纹会不断扩大，利于铲除作业。特别适用在不宜采用炸药爆破的场合，进行破碎或拆除作业，使用安全，效率高，不中断交通，不停工停产。

2.3 钻孔参数设计
　　 根据已有施工经验的钻孔参数 ( 表 2) ，设计两个试验段的钻孔参数如图 2 ，其中 I 试验段钻孔孔口位于拆除高程以上 5cm 处，孔向水平下倾 30 °，孔距 30cm ，孔径 3cm ，孔深 40cm ； II 试验段钻孔孔口拆除高程以上 5cm 处，孔向水平下倾 30 ℃ ，孔距 50cm ，孔径 4cm ，孔深 50cm 。

表 2 钻孔参数

2.4 拆除步骤
　　 a) 布孔：如图 2 。
　　 b) 清孔：钻孔完成后，采用高压风清孔。在充填浆体前清除干净孔内杂物，禁止有水进入孔内稀释浆体，影响破碎效果，延长破碎时间。
　　 c) 填充：将孔内杂物用气泵吹干净后，将搅拌好的 HSCA 浆体在短时间内灌入孔中，经过 3~20h 后 HSCA 产生膨胀压，可使岩石产生裂纹，随着时间推移裂纹会不断扩大。最后用挖掘机挖装铲除作业。
　　 d) 在水平的裂缝形成后，使用人工风镐和分裂机将待拆除的混凝土墙破碎后装车外运。

3 、试验结果
　　 统计下来， I 试验段钻孔共 34 个， II 试验段钻孔共 21 个。水和破碎剂均按 1 ： 2.85 的比例配制，共用 2 箱 ( 40kg ) 高效无声破碎剂。．在 2005 年 9 月 11 日 上午 8 点开始填无声破碎剂， 10 点 45 分填完。次日凌晨 3 点开始裂缝，上午 8 点检查裂缝的结果。

4 、施工效果
　　 项目部按照以上试验参数，用静态破碎剂对原挡墙进行破碎，施工中无震动，无冲击波，无飞石，既保证了施工安全和工期，又保证了未拆除结构的完整性和强度，取得了较好的效果 ( 图 5 、图 6) 。

[ 应用实例 4]

无声破碎剂在高强度混凝土破碎中的应用

哈尔滨动力股份设备有限公司出海口基地二期工程位于河北省秦皇岛市经济技术开发区东区（山海关开发区），山海关船厂西侧，哈动力一期试车站南侧。该出海口基地二期工程包括铁路专线两条，露天堆场一座，重型容器联合厂房及附属建筑 ( 探伤室、去离子水站、仓库、清洁室、喷丸室等 ) 。其中，露天堆场长约 270 m ，宽约 50 m ，占地面积约 13 500 m 2 ，设 30 m 跨 50 t 龙门吊一部；重型容器联合厂房为四跨单层建筑，建筑高度约 30 m ，南北长约 180 m ，宽约 136.2 m ，占地面积约 24 500 m 2 ；西部两跨，跨距 30 m ，设 160 t 桥式吊车两部， 50 t 桥式吊车一部；重型容器联合厂房附属建筑均为一层，占地面积约 6 500 m 2 ；建筑占地总面积约 44 500 m 2 。重型容器联合厂房拟采用排架结构，独立柱基础，最大单柱荷载 40 000 kN ；附属建筑采用独立基础，基础埋深约 2.0 m ～ 3.0 m ；建筑重要性等级为二级，场地和地展等级均为二级。
本工程西两轴各有一基础承台与原码头露天跨承台咬合，由于设计变更，需将原露天跨预留杯口的部分结构进行破坏，以满足与本工程承台的结合。但由于露天跨承台已于 2004 年底施工完毕，其结构使用的是 C40 混凝土，在长期地下水的养护下经现场使用混凝土强度回弹仪测定，实际强度已达到不小于 C55 混凝土的强度。
经项目部相关人员讨论决定，为了保证原露天跨承台的结构安全，决定进行人工剔凿，使用风镐配合施工。经过 10 多天的施工，觉得方法虽然可行，但已是 10 月中旬，天气一大大变冷，为了保证工期及施丁质量，必须寻找更加有效的施工方法来加快施工速度。
2 、非爆炸性无声破碎剂产品性能特点
是一种非爆炸性无声破碎剂，用于切割和破碎岩石、混凝土构筑物的高效粉状膨胀材料。
用适量的清洁冷水把破碎剂搅拌成浆体，灌入混凝土和岩石的钻孔中，可产生 50MPa( 500kg ／ cm 2 ) 的膨胀压力，经过一段时间，便可以在无振动、无噪音、无飞石和无毒气情况下把混凝土和岩石破碎、切割。2.1 安全性
是安全的静态破碎剂，在破碎物体时不产生振动、噪音、飞石和瓦斯，可在无公害的条件下安全作业。
2.2 非爆炸性
是非爆炸性物品，不属于危险品，和普通货物一样购买、运输、使用。不受国家危险品、爆炸品管理限制。
2.3 环保性
是环保性产品。使用中无地面震动、无噪音、无飞石、无毒气、无粉尘、无冲击波以及对环境无任何有害物质，是国际流行的无公害环保产品。
2.4 通用性
采用加入适量抑制剂来调节不同温度下的水化反应速度，以替代传统的破碎剂，根据使用时作业环境温度不同，选择不同产品型号，工作效率和操作性可大幅度提高。
2.5 简易性
使用简易性。本品用水搅拌后注入钻孔中即可，不需雷管，不需点炮，使用时不需专业工种，也不需配置专职爆破技工，操作人员培训时间很短。
2.6 可控性
可以很容易地控制被破碎体破碎完成后的形状，需破则破，需留则留。
综上所述，可见破碎剂应用范围特别广泛，特别是破裂、切削、破碎岩石、一般混凝土构筑物和钢筋混凝土构筑物。基于安全考虑，不可能使用爆炸手段时破碎剂是一个非常理想的解决方案，在破碎工程施工时，不会对周边建筑物产生飞石或振动冲击波之危害。
3 、非爆炸性无声破碎剂工作原理
由于 ( 破碎剂自身与适量的水拌和后即始水化反应，经凝结、硬化同时发生显著的同体膨胀，破碎剂浆体灌入混凝土和岩石的钻孔中可产生大于 50 MPa 的膨胀压力。混凝土的抗拉强度为 2 MPa ～ 4 MPa ，破碎剂能使混凝土破碎，是基于它对孔壁产生的膨胀压力而引起的张拉应力大大超过它们的抗拉强度所致。
如图 1 ，图 2 ，图 3 ，图 4 所示，破碎剂的膨胀压力在 24 h 左右将达到最大值，但在后期仍能继续增大，其次水灰比、温度、孔径均对破碎剂的膨胀压力有所影响。
4 非爆炸性无声破碎剂施工工艺
1) 施工前应检查药剂包装是否完好无损 ( 包装破损的材料有可能影响施工质量 ) ，并准备好足够的药剂、洁净拌合水、塑料拌合桶、木质捅竿、防护眼镜、橡胶手套、防护面罩、封口器 ( 木楔和铁楔 ) ，准备完毕，开始进行打眼，为了保证原承台结构的安全性，采取从中间向两侧步眼，并根据表 1 选用直径为 40 mm 的钻头 ( 由于破碎部分深约 6 000 mm ，钻杆选用 1 500 mm ～ 2 000 mm ) ，孔距定为 20 cm ，距需保留部位 300 mm 停止步眼 ( 破坏范围约为 200 mm ) 。每一层约 130 个～ 150 个眼，打眼完毕，仔细用吹管将眼内残留的杂物全部吹净，并尽量无水。

