近年來,為適應城市建設及貴重石材開采的需要而發展起來的燃燒劑和膨脹劑兩個系列,前者在化學反應過程中不完全具備炸藥爆炸的三個要素,即是說具備了反應過程大量放熱和基本具備了反應過程的高速完成二條,但反應過程卻不生成大量氣體。而后者的反應過程則完全不具備爆炸的三個要素。因此,不能把這類藥劑當作炸藥看待,但它們確實是一種新型的破碎劑。
一、燃燒劑
1.燃燒劑的特點
(1)在孔內燃燒時,產生高溫,但音響和震動較小。
(2)操作方便,可用電和導爆管直接點燃起爆,使用安全。
(3)防潮性好,貯存期長,運輸安全可靠。
(4)切割料石時,切割面整齊,且不損傷石料內部,適用于名貴石料的開采。
2.成分組成
這種藥劑通常由氧化劑和燃燒劑組成,它燃燒時為氧化還原反應,同時放出大量的熱。如:
Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3+197(kcal)
3MnO2+4Al=3Mn+2A12O3+420.3(kcal)
可作燃燒劑中的可燃劑成分有:鋁(Al)、鎂(Mg)、硅(Si)、碳(C)和鐵(Fe)。可作氧化劑的有:Pb3O4、CuO、MnO2以及氧酸鹽和過氧化物等。例如,某廠的主裝藥和點火藥組成的燃燒劑藥柱,其主裝藥的配方為:Al:KNO3=30:70,點火藥為S:Pb3O4:Sb2S3=18:72:10。不管哪種配方,制配燃劑的主要原則是氧化劑與可燃劑要按零氧平衡配制。
某些作業條件,可不用工程雷管、導火索、導爆索引爆,而用電引火及點火藥或導爆管來引爆。
3.作用原理
由于藥劑中不含炸藥成分,爆破時靠高溫起作用,作用過程可以認為是:藥劑燃燒產生高溫使炮孔受脹裂、拉伸力作用,從而達到切割破碎的目的。
4.主要性能
目前國內生產的藥劑,由于組分不同,性能差別也很大。
5.應用范圍
(1)可用于城市改造、擴建中的清除廢舊磚基礎、障礙物,在人口稠密及有重要建筑物、設備和交通要道附近的爆破工程。
(2)用于名貴石材的開采,有利于保護資源,提高成材率,提高經濟效益。
(3)用于某些特殊工程和特種軍事工程。
6.保管及安全注意事項
(1)藥劑為易燃品,貯存、保管及運輸應根據易燃物品安全規定執行。注意防火、防潮,嚴禁與酸、堿及易燃易爆物品混放或運輸。
(2)布置炮眼時,炮眼的軸線方向應盡可能避開建筑物門窗及人員來往頻繁的地方;爆破人員佇立位置必須避開炮眼軸方向。
(3)用電藥頭點火時,檢測電阻注意不能用大電流的儀器測量,以免發生意外。
(4)嚴禁在易燃、易爆物品附近及有瓦斯、礦塵爆炸危險的礦井內使用。
(5)殘藥或炮眼拒爆后,應及時處理,嚴禁打殘眼。
二、膨脹劑
膨脹劑的反應速度比燃燒劑更慢。它對介質的破壞作用主要是靠它在反應過程中體積膨脹及由此產生的物理力學效應,它與爆炸引起的物理力學效應具有顯著的差別。
(一)原理
幾乎所有的膨脹劑及其膨脹效應都基于氧化鈣與水之間產生的化學反應。
CaO+H2O=Ca(OH) 2+15.9(kcal/kg)
由上述反應引起兩個直接的物理現象:①釋放一定量的熱量;②反應前后密度發生變化,反應前CaO的密度為3.32g/cm3,反應后Ca(OH) 2的密度為2.23g/cm3,相應的比容由0.3012cm3/g,增為0.44cm3/g,從而使單位重量物質的體積增加46.7%,即發生
了體積膨脹現象。
由于放熱的速度緩慢,故熱對介質不可能形成什么破壞作用,可見膨脹產生的物理力學效應是破壞介質的唯一能源。
要達到使周圍介質(巖石或混凝土等)破壞和產生位移,必須滿足膨脹作用引起的靜態應力大于介質的某一項力學阻抗強度。對于巖石或混凝土,抗壓強度大(幾百kg/cm2),而抗拉強度小(通常各種巖石為40~70kg/cm3,各種混凝土為20~30kg/cm2),抗拉強度約為抗壓強度的1/8~1/10。
