滑石块冲击破碎实验分析

　　破碎行为和变形的考察以及粉碎机理研究常从单颗粒破碎入手,单颗粒破碎机理是粉碎机理的基础。由于冲击破碎过程的复杂性,近些年来从实验角度对冲击破碎机理的研究不如其它粉碎机理研究活跃[1][2][3]。1956年Charles最早研究了脆性圆柱体的破碎,并将由自由落体速度冲击引起的破碎结果与子弹冲击破碎的结果进行了比较;Tang等人研究了不同加载条件下岩石的破坏过程[5];Y. S. Cheong等人通过利用单颗粒冲击实验得到了冲击角度和冲击速度对玻璃球破碎尺寸分布的影响[5]。

　　我们利用自行设计的落锤实验装置对滑石块进行冲击破碎实验,研究了实验过程中的质量损失、破碎后新生表面积和破碎后颗粒的累计质量百分比分布。

　　1　实验方法

　　1.1　实验装置

　　根据图1所示的冲击碰撞模型,我们自行设计加工了一套落锤实验装置(图2)及四个落锤,落锤质量分别为5. 5kg、3kg、2kg和1kg。选取不同质量、不同高度的落锤对滑石块进行实验。滑石材料冲击破碎后用塑料袋收集,并用标准筛(6目-325目共26个)和电子天平(精度0. 0001g)对破碎后的滑石颗粒进行筛分和称重。

　　1.2　颗粒新生表面积的计算公式

　　在颗粒破碎研究及粒径测试中,大部分都假设颗粒为球形,为此我们也假设破碎后颗粒的形状为球体,可由每一筛层中的质量计算出破碎后颗粒个数和颗粒新生表面积。

　　取某筛层中的颗粒为研究对象,每层中颗粒的总质量等于筛层中单个颗粒的质量和。取上下筛孔中径作为颗粒的平均粒径,则其第i筛层中颗粒

　　的个数为:

　　其中:Ni———第i层颗粒个数;

　　mi———第i层颗粒总质量;

　　ρ———材料密度;

　　di———第i层上下筛孔中径;

　　每个筛层中的颗粒的总表面积应为颗粒的个数与单个颗粒表面积的乘积。所以,在第i层筛子中颗粒的总表面积为:

　　其中:Si———第i层中颗粒总表面积;

　　si———第i层中单个颗粒表面积;

　　由上可知,落锤冲击破碎后颗粒的总表面积为:

　　1.3　实验材料的选取

　　实验用材料来源于辽宁省海城市水泉滑石矿厂,经测定其密度约为2. 7g/cm3,将其加工成1.12cm×1. 12cm×1. 12cm的立方体,体积为1. 4cm3,质量4g左右,用于落锤实验。每个滑石块仅进行一次落锤实验,每三次冲击为一组进行筛分和称重。在每次落锤实验冲击能量相同(10. 78 J)条件下,选取不同落锤质量、不同高度,研究滑石块体破碎后颗粒的质量分布和新生表面积,如表1.

　　本文忽略岩石纹理面分布和内部杂质对破碎的影响。