1-基本理论-sjs1

1、炸药和爆炸基本概念 炸药的起爆和感度 炸药的爆轰理论 炸药的氧平衡与热化学参数 炸药的爆炸性能等内容,第2章 炸药与爆炸的基本理论,2.1 基本概念,一、爆炸及其分类（explosion） 概念：物质在有限空间和极短时间内急剧的能量释放（或转化）的物理、化学过程。 现象：伴有强烈的声、光、热等效应。,分类：根据爆炸变化过程的不同，分为三类： 物理爆炸：物理变化引起的爆炸，物质成分不变。如锅炉等高压容器的爆炸 化学爆炸：化学变化引起的爆炸称为化学爆炸，分子组成变化。瓦斯或煤尘的爆炸、炸药爆炸。 核爆炸：核裂变或聚变引起的爆炸，原子结构变化。,核聚变，原子，比方说氘和氚，在一定条件下，发生原子核互

2、相聚合作用，生成中子和氦-4，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。,裂变:铀(yu)、钍(t)和钚（b）等在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和很大的能量,（explosive） ： 在一定条件下，能够发生快速化学反应，放出能量，生成气体产物， 显示爆炸效应（explosive effect）的化合物或混合物。(高速热气),炸药,二、炸药爆炸条件（三要素）,放出大量热量 大量热能是炸药爆炸的首要条件，是爆炸作功 的能源。没有足够热能，爆炸反应不能传播， 不能产生爆炸。 以硝酸铵的不同化学反应为例说明：,常温下分解：吸热反应，不能发生爆炸 加热至20

3、0：放热反应。如放出热量不及时散失，炸药温 度不断升高，反应速度加快、放出更多热量，最终引起炸药的燃烧和爆炸；,起爆药柱引爆：如果用起爆药柱（primer cartridge）引爆，硝酸铵发生剧烈的放热反应，即刻爆炸。,可见，只有大量放热的反应才可能具有爆炸性。,反应的高速性 反应高速度是爆炸区别于一般化学反应的重要 标志。化学反应仅放热并不一定爆炸。 如： 1kg煤完全燃烧：放出热量8912kJ，燃烧速 度太低，不可能形成爆炸 1kg TNT炸药爆炸放出的热量只有4226kJ，但爆炸反应时间只需十几到几十毫秒 ，因而产生爆炸。,由于极高的反应速度，爆炸反应瞬间，产生能量几乎全部聚集在爆炸前占

4、据的体积内，因而能够达到很高的能量密度。 爆炸反应产生的能量密度比燃烧的能量密度要高数百至数千倍。正是这个原因，爆炸具有巨大的作功能力和强烈的破坏效应。,生成气体产物 炸药爆炸放出的热量借助气体介质才能转化 为机械功。 生成气体产物是炸药作功不可缺少条件。如物质反应热很大，但没有气体产物形成，就不会爆炸。,例如铝热剂反应： 3Al Fe2O3 Al2O3 2Fe 841KJ 反应速度很快，放热量大，产物温度达3000，但无气体生成，不发生爆炸；只是高温产物逐渐将热传导到周围介质中，慢慢冷却凝固。 炸药爆炸放出的热量不可能全部转化为机械功，但生成气体数量越多，热量利用率越高。,综上述：放出热量+

5、生成气体产物+反应高速 度是爆炸反应的三个充要条件。 炸药爆炸定义：炸药在有限空间和极短时间 内急剧进行化学反应的过程。 该反应过程中 放出大量的热，并生成大量的气态产物。,爆炸并不是炸药唯一的变化形式。 根据反应方式和引起化学变化的环境条件不同，炸药的化学变化形式有4种：,三、炸药化学变化的形式,缓慢分解 燃烧 爆炸 爆轰,缓慢分解（slow decomposition）：一种缓慢的化学变化。 特点：化学变化在整个炸药中展开，反应速度随环境温度升高呈指数增加；当散热条件不好时，容易使炸药温度升高，进而促成炸药催化反应而导致炸药的燃烧或爆炸事故。,燃烧(combustion)：伴随发光、发热的

