混凝土静态破碎主裂纹导向技术的试验研究.pdf

2 0 1 3年 第 1 1期 (总 第 2 8 9 期 ) Nu mb e r 1 1 j n 2 Ol 3 ( To t a 1 No 28 9) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORE TT CAL RESEARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 3 I 1 0 0 3 混凝土静态破碎主裂纹导向技术的试验研究 唐烈先 ，唐春安 ，胡军 ( 1 辽宁科技大学 矿业T程学院，辽宁 鞍t i 1 1 1 4 0 5 1 ；2 大连理1 大学 土木丁程学院，辽 大连 1 1 6 0 2 4 ) 摘要： 静态破碎的突m优点是安伞 、 环保 ， 在石材开采 、 岩石 、 混凝上等脆性材料局部破碎、 城市建筑物拆除1 程中应用较为广 泛 ， 但存存着作坩时间长、 破碎不易预测和控制 、 易产牛喷孑 L 、 低温“ 致死” 等难题 。 针对静态破碎过程中破碎不易预测和控制的难题 运用断裂 力学理论和应力集中原理 ， 进行 了静态破碎剂作用下混凝土模型主裂纹的导向技术探索试验。 通过对尺寸为 2 0 0 m l T I X 2 0 0 m mx 2 0 0 mm和 3 0 0 m mx 3 0 0 m mx 3 0 0 1T U T I 的多个模型的试验 ，摸索出一种 呵以将混凝土静态破碎主裂纹方向进行人为控制的 方法， 即存钻孑 L 中置人宽度与孔径相等， 高度 与孔深相等的薄板， 薄板的方向为主裂纹预想方向。 结果显示在孔中置人强度较低的薄 板材料( 比如木板 ) 时， 起不到破碎主裂纹导向作用， 而用强度较高的薄板材料( 比如钢板 ) 时， 破碎主裂纹方 向导向作用 比较明显。 作 者认为这项技术对 石 、 混凝土等脆性材料的局部破碎或者石材开采， 有重要的实际应用价值， 值得进一步深入研究和试用推广。 关键词 ： 静态破碎 ；局部破碎 ；主裂纹 导向 中图分类号 ： T U5 2 8 0 l 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 1 1 - 0 0 1 1 一 O 3 Te s t s a n d r e s e a r c h a b o u t t h e o r i e n t e d t e c h n i c t o ma i n c r a c k i n s o u n dl e s s c r a c k i n g o n c o n c r e t e TANG Li e x i a n ， TANG Chu na n ， HUJ u n ( 1 S c h oo l o fM i n i ngEn g i ne e r i n g， Un i v e r s i t yo fS c i e n c e a n dTe c h n ol o g yLi a o ni n g， Ans ha n 1 1 4 0 51， Chi n a； 2 Sc ho o l of Ci v i l En g i n e e r i ng， Da l i a nUn i v e r s i t yo fTe c h n o l o g y， Da l i a n 1 1 6 0 2 4， Ch i na) Abs t r a c t ： Th e mo s t a d v a n t a g e we r e s a f e t y a nd e n v i r on me n t a l l y f r i e n dl y of s o u nd l e s s c r a c k i n g I t s a p pl i c a t e d wi d e l y i n ur ba n b ui l d i n g d e mol i t i o n， s t o n e mi ni n g， p a r t b r e a k e n g i n e e r i ng i n br i t t l e ne s s ma t e r i a l l i ke r o c k Bu t i t h a d s o me d i ffic u l t pr o bl e ms， s u c h a s n e e d a l on g t i me， b r o k e n wa s n o t e a s y t o p r e d i c t a n d c o n t r o l ， e a s y t o pr od u c e or i fic e， l o w t e mpe r a t u r e l e a d t o “ de a t h”， a nd s o o n Co n t r a po s e d t h e p u z z l e o f c r a c k wa s nt e a s y t o f or e c a s t a nd d i ffi c u l t t o c o n t r ol i n t he p r o c