Ю. Л. ГРАНОВСКИЙ, к«нд. техн. неук (НИИЖБ), Невзрывные разрушающие композиции на основе негашеной извести
Потребность в разработке невзрывных разрушающих композиций (НРК) на основе негашеной извести вызвана постоянно возрастающим объемом работ по разборке элементов из кирпичной кладки, бетона или железобетона при реконструкции и техническом перевооружении предприятий, для качественной добычи блоков природного камня, разрушения негабаритов и валунов, а также там, где требования техники безопасности категорически запрещают применение традиционных взрывчатых веществ.
По сравнению со взрывным способом при использовании НРК не требуется отключения коммуникаций в зоне разрушения, отсутствуют звуковые и сейсмические воздействия на объект и окружающую среду, нет необходимости в дополнительных затратах средств и времени на удаление большого объема разрушенного материала на значительной территории, повышается качество разделываемых блоков ценных горных пород, резко сокращается количество отходов.
Чаще всего НРК представляют собой порошкообразные, реже — более плотные материалы, которые при взаимодействии с водой затвердевают с увеличением объема. В заполненных гидратирующейся смесью предварительно выбуренных в разрушаемых объектах отверстиях (шпурах) это способствует появлению значительных давлений, приводящих к образованию и развитию трещин в результате действия напряжений сжатия и растяжения между шпурами.
В последнее 20-летие японскими и некоторыми другими фирмами развитых капиталистических стран, в СССР и ряде социалистических стран (ГДР, ЧССР) разработано и применяется около 50 невзрывпы.х разрушающих композиций.
Основой НРК служит негашеная известь, получаемая обжигом известняка или доломита (в том числе с различными добавками) при 800...1800°С. В качестве прочностных компонентов, повышающих давление расширения извести ври увеличения ее объема до двух раз, используются алюмоферритные, силикатные и сульфатные соединения. Для улучшения эксплуатационных свойств в состав НРК часто включают добавки — замедлители схватывания и твердения, ускорители гидратации извести, загустители, пластификаторы и др. Негорючие и невзрывоопасные НРК дают при соединении с водой высокощелочную реакцию.
Используют два основных способа получения НРК. По наиболее распространенному из них перемешивают предварительно дробленую и измельченную до определенной тонкости в шаровых мельницах или дезинтеграторах негашеную известь с различными добавками для придания готовому продукту оптимальных свойств. Этот способ является наиболее экономичным, поскольку позволяет получать НРК с заданными свойствами на стандартном оборудовании, с применением местных известьсодержащих материалов в непосредственной близости от объектов, подлежащих разрушению.
Другой способ включает обжиг известняка или доломита с пассивирующими оксид кальция добавками на основе алюминатных, сульфатных, оксидных и других соединений, измельчение полученного продукта и перемешивание его с добавками, регулирующими свойства НРК. Этот способ значительно дороже предыдущего, а готовая композиция не обладает стабильными характеристиками из-за сложности регулирования обжига и изменения параметров исходного известьсодержашего материала.
Невзрывные композиции являются высокогигроскопичнымн, и следовательно, нх разрушающие свойства могут резко снижаться из-за реакции гидратации извести с влагой воздуха. Поэтому сразу после изготовления их необходимо упаковать во влагонепроницаемые пакеты по 6...I0 кг в каждый. Хранить НРК следует не более определенного времени, указанного изготовителем.
Перед разрушением объекта с помощью НРК составляется план-проект, в котором предусматриваются: определение рабочих характеристик НРК; план {схема) объекта с указанием расположепия и числа шпуров (скважин), бурение шпуров в разрушаемом объекте; расчет необходимого количества НРК;
приготовление смеси НРК с водой и заполнение ею шпуров; меры безопасности при выполнении работ; дополнительные работы по разрушению (при необходимости); удаление частей разрушившегося объекта; сметная стоимость работ.
При составлении плана-проекта разрушения необходимо учитывать: степень крупности объекта, форму и необходимую точность разрушения; наличие трещиноватости, слоистости и т. п.; нарушения структуры; наличие и степень армирования; климатические условия в период разрушения объекта; методы вторичного разрушения. Перед составлением плана-проекта рекомендуется произвести опытные (пробные) работы для выбора оптимального диаметра и расположения шпуров, а также наиболее эффективного использования имеющихся поверхностей.
Шпуры бурят перфораторами, электросверлами или бурильными машинами. Диаметр, глубину, а также расстояние между ними определяют в зависимости от физико-технических характеристик разрушаемого (разрабатываемого) объекта. При отсутствии этих характеристик расстояние между шпурами, их диаметр и глубину определяют пробным разрушением объекта. На практике изготовляют шпуры диаметром 30... 150 мм и глубиной 0.3... 1,0 высоты объекта разрушения. Расстояние между шпурами 3...15 диаметров отверстия.
Рабочую смесь приготовляют в смесителе, куда предварительно заливают необходимое количество воды. Затем постепенно добавляют порошок, тщательно перемешивая смесь до получения массы текучей консистенции. При использовании таблетированных, гранулированных или капсулированных композиций их плотно закладывают в шпуры и заливают отмеренным количеством воды. В некоторых случаях в емкости смешивают негашеную известь с водой, содержащей различные добавки.
Смеси засыпают в чистые, сухие шпуры до их устья в течение времени, строго регламентированного для данной композиции. При работе с НРК следует применять защитные очки и резиновые перчатки. После заполнения шпура затворенная смесь затвердевает с одновременным расширением и образованием в разрушаемом объекте 2...4 развивающихся трС1цпн. Разрушенный материал удаляюГ затем бетоноломом, пневмодробилкип1 экскаватором и т. д.
