CN114105579B - 一种铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂及其制备方法 - Google Patents

一种铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料外加剂技术领域，具体涉及一种铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂及其制备方法。静态爆破剂包括铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、生石灰、复合外加剂和水，静态爆破剂中各组分的重量比为：铝酸盐水泥：硅酸盐水泥：生石灰：复合外加剂：水＝(10～30)：(10～30)：(40～60)：(4～8)：(25～40)；按照重量份数计，复合外加剂包括：减水剂40～60份，元明粉10～20份，硫酸铝10～20份，碳酸钠10～20份，葡萄糖酸钠1～10份。本发明的静态爆破剂具有膨胀开始时间早、膨胀周期短、膨胀应力大、膨胀速度可调、反应温度低、且不产生有毒有害的气体的特点。

Description

一种铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料外加剂技术领域，具体涉及一种铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂及其制备方法。
背景技术
静态爆破技术可应用于城市楼房的拆除施工、采矿行业的岩石破碎等领域，尤其对于周边环境十分复杂而无法进行常规爆破施工的情况下，可有效避免常规爆破施工所产生的爆破振动、噪声、飞石、冲击波等对周边环境带来的不利影响。目前，静态爆破施工技术主要有两种，一种是采用新型的机械化静态爆破施工技术；另一种是采用静态爆破剂施工技术，由于目前的静态爆破剂存在膨胀周期长、膨胀过程不易控制等问题，使其很难推广应用。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂及其制备方法，以解决现有的静态爆破剂存在的膨胀开始时间长、膨胀周期长、膨胀过程中不易控制等问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，包括铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、生石灰、复合外加剂和水，所述静态爆破剂中各组分的重量比为：铝酸盐水泥：硅酸盐水泥：生石灰：复合外加剂：水＝(10～30)：(10～30)：(40～60)：(4～8)：(25～40)；其中，按照重量份数计，所述复合外加剂包括：减水剂40～60份，元明粉10～20份，硫酸铝10～20份，碳酸钠10～20份，葡萄糖酸钠1～10份。
如上所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，作为可选实施例，所述铝酸盐水泥为国家标准《铝酸盐水泥》GB/T 201-2015表1中要求的铝酸盐水泥，且比表面积不小于400m2/kg。
如上所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，作为可选实施例，所述硅酸盐水泥为42.5级硅酸盐水泥，且比表面积不小于350m2/kg。
如上所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，作为可选实施例，所述生石灰符合化工行业标准《工业氧化钙》HG/T 4205-2011中表1的技术要求，且比表面积范围为200～300m2/kg。
如上所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，作为可选实施例，所述减水剂为市售萘系粉体减水剂，其减水率不小于20％。
如上所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，作为可选实施例，所述元明粉为市售粉体无水硫酸钠，其质量纯度在95％以上。
如上所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，作为可选实施例，所述硫酸铝为符合化工行业标准《工业硫酸铝》HG/T 2225-2010中I类或II类硫酸铝固体粉末颗粒。
如上所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，作为可选实施例，所述碳酸钠为符合国标《工业碳酸钠》GB210-1992中一等品和/或合格品要求的工业纯碱。
如上所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，作为可选实施例，所述葡萄糖酸钠为市售粉体葡萄糖酸钠，其质量纯度在95％以上。
本发明还提出了一种铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将减水剂、元明粉、硫酸铝、碳酸钠和葡萄糖酸钠按照配比混合，得到复合外加剂；
将铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、生石灰和复合外加剂按照配比混合，得到静态爆破剂粉料；
将静态爆破剂粉料与水混合，得到静态爆破剂。
有益效果：
