CN107324741A - 一种静态破碎剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种静态破碎剂及其制备方法，属于静态爆破技术领域。本发明包括以下重量份数的原料：20～30份沉淀物、50～60份纳米氧化钙和1～3份木质素磺酸钠，是将沉淀物、纳米氧化钙和木质素磺酸钠搅拌混合后，干燥、包装制得快速静态破碎剂，有效解决了传统静态破碎剂水化反应速度慢，且破碎效率较低的问题。本发明制备步骤简单，所得静态破碎剂具有较好的流动性，且水化反应速度快，施工时无喷孔现象出现，破碎效率高。

Description

一种静态破碎剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种静态破碎剂及其制备方法，属于静态爆破技术领域。
背景技术
随着石材工业的不断发展，城市拆迁量的不断加大，人们对岩石和混凝土的破碎越来越重视。目前使用较多的是人工开砸或用炸药爆破解决这类问题，但用人工的办法效率太低，并且成本相对较高；而使用炸药爆破，会产生震动，冲击波，粉尘和飞石，具有一定的危险性，并且会导致石料成材率偏低，不规则，甚至导致内伤。因此为了解决这些问题，人们研究发现了一种静态爆破方法。
静态爆破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；该法爆破力较易控制，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；当静态破碎剂应用于石材的破碎和切割时，不需考虑用药量，引爆装置，防爆措施，施工时间以及复杂的设计计算。因此，对静态破碎剂的开发研究具有重要意义。
静态破碎剂指凡经高温煅烧以氧化钙为主体的无机化合物，掺入适量外加剂共同粉磨制成的具有高膨胀性能的非爆破性破碎用粉状材料。但由于制备过程中氧化钙与外加剂混合不均，所得成品流动性差，原料和成品生产对环境有一定污染，施工时易发生喷孔，因此施工防护要求较高，破碎剂的水化反应速度缓慢，通常需要经过数小时甚至十几小时才能起到破碎效果，破碎效率较低。
因此，亟待开发一种水化反应速度快、破碎效率高的静态破碎剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统静态破碎剂水化反应速度慢，且破碎效率较低的弊端，提供了一种静态破碎剂及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种静态破碎剂，包括以下重量份数的原料：
20～30份沉淀物、50～60份纳米氧化钙和1～3份木质素磺酸钠。
所述的沉淀物是由纤维素经乙二胺和高碘酸钠氧化处理后，再与一氯乙酸反应、离心分离得到的。
所述的原料按重量份数还包括6～8份氮化镁。
所述的原料按重量份数还包括15～20份过筛物和1～3份氯化钠。
所述的过筛物是由熔融海藻糖与纳米铁粉混合后进行干燥、粉碎得到的。
所述的原料按重量份数还包括3～5份干燥物。
所述的干燥物是由滤渣和月桂酰氯反应得到的。
所述的滤渣是由豆浆经发酵、高温灭菌和过滤得到的。
所述的一种静态破碎剂的制备方法，制备步骤为：将沉淀物、纳米氧化钙和木质素磺酸钠搅拌混合后，在95～105℃干燥、包装，即得静态破碎剂。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明首先用乙二胺和高碘酸钠对纤维素进行处理，降低纤维素的结晶度，使纤维素的活性羟基增加，再用一氯乙酸对纤维素进行改性，增加纤维素的吸水性，制得改性纤维素，改性纤维素是吸水能够产生膨胀的物质，在膨胀时能够产生膨胀压，使混凝土或岩石胀裂、破碎，并且改性纤维素可持续吸水并持续产生膨胀压力，因而能继续增大或产生新的裂缝，提高破碎效率；
（2）本发明将纳米铁粉用海藻糖进行包覆，并自制氨基酸型表面活性剂，氨基酸表面活性剂可与水混合后产生稳定的气泡，并且破碎剂中的氮化镁与水反应可产生气泡同时放出热量，使水温上升，随水温的上升，可加快水化反应，同时海藻糖溶解使被包覆的纳米铁粉释放出来，纳米铁粉随产生的气泡移动进入岩石缝隙中与氯化钠溶液发生电化学反应，纳米铁粉进行氧化放热，为水化反应提供温度，加快水化反应速度。
具体实施方式