图 1 不同型号破碎剂水化反应至 24h 左右，膨 胀压力接近最大值，但仍可继续增长	图 2 破碎剂的膨胀压力随水灰比增大而减少

图 3 破碎剂的膨胀压力随温度升高而增大	图 4 破碎剂的膨胀压力随孔径增大而增大

表 1 钻孔参数与使用量

布眼设计原则：中心孔间距取决于孔径大小以及岩石硬度，如果要最佳破碎效果，在正常施工前须预测试。小的孔径，中心距会越小；大的孔径，中心距会越大，会加速破碎时间，例： dia30 min ： 35 cm (hole t0 hole) ， dia 35min ： 40 cm ， dia 40mm ： 45 cm ， dia 45 mm ： 60 cm 。
钻孔直径与破碎效果有直接关系，眼孔过小，不利于药剂充分发挥效力；眼孔过大，易冲孔。一般推荐用直径为 40mm 的钻头。当被破碎对象为孤立体时，钻孔深度为破碎体厚度的 80 ％～ 90 ％。孔内有余水和余渣应用高压风吹洗干净。
破碎剂是一种粉末材料，使用前需与清洁冷水进行充分混合。即按一包药剂加 30 ％～ 34 ％的水 ( 重量比 ) 来调配浆水，也就是大约将 1.5 L ～ 1.7 L 水倒入搅拌容器中，再缓缓倒入一袋 5 kg 破碎剂充分地搅拌成流动性的浆体，如用手搅拌时要戴橡胶手套。
将拌和好的破碎剂浆体迅速倒人孔内后，并用略小于钻孔的捅杆捣实捅紧，灌满后立即用海绵或布料头将孔口塞住。在操作过程中必须要将药剂全部装满孔深的 100 ％。工人在施工中，必须保证配合默契，要做到随清孔、随拌药、随灌药，已经发烫或开始冒气的药剂不得向孔内填注，要少拌勤装，才能保证最好的施工效果，在灌孔作业完毕后，安排专人进行看护，无关人员不得靠近，预防喷孔发生时，造成人员伤亡事故。

[ 应用实例 5]

贵重石材荒料无声切割

　　玉石、花岗石和大理石等贵重石材资源有限，要实行保护性开采。人们最先用人工凿孔劈裂的原始方法。有了炸药后用爆破的野蛮方法，这无疑是“杀鸡取蛋”，对石材资源破坏极大。现在政府已明令禁止这种采矿方法。 20 世纪初，意大利、德国等开发了用串珠绳锯的开采方法，实现了有计划、保护性开采贵重石材荒料。但投资大、设备复杂、操作严格，适用于大型矿山。但对于中小型矿山或偏远山区就不适用。
　　自从日本和我国先后研制成功静态破碎剂后，在石材矿山上，采用凿岩机钻孔，灌入无声破碎剂 ( 简称 SCA) 浆体，经 8 ～ 24h ，就可把岩石切割开来，基本无损伤，荒料的整形量小，成材率大大提高。这种方法适合于整体性较好的矿体，投资小，设备简单，工人操作易于掌握，开采成本也低。现今，我国部分石材矿山开采都采用这种石材荒料无声切割技术。意大利、澳洲、南美等石材矿山也引进此开石技术。
　　 尽管石材荒料切割机理与混凝土、岩石的破碎机理基本相同。但是，有它的特殊性，即在钻孔中灌入 SCA ，要岩石断裂成块，而不要破碎成四分五裂。
　　 进行了 SCA 切割独山玉石、大理石和花岗岩现场试验，提出了 SCA 切割石材荒料的机理。
　　 试验选择了三种不同硬度岩石——玉石 ( 包括玉石围岩的辉长岩 ) 、大理石及花岗岩，它们均为矿物结晶颗粒的集合体，属坚硬及中等硬度岩石，大理石及花岗岩有着明显的各向异性的特点。试验测定三种岩石的力学性能参数如表 1 。