本发明的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂具有膨胀开始时间早、膨胀周期短、膨胀应力大(可高达100MPa)、膨胀速度可调(膨胀开始时间可在5～40min之间调整)、反应温度低(不高于150℃)、且不产生有毒有害的气体(即膨胀过程不产生气体)的特点。同时，本发明的静态爆破剂的制备方法对生产设备及人员要求低，生产周期短，生产成本低，全过程不产生三废，不影响环境。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例中复合外加剂的制备流程图；
图2为本发明实施例中铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂的制备流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明采用铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、生石灰和复合外加剂，研制了一种新型的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂。
本发明的静态爆破剂包括铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、生石灰、复合外加剂和水，静态爆破剂中各组分的重量比为：铝酸盐水泥：硅酸盐水泥：生石灰：复合外加剂：水＝(10～30)：(10～30)：(40～60)：(4～8)：(25～40)；比如，重量比为10:10:40:4:25、15:10:40:4:25、20:10:40:4:25、30:10:40:4:25、10:15:50:6:30、15:20:50:6:30、20:30:60:8:35、30:30:60:8:35、20:30:60:8:40或30:30:60:8:40。其中，按照重量份数计，复合外加剂包括：减水剂40～60份(比如40份、45份、50份、55份或60份)，元明粉10～20份(比如10份、12份、14份、16份、18份或20份)，硫酸铝10～20份(比如10份、12份、14份、16份、18份或20份)，碳酸钠10～20份(比如10份、12份、14份、16份、18份或20份)，葡萄糖酸钠1～10份(比如1份、2份、4份、6份、8份或10份)。
进一步地，铝酸盐水泥为国家标准《铝酸盐水泥》GB/T 201-2015表1中要求的铝酸盐水泥，且比表面积不小于400m2/kg。选用该铝酸盐水泥，是因为铝酸盐水泥水化硬化速度较快，从而其硬化速度可以与生石灰的膨胀速度相一致。
进一步地，硅酸盐水泥为42.5级硅酸盐水泥，且比表面积不小于350m2/kg，硅酸盐水泥的水化硬化速度相比于铝酸盐水泥的慢，二者复合，可以根据需要改变二者的质量比例，从而调整胶凝体系的水化硬化速度；若硅酸盐水泥的比表面积小，则会影响硅酸盐水泥的水化硬化速度，也就是说其比表面积越小，水化硬化速度就越慢。
进一步地，生石灰符合化工行业标准《工业氧化钙》HG/T 4205-2011中表1的技术要求，且比表面积范围为200～300m2/kg(比如比表面积为200m2/kg、220m2/kg、240m2/kg、250m2/kg、270m2/kg或300m2/kg)，生石灰与水结合会生成氢氧化钙，从而使固体的体积增大约一倍左右，从而表现较好的膨胀；其比表面积的大小会影响膨胀速率和膨胀率，比表面积越大，其膨胀的越快，但膨胀率相对减小，因此，为了协调其膨胀速率和膨胀率，对其比表面积的范围做了合适的限定。
进一步地，减水剂为市售萘系粉体减水剂，其减水率不小于20％，减水剂的减水率越小，其水的用量相对越小，在一定的范围内，水的用量越小，其膨胀率越大。
进一步地，元明粉为市售粉体无水硫酸钠，其质量纯度在95％以上，限制其纯度，一是可以确保其提供硫酸根离子的量；二是可以限制其杂质离子可能带来的不利影响。
进一步地，硫酸铝为符合化工行业标准《工业硫酸铝》HG/T 2225-2010中I类或II类硫酸铝固体粉末颗粒，颗粒大小不小于200目，颗粒粒径越小，其混料越容易分散均匀，此外，颗粒粒径越小，参与水化反应的速度越快。硫酸铝可以与硅酸盐水泥和铝酸盐水泥中铝酸盐反应生成钙矾石，该反应速度较快，从而有加速胶凝材料水化硬化速度的作用。
进一步地，碳酸钠为符合国标《工业碳酸钠》GB210-1992中一等品和/或合格品要求的工业纯碱。碳酸钠一是可以与硅酸盐水泥的水化产物氢氧化钙发生发生，从而加速硅酸盐水泥的水化速度，从而加速胶凝材料水化硬化速度的作用；二是可以与生石灰反应生成碳酸钙，从而在一定程度上调节生石灰的水化反应速度。
进一步地，葡萄糖酸钠为市售粉体葡萄糖酸钠，其质量纯度在95％以上，葡萄糖酸钠具有抑制硅酸盐水泥和铝酸盐水泥水化硬化的作用，从而可以根据需要确定其掺量，从而达到调节硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的水化硬化速度。
如图1和图2所示，本发明还提出了一种铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂的制备方法，制备方法包括以下步骤：
将减水剂、元明粉、硫酸铝、碳酸钠和葡萄糖酸钠按照配比加入混料机中混合均匀，参照国家标准GB 8076-2008《混凝土外加剂》中的减水率和凝结时间测试方法，经检测合格后得到复合外加剂；
将铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、生石灰和复合外加剂按照配比加入混料机(或搅拌机)中，搅拌至均匀，参照《煤矿安全》中的文章《静态爆破剂膨胀力学性能试验研究》(2019,50(3):9-12)中的测试方法，经检验合格后得到静态爆破剂粉料；
将静态爆破剂粉料与水混合，得到静态爆破剂，可以理解的是，所得静态爆破剂为浆体形式。
下面通过具体实施例对本发明的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂及其制备方法进行详细说明。
下面实施例中：
铝酸盐水泥为国家标准《铝酸盐水泥》GB/T 201-2015表1中要求的铝酸盐水泥，且比表面积不小于400m2/kg；
硅酸盐水泥为42.5级硅酸盐水泥，且比表面积不小于350m2/kg；
生石灰符合化工行业标准《工业氧化钙》HG/T 4205-2011中表1的技术要求，且比表面积范围为200～300m2/kg；
减水剂为市售萘系粉体减水剂，其减水率不小于20％；
元明粉为市售粉体无水硫酸钠，其质量纯度在95％以上；
硫酸铝为符合化工行业标准《工业硫酸铝》HG/T 2225-2010中I类或II类硫酸铝固体粉末颗粒，颗粒大小不小于200目；
碳酸钠为符合国标《工业碳酸钠》GB210-1992中Ⅲ类及以上的一等品和/或合格品要求的工业纯碱；
葡萄糖酸钠为市售粉体葡萄糖酸钠，其质量纯度在95％以上。
实施例1
本实施例的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，制备方法为：
(1)将减水剂5000g，元明粉1500g，硫酸铝1500g，碳酸钠1500g，葡萄糖酸钠500g，加入混料机中混合均匀，经检测合格后得复合外加剂；
(2)将铝酸盐水泥2500g，硅酸盐水泥2000g，生石灰5000g，复合外加剂500g，在搅拌机中搅拌至均匀，经检测合格后得静态爆破剂粉料；
(3)将10000g静态爆破剂粉料，加入3000g水搅拌均匀，获得静态爆破剂。
通过注浆泵或自流进行施工，参照《煤矿安全》中的文章《静态爆破剂膨胀力学性能试验研究》(2019,50(3):9-12)中的测试方法，经检测得到：膨胀开始时间为15min，膨胀应力可高达100MPa以上。
进一步地，本实施例还研究了静态爆破剂的原材料中铝酸盐水泥和硅酸盐水泥与生石灰的质量变化对膨胀开始时间和膨胀应力的影响，具体地，固定复合外加剂的掺量为600g，水的掺量为3000g，其中，按照重量份数计，复合外加剂包括减水剂4000份，元明粉2000份，硫酸铝1500份，碳酸钠2000份，葡萄糖酸钠500份。静态爆破剂的原料组成及其相应的膨胀性能数据见表1所示。
表1静态爆破剂的原材料组成对膨胀性能的影响
Figure BDA0003372498060000061
Figure BDA0003372498060000071
注：稳定是指静态爆破剂在膨胀过程中，未出现喷孔现象；下同，不再一一赘述。
从表1可以看出，随着铝酸盐水泥和硅酸盐水泥质量的增加，相对应地，生石灰的质量逐渐减少，膨胀开始的时间逐渐延长，膨胀应力则先增大后减小，也就是说，生石灰的量多了或少了都不好，存在一个掺量范围，即生石灰的掺量范围为4000～6000g。并且，本实施例的静态爆破剂的原材料最优组成为编号4，即铝酸盐水泥2500g，硅酸盐水泥2500g，生石灰5000g，复合外加剂600g，水3000g。
实施例2
本实施例研究静态爆破剂的原材料组成中复合外加剂的掺量对膨胀性能的影响，具体地，固定铝酸盐水泥用量2500g，硅酸盐水泥2500g，生石灰5000g，水3500g，对比观察复合外加剂掺量(即占铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和生石灰总质量的质量百分比)为0％、2％、4％、6％、8％、10％(依次对应表2中编号1、2、3、4、5、6)时，对静态爆破剂性能的影响，其中，按照重量份数计，复合外加剂包括减水剂4000份，元明粉2000份，硫酸铝1500份，碳酸钠2000份，葡萄糖酸钠500份。本实施例静态爆破剂的原料组成及其相应的膨胀性能数据见表2所示。
表2静态爆破剂的原材料组成对膨胀性能的影响
Figure BDA0003372498060000072
从表2中的数据可以看出，随着复合外加剂掺量的增加，膨胀开始的时间逐渐延长，膨胀应力则先增大后减小，其中复合外加剂的掺量在4％～8％时产生的膨胀应力较好，并且编号4对应的静态爆破剂的原材料组成为最优组成，即铝酸盐水泥2500g，硅酸盐水泥2500g，生石灰5000g，复合外加剂600g，水3500g。
实施例3
本实施例研究静态爆破剂的原材料组成中铝酸盐水泥的量对膨胀性能的影响，具体地，固定硅酸盐水泥2000g，生石灰5000g，复合外加剂600g，水用量3000g，变化铝酸盐水泥的量，观察铝酸盐水泥的量对静态爆破剂性能的影响，本实施例静态爆破剂的原料组成及其相应的膨胀性能数据见表3。其中，按重量份数计，复合外加剂包括减水剂5000份，元明粉1000份，硫酸铝2000份，碳酸钠1500份，葡萄糖酸钠500份。
表3静态爆破剂的原材料组成中铝酸盐水泥的用量对膨胀性能的影响
Figure BDA0003372498060000081