首先称取100～200g纤维素加入到盛有400～500mL水的烧杯中，再分别向烧杯中加入15～20mL乙二胺和1～3g高碘酸钠，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40～50℃，转速为300～400r/min的条件下搅拌反应60～90min；待反应结束后过滤，得到预处理纤维素，将预处理纤维素用水洗涤3～5次，取40～50g洗涤后的预处理纤维素置于盛有300～400mL水的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于水浴锅中，控制水浴温度为60～70℃，并向三口烧瓶中加入6～8g一氯乙酸，保温搅拌反应1～2h后，将三口烧瓶中的物料置于离心机中，以4000～5000r/min的转速离心分离10～15min，得到沉淀物，同时称取600～800g海藻糖加入到烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为215～220℃，转速为200～300r/min条件下搅拌30～40min，使海藻糖熔融，待搅拌结束后，再向烧杯中加入300～400g纳米铁粉，继续搅拌混合5～10min，得到混合物，将混合物倒入不锈钢盘中，控制不锈钢盘中混合物厚度为3～5mm，并将不锈钢盘放入烘箱中，于温度为35～40℃条件下干燥24～26h后，将不锈钢盘中的物料置于粉碎机中粉碎，并过80～100目筛，得到过筛物，同时称取40～50g黄豆加入到盛有200～300mL水的烧杯中，浸泡处理12～14h，再将浸泡后的黄豆取出并置于豆浆机中打浆，得到豆浆，将所得豆浆置于烧杯中放置5～6天后倒入发酵罐中，于温度为30～40℃条件下，密封发酵15～20天，待发酵结束后，将发酵罐中的物料移入灭菌箱中，于温度为125～130℃下灭菌15～20min，向灭菌后的物料中加入400～500mL无水乙醇，搅拌混合3～5min后，静置3～4h，再过滤，得到滤渣，分别取10～15g滤渣、6～8g月桂酰氯和100～120mL质量分数为50%丙酮溶液加入到三口烧瓶中，再向三口烧瓶中加入质量分数为15%氢氧化钠溶液调节三口烧瓶中物料pH为9.5～9.8后，将三口烧瓶移入水浴锅中，控制水浴温度为60～70℃，搅拌反应60～90min后，将反应产物进行喷雾干燥，得到干燥物；最后按重量份数计，分别称取20～30份沉淀物、3～5份干燥物、15～20份过筛物、50～60份纳米氧化钙、1～3份氯化钠、1～3份木质素磺酸钠和6～8份氮化镁加入到烧杯中，搅拌混合3～5min后移入烘箱中，于温度为95～105℃条件下干燥3～4h，再自然冷却至室温后出料，包装，即可得到静态破碎剂。
实例1
首先称取100g纤维素加入到盛有400mL水的烧杯中，再分别向烧杯中加入15mL乙二胺和1g高碘酸钠，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40℃，转速为300r/min的条件下搅拌反应60min；待反应结束后过滤，得到预处理纤维素，将预处理纤维素用水洗涤3次，取40g洗涤后的预处理纤维素置于盛有300mL水的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于水浴锅中，控制水浴温度为60℃，并向三口烧瓶中加入6g一氯乙酸，保温搅拌反应1h后，将三口烧瓶中的物料置于离心机中，以4000r/min的转速离心分离10min，得到沉淀物，同时称取600g海藻糖加入到烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为215℃，转速为200r/min条件下搅拌30min，使海藻糖熔融，待搅拌结束后，再向烧杯中加入300g纳米铁粉，继续搅拌混合5min，得到混合物，将混合物倒入不锈钢盘中，控制不锈钢盘中混合物厚度为3mm，并将不锈钢盘放入烘箱中，于温度为35℃条件下干燥24h后，将不锈钢盘中的物料置于粉碎机中粉碎，并过80目筛，得到过筛物，同时称取40g黄豆加入到盛有200mL水的烧杯中，浸泡处理12h，再将浸泡后的黄豆取出并置于豆浆机中打浆，得到豆浆，将所得豆浆置于烧杯中放置5天后倒入发酵罐中，于温度为30℃条件下，密封发酵15天，待发酵结束后，将发酵罐中的物料移入灭菌箱中，于温度为125℃下灭菌15min，向灭菌后的物料中加入400mL无水乙醇，搅拌混合3min后，静置3h，再过滤，得到滤渣，分别取10g滤渣、6g月桂酰氯和100mL质量分数为50%丙酮溶液加入到三口烧瓶中，再向三口烧瓶中加入质量分数为15%氢氧化钠溶液调节三口烧瓶中物料pH为9.5后，将三口烧瓶移入水浴锅中，控制水浴温度为60℃，搅拌反应60min后，将反应产物进行喷雾干燥，得到干燥物；最后按重量份数计，分别称取20份沉淀物、3份干燥物、15份过筛物、50份纳米氧化钙、1份氯化钠、1份木质素磺酸钠和6份氮化镁加入到烧杯中，搅拌混合3min后移入烘箱中，于温度为95℃条件下干燥3h，再自然冷却至室温后出料，包装，即可得到静态破碎剂。
