高温作用下的静态破碎剂材料及其性能研究

摘要

静态破碎剂在安全方面具有显著优势。然而，其破碎能力和破碎时间相对于工业炸药和大型拆除机械处于劣势。提高静态破碎剂的性能已成为国内外研究人员的关注重点。为了提高静态破碎剂的性能，本文通过对静态破碎剂进行高温加热，研究其在高温条件下的膨胀压力发展和水化产物的矿物组成、微观结构。针对静态破碎剂存在的不足，对静态破碎剂的高温适应性材料进行了研究，阐明各参数对材料性能的影响。研制高温型静态破碎剂，明确其膨胀性能、破碎性能，为高温静态破碎技术的实用化提供理论依据。　　设计实验装置，以30℃、60℃、90℃、120℃、150℃对商业静态破碎剂进行加热，利用钢管测试静态破碎剂的膨胀压力，对不同加热温度下水化产物进行 XRD 与 SEM分析。得到如下结果，随加热温度的升高：膨胀压力增长速率、峰值膨胀压力显著提高，到达峰值膨胀压力的时间逐渐缩短；热膨胀力提高，平均体积膨胀系数下降，平均体积模量上升；水化产物的CaO的水化程度提高，约8％~11%的CaO在达到峰值膨胀压时没有反应；水化产物的孔隙率降低，密实程度提高。　　采用氧化钙高温煅烧方法制备高温型静态破碎剂熟料，向氧化钙中添加1%氟化钙后熟料的密度增加。通过容重和膨胀压力测试与对熟料粉末颗粒级配进行调整，确定了熟料粉末的适宜级配。熟料与凝结剂的配比为80∶17.5配制的高温型静态破碎剂样品膨胀压力最高。研制的高温型静态破碎剂在150℃下峰值膨胀压力为101MPa。　　高温型静态破碎剂加热临界喷孔温度为 100℃，较商业静态破碎剂平均值提高约27%。较商业静态破碎剂的常温静态破碎，高温型静态破碎剂的高温静态破碎时间缩短了93%~95%，效率提高了13~19倍。由于封孔器的轴向约束作用，使用设计的静态破碎控制装置后裂纹扩张的宽度显著增加。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 静态破碎剂及其水化和膨胀机理

1.2.1 静态破碎剂

1.2.2 静态破碎剂水化和膨胀机理

1.3 国内外研究现状

1.3.1 静态破碎剂及其性能影响因素研究现状

1.3.2 静态破碎剂应用研究现状

1.4 理论研究现状与问题

1.5 课题研究的主要内容

1.5.1 研究内容

1.5.2 技术路线

1.5.3 研究目标

1.5.4 拟解决的关键问题

1.6 本章小结

第2章 静态破碎剂高温水化特性和膨胀性能研究

2.1 实验材料与设备

2.1.1 主要实验材料

2.1.2 主要实验设备

2.2 实验方案

2.2.1 静态破碎剂在受控加热温度下的膨胀压力测试

2.2.2 静态破碎剂水化产物X射线衍射矿物组成分析

2.2.3 静态破碎剂水化产物扫描电子显微镜微观结构分析

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 加热温度对静态破碎剂膨胀压力增长速率的影响

2.3.2 加热温度对静态破碎剂峰值膨胀压力的影响

2.3.3 加热温度对静态破碎剂热膨胀特性的影响

2.3.4 加热温度对静态破碎剂水化产物矿物组成的影响

2.3.5 加热温度对静态破碎剂水化产物微观结构的影响

2.4 本章小结

第3章 高温型静态破碎剂材料及膨胀性能研究

3.1 实验材料与设备

3.1.1 主要实验材料

3.1.2 主要实验设备

3.2 实验方法

3.2.1 样品的膨胀压力测试

3.2.2 样品的密度测试

3.2.3 样品的容重测试

3.3 高温型静态破碎剂熟料的研究

3.3.1 熟料成分及煅烧条件的研究

3.3.2 熟料颗粒级配的研究

3.4 高温型静态破碎剂添加剂及配制的研究

3.4.1 高温型静态破碎剂添加剂的选择

3.4.2 高温型静态破碎剂的组成及制备技术路线

3.5 高温型静态破碎剂膨胀性能研究

3.5.1 高温型静态破碎剂与商业静态破碎剂的容重对比

3.5.2 高温型静态破碎剂与商业静态破碎剂的高温膨胀性能

3.5.3 高温型静态破碎剂与商业静态破碎剂的常温膨胀性能

3.6 本章小结

第4章 混凝土的高温静态破碎实验研究

4.1 实验材料及仪器设备

4.1.1 高温型静态破碎剂

4.1.2 混凝土试件

4.1.3 静态破碎控制装置

4.2 高温对混凝土试件静态破碎喷孔的影响

4.3 高温对小型混凝土试件静态破碎的影响

4.3.1 高温对小型混凝土试件静态破碎效率的影响

4.3.2 高温对小型混凝土试件静态破碎裂纹的影响

4.4 静态破碎控制装置对中型混凝土试件静态破碎的影响

4.4.1 静态破碎控制装置对中型混凝土试件静态破碎效率的影响

4.4.2 静态破碎控制装置对中型混凝土试件静态破碎裂纹的影响

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果