e s s o f s o u ndl e s s c r a c k， a p pl i e d t h e r u p tur e me c ha n i c s t h e o r y an d t h e s t r e s s c e n tra l i z e p r i n c i pl e， fin i s h e d s o me p hy s i c a l e x p e r i me n t s t o e x p l o r e t h e o r i e n t e d t e c h n i c o fma i n c r a c k i n t h e f a i l ur e of c o n c r e t e mo d e l wi t h S C A( s o u n d l e s s c r a c k i n g a g e n t ) B a s e d o n t h e d i f f e r e n t mo d e l s a b o u t 2 0 0 mmx 2 0 0 mmx 2 0 0 mi l l a n d 3 0 0 mmx 3 0 0 mmx 3 0 0 mm， fin de d a me t h o d t o c o nt r o l t h e d i r e c t i o n o f ma i n c r a c k b y ma n u a l wo r k i n t h e s t a ve pr o c e s s， p u t a l a me l l a i n t o b o r e， t h e b r e a d t h of l a me l l a wa s e q u a l t o t h e a p e r t u r e a n d t h e he i g h t o f l a me l l a wa s e q u a l t o t h e de e p o f b o r e， d i r e c t i o n o f t he l a me l l a wa s t he d i r e c t i o n o f ma i n c r a c k wh i c h we e x p e c t t h e r e s u l t s h o we d t h a t i t h a d n o e f f e c t f o r t h e d i r e c t i o n o f ma i n c r a c k wh e n we h a d p u t t h e l o w i n t e n s i t y l a me l l a ( for e x a mp l e ， wo o db l o c k ) i n t o b o r e ， b u t h a d a n e v i d e n t o r i e n t e d e f f e c t for t h e d i r e c t i o n o f ma i n c r a c kwh e nwe h a dp u t t h e h i g hi n t e n s i ty l a me l l a ( for e x a mp l e a r mo r p l a t e) i n t o b o r e A u t h o r s c o n s i d e r t h a t t h i s t e c h n i c h a s i mp o rta n t r e a l i s m s i g n i fi c a n c e a n d e c o n o mi c v a l u e for s t a v e o n p a r t l y c r a s h a n d e s pe c i a l s ha p e i n t h e s t a v e e n g i ne e r i n g， i t i s g o o d for mo r e r e s e a r c h a n d p r o ba t i o n Ke y w o r d s ： s o u n d l e s s c r a c k i n g； p a rt b r e a k ； o r i e n t e d t e c h n i c t o ma i n c r a c k 0 引言 静态破碎是一种使用静态破碎剂( 也 叫无声破 碎剂 ， S o u n d l e s s C r a c k i n g A g e n t 简称 S C A) 将破碎体破碎的方法。 S C A是一种具有高膨胀性能的粉末状物料 ， 用水调成浆体 灌 人岩石或混凝土等破碎体 的钻孔中 ， 随着水化反应 的进 行 ， 膨胀与硬化 同时进行 ， 生成新的膨胀物质 ， 可使 固相体 积： Nh H N 3 倍 ， 并能产生 2 9 4万 k P a 以上的膨胀压力l l l 。 在 一 定时间 内产乍较大 的膨胀压力施加于孔壁 ， 当破碎体 内 部所受拉力大于其抗拉强度时破碎体开始 出现裂纹 ， 在膨 胀压力 的继续作用下裂纹扩展直至破碎体破碎 。 