先将需破碎的岩石进行钻孔，控制钻孔孔径为40mm，孔距为30mm，孔深为1.0m，待钻孔结束后，将孔内的粉尘、积水清理干净，再按每立方米岩石使用8kg破碎剂，将本发明制得的快速静态破碎剂与其质量30%的水混合均匀制得浆料，随后将所得浆料灌入清理干净的孔内，并用木棍挤压捣实，直至将孔口堵塞即可。本发明快速静态破碎剂水化反应速度快，施工时无喷孔现象出现，破碎效率高。
实例2
首先称取150g纤维素加入到盛有450mL水的烧杯中，再分别向烧杯中加入18mL乙二胺和2g高碘酸钠，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为45℃，转速为350r/min的条件下搅拌反应75min；待反应结束后过滤，得到预处理纤维素，将预处理纤维素用水洗涤4次，取45g洗涤后的预处理纤维素置于盛有350mL水的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于水浴锅中，控制水浴温度为65℃，并向三口烧瓶中加入7g一氯乙酸，保温搅拌反应2h后，将三口烧瓶中的物料置于离心机中，以4500r/min的转速离心分离13min，得到沉淀物，同时称取700g海藻糖加入到烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为218℃，转速为250r/min条件下搅拌35min，使海藻糖熔融，待搅拌结束后，再向烧杯中加入350g纳米铁粉，继续搅拌混合8min，得到混合物，将混合物倒入不锈钢盘中，控制不锈钢盘中混合物厚度为4mm，并将不锈钢盘放入烘箱中，于温度为38℃条件下干燥25h后，将不锈钢盘中的物料置于粉碎机中粉碎，并过90目筛，得到过筛物，同时称取45g黄豆加入到盛有250mL水的烧杯中，浸泡处理13h，再将浸泡后的黄豆取出并置于豆浆机中打浆，得到豆浆，将所得豆浆置于烧杯中放置6天后倒入发酵罐中，于温度为35℃条件下，密封发酵18天，待发酵结束后，将发酵罐中的物料移入灭菌箱中，于温度为128℃下灭菌18min，向灭菌后的物料中加入450mL无水乙醇，搅拌混合4min后，静置4h，再过滤，得到滤渣，分别取13g滤渣、7g月桂酰氯和110mL质量分数为50%丙酮溶液加入到三口烧瓶中，再向三口烧瓶中加入质量分数为15%氢氧化钠溶液调节三口烧瓶中物料pH为9.7后，将三口烧瓶移入水浴锅中，控制水浴温度为65℃，搅拌反应75min后，将反应产物进行喷雾干燥，得到干燥物；最后按重量份数计，分别称取25份沉淀物、4份干燥物、18份过筛物、55份纳米氧化钙、2份氯化钠、2份木质素磺酸钠和7份氮化镁加入到烧杯中，搅拌混合4min后移入烘箱中，于温度为100℃条件下干燥4h，再自然冷却至室温后出料，包装，即可得到静态破碎剂。
先将需破碎的岩石进行钻孔，控制钻孔孔径为42mm，孔距为38mm，孔深为1.1m，待钻孔结束后，将孔内的粉尘、积水清理干净，再按每立方米岩石使用12kg破碎剂，将本发明制得的快速静态破碎剂与其质量33%的水混合均匀制得浆料，随后将所得浆料灌入清理干净的孔内，并用木棍挤压捣实，直至将孔口堵塞即可。本发明快速静态破碎剂水化反应速度快，施工时无喷孔现象出现，破碎效率高。
实例3