6、一种剧烈氧化反应。 特点：炸药在一定条件下会燃烧，与其它燃烧不同的是炸药的燃烧不需要外界提供氧可以在无氧环境中正常燃烧。 代表：烟花,燃烧与缓慢分解的区别：炸药燃烧只是在炸药的局部区域内进行，并在炸药内一层层地传播。 反应区传播速度称为燃烧线速度，通常称燃烧速度 炸药快速燃烧（数百米/s）称为爆燃（deflagration）,稳定燃烧不稳定燃烧：炸药在燃烧过程中，若燃烧速度保持定值，称为稳定燃烧，否则称为不稳定燃烧。 不稳定燃烧原因：一般是由于燃烧过程中的热量传导或散失不平衡所致。 不稳定燃烧可导致：燃烧熄灭、震荡或爆炸。,爆炸：炸药的爆炸过程与燃烧类似，化学反应也只是在反应区内进行，并在炸药

7、内按一定速度一层层自行传播。 爆速：反应区传播速度称为爆速。 在炸药爆炸过程中，若爆速保持定值，就称为稳定爆炸，否则称为不稳定爆炸。,燃烧和爆炸的区别：两种性质不同的化学变化过程。 燃烧通过热传导、热辐射及燃烧气体产物来传递能量和激起化学反应的，受环境条件的影响较大； 爆炸是借助于冲击波对炸药的强烈冲击压缩作用传递能量和激起化学反应的，不受环境条件的影响。 爆炸反应比燃烧更为激烈，放出的热量和形成的温度也高；燃烧速度是亚音速的，爆炸速度则是超音速的。,爆轰：炸药以最大而稳定的速度进行传 爆的过程。 是炸药特有的一种反应形式； 与外界压力、温度等条件无关； 在特定的条件下，每一种炸药的爆轰速 度

8、是一定的。,爆轰与爆炸区别：没有本质区别，只是传播速度不同，爆轰传播速度是稳定的，爆炸传播速度是变化的。,一、炸药起爆与起爆能 概念： 外界施加一定能量，引起炸药发生爆炸的过程称为起爆，外界施加的能量称为起爆能。,2.2 炸药起爆和感度,引起炸药爆炸的原因：内因和外因 内因：炸药分子结构组成，由炸药本身物理、化学性质决定。 外因：即起爆能，通常有3种形式： 热能，通过加热方式引起炸药爆炸。 机械能，通过机械做功方式引起炸药爆炸。 爆炸能，通过炸药引爆炸药的爆炸。,二、起爆机理 热起爆机理（谢苗诺夫） 一定温度、压力条件下，炸药某体系反应放出热量大于散失热量体系发生热聚集体系反应自动加速导致爆炸

9、。 也就是说，爆炸是系统内温度渐增的结果。,活化能理论热起爆机理的来源 认为：任何化学反应，只有在具有活化能量的活化分子互相接触和碰撞时，才能发生。 外能作用使分子获得能量并转化为内能，达到一定能量级时可使分子活化。,活化能：使物质的一般分子变为活化分子所需吸收的最小能量，称为该物质分子的活化能。一般炸药的分子活化能约为30-60千卡/克分子。炸药爆炸时释放的热量为200-300千卡/克分子以上。,炸药的分子平均能量E1,活化分子平均能量E2,爆炸产物的分子平均能量E3,活化能,125-250KJ/mol,热能,840-1250KJ/mol,能 栅 图,机械能起爆机理热点或灼热核理论 机械作用

10、（撞击或摩擦）能量集中在个别点温度升高灼热核起爆温度爆炸爆轰。 “灼热核”：机械作用下，首先达到起爆温度的微小区；半径约10-310-5cm.(分子半径10-8cm)。 单质炸药：晶体棱角处 含水炸药：微小气泡处,热点（灼热核）形成途径： A晶体热核：炸药颗粒间的强烈摩擦。应用：炸药中掺沙可使感度提高。 B气泡热核：炸药中微小气泡绝热压缩到20个大气压，温度达到500左右。应用：乳化炸药等加气泡（化学气泡、玻璃珠）可提高感度。 C流动热核：高粘性液体炸药的流动生热。,热点（灼热核）特征： 小：10-5 10-3 cm(10-7 10-5 m)。 热：300600。 快： 10-7 s。,爆炸作

