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1 嘉澤靜態破碎劑的基本化學反應式

目前，嘉澤靜態破碎劑的主要成分都是氧化鈣。氧化鈣和水反應生成氫氧化鈣，在放出熱量的同時，其體積增大。嘉澤靜態破碎劑正是利用這種化學反應和氫氧化鈣結晶發育時所產生的膨脹壓力來破壞巖石和混凝土等脆性材料。其基本的化學反應式如下：

CaO 十 H 2 O → Ca(OH) 2 +64.8kJ

從式中可以看出，這是一個放熱反應。

2 反應的物質轉移

氧化鈣和水混合后，立即發生兩類物質的轉移過程： 1) 水分子進入 CaO 粒子內部，并與之發生水化反應； 2) 水化反應產物向原來充水空間轉移。如果前者與后者相適應，即水化速度和水化產物的轉移速度相等時， CaO — 水系統的體積不會發生膨脹，但是，由于 CaO 的結構特性，即內比表面積大，水化速度很快，水化速度大于水化產物的轉移速度，這時，由于 CaO 粒子周圍的反應產物還沒有轉移走，而里面的反應又大量的產生了，這些新的反應物將沖破原來的反應層，使粒子產生機械跳躍，因而發生體積膨脹，產生膨脹壓力，將約束介質破壞。在沒有約束條件下，氧化鈣將散裂成粉末。

3 反應前后體積的變化

嘉澤靜態破碎劑膨脹壓力的產生是由于其反應后體積增大所引起的。 CaO 和水反應時，生成 Ca(OH) 2 的固相體積在一定的條件下要比 CaO 的固相體積增大 97.92% 。固相體積增大，固相體積空隙體積增量之和超過 CaO 水系統的空間，從而引起 CaO 體積的增大，膨脹壓力增大。生石灰的水化反應在沒有約束的自由膨脹狀態下，其體積將增大 2 倍～ 3 倍。在有約束的條件下，其膨脹體積變小。當約束力非常大時，其體積沒有變化，即不產生膨脹，這就是在實際應用常出現的嘉澤靜態破碎劑裝入炮孔后失去作用的情況。出現這種情況的原因有：首先從反應物和生成物的摩爾體積變化來討論。嘉澤靜態破碎劑主要是利用生石灰的水化反應，但從其標準狀況的體積和生成物的摩爾體積進行比較可以看出，并不是在所有的情況下，都會產生體積膨脹。下面具體討論什么情況發生體積膨脹。

下列反應式給出了反應物生成物的摩爾體積和比重等數據。

CaO+H 2 O→Ca(OH) 2 +64.8kj

摩爾體積： 16.764cm 3 ， 18.069cm 3 ， 33.056cm 3 ;

比重： 3.2g /cm 3 ～ 3.4g /cm 3 ， 1.0g / ㎝ 3 ， 2.1g /cm 3 ～ 2.3g /cm 3

從上面所列數據來看，生成物的摩爾體積為 33.065cm 3 ，而反應物的摩爾體積為 16.764+18.069= 34.833cm 3 ，反應之后體積應該變小，而不是增大。這好像與實際情況相矛盾。這是由于摩爾體積為分子最緊密堆積時的體積，而在嘉澤靜態破碎劑中實際應用的是其表觀體積，也就是說在一般情況下，嘉澤靜態破碎劑中生石灰的水化反應的生成物很難達到分子狀態的最緊密堆積，因為在缺水狀態下，生成的氫氧化鈣比表面積非常大，不是最緊密堆積狀態，因此，就表現出體積膨脹。相反，在大量水存在時，如在水溶液中，氧化鈣與水反應生成氫氧化鈣，其體積變小，而不產生膨脹力。一般缺水情況下 ( 干態，不是在水溶液中 ) ，是用容重來衡量氧化鈣和氫氧化鈣，而不是用比重。生石灰是由碳酸鈣煅燒而成，由于 CO 2 的逸出，產生了許多微孔，氧化鈣保持了碳酸鈣的假象，其容重略大于 1 ，與其 3.2 g ／ cm 3 ～ 3.4g ／ cm 3 的比重相差甚遠。氫氧化鈣在干粉狀態下，容重也很小，僅為 1 左右。這樣生石灰的水化反應中 ( 缺水狀態 ) 就表現出體積增大的現象。

當外界約束力非常大時，迫使生成的氫氧化鈣的容重接近其比重，所產生的體積也就越來越小，甚至不產生膨脹。

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