表 1 三种岩石的力学性能

注：大理石、花岗岩的力学性能参数均为湖北省地质矿产局中心试验室测定的数值。
　　 通过试验，我们认为岩石的抗切割性主要决定于它们的抗拉强度大小和脆性度值。岩石的抗拉强度愈大，愈难切割；而脆性变值愈大，对切割愈有利。所谓脆性度值是指同一岩石，在同一方向的抗压强度与抗拉强度的比值。从表 1 中可知，三种岩石中，独玉最难切割，大理石最易切割。通过试验已证实这一规律。
　　 关于无声破碎剂切割岩石的机理，我们通过对玉石、大理石及花岗岩的百余次切割开采及单体切割试验获得资料证明，它与所有炸药爆破岩石不同。炸药爆炸引起岩石破坏作用是炸药瞬间产生的应力波及相伴随的高温高压气体产生膨胀的共同作用结果。而无声破碎剂的切割岩石是无声破碎剂在钻孔内缓慢进行的一种水化反应，生成 Ca(OH) 2 膨胀结晶形成膨胀压力对其周围介质起破坏作用。其特点是一种静压作用使岩石断裂。
　　 当两个钻孔孔壁在一定压力 P 的作用下，二维应力问题的解：在两圆孔中心连线与钻孔壁面的交点处，切线方向发生非常大的拉应力〔 σ θ 〕，根据厚壁圆筒理论： ，式中 d 为孔径， a 为孔距，二孔之间的应力分布如图 1 所示。

图 1 两钻孔同时受静压作用下的切向应力分布

　　即使相邻两孔相距较远时，这种应力分布也同样存在，就是说切向应力〔 σ θ 〕最大值位于相邻两钻孔中心连线上的钻孔壁面上。随作用距离的增大， σ θ 按孔距 a 2 衰减。根据应力集中原理，当 SCA 的膨胀压大于岩石的抗拉强度时，裂缝首先就在相邻两钻孔中心连线的壁面上发生。
　　 我们知道，在任何材料内部都存在着各种缺陷 ( 裂隙 ) ，如果事先在岩石的欲切割面内钻孔，就人为地生造成了岩石内部的缺陷，它们明显地削弱了欲切割岩石面的抗拉能力。如果这些缺陷的材料处在复杂的应力状态之下，加之无声破碎剂水化反应产生的膨胀压力的作用，将会在孔壁端部产生较大的应力集中。在相邻两圆孔中心连线方向的岩壁上裂缝尖端的应力更为突出。从断裂力学知道，一旦裂缝尖端的应力强度因子大于材料 ( 岩石 ) 的临界应力强度因子，超过材料的断裂韧性时，这些裂缝便开始扩展，并以一特定的速度发展，优先扩展的长裂缝将比其他短裂缝更易于扩张，从而促使其他短裂缝停止扩张。相邻两圆孔内壁上的裂缝在其连线方向上发展的结果，最终导致岩块沿钻孔连线方向岩石面开裂分离。
　　 如果钻孔切割参数选取合理，在整个欲切割面上所有钻孔内无声破碎剂的共同作用下，当 SCA 产生的膨胀应力等于或大于切割岩石面的抗拉应力时，就会使岩石沿切割面断裂开来。
　　 岩石在单向拉伸应力作用下呈脆性断裂，我们采用 Tresea 屈服条件公式推导的最小膨胀压予以计算。

屈服条件公式：

式中： σ c ——岩石破坏时的屈服应力， MPa ；

Rt ——岩石的抗拉强度， MPa ；

P —— SCA 产生的膨胀压， MPa ；

a —— 孔间距 ，㎝ ；

d ——孔径 (cm) 。

在 SCA 作用下，岩石断裂开来，须满足如下条件： σ c =0 (2)

根据 (2) 式，将 (1) 式化简为：

（ 3 ）

式中 P min ——为岩石断裂时，钻孔中的 SCA 产生的最小膨胀压。
　　 我们根据对三种岩石进行试验时选用的孔距、孔径及岩石的抗拉强度代入 (3) 式，分别计算出最小膨胀压，见表 2 。由此可见，对于特定岩石，孔距 (a) 与孔径 (d) 之比值 K 是决定性参数。我们通过大量试验认为，大理石的 K=10 ～ 12 ，花岗石的 K=7 ～ 10 ，玉石的 K=5 ～ 7 。经计算得出最小膨胀压，见表 2 。通过 SCA 现场切割岩石试验结果，选用的孔径、孔距是合适的。

表 2 三种岩石需要的最小膨胀压

* 大理石的抗拉强度值由于产状不同，受岩石的层理的影响较大，这里计算时，其抗拉强度值选用常用值 7.0MPa 。

［应用实例 6 ］

开采石材荒料的方法

1 无声破碎剂全切割法
　　 用无声破碎剂 ( 简称 SCA) 破碎混凝土构筑物的设计比较容易，因只要求把它破坏拆除，但开采石材荒料不同，它要求切割成具有行业标准规格的荒料，不伤石质，表面平整度不超过± 3cm ，完整性好。因此，做好矿山开采工作十分重要。

1.1 矿山调查
　　 开采大理石、花岗石等贵重石材之前，必须对矿山有初步调查，最好请地质队进行地质勘探，了解矿体的贮量，矿山的矿脉走向，节理发育情况，目估理论成荒料率，成块性大小。如果矿体节理发达，裂隙甚多，成荒料率在 30 ％以下，则无工业价值，即使开出来的荒料，成板率低。所以，矿山地质调查是确定有无开采价值和石材开采设计的必要前提依据。切忌盲目开采，否则得不偿失。所谓合理的成荒料率，即 10000m 3 矿体，能开出 3000m 3 以上的合格石材荒料，才有开采价值。

1.2 确定矿山开采设计

经地质调查，确有开采价值，则进行矿山开采设计。如果是露天矿，首先把覆盖土逐步剥离，露出矿体。如果矿体表层，由于风化、水蚀作用、裂隙多、支离破碎，可以用 SCA 或黑火药剥离掉，不可吝惜。矿山开采应根据实际产状布置开采工作面，并根据矿体的天然纹理，节理面、走向和裂隙确定不同的台阶高度、长度和角度。这一步骤甚为重要。对矿床节理裂隙规律了解越是深透，开采工作便越主动，这是充分降低石料损失，提高荒料率的重要途径。如果矿山开采设计选择不当，会破坏石材的完整性，造成损失。