从表3中的数据可以看出，随着铝酸盐水泥量的增加，膨胀开始的时间逐渐缩短，膨胀应力则先增大后减小，故铝酸盐水泥的量存在一个较好的范围(即为1000～300g)；并且，本实施例的静态爆破剂的原材料最优组成为编号4，即铝酸盐水泥2000g，硅酸盐水泥2000g，生石灰5000g，复合外加剂600g，水3000g。
实施例4
本实施例研究静态爆破剂的原材料组成中水用量对膨胀性能的影响，具体地，固定铝酸盐水泥2500g，硅酸盐水泥2500，生石灰5000g，复合外加剂600g，在水用量分别为2000g，25000g，3000g，35000g，4000g时，观察静态爆破剂性能的变化，本实施例静态爆破剂的原料组成及其相应的膨胀性能数据见表4。其中，按照重量份数计，复合外加剂包括减水剂4000份，元明粉2000份，硫酸铝1500份，碳酸钠2000份，葡萄糖酸钠500份。
表4静态爆破剂的原材料组成中水用量对膨胀性能的影响
Figure BDA0003372498060000091
从表4中的数据可以看出，在水量较小时，拌合物(即所得浆体)较干稠，不能满足施工要求，随后随着水量的增加，膨胀开始时间逐渐延长，膨胀应力则逐渐减小，则，水用量的可选范围为2500g～4000g。
对比例1
本对比例研究去掉静态爆破剂的原料组成中的某一组分，对膨胀性能的影响，其中，按照重量份数计，复合外加剂包括减水剂4000份，元明粉2000份，硫酸铝1500份，碳酸钠2000份，葡萄糖酸钠500份。本实施例静态爆破剂的原料组成及其相应的膨胀性能数据见表5。
表5静态爆破剂的原料组成中某一组成去掉后对膨胀性能的影响
Figure BDA0003372498060000101
从表5中的数据可以看出，当去掉任一原料组成时，都会对静态爆破剂的膨胀性能产生影响，均不能达到较高的膨胀应力，其中影响较小的是硅酸盐水泥。
对比例2
本对比例研究静态爆破剂的原料组成中生石灰的比表面积对膨胀性能的影响，具体地，固定铝酸盐水泥用量2500g，硅酸盐水泥2500g，生石灰5000g，水3000g，对比观察生石灰的比表面积分别为150m2/kg、200m2/kg、250m2/kg、300m2/kg、350m2/kg时，对静态爆破剂性能的影响，其中，复合外加剂包括减水剂4000份，元明粉2000份，硫酸铝1500份，碳酸钠2000份，葡萄糖酸钠500份。本对比例静态爆破剂的原料组成中生石灰的比表面积及其相应的膨胀性能数据见表6。
表6静态爆破剂的原料组成中生石灰的比表面积对膨胀性能的影响
Figure BDA0003372498060000102
从表6中的数据可以看出，随着生石灰比表面积的增大，膨胀开始的时间逐渐缩短，膨胀应力则先增大后减小，生石灰的比表面积在200～300m2/kg时，膨胀性能较好。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，其特征在于，所述静态爆破剂由铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、生石灰、复合外加剂和水组成，所述静态爆破剂中各组分的重量比为：铝酸盐水泥：硅酸盐水泥：生石灰：复合外加剂：水=25：25：50：6：25；其中，
按照重量份数计，所述复合外加剂组成为：减水剂40份，元明粉20份，硫酸铝15份，碳酸钠20份，葡萄糖酸钠5份；
所述铝酸盐水泥为国家标准《铝酸盐水泥》GB/T 201-2015表1中要求的铝酸盐水泥，且比表面积不小于400m2/kg；
所述硅酸盐水泥为42.5级硅酸盐水泥，且比表面积不小于350m2/kg；
所述生石灰符合化工行业标准《工业氧化钙》HG/T 4205-2011中表1的技术要求，且比表面积为250m2/kg。
2.如权利要求1所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，其特征在于，所述减水剂为市售萘系粉体减水剂，其减水率不小于20%。
3.如权利要求1所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，其特征在于，所述元明粉为市售粉体无水硫酸钠，其质量纯度在95%以上。
4.如权利要求1所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，其特征在于，所述硫酸铝为符合化工行业标准《工业硫酸铝》HG/T 2225-2010中I类或II类硫酸铝固体粉末颗粒。
5.如权利要求1所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，其特征在于，所述碳酸钠为符合国标《工业碳酸钠》GB210-1992中一等品和/或合格品要求的工业纯碱。
6.如权利要求1所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂，其特征在于，所述葡萄糖酸钠为市售粉体葡萄糖酸钠，其质量纯度在95%以上。
7.如权利要求1~6中任一项所述的铝酸盐水泥和生石灰基静态爆破剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将减水剂、元明粉、硫酸铝、碳酸钠和葡萄糖酸钠按照配比混合，得到复合外加剂；
将铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、生石灰和复合外加剂按照配比混合，得到静态爆破剂粉料；
将静态爆破剂粉料与水混合，得到静态爆破剂。
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