相对传统 的炸药爆破方法 ， 静态破碎低爆速 、 慢加载 ， 能起到爆破的 作用又能在无震动 、 无噪音 、 无飞石 、 无有 害气体 、 无污染 、 无公害的条件下安全破碎 ， 对爆破技术是一项重要 的补充 和发展 ， 且其运输 、 保管方便 ， 操作简单 ， 所 以在很多建筑 物拆除 ， 特别是在不可 能采取爆破方法 的拆除工程 中， 以及石材的开采切割中is - 6 ， 静态破碎得到较为广泛 的应用。 S C A的突出优点是安全 ， 但其也存在作用时间较长 、 破碎 不易预测 和控制 、 易产生喷孔及低温“ 滞死” 等难题7 3 。 在一 般 的破碎施 1 二 T程 ， 特别是局部破碎 的工程 中， 为 了达到 收稿 日期 ：2 0 1 3 _ o 5 _ o 4 基金项目：罔家门然科学基金委创新研究群体基金( 5 1 1 2 1 0 0 5 ) ； 辽宁科技大学青年基金( 2 0 1 2 Q N 0 7 ) 11 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 气的影响 ， 包括黏土和云母矿物 。 岩石的吸水性有时高。 如 果 加入骨料 ， 含有这些岩石的混凝土体积稳定性差 ， 容易 产 生裂缝和滑移 。 英 国和欧洲测试骨料干缩试验标准是相 似的。 在试验 中 ， 使用骨料制作混凝土棱柱体。 固定混凝土 配合 比。 把棱柱体放入水 中 5 d ， 测其长度 。 干燥棱柱体 ， 然 后冉测其长度 。 两次测量差值就是干缩 。 一 些 良好 的天然骨料能抵抗环境和天气 因素引起的 应力 。 天然骨料在冻融循环或者盐风化作用下退化或者破 裂。 敏感的天然骨料通常孔多 ， 那是因为大量的细毛孔使这 些天然骨料 吸水性好。 冰冻 和盐结晶会引起细毛细孔产生 很大 的应力 ， 从而导致混凝土破裂。 但是 ， 天然骨料 的安定 性 和混凝土性能之间没有确定的关系。 这一部分原 因是因 为混凝土抵抗冻融循 环的能力受到一些 因素的影 响， 如混 凝 土饱 和程度 ， 成型 ， 质量 ， 暴露的严重程度 ， 以及天然骨 料 的安定性 。 在 正 常温度 范 围 内骨料 温 度膨 胀 系数 变化 范 围是 2 x l O 1 6 x 1 0 C 。 硅 氧化物 的系数 比许 多其他 矿物系数 大 。 因此 骨料的膨胀系数很大程度与它的硅含量有关 ， 但 是经常会发生大 范围的变动。 硅石里的石灰岩通常很少 ， 系数低 ， 所以当确认存在某一早期温度裂缝 的风险后 ， 可能 要 指定混 凝土 。 水 泥净浆的膨胀 系数 比骨 料的膨胀 系数 大 ， 因为混凝土主要 由骨料组成 ， 混凝土的温度膨胀系数 主要 由骨料 的膨胀 系数 和骨料含量 决定 。 对 于混凝 土来 说 ， 如果水泥的膨胀系数需要保持低值， 石灰岩是更合适 的骨料 。 尽管骨料品种影响混凝土膨胀系数 ， 但是混凝土配 合 比设计 ， 湿度情况和混凝土的龄期也是重要的影响因素 。 如果不考虑这些综合因素 ， 很难生产出温度膨胀系数小于 8 x l O l O x 1 0 C 的混凝土。 3结 论 天然骨料表 面光滑 、 质地 坚硬 ， 是 比较理 想的混凝土 原材料 。 但天然 骨料的原岩种类繁多 ， 成分复杂 ， 级配通常 不理想 ， 有时还含有一些针 片状颗粒 、 软弱颗粒以及杂质 。 所有这些 ， 都对混凝土性能产生影响。 天然 骨料粒 径分布的连续 性对新 拌混凝土性能影 响 较大 ， 对硬化混凝土性能影响不大 。 较 大的颗粒尺寸对 贫 上接第 1 3页 【 4 】古远新 静态破碎剂 S C A在城市拆除工程中的应用 J 】 _ 地质勘探 安全， 1 9 9 8 ( 2 ) ： 2 4 2 5 I 5 】 朱辉 无声破碎剂在石方爆破施工中的应用I J 1 山西建筑 ， 2 0 0 2 ， 2 8 ( 6 ) ： 5 5 5 6 【 6 】 蒋进军 静态破碎剂及其在大理石开采中的应用f J 1 _武汉建材学 院学报， 1 9 8 5 ( 2 ) ： 1 6 9 1 7 5 【 7 】 郭瑞平， 杨永琦 静态破碎剂膨胀机理及可控性的研究l J I 煤炭 学报 ， 1 9 9 4 ， 1 9 ( 5 ) ： 4 7 8 4 8 5 【 8 l 唐烈先， 唐春安 ， 唐世斌 混凝土静态破碎的物理试验与数值试 验【 J 】 _混凝土 ， 2 0 0 5 ( 8 ) ： 3 - 5 1 19 l 唐烈先 ， 居春安 ， 唐世斌 ， 等 静态破碎的物理与数值试验【 J J _ 岩 土工程学报， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 4 ) ： 4 3 7 4 4 1 瘠混凝土有 利 ； 正常 强度 混凝土适合 的天然骨料 尺寸在 2 0 4 0 m m左右 ； 对于强度高的混凝土来说 ， 1 0 m m 的天然 骨料最好。 同样形状的颗粒比较好 。 仅仅在抗弯强度很重要 的位置， 或者对高强混凝土来说 ， 研究表面状态才有意义。 许多天然骨料没有经历很明显 的干缩现象 ， 限制混凝 土的收缩因为它们的弹性没有黏结它们的水泥净浆弹性好。 