1.3 开采程序
1.3.1 切割阶段 ( 即大体积切割 ) ：在一个开采面上，首先从纵向开挖两条堑沟，使台阶成为四个自由面，以利于开采。开堑沟时，尽量不要用炸药，可以用 SCA 或 SCA 与黑火药联合开挖堑沟，尽量不要损伤台阶的石质，开堑沟是比较艰难的工作，因为只有两个自由面，只能逐层往纵深开挖，开出的堑沟面尽量平直，深度足够，为下一步大切割创造良好的条件。
　　 工作面长度，即两堑沟间距，有 10m 、 20m 、 30m 的，最理想的是 10 ～ 20m ，不宜太长，因为过长， SCA 产生膨胀压力差较大，裂纹开展不一致，产生分枝裂纹，会影响荒料完整性。
　　 台阶高度一般为 1.5 ～ 2m ，如果存在天然层理面或水平裂隙，则依此面为高度，无节理则按取石材块度大小确定台阶高度。
　　 台阶宽度，即最小抵抗线，一般为 1.0 ～ 2.0m 。
　　 工作面长度和台阶高度、宽度确定后，用墨斗线放线，在直线上用凿子把孔距点凿出来，便于凿岩工按设计孔距钻眼，在工作面上是垂直钻孔，垂直钻孔尽量要垂直，偏差要小，以保证切割面垂直平整。如果在一条直线上各个钻孔的垂直度不一，会增加 SCA 开裂的困难，开裂面不平整，变锯齿状，降低荒料开采质量。在台阶高度的底线上，确定孔距后，钻水平孔，各孔的水平度尽量一直，与垂直孔成 90 °，或稍大于90 °，如小于 90 °，形成一个夹角，不利于 SCA 开裂。用 SCA 切割岩石示意图见图 1 。

图 1 用 SCA 切割工作平台示意图

　　开采荒料质量如何与钻孔技术和熟练水平有密切关系，尤其是钻水平孔，不好操作，很费力气。在台阶前面要把石渣清理掉，尽量平整，在水平孔前可放一条平滑、坚硬的木枕，作为钻机的支点，各点要打在水平线上，不能偏差。
　　钻孔深度一般为台阶的设计宽度和高度的 80 ％～ 90 ％，不足者，易产生崩角现象。
　　 每钻完一孔，要把孔内石粉吹干净，用棉纱、纸或木塞堵口，防止杂物跌入。因雨天，孔内积水，则要把水抽出来。
　　 最后，把 SCA 与水拌成浆体，依次灌入钻孔中，对于垂直孔，水灰比为 1:0.30 ～ 0.35 ，直接倾倒入孔，用粗铁丝振捣排气，使 SCA 浆体填充密实。对于水平孔，可用水灰比 1:0.25 ～ 0.28 把 SCA 拌成胶泥状，搓成条塞入孔中，用木棍插实即可。
　　 由于 SCA 与水作用后即进行化学反应，为使 SCA 膨胀压能在同一个切割面上作用一致，每组灌 5 ～ 6 个孔，在一排孔上同时完成 SCA 灌孔作业，水平孔填孔慢，更要分配好人力。总的要求， SCA 灌孔时间前后差不要超过 1h 。
　　 一般来说，由于水平沉积和节理关系，水平孔比垂直孔早发生裂纹，为减少时间差，先灌垂直孔，后灌水平孔。
　　 灌孔完毕后，在气温 10 ℃ 以上者，不用东西覆盖，如气温低于 10 ℃ 者，要用二层草席覆盖孔口，以起保温作用，加快 SCA 膨胀压的发挥。
　　 裂纹出现后，可灌入少量水于缝中，加速 SCA 水化反应，增加裂纹宽度，当裂纹宽度达 0.5 ～ 1 ㎝ 时，说明整个切割面基本断裂开了。经过 SCA 切割，一般可取出长 1 0 ～ 20m ，宽 1 ～ 2m, 高 1 ～ 2m(20 ～ 30m 3 ) 的大块体。

1.3.2 分切阶段：用液压千斤顶或人工撬开，或用钢丝把大块石料套住，用绞车拉出来，目的是使大块体离床。然后按用户需要规格和起吊运输能力，将大块料进行分割成小块。为了使切割面平整，宜用小孔径 (Ф 30mm ) 小孔距 (2 0 ～ 30cm ) 。步骤是：先划切割线，按设计孔距垂直钻孔，灌入 SCA 浆体即可，由于大块料体积较大，应先灌两头，后灌中间。由于大块料四面凌空，用 SCA 分切大块料是很容易的，断裂后，用人工撬杠分离，见图 2 。

图 2 用 SCA 把大块料分切成规格荒料

1.3.3 搬运阶段：将分切荒料用桅杆吊，或卷扬机把荒料吊装在汽车或拖拉机上，运往各加工厂或车站、码头。
　　 最后，为了便于加工和运输，一般都用人工对荒料进行整形，使荒料六面基本平整，平整度不超过± 3cm 。
　　 用 SCA 开采荒料的方法简便、安全，步骤是钻孔设计—钻孔—灌入 SC A — 开裂—离床—搬运。问题在于工作平台的选择与设计以及开挖堑沟，这两步准备工作搞好，就能为 SCA 切割大块料和分切规格荒料创造良好条件。为使岩石按设计面开裂，根据应力集中和尖端效应原理，最好在孔与孔之间凿出一条定向槽。
　　 如果见石就开，零敲碎打，开采无计划，就会增加 SCA 开采的困难性，取不出大荒料。
　　 能不能用 SCA 进行三面切割荒料呢 ? 一般来说是可以的，如图 3 所示，但由于自由面只有三个，困难较大，原因是三个切割面灌入 SCA 后，膨胀压不均匀，切割面开裂时间有快有慢，产生剪应力，容易“烂角”，或者裂纹延伸到邻近岩石上，破坏岩体。因此，采用三面切割时，要求钻孔设计和钻孔技术更严格，使三个切割面开裂时间比较一致，断裂后，要及时把岩块分离开来，否则裂纹继续延伸，破坏邻近岩块。

