第9章
静态胀裂剂破碎施工技术
9.1 静态胀裂剂破碎机理
• 静态胀裂剂由钙、硅、铝、铁等氧化物 及特殊有机物配制而成，主要原料是氧 化钙，故外观呈灰白色粉末。它与适量 的水掺和后，产生的化学反应如下：
• CaO+H2O→ Ca（OH）2+6.5×104J
9.1 静态胀裂剂破碎机理
• 当氧化钙转化为氢氧化钙时，其晶体由立方
• 脆性材料的抗拉强度只有抗压强度的1/9~1/5。 各种岩石的抗拉强度通常小于9.91~19.61MPa， 抗压强度达29.42~294.2MPa；混凝土抗拉强度 小于1.177~2.354MPa，抗压强度达 9.91~49.04MPa。孔壁径向压应力增加到某一 数值，就会在切向拉应力作用下产生裂缝， 发生破坏。在被破碎介质中，当d＝4cm和孔 距为40~60cm时，介质内部产生径向破裂所需 的压应力p值是：对于混凝土， p≤9.91~14.71MPa；中硬岩或硬岩， p≤9.907~29.42MPa。
9.3 静胀剂破碎的设计与施工
• 孔网参数
• d = 40mm,a = 0.3~0.5m,b = 0.3~0.4m，l = 0.9~1.0H, • 静态胀裂剂用量2±0.2kg/m（当d=40mm 时）。
9.3 静胀剂破碎的设计与施工
水灰重量比0.3左右。 • 自由面数不少于2个。 • 注意冲孔。
通过优选添加剂的品种和剂量，可以调
节所需膨胀力的数值。从图中可见，对
于同一种静态胀裂剂而言，掺入添加剂，
可使膨胀力提高30%~50%。
孔壁压力与装药密实度有关
• 钻孔孔壁上的压力与孔内静态胀裂剂的
装药密度有关，装药密度越剂，
提高炮孔初始压力，进而提高膨胀压力。
9.1 静态胀裂剂破碎机理
• 在被破碎介质中，若炮孔半径用a表示， 孔壁受到均匀的压应力q，那么根据弹 性理论，在距孔中心r处 静态胀裂剂所 产生的径向压应力σr和切向拉力σθ可按 下式计算：
9.1 静态胀裂剂破碎机理
a q a q r 2 2 r r
2
2
9.1 静态胀裂剂破碎机理
软岩 中硬岩 硬岩
2
混凝 土
无钢筋 有钢筋 软岩
3 岩石
中硬岩 硬岩
9.4 特点及适用条件
• 静态胀裂剂施工安全，对保留体无损伤，在极 复杂环境条件下的介质破碎解体，在饰面石材 的切割开采等方面受到施工单位的欢迎；但用 静态胀裂剂进行破碎施工时，被破碎介质开裂 速度慢，施工时间长，特别是冬季施工这一问 题更是突出；加之静态胀裂剂膨胀力小，不适 用于钢筋混凝土的拆除，用药量大，拆除成本 高，使其推广又受到一定的限制。但静态胀裂 剂又是拆除工程中不可缺少的一种方法，可用 于动静结合的施工方法，或用于其他的综合施 工方法。
9.1 静态胀裂剂破碎机理
• 静态胀裂剂所产生的膨胀压力为
40~60MPa，故能满足混凝土和各种岩石
解体工程的需要。
9.2 静态胀裂剂性能
• (1) 膨胀压力与作用时间的关系 • JC—1系列静态胀裂剂被注入炮孔中 ，经过 15~30min开始凝固并对孔壁施加压力。随时 间的延长，作用力逐渐增大。总的变化趋势 是，膨胀初期阶段胀力增大速度快，这段时 间为2~10h，与被破碎物体出现裂隙相对应； 尔后增大速度减缓，直至达到最大作用力为 止，这段时间约为10~24h，与被碎物体中裂 隙宽度达到最大值相对应。
静态胀裂剂型号及适用温度
编 号
1 2 3 4
静态胀裂剂型号
JC-1-Ⅰ JC-1-Ⅱ JC-1-Ⅲ JC-1-Ⅳ
适用季节
夏季 春、秋季 冬季 寒冬
适用温度范围 oC
＞25 10~25 10 ＜0
静态胀裂剂孔网参数与单耗表
序 号
1 孤石
破碎对象
孔直 径 mm
30~42 30~42 39~50 30~42 39~50 30~42 30~42 39~50
膨胀力与孔深的关系
• 钢管中灌入静态胀裂剂，沿钢管轴向布
一串应变片，以测量其应变沿轴向的大
小。经过一定时间后测得其应变，仅算
其应力，可以看出由于孔口无堵塞，孔
口压力几乎为零，随着孔深的增加，孔
壁压力逐渐趋向正常值。
膨胀力与添加剂的关系
• 在JC—1系列静态胀裂剂中加入不同类
型的添加剂，对于膨胀力有较大影响。
膨胀压力与孔径的关系
• JC—1系列静态胀裂剂对孔壁作用胀力P随炮 孔直径d值的增加而增大，当孔径d不超过一 定范围时，存在如下的实验关系，即： • P=kdn • 式中：p—作用于孔壁的胀力，Pa；d—炮孔 直径，cm；n—与静态胀裂剂类型有关的指数， 该值通过试验而定；K—与被破碎介质和几何 尺寸有关的常数。
膨胀压力与水灰比的关系
• 静态胀裂剂加水量一般应为其重量的
29%~30%。随着加水量的增加，膨胀压
力减小。加水量过小，会引起水化不完
全和装药操作困难。
膨胀压力与环境温度的关系
• 环境温度对静态胀裂剂的膨胀压力的上升 速度有很大影响。温度高时，膨胀压力达 到最大值的时间大大缩短。对于JC—1号 静态胀裂剂，19℃以下时，需10~15 h完成 膨胀压力快速增长阶段，而温度为35oC左 右时，只需0.5~2 h就完成了膨胀压力快速 增长阶段；对于不同型号的快速静态胀裂 剂，仅需要10~30min即达到最大膨胀压力
孔距 cm
50~60 40~50 30~40 35~60 25~35 40~60 30~50 20~30
孔深 cm
0.7~0.75H 0.75~0.95 H 0.9~0.95H 0.7~0.95H 0.9~0.95H 1.0~1.05H 1.05H 1.05~1.1H
单耗/kg.m-3
切割 2~3 3~4 4~5 4~6 10~15 3~5 4~6 5~7 破碎 3~5 4~6 5~7 6~9 15~20 5~7 9~10 10~12
晶系变为复三方偏三角面体。据测定，在自 由膨胀的前提下，反应后的体积可增大3~4倍； 比表面积增加了100倍，同时还释放出热量。 因此，化学反应后，静态胀裂剂的体积膨胀，
压力升高，温度上升，产生对被破碎物体做
功的能力。该膨胀压力在被破碎介质中沿径
向产生压应力，在切向产生拉应力。
9.1 静态胀裂剂破碎机理