В СССР наиболее известна продукция японских компаний Онода Симеит Ко., Лтд (фирменное название «Бристар»), Сумнтомо Симент Ко., Лтд («С-Майт») и Ниппон Снмент Ко., Лтд («Хемибрейкер»).
Интересна разработка расширяющего цемента фирмой «Минерал Кеми АГ» (Швейцария) [2]. Разрушение объектов при натурных испытаниях начиналось спустя несколько часов, давление на стенки шпуров достигало 30...60 МПа. При использовании раствора «Экспресс тип» первые трещины появились через 5 30 мин. Оптимальный диаметр шпура около 65 мм. Расход расширяющего цемента для разрушения 1 м3 материала зависел от прочности и степени армирования и составлял в среднем 1...20 кг.
Следует отметить, что японские разрушающие композиции весьма дорогостоящи, поэтому была поставлена задача разработать более дешевые отечественные НРК, по основным параметрам не уступающие зарубежным аналогам.
С этой целью во ВНИИстроме разработано и широко применяется невзрьгвчатое разрушающее средство НРС-1 [3, 4]. Оно представляет собой порошкообразный материал светло-серого цвета, получаемый при обжиге извести с добавками и последующем измельчении клинкера в мельнице с добавками. Плотность НРС-1 составляет 3100 кг/м3, температура применения 0...30°С, расход — 1Д..З кг/м3 шпура. Водотвердое отношение смеси 0,3, глубина шпуров 0,7...1,0 высоты объекта, диаметр шпуров 25...40 мм, расстояние между шпурами 6... 15 диаметров шпура, время разрушения объекта—6...24 ч при давлении расширения до 50 МПа. Средство планируется выпускать в количестве 3000 т в год. Фактический экономический эффект равен не менее 2 тыс. р. на 1 т НРС-1.
В НИИЦементе совместно с МХТИ [51 разработаны разрушающие составы на основе обжига известняка в горне с силикатной или алюминатной добавкой и последующим помолом полученного клинкера. Для уменьшения водопотребности применена пластифицирующая добавка, вводимая при помоле. Водотвердое отношение затворенной смеси 0,5. Разрушение бетона класса В40 опытной партией разрушающего материала наступило через 3 сут при достижении давления расширения 38 МПа.
В Киевском политехническом институте, МХТИ, НИИЦементе разработан и применяется безвзрывной разрушающий материал «Бризант» [6]. Его получают путем обжига высококачественного известняка и гипсосодержащего (фосфогипс) компонента. Наличие в составе при обжиге фосфогипса способствует собирательной рекристаллизации СаО, снижает температуру плавления и вязкость сульфатного расплава, а также служит пассивирующим СаО компонентом.
Полученный клинкер размалывают в шаровой мельнице до грубого помола для сохранения пассивирующего слоя на кристаллах СаО. Водотвердое отношение смеси составляет 0,25...0,30. Диаметр шпуров, их глубина и расстояние между ними составляют соответственно 30...80 мм. 0,3...0,8 высоты объекта и 5... 10 диаметров шпура. Максимальный рост давления расширения (до 40 МПа) наблюдается от 6 до 24 ч.
На основании теоретических исследований механизма расширения цементов в последние годы в НИИЖБе разработаны новые экономичные расширяющиеся составы на основе портландцемента, содержащие оксиды кальция и магния. В основе расширения таких композиций — локализованный на поверхности исходной фазы характер выделения продуктов реакции гидратации СаО в затвердевающей структуре цементного камня. При изменении концентрации добавок от 1 до 15% получается легко регулируемое расширение до 15%, а в условиях стеснения деформаций давление расширения возрастает до 10 МПа.
Для увеличения расширения системы и повышения давления расширения и создания невзрывных разрушающих композиций, а также приведения скорости гидратации (гашения) СаО в соответствии с кинетикой структурообразования цементной пасты использовали пластифицирующие и замедляющие добавки — сахар+СДБ или суперпластификатор С-З. Перемешивание добавок с тонкоизмельченной известью и портландцементом осуществляли в шаровой мельнице. Полученные таким образом композиции при затворении водой до В/Т 0,3...0,35 разрушали кирпичную кладку.
бетон и некоторые горные породы за 6...24 ч при расширяющем усилии до 35 МПа.
Во Львовском политехническом институте разработаны и применяются разрушающие составы [7] на основе промышленной негашеной извести любого сорта фракций от 75 мкм до 3 мм. Гашение извести замедляют борная кислота и карбонат натрия, а в качестве пластифицирующей добавки используют СДБ (УПБ) или сахарозу.
Особенностью приготовления композиций являются предварительное растворение в воде добавок и дальнейшее смешивание водного раствора с негашеной известью до получения пластичной заливочной массы. Для добычи горных пород с помощью указанных составов выбуривали шпуры диаметром 35...40 мм при расстоянии между ними 6...Э диаметров шпуров. При этом давление расширения достигало 40...45 МПа. Экономическая эффективность составила 3.5...5 р. на 1 м3 породы по сравнению со взрывчатыми веществами.
Таким образом, составы, технология получения, характеристики и особенности применения невзрывных разрушающих композиций на основе негашеной извести позволяют широко использовать НРК в народном хозяйстве. В настоящее время уровень отечественных разработок приближается к лучшим зарубежным аналогам, а потребительская стоимость композиций значительно ниже.
Учитывая все возрастающую потребность в невзрывных разрушающих композициях, необходимо в ближайшее время освоить промышленный выпуск лучших отечественных НРК.
Бетон и железобетон, 1988