图 3 SCA 三面切割荒料

2 用 SCA 与串珠绳锯联合开采荒料的方法
　　 在有串珠绳锯的矿山，可以采用与 SCA 联合开采荒料的方法，串珠绳锯有许多优点，但其成本较高，工效较慢，我国普通串珠锯工效为 1m 2 ／ h ，意大利的快速串珠绳锯为 2 ～ 6m 2 ／ h 。如果采用串珠绳锯作水平切割，用 SCA 作垂直切割，总成本会降低，工效能提高。采用此联合开采方法，用串珠绳锯作水平切割，然后用 SCA 进行垂直切割和分块切割，取得显著效益，见图 4 。

图 4 SCA 与串珠绳钻联合切割法

　　关于串珠绳锯的配套机具、性能以及开采方法，这里不作介绍，请参阅有关资料。
　　 目前，一些矿山使用串珠绳锯作水平锯切割后，用凿孔打楔劈裂作垂直分离，由于打楔劈裂损失 ( 包括钻机和劈裂面凹凸不平 ) 达 20cm 左右，使荒料率下降约 24 ％，如果改用 SCA 作垂直切割，不但省去劳动力，而且还可提高荒料率。试验表明：石材成荒率可提高 20 ％以上。
　　 国外一些大型矿山，采用串珠绳锯对石材矿体进行垂直和水平切割 ( 台阶式 ) ，然后用 SCA 进行分块切割，此方法可提高工效，降低开采成本。
　　 对于大、中型矿山，这种联合开采法是个方向。目前，为适应乡镇石材企业发展之需，国内有关单位已研制出小巧灵便、成本较低的小型串珠绳锯，它与 SCA 相配合使用，如虎添翼，将使整个石材开采行业大为改观，荒料的产量成倍增加，质量也大大提高了。

3 SCA 与黑火药联合开采法
　　 此方法是用 SCA 作垂直切割，水平切割用 SCA 预裂，再用少量黑火药把大块料抬起离床，如图 5 所示。水平切割面上隔孔装入 SCA 起预裂作用， 2 ～ 3 个空孔上装入少量黑火药，用 SCA 堵孔，当垂直切割面裂开后，立即把导火索点燃，产生气体膨胀 ( 响声很小，闷响 ) ，把整个石块抬起来，达到分离目的。

图 5 SCA 与黑火药联合采法

　　这里要注意三点：一是黑火药爆破孔的分布与数量，二是每孔黑火药的用量适当，一般装药量为 300 ～ 400 克 /m 3 。目的是不伤石质又能抬起石料。黑火药用量多少，与岩石力学性能、构造、分割体积， SCA 预裂程度有关，要经过试验确定。这种方法对于小块料 ( 10m 3 以下 ) 有效，对于大块料恐怕会伤及石质，中间断裂。×××大理石矿曾用此方法，颇有成效，可减少岩石离床的困难。

4 开堑沟的方法
　　 意大利用串珠绳锯切割岩块之前，首先从开采面的两侧开出堑沟，目的是把开采石料块变成四个自由面，利于切割，一般用 025 型钻孔切割两用机，这种机器由两根管状钢杆构成，这两根钢杆由支架和套管联在一起，其中一根是固定的，作用是在岩石上固定整套机器，另一根是活动的，可做上下和旋转运动，起钻杆作用。开沟用 Ф204 或 1900mm 钻头的两用钻机，第一步钻孔，第二步把钻头取下来，换上 Ф200或 190mm 滑轮压入孔内配合普通串珠绳锯切割，堑沟一般开成 V 型。然后，再用自动降压切割机切割岩块。这种方法开出的堑沟齐整，不伤石质，但工序多、效率低。
　　 我国一些矿山多用爆破法开堑沟，虽然速度快，但伤石质，尤其靠近堑沟两边的岩块，受震动大，震伤深度达 2 ～ 3m ，因爆破开沟所造成的石料损失量高达 20 ％以上。
　　 在意大利是严禁用炸药开采大理石的，目的是保护岩体。我国大多数矿山无串珠绳锯机，怎么办呢 ?

我们提出两种方法。

4.1 全用无声破碎剂 (SCA) 开堑沟
　　先在堑沟两边沿设计线钻防裂孔，孔距一般为 15 ～ 20cm ，孔深为台阶高度，然后以 60 °倾斜角度 从外层起打 1 ～ 2 排斜孔，上抵抗线为 40cm ，下抵抗线为 20cm 左右，这样利于往外膨胀，易破碎，孔距在 35cm 以内，排距在 30cm 以内，边距应比排距缩小 1 倍，在边排距中间加钻 1 孔，这样，边上岩石破碎效果好。 I 、Ⅱ、Ⅲ逐层往里破碎岩石，堑沟中间大部分岩石开挖掉后，最后把 SCA 灌入堑沟两边防裂孔中进行光面破碎，使堑沟两边平整，沟底用风镐或人工找平，有利于下一步开采作业，这种方法稍费工，但可保证开采平台不伤石质，是个行之有效的方法，见图 6 所示。

图 6 用 SCA 开堑沟示意图

4.2 用 SCA 与黑火药联合方法开堑沟方法
　　 为加快开堑沟施工进度，此方法可以考虑。与上法基本相同，先在堑沟两边打一排防震孔，以消除和减轻爆破时震伤开采平台的石质，这一步骤很主要。然后在堑沟中部钻孔，用黑火药把岩石破碎成一个工作坑，先炸 I 、后炸Ⅱ，最后用 SCA ，修整堑沟成平面，如图 7 所示。在堑沟凌空面 1 米 以内，用 SCA破碎，在其后排眼装入黑火药，进行松动爆破，如此逐层开沟。

图 7 用 SCA 和黑药开堑沟示意图

　　此方法的优点是开沟快，缺点是易伤石质。因此，必须多打孔，每孔放入黑火药量要小，孔距 3 0 ～ 40mm ，每孔装黑火药量 5 0 ～ 100g ，用黄泥封孔，达松动爆破即可，再用人工或风镐清渣，切不可用硝铵炸药。

