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燃烧剂与膨胀剂

2005-08-24   来源:安全文化网    热度:   收藏   发表评论 0

  近年来,为适应城市建设及贵重石材开采的需要而发展起来的燃烧剂和膨胀剂两个系列,前者在化学反应过程中不完全具备炸药爆炸的三个要素,即是说具备了反应过程大量放热和基本具备了反应过程的高速完成二条,但反应过程却不生成大量气体。而后者的反应过程则完全不具备爆炸的三个要素。因此,不能把这类药剂当作炸药看待,但它们确实是一种新型的破碎剂。

 

  一、燃烧剂

 

  1.燃烧剂的特点

  (1)在孔内燃烧时,产生高温,但音响和震动较小。

  (2)操作方便,可用电和导爆管直接点燃起爆,使用安全。

  (3)防潮性好,贮存期长,运输安全可靠。

  (4)切割料石时,切割面整齐,且不损伤石料内部,适用于名贵石料的开采。

  2.成分组成

  这种药剂通常由氧化剂和燃烧剂组成,它燃烧时为氧化还原反应,同时放出大量的热。如:

Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3+197(kcal)

3MnO2+4Al=3Mn+2A12O3+420.3(kcal)

  可作燃烧剂中的可燃剂成分有:铝(Al)、镁(Mg)、硅(Si)、碳(C)和铁(Fe)。可作氧化剂的有:Pb3O4、CuO、MnO2以及氧酸盐和过氧化物等。例如,某厂的主装药和点火药组成的燃烧剂药柱,其主装药的配方为:Al:KNO3=30:70,点火药为S:Pb3O4:Sb2S3=18:72:10。不管哪种配方,制配燃剂的主要原则是氧化剂与可燃剂要按零氧平衡配制。

  某些作业条件,可不用工程雷管、导火索、导爆索引爆,而用电引火及点火药或导爆管来引爆。

  3.作用原理

  由于药剂中不含炸药成分,爆破时靠高温起作用,作用过程可以认为是:药剂燃烧产生高温使炮孔受胀裂、拉伸力作用,从而达到切割破碎的目的。

  4.主要性能

  目前国内生产的药剂,由于组分不同,性能差别也很大。

  5.应用范围

  (1)可用于城市改造、扩建中的清除废旧砖基础、障碍物,在人口稠密及有重要建筑物、设备和交通要道附近的爆破工程。

  (2)用于名贵石材的开采,有利于保护资源,提高成材率,提高经济效益。

  (3)用于某些特殊工程和特种军事工程。

  6.保管及安全注意事项

  (1)药剂为易燃品,贮存、保管及运输应根据易燃物品安全规定执行。注意防火、防潮,严禁与酸、碱及易燃易爆物品混放或运输。

  (2)布置炮眼时,炮眼的轴线方向应尽可能避开建筑物门窗及人员来往频繁的地方;爆破人员伫立位置必须避开炮眼轴方向。

  (3)用电药头点火时,检测电阻注意不能用大电流的仪器测量,以免发生意外。

  (4)严禁在易燃、易爆物品附近及有瓦斯、矿尘爆炸危险的矿井内使用。

  (5)残药或炮眼拒爆后,应及时处理,严禁打残眼。

 

  二、膨胀剂

 

  膨胀剂的反应速度比燃烧剂更慢。它对介质的破坏作用主要是靠它在反应过程中体积膨胀及由此产生的物理力学效应,它与爆炸引起的物理力学效应具有显著的差别。

  (一)原理

  几乎所有的膨胀剂及其膨胀效应都基于氧化钙与水之间产生的化学反应。

CaO+H2O=Ca(OH) 2+15.9(kcal/kg)

  由上述反应引起两个直接的物理现象:①释放一定量的热量;②反应前后密度发生变化,反应前CaO的密度为3.32g/cm3,反应后Ca(OH) 2的密度为2.23g/cm3,相应的比容由0.3012cm3/g,增为0.44cm3/g,从而使单位重量物质的体积增加46.7%,即发生

了体积膨胀现象。

  由于放热的速度缓慢,故热对介质不可能形成什么破坏作用,可见膨胀产生的物理力学效应是破坏介质的唯一能源。

  要达到使周围介质(岩石或混凝土等)破坏和产生位移,必须满足膨胀作用引起的静态应力大于介质的某一项力学阻抗强度。对于岩石或混凝土,抗压强度大(几百kg/cm2),而抗拉强度小(通常各种岩石为40~70kg/cm3,各种混凝土为20~30kg/cm2),抗拉强度约为抗压强度的1/8~1/10。