通常敏感 的天然骨料孔多 ， 容易导致混凝土破裂。 混凝土的 温度膨胀系数主要由骨料 的膨胀系数和骨料含量决定。 参考文献： 1 】闰亚楠 骨料品种对混凝土力学及变形性能的影O D I 南京 ： 南 京航空航天大学 ， 2 0 0 8 2 蒋家奋 初探普通粗集料对混凝土性能的影响 J 1 混凝土， 1 9 8 8 ( 2 ) ： 5 2 5 7 3 13 王雨利， 管学茂， 潘启动， 等 粗骨料颗粒级配对混凝土强度的 影响f J 焦作工学院学报， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 3 ) ： 2 1 3 2 1 5 【 4 】陈兵， 张立新， 刘娟育 集料尺寸对混凝土断裂性能影响研究【 J 】 广东建材， 1 9 9 9 ( 1 2 ) ： 3 - 5 5 】王华生， 赵慧如 混凝土工程便携手册 M E 京： 机械工业出版 社， 2 0 0 1 6 孙振平 ， 蒋正武 ， 王新友 ， 等 高强高性能混凝土中集料对力学 性能的影响 J 】 混凝土 ， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 4 3 4 6 【 7 】 戴朝阳 ， 陆洪建 ， 陈兵集料与混凝土力学性能的关系研究【 j 】 江 西建材 ， 2 0 0 0 ： 1 3 1 6 【 8 】O Z T U RAN T， C EC E N C E f f e c t o f c o a r s e a g g r e g a t e t y p e o n me e h a n i - c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e s w i t h d i f f e r e n t s t r e n g t h 叨C e me n t a n d C 0 n _ c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 2 ) ： 1 6 5 1 7 0 【 9 】B E S HR HE f f e c t o f c o a r s e a g g r e g a t e q u a l i t y o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s of h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i - a l s ， 2 0 0 3 ( 1 7 ) ： 1 - 7 【 I O ) A I T C I N P C， ME HT A P K E ff e c t of c o a r s e a g g r e g a t e c h a r a e t e r i s - t i c s o n me c h a n i c a l p r o p e rt i e s o f h i g h s t r e n g t h e o n e r e t e A C I Ma t e r i al s J o u r n a l ， 1 9 9 0 ， 8 9 ( 2 ) ： 1 0 3 1 0 7 1 l l D O N Z A H-H i g h s t r e n gt h c o n c r e t e w i t h d i f f e r e n t fi n e a g g r e g a t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h 2 0 0 2 ( 3 2 ) ： 1 7 7 5 1 7 6 1 作者简介 ： 沈化荣 ( 1 9 6 5 一 ) ， 女 ， 副教授 ， 主要从事力学、 道路工程 及路面建筑材料的教学与科研工作。 联系地址： 江苏省 淮安币北京北路 8 9 号 淮 阴工学院建筑工程 学院( 2 2 3 0 0 1 ) 联 系 电话 ： 1 3 8 6 1 5 7 5 5 6 8 【 1 0 罗组春 大理石开采之我见兼述应力集中控制爆破法的应 用 J 】 _ 石材 ， 2 0 0 1 ( 1 1 ) ： 3 2 3 6 I l 1 】 陈雅福 土木工程材料【 M 】 广州 ： 华南理 工大学出版社， 2 0 0 1 【 1 2 赵冬霞 混凝土强度检测方 法比较与应用 J 】 _ 工程质量 ， 2 0 0 2 ( 1 2 ) ： 1 6 1 7 【 1 3 】 朱万成 ， 唐春安 混凝土试样在静态载荷作用下断裂过程的数 值模拟研究 工程力学 ， 2 0 0 2 ， 1 9 ( 6 ) ： 1 4 8 1 5 3 作者简介： 联 系地 址 联系电话 唐烈先 ( 1 9 7 7 一 ) ， 男 ， 博士 ， 讲师 ， 主要从事微震监测、 控制爆破及岩土工程稳定性分析等方面的研究工作。 辽宁省鞍山市鞍 4路 1 8 5 号( 1 1 4 0 5 1 ) o 41 2 59 2 8 2 5 7 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m