5 其他

5.1 花岗岩的特点是质坚、易脆、均质、裂纹少、节理有一定规则，对于大块的露天花岗岩，可沿其节理面钻孔，放入少量黑火药，把它断裂成大块，变成四面凌空的大块料，然后用 SCA 分段切割成荒料，这样可以大大降低成本。用 SCA 分块切割时，宜用 Ф30 ～ 32mm 钻头打眼，孔距控制在 2 0 ～ 30 ㎝ ，孔深为石料高度的 80 ％，这样切割面比较平整。

5.2 玉石 ( 辉长岩类 ) ，一般生成在火成岩的夹层中，厚度不等，一般在 20 ～ 200cm ，玉石是名贵的装饰石材和雕刻石材，价值很高，如山玉石，名闻中外，它的硬度 f = 7 ～ 8 ，半透明，颜色瑰丽。但开采玉石难度很大，首先用炸药掘进坑道，找到玉石带痕迹，再用黑火药破碎附近岩石，如果玉石带有三个自由面，可以用 SCA 切割，以保证玉石成块分离，尤其对薄层玉石带开采有利。
　　 对于剥离出来大块玉石 ( 2 ～ 3m 3 ) ，用 SCA 切割最为适宜，为减少玉石受损，宜用 Ф30 ～ 32mm 的孔径，孔距 20 ～ 25cm ，孔深为切割高度的 90 ％，这样切割面比较平整。

5.3 SCA 一般不宜用于采石场，因为建筑石子价格低，而 SCA 破碎效率低、成本高。但是，对于距离村庄、工厂、交通要道很近的采石场，为避免人命和房屋之损害，可用 SCA 预裂岩石，再用黑火药松动爆破，使飞石控制在 10m 之内。具体方法是：在岩层的凌空面 1 ～ 2m 内，钻成 4 0 × 40cm 的梅花眼，灌入 SCA ，岩石出现裂纹后，在岩石的后排眼，放入黑火药起爆，把岩石破碎。黑火药的布眼和用药量，应根据爆破方量和飞石距离确定。这种用 SCA 静态预裂和黑火药 ( 或硝铵炸药 ) 动态爆破的联合方法，成本会提高，但对要求安全的采石面还是适用的，见图 8 所示。

图 8 SCA 与黑火药（炸药）破碎采石面示意图 　　　图 9 用 SCA 修整荒料示意图

5.4 荒料整形
　　 有些荒料开采出来后，其尺寸和外形不规整，达不到标准的要求，用人工修整工作量大。此时可用 SCA 整形，如图 9 所示，沿切割线打孔，灌入 SCA ，为使荒料表面平整，要用小孔径 (Ф 30mm 以下 ) ，孔距 20 ～ 25cm ，孔深 0.9H 。由于切割厚度薄，为节省 SCA 用量，采用 1: 0.38-0.45 大水灰比把 SCA 拌成稀浆灌入孔内，开裂时间虽长，但达到整形效果。

［应用实例 7 ］

静态破碎剂的作用原理

　　静态破碎剂产生膨胀力的作用过程是一个化学反应过程，因此，研究静态破碎剂首先要从研究其化学反应过程入手。运用热力学方法对其主要反应进行研究，可以得出反应进行的方向及其反应平衡常数；静态破碎剂膨胀压力的产生是由于其反应后体积增大所引起的。研究反应过程的物质转移及反应前后体积的变化，可以得到静态破碎剂的膨胀机理及其产生体积膨胀的条件，进一步指导静态破碎剂膨胀压力提高的研究。另外，静态破碎剂的反应过程是一个放热过程，反应一旦开始，热量将不断增加。当热量的散失小于所产生的热量时，反应温度将升高，反应速度不断加快，将有可能导致冲孔现象的发生。而随着反应的进行，温度逐渐下降，但膨胀压力仍持续增长，而且静态破碎剂受环境温度影响非常大，在冬季寒冷季节反应缓慢，有时会失去作用；而在夏季高温时又易产生冲孔。因此，研究其反应放热，对提高静态破碎剂的反应速度及防止冲孔现象的发生具有重要意义。

1 静态破碎剂的基本化学反应式

　　目前，静态破碎剂的主要成分都是氧化钙。氧化钙和水反应生成氢氧化钙，在放出热量的同时，其体积增大。静态破碎剂正是利用这种化学反应和氢氧化钙结晶发育时所产生的膨胀压力来破坏岩石和混凝土等脆性材料。其基本的化学反应式如下：

CaO 十 H 2 O → Ca(OH) 2 +64.8kJ

从式中可以看出，这是一个放热反应。

2 反应的物质转移

　　氧化钙和水混合后，立即发生两类物质的转移过程： 1) 水分子进入 CaO 粒子内部，并与之发生水化反应； 2) 水化反应产物向原来充水空间转移。如果前者与后者相适应，即水化速度和水化产物的转移速度相等时， CaO — 水系统的体积不会发生膨胀，但是，由于 CaO 的结构特性，即内比表面积大，水化速度很快，水化速度大于水化产物的转移速度，这时，由于 CaO 粒子周围的反应产物还没有转移走，而里面的反应又大量的产生了，这些新的反应物将冲破原来的反应层，使粒子产生机械跳跃，因而发生体积膨胀，产生膨胀压力，将约束介质破坏。在没有约束条件下，氧化钙将散裂成粉末。