  据统计,国内外所有膨胀剂达到的膨胀压力为300~500kg/cm2

  因此膨胀对岩石或混凝土等的破坏效应,主要是通过产生拉应力来克服它们的抗拉强度而起作用的。但不足以克服它们的抗压强度。

  (二)配方和性能

  1.配方

  由于保密原因,国内外膨胀剂的详细配比以及它们的制造工艺没有全部公开,故在此无法详述。但基本组分为:

  (1)氧化钙  是膨胀剂的主要成分,有些还另加有Al、Si、Fe的氧化物。

  (2)添加剂  其具体组分尚未公开,主要是有机添加剂和无机添加剂两部分。有机添加剂的作用是控制CaO与H2O的反应速度,使膨胀剂以缓慢的方式进行,并在其本身充分硬化以后才发生膨胀作用,以保证对周围约束膨胀剂的介质产生破裂位移的力学效果。无机添加剂的作用,在可使膨胀剂添加水后的糊状流态混合物在规定时间内硬化,并达到一定强度,保证膨胀正常发生作用。

  (3)水  是在使用时外加的,用量约为干膨胀剂的25%~35%,具体根据制品配方而定。

  2.性能

  不同成分的膨胀剂其产生的膨胀力、膨胀体积、作用延长时间也各不相同。

  (1)举国外一种“Y427无声破碎剂”为例;

  1)成分:用石灰系的无机化合物作主要成分,添加特殊的有机化合物组成。

  把这种膨胀剂用25%~30%的水进行搅拌,由于和水反应,产生3000kg/m2以上的膨胀压力将周围的介质胀裂。

  2)破碎机理:产生裂缝、裂缝传布、裂缝幅度增大。

  3.使用方法

  一般孔径为30~60mm,孔距80cm,例如用10kg膨胀剂,先将2.5~3L的水倒入铁皮桶或其他类似容器内,然后把膨胀剂徐徐加入,同时用手工或工具进行充分搅拌成浆状,然后迅速(10~20min内)装入孔内,直装到孔口为止。经一段时间后,自行将介质膨裂或破碎。

  (2)国内膨胀剂的一般性能:

  1)膨胀力在一定时间内随着时间的延长而增长,各种不同配比的药剂,装填在直径为30~50mm的炮孔内,达到最大的膨胀力为200~500kg/cm2

  2)膨胀容积,通过少量的测定得知,膨胀剂反应后容积可增加60%~120%。

  (3)作用时间  干态膨胀剂与水混合后达到最大膨胀力的作用时间,因加入添加剂的种类不同,可在几小时至数十小时的范围内变化,大多数控制在20~30h。同时,还与反应时的温度有关,温度高,反应速度快,作用时间可缩短。如有的膨胀剂,当18℃时,膨胀力达最大值的时间为40~50h;而温度为35℃时,则可缩短为10~20h。

  膨胀剂装填的孔径越大,由于总装填量增加,增大了作用于孔壁的膨胀力。

  (三)操作和注意事项

  干料加水搅拌必须在现场进行,搅拌后即使用,药剂依靠其自流性而密实地充满炮孔。必要时可用炮棍捣实。拌料向同一孔内装填不能相隔太长时间,更不准搅拌后存放,以免影响装填和失效,每次搅拌量不宜过多。搅拌操作和装填过程中要注意劳动保护。膨胀剂最初装入孔眼的一小时内,人员不要在被破碎体近处停留,以防喷出伤人。

  搅拌时发生异常现象,如反应激烈或温升过快,应立即停止向孔内装填。

  在有水的情况下或在水下施工时,不能按一般方法进行装填。

  药剂在贮存和运输过程中,严禁与水直接接触。

  (四)优缺点

  1.优点

  避免了炸药爆破所带来的一切有害效应如冲击波、地震波、飞石、噪声、有毒气体、粉尘、未爆残药的危险性,而且整个操作不存在危险(即使发生喷溅,危险性也是很小的),对破裂范围以外的一切物体不会造成任何损害。在破裂过程中不影响周围环境内的一切活动。因此它在城市控制爆破及名贵料石的开采中,以及其他一些要求定型成缝破裂和高度安全地拆毁的工程中得到应用。

  2.缺点

  只能应用在具有两个自由面以上的小体积的物体,因而钻孔的数量要求多,药剂使用量大;破碎的时间长,且难于掌握;成本高,与炸药相比,费用要成倍增加;受外界的因素影响较大,使用范围受到限制。

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