首先称取200g纤维素加入到盛有500mL水的烧杯中，再分别向烧杯中加入20mL乙二胺和3g高碘酸钠，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为50℃，转速为400r/min的条件下搅拌反应90min；待反应结束后过滤，得到预处理纤维素，将预处理纤维素用水洗涤5次，取50g洗涤后的预处理纤维素置于盛有400mL水的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于水浴锅中，控制水浴温度为70℃，并向三口烧瓶中加入8g一氯乙酸，保温搅拌反应2h后，将三口烧瓶中的物料置于离心机中，以5000r/min的转速离心分离15min，得到沉淀物，同时称取800g海藻糖加入到烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为220℃，转速为300r/min条件下搅拌40min，使海藻糖熔融，待搅拌结束后，再向烧杯中加入400g纳米铁粉，继续搅拌混合10min，得到混合物，将混合物倒入不锈钢盘中，控制不锈钢盘中混合物厚度为5mm，并将不锈钢盘放入烘箱中，于温度为40℃条件下干燥26h后，将不锈钢盘中的物料置于粉碎机中粉碎，并过100目筛，得到过筛物，同时称取50g黄豆加入到盛有300mL水的烧杯中，浸泡处理14h，再将浸泡后的黄豆取出并置于豆浆机中打浆，得到豆浆，将所得豆浆置于烧杯中放置6天后倒入发酵罐中，于温度为40℃条件下，密封发酵20天，待发酵结束后，将发酵罐中的物料移入灭菌箱中，于温度为130℃下灭菌20min，向灭菌后的物料中加入500mL无水乙醇，搅拌混合5min后，静置4h，再过滤，得到滤渣，分别取15g滤渣、8g月桂酰氯和120mL质量分数为50%丙酮溶液加入到三口烧瓶中，再向三口烧瓶中加入质量分数为15%氢氧化钠溶液调节三口烧瓶中物料pH为9.8后，将三口烧瓶移入水浴锅中，控制水浴温度为70℃，搅拌反应90min后，将反应产物进行喷雾干燥，得到干燥物；最后按重量份数计，分别称取30份沉淀物、5份干燥物、20份过筛物、60份纳米氧化钙、3份氯化钠、3份木质素磺酸钠和8份氮化镁加入到烧杯中，搅拌混合5min后移入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥4h，再自然冷却至室温后出料，包装，即可得到静态破碎剂。
先将需破碎的岩石进行钻孔，控制钻孔孔径为45mm，孔距为45mm，孔深为1.2m，待钻孔结束后，将孔内的粉尘、积水清理干净，再按每立方米岩石使用15kg破碎剂，将本发明制得的快速静态破碎剂与其质量35%的水混合均匀制得浆料，随后将所得浆料灌入清理干净的孔内，并用木棍挤压捣实，直至将孔口堵塞即可。本发明快速静态破碎剂水化反应速度快，施工时无喷孔现象出现，破碎效率高。
对照例：由氧化钙、石膏、膨润土、粉煤灰混合制得破碎剂。
将上述实施例所得的静态破碎剂与对照例的破碎剂进行检测，结果如表一所示。
表一：
例子 项目 膨胀压 破碎效率
对照例 10～22h，<38.8MPa <83.2%
实例1 10h，36.5MPa 87.6%
实例2 17h，43.8MPa 89.2%
实例3 22h，50.2MPa 93.2
由上表可知，本发明静态破碎剂水化反应速度快，10～22h膨胀压为36.5～50.2MPa，破碎效率高，为87.6～93.2%。

Claims (9)

1.一种静态破碎剂，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
20～30份沉淀物、50～60份纳米氧化钙和1～3份木质素磺酸钠。
2.所述的沉淀物是由纤维素经乙二胺和高碘酸钠氧化处理后，再与一氯乙酸反应、离心分离得到的。
3.根据权利要求1所述的一种静态破碎剂，其特征在于，所述的原料按重量份数还包括6～8份氮化镁。
4.根据权利要求1所述的一种静态破碎剂，其特征在于，所述的原料按重量份数还包括15～20份过筛物和1～3份氯化钠。
5.根据权利要求3所述的一种静态破碎剂，其特征在于，所述的过筛物是由熔融海藻糖与纳米铁粉混合后进行干燥、粉碎得到的。
6.根据权利要求1所述的一种静态破碎剂，其特征在于，所述的原料按重量份数还包括3～5份干燥物。
7.根据权利要求5所述的一种静态破碎剂，其特征在于，所述的干燥物是由滤渣和月桂酰氯反应得到的。
8.根据权利要求6所述的一种静态破碎剂，其特征在于，所述的滤渣是由豆浆经发酵、高温灭菌和过滤得到的。
9.根据权利要求1所述的一种静态破碎剂的制备方法，其特征在于制备步骤为：将沉淀物、纳米氧化钙和木质素磺酸钠搅拌混合后，在95～105℃干燥、包装，即得静态破碎剂。
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