3 反应前后体积的变化

　　静态破碎剂膨胀压力的产生是由于其反应后体积增大所引起的。 CaO 和水反应时，生成 Ca(OH) 2 的固相体积在一定的条件下要比 CaO 的固相体积增大 97.92% 。固相体积增大，固相体积空隙体积增量之和超过 CaO 水系统的空间，从而引起 CaO 体积的增大，膨胀压力增大。生石灰的水化反应在没有约束的自由膨胀状态下，其体积将增大 2 倍～ 3 倍。在有约束的条件下，其膨胀体积变小。当约束力非常大时，其体积没有变化，即不产生膨胀，这就是在实际应用常出现的静态破碎剂装入炮孔后失去作用的情况。出现这种情况的原因有：首先从反应物和生成物的摩尔体积变化来讨论。静态破碎剂主要是利用生石灰的水化反应，但从其标准状况的体积和生成物的摩尔体积进行比较可以看出，并不是在所有的情况下，都会产生体积膨胀。下面具体讨论什么情况发生体积膨胀。

下列反应式给出了反应物生成物的摩尔体积和比重等数据。

CaO+H 2 O→Ca(OH) 2 +64.8kj

摩尔体积： 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

　　从上面所列数据来看，生成物的摩尔体积为 33.065cm 3 ，而反应物的摩尔体积为 16.764+18.069= 34.833cm 3 ，反应之后体积应该变小，而不是增大。这好像与实际情况相矛盾。这是由于摩尔体积为分子最紧密堆积时的体积，而在静态破碎剂中实际应用的是其表观体积，也就是说在一般情况下，静态破碎剂中生石灰的水化反应的生成物很难达到分子状态的最紧密堆积，因为在缺水状态下，生成的氢氧化钙比表面积非常大，不是最紧密堆积状态，因此，就表现出体积膨胀。相反，在大量水存在时，如在水溶液中，氧化钙与水反应生成氢氧化钙，其体积变小，而不产生膨胀力。一般缺水情况下 ( 干态，不是在水溶液中 ) ，是用容重来衡量氧化钙和氢氧化钙，而不是用比重。生石灰是由碳酸钙煅烧而成，由于 CO 2 的逸出，产生了许多微孔，氧化钙保持了碳酸钙的假象，其容重略大于 1 ，与其 3.2 g ／ cm 3 ～ 3.4g ／ cm 3 的比重相差甚远。氢氧化钙在干粉状态下，容重也很小，仅为 1 左右。这样生石灰的水化反应中 ( 缺水状态 ) 就表现出体积增大的现象。
　　 当外界约束力非常大时，迫使生成的氢氧化钙的容重接近其比重，所产生的体积也就越来越小，甚至不产生膨胀。

4 反应放热
　　 静态破碎剂的主要反应是放热反应，其放出热量的大小随温度而变化，如表 1 所示。

表 1 氧化钙与水反应的放热效应

　　当温度小于 100 ℃ 时 , 温度升高放出的热量增加 ; 当温度超过 100 ℃ 时，氧化钙与水蒸气发生反应放出更多的热量；当温度进一步升高时，放出的热量逐渐减小。由此可看出，反应一旦开始，热量将不断增加；当热量的散失小于所产生的热量时，反应温度将升高，反应速度不断加快，将有可能导致冲孔现象的发生。从表 1 中也可以看出，静态破碎剂受环境温度的影响非常大，在冬天寒冷季节反应缓慢，有时甚至会失去作用；而在夏季高温时又易产生冲孔。

5 结语
　　 通过以上运用热力学方法对静态破碎剂主要反应的简单分析，可以得出下面的结论： 1) 如果要增加膨胀压力，就需要提高氢氧化钙的容重，同时减少水灰比，使静态破碎剂处于缺水状态； 2) 如果要提高反应速度，就需要增加反应物的活性或提高反应温度； 3) 为防止冲孔现象的发生，就需要添加能强烈吸收水蒸气又能在以后的反应中将水释放出来的物质。以上 3 条结论，就是我们设计静态破碎剂研制方案时遵循的原则。

静态破碎剂的性能测试

　　静态破碎剂的性能测试包括膨胀压力测试和混凝土岩石开裂试验两部分。膨胀压力是衡量静态破碎剂性能的一项重要指标。测定其膨胀压力是静态破碎剂研制过程中不可缺少的一个环节，也是一个极其重要的手段。而混凝土开裂试验就是直接把静态破碎剂用于试验中。通过观察开裂时间能综合评估静态破碎剂的膨胀压力及反应速度，与膨胀压力测试相比，反映静态破碎剂的优劣更直接。但混凝土开裂试验不能代替膨胀压测试，因为它不能定量地给出膨胀压力的大小。所以说，膨胀压力测试与混凝土开裂试验是相辅相成的，它们都是静态破碎剂性能测试不可缺少的部分。

1 静态破碎剂压力测试与分析
　　 膨胀压力是衡量静态破碎剂性能的一项重要指标。测定其膨胀压力是静态破碎剂研制过程中一个极其重要的手段。静态破碎剂成分配比及制造条件，很大一部分是由其膨胀压力来确定的。因此，在静态破碎剂的研制过程中，我们选用液压式测压装置对所研究的静态破碎剂的膨胀压力进行了多次测试。为了了解不同因素对静态破碎剂的影响，采用不同条件对静态破碎剂的膨胀压力进行测试，为了了解所研制开发的静态破碎剂的耐候性能，即不同环境温度对膨胀压力的影响，分别在不同季节进行膨胀压力测试。

2 膨胀压力测试
　　 静态破碎剂的膨胀压力测试值受到诸多因素的影响。为了认识这些因素对静态破碎剂膨胀压力的影响，我们不断采取不同水灰比、不同孔径及不同药量等条件对所开发的静态破碎剂进行多次测试和研究。为了了解不同产品的性能，我们分别对市售产品 1 、市售产品 2 及自行研制开发的静态破碎剂进行膨胀压力测试。为了了解不同装药量对静态破碎剂膨胀压力的影响，分别对不同的静态破碎剂进行膨胀压力测试。

2.1 水灰比对静态破碎剂膨胀压力的影响
　　 测试试样为所开发的静态破碎剂，装药量为 200 g ，水灰比分别为 0.3 、 0.34 和 0.38 ，从图 1 可以看出，水灰比对静态破碎剂的膨胀压力有一定的影响，随着水灰比的增大，静态破碎剂的膨胀压力随着减小，水灰比越小，静态破碎剂的膨胀压力越大。但是，静态破碎剂的水灰比不能太小，水灰比太小，虽然可以增加静态破碎剂的膨胀压力，却影响静态破碎剂的施工性能。所以，必须控制好静态破碎剂的水灰比。所开发的静态破碎剂的施工水灰比为 0.3 。这时，它的施工性能比较好，膨胀压力也比较大。