據統計,國內外所有膨脹劑達到的膨脹壓力為300~500kg/cm2。
因此膨脹對巖石或混凝土等的破壞效應,主要是通過產生拉應力來克服它們的抗拉強度而起作用的。但不足以克服它們的抗壓強度。
(二)配方和性能
1.配方
由于保密原因,國內外膨脹劑的詳細配比以及它們的制造工藝沒有全部公開,故在此無法詳述。但基本組分為:
(1)氧化鈣 是膨脹劑的主要成分,有些還另加有Al、Si、Fe的氧化物。
(2)添加劑 其具體組分尚未公開,主要是有機添加劑和無機添加劑兩部分。有機添加劑的作用是控制CaO與H2O的反應速度,使膨脹劑以緩慢的方式進行,并在其本身充分硬化以后才發生膨脹作用,以保證對周圍約束膨脹劑的介質產生破裂位移的力學效果。無機添加劑的作用,在可使膨脹劑添加水后的糊狀流態混合物在規定時間內硬化,并達到一定強度,保證膨脹正常發生作用。
(3)水 是在使用時外加的,用量約為干膨脹劑的25%~35%,具體根據制品配方而定。
2.性能
不同成分的膨脹劑其產生的膨脹力、膨脹體積、作用延長時間也各不相同。
(1)舉國外一種“Y427無聲破碎劑”為例;
1)成分:用石灰系的無機化合物作主要成分,添加特殊的有機化合物組成。
把這種膨脹劑用25%~30%的水進行攪拌,由于和水反應,產生3000kg/m2以上的膨脹壓力將周圍的介質脹裂。
2)破碎機理:產生裂縫、裂縫傳布、裂縫幅度增大。
3.使用方法
一般孔徑為30~60mm,孔距80cm,例如用10kg膨脹劑,先將2.5~3L的水倒入鐵皮桶或其他類似容器內,然后把膨脹劑徐徐加入,同時用手工或工具進行充分攪拌成漿狀,然后迅速(10~20min內)裝入孔內,直裝到孔口為止。經一段時間后,自行將介質膨裂或破碎。
(2)國內膨脹劑的一般性能:
1)膨脹力在一定時間內隨著時間的延長而增長,各種不同配比的藥劑,裝填在直徑為30~50mm的炮孔內,達到最大的膨脹力為200~500kg/cm2。
2)膨脹容積,通過少量的測定得知,膨脹劑反應后容積可增加60%~120%。
(3)作用時間 干態膨脹劑與水混合后達到最大膨脹力的作用時間,因加入添加劑的種類不同,可在幾小時至數十小時的范圍內變化,大多數控制在20~30h。同時,還與反應時的溫度有關,溫度高,反應速度快,作用時間可縮短。如有的膨脹劑,當18℃時,膨脹力達最大值的時間為40~50h;而溫度為35℃時,則可縮短為10~20h。
膨脹劑裝填的孔徑越大,由于總裝填量增加,增大了作用于孔壁的膨脹力。
(三)操作和注意事項
干料加水攪拌必須在現場進行,攪拌后即使用,藥劑依靠其自流性而密實地充滿炮孔。必要時可用炮棍搗實。拌料向同一孔內裝填不能相隔太長時間,更不準攪拌后存放,以免影響裝填和失效,每次攪拌量不宜過多。攪拌操作和裝填過程中要注意勞動保護。膨脹劑最初裝入孔眼的一小時內,人員不要在被破碎體近處停留,以防噴出傷人。
攪拌時發生異常現象,如反應激烈或溫升過快,應立即停止向孔內裝填。
在有水的情況下或在水下施工時,不能按一般方法進行裝填。
藥劑在貯存和運輸過程中,嚴禁與水直接接觸。
(四)優缺點
1.優點
避免了炸藥爆破所帶來的一切有害效應如沖擊波、地震波、飛石、噪聲、有毒氣體、粉塵、未爆殘藥的危險性,而且整個操作不存在危險(即使發生噴濺,危險性也是很小的),對破裂范圍以外的一切物體不會造成任何損害。在破裂過程中不影響周圍環境內的一切活動。因此它在城市控制爆破及名貴料石的開采中,以及其他一些要求定型成縫破裂和高度安全地拆毀的工程中得到應用。
2.缺點
只能應用在具有兩個自由面以上的小體積的物體,因而鉆孔的數量要求多,藥劑使用量大;破碎的時間長,且難于掌握;成本高,與炸藥相比,費用要成倍增加;受外界的因素影響較大,使用范圍受到限制。