图 1 水灰比与膨胀压力关系 图 2 药量与膨胀压力的关系

2.2 装药量对静态破碎剂膨胀压力的影响
　　 测试样品试样 1 、试样 2 、试样 3 、试样 4 及试样 5 为所开发的静态破碎剂，药量分别为 150 g 、 180 g 、200 g 、 230 g 和 260 g ，绘制成膨胀压力—时间关系曲线如图 2 所示。
　　 从图 2 中可以看出，在一定的水灰比和一定的温度条件下，随着药量的增大，静态破碎剂的膨胀压力也不断增大。静态破碎剂所能达到的膨胀压力几乎与其药量成正比。
　　 从图中可以看出，膨胀压力越大，其曲线起伏越大；膨胀压力越小，其曲线起伏越平缓。

2.3 不同静态破碎剂的膨胀压力对比
　　 测试样品 6 为新研制开发的静态破碎剂，样品 7 、 8 为两种市售的普通静态破碎剂，药量都为 200 g ，绘制成膨胀压力—时间关系曲线如图 3 所示。
　　 从图 3 中可以看出，在相同条件下，新研制的静态破碎剂的膨胀压力是市售普通静态破碎剂压力的 2-3 倍，高达近 40 MPa 。另外，所开发的静态破碎剂的反应速度也比普通静态破碎剂快，只需 7 h 就能达到较高膨胀压力，而普通静态破碎剂则需要 30 h 以上。

图 3 不同静态破碎剂的膨胀压力对比 图 4 新型静态破碎剂的耐候性能

2.4 耐候性能测试
　　 为了了解所研制的新型静态破碎剂的耐候性能及环境温度对静态破碎剂膨胀压力的影响，分别在春季、夏季和冬季对同种静态破碎剂进行了膨胀压力测试，把数据绘成膨胀压力—时间关系曲线如图 4 所示，从图中可以看出，所研制的静态破碎剂的耐候性较好，其膨胀压力随气温变化不大，由于测试的样品采用的是同一批号静态破碎剂，测试的时间有一定跨度，静态破碎剂在存放过程中性质发生变化以及测试系统的灵敏度、准确度有可能发生改变，因此，实验结果不是很具有说服力。根据我们的经验及一些测试结果发现，静态破碎剂的存放时间越长，其反应速度越快，膨胀压力越小。从图 4 中也有所反映，静态破碎剂的反应速度及膨胀压力与其存放的时间有关系，有待于做进一步的研究。如果条件允许，能够控制室温的话，静态破碎剂的耐候性能将更准确，更具有说服力。

3 混凝土开裂实验
　　 试验 1: 混凝土试块 10 0 ㎝× 7 0 ㎝× 60cm ，钻孔直径为 30 mm ，孔深为 50 ㎝ ，钻孔数量为 3 个，然后把静态破碎剂装入孔中。 2 h 出现裂缝，具体布置如图 5 所示。

图 5 试验 1 布置方案

图 6 试验 2 布置方案

　　试验 2: 混凝土试块 10 0 ㎝× 70 ㎝× 60 ㎝ , 钻孔直径为 30 mm ，孔深为 50 cm ，钻孔数量为 2 个，然后把静态破碎剂装入孔中。 32 h 出现裂缝，具体布置如图 6 所示。
　　 从图中可以看出，采用相同的孔径，其所用的开裂时间也不同，孔径数量多，其膨胀压力分布均匀，膨胀压力也增大。当孔径数量增加一个，其破碎时间相对缩短很多。但是从经济效益出发，应选取合理的孔数量、孔径与间距。
　　 从实验结果可以看出，与普通静态破碎剂相比，新型静态破碎剂膨胀压力大，反应速度快。普通市售静态破碎剂在花岗岩上采用 5 个孔进行开裂也比较困难，而新型静态破碎剂采用 3 个孔，开裂时比其采用 5 个孔还短。
　　 从实验结果还可以看出，在同一试块上进行的开裂实验，同孔数时，孔径大的开裂时间短；在同一规格的混凝土上进行开裂，孔数多的比孔数少的开裂时间短，也就是说孔间距大到一定距离时，混凝土开裂就变得相当困难。有时需要几天以上的时间才能开裂。这说明静态破碎剂的膨胀压是有限的。所以，静态破碎剂一般用于混凝土的破碎。
　　 在所有实验中均未出现冲孔现象，操作方便，也没有出现失去作用而不能开裂的情况。并且所有的静态破碎剂在储存一段时间后，其反应速度变快，这比普通静态破碎剂的性能要好。

4 结 论
　　 膨胀压力是各种静态破碎剂最主要的性能指标，而膨胀压力测试是静态破碎剂研制过程中一个不可缺少的环节和重要手段。液压式平衡静态破碎剂是我们研制出的静态破碎剂。它具有操作简单，环境温度可控，数据复现性好，节约钢材等优点。测量结果非常令人满意。通过分析测得的膨胀压力数据，得出以下结论：

1) 静态破碎剂的水灰比越小，其膨胀压力也就越大。
2) 静态破碎剂的装药量大，其膨胀压力也就越大。这就说明了为什么采用大孔径药孔更容易破碎混凝土。
3) 静态破碎剂破碎的温度越高，其膨胀压力也就越大。反应速度也就越快。
4) 新型静态破碎剂的耐候性好，四季都可以用。
5) 新型静态破碎剂所能达到的最大膨胀压力为市场同类产品的两倍左右，这大大提高了新型静态破碎剂的破碎能力，扩大了其应用范围。
6) 混凝土的开裂实验表明，新型静态破碎剂的膨胀压力大，而且它的反应速度也非常快。