11、用起爆机理热点（灼热核） 爆炸冲能起爆机理同机械能起爆机理相似，由于瞬间爆轰波（强冲击波）的作用，首先在炸药某些局部造成热点，然后由热点周围炸药分子的爆炸再进一步扩展。 高温、高压冲击波热点灼热核爆炸。,爆炸作用起爆机理热点（灼热核）,均相炸药：不含气泡、杂质的液体或晶体炸药。 非均相炸药：含气泡、杂质的液体或晶体炸药。, 均相炸药引爆过程,临界起爆压力Pk 爆炸冲击波 均相炸药 爆轰波 趋于稳定爆速。, 非均相炸药引爆过程,引起爆炸的外界能量 灼热核 引爆炸药,Pk非 Pk均。,其它起爆能：光能、超声波、粒子轰击、静电效应、电磁辐射。,三、炸药感度的基本含义,概念：外界能量作用下，炸药发生爆

12、炸的难易程度称为感度（sensitive）。 分类：激发炸药爆炸的能量：热能、机械能、爆炸能等多种形式。根据作用能量形式不同将感度分为：机械感度，火焰感度、起爆感度等。,感度,热感度：在热能作用下发生爆炸的难易程度。,1.爆发点 2.火焰感度（在火焰下引爆的敏感程度）,机械感度：撞击、摩擦。,爆轰感度：极限起爆药量。,静电火花感度：安全生产、安全作业的要求。,冲击波感度：安全生产、安全作业的要求。,根据工程需要，人们把炸药的感度又分“使用感度”和“危险感度”。 使用感度：炸药在起爆能作用下发生爆炸反应的难易程度。 危险感度：炸药在外界施加的非正常起爆能的作用下发生爆炸的难易程度。,感度的工程应

13、用需求：,工程应用中，需要炸药具有高感度，以保证起爆和传爆的可靠性，有效地防止瞎炮事故。 而生产、贮存、运输等非使用场合，需要炸药具有低感度，以避免发生意外爆炸事故，确保安全性。,A、炸药的热感度（sensitivity to heat） 概念：热能作用下，炸药发生爆炸难易程度。 表示方法：常用爆发点和火焰感度表示。,爆发点概念： 炸药在规定时间(5min) 起爆所需加热的 环境的最低温度。爆发点越低的炸药， 热感度越高。 爆发点测定：爆发点测定仪,测定原理： 将0.05g炸药放在恒温环境中5min，如没爆炸，说明环境温度低；升高温度再试，如不到5min就爆，说明环境温度高；降低温度再试，直到

14、调到某一环境温度，正好5min爆炸，此环境温度就是炸药爆发点。,几种炸药的爆发点,火焰感度：炸药在明火（火花，火焰）作用下发生爆炸的难易程度，称为炸药火焰感度。 雷管的起爆药均具有较高的火焰感度。在敞开环境下，一般工业炸药 （包括黑火药）用火焰点燃时通常只发生不同程度的燃烧。,测试原理：试管内装入待试 炸药（起爆药0.05g，猛炸药 1g），调整导火索头距离X， 点燃导火索，同样距离试验 六次，找出六次100%都能使 炸药点燃的离Xmax和100%都 不能使炸药点燃的Xmin。 Xmax越大，火焰感度越高， Xmin越小，火焰感度越低。 起爆炸药时，考虑Xmax；安 全方面考虑，要了解炸药Xm

15、in。,火焰感度测定:火焰感度测量装置,1-支座；2-炸药；3-试管； 4-下夹头；5-上夹头； 6-导火索；7-标尺,B 炸药的机械感度 概念：炸药在机械作用下发生爆炸的难易程度。 机械感度类型：机械作用形式很多，如撞击、摩擦、碾磨等，撞击和摩擦是最常见的两种形式。因此，机械感度主要有：撞击感度和摩擦感度,机械感度工程意义 爆破工程中一般用爆炸能起爆炸药，不用机械感度起爆。 机械感度主要影响炸药贮存、运输和使用安全，机械感度高的炸药潜在更多不安全因素，工程中不希望炸药机械感度高。 军火方面，弹药的引信一般用机械作用起爆，机械感度对弹药可靠起爆有重要意义。,撞击感度 定义：机械撞击作用下，炸药

16、发生爆炸难易程度。 撞击感度测定：猛炸药用垂直落锤仪，起爆药用弧形落锤仪。,猛炸药测定方法：炸药试样30 或50mg放在击发装置内，让10 或2kg落锤自250或500mm高度 自由落下，撞击击发装置内 炸药，用25次同等试验中炸 药发生爆炸的百分率表示所 试炸药的撞击感度。,1-击砧装置； 2-导轨；3-落锤；4a-电磁铁；4b-钢爪；5-钢丝绳；6-标尺；7-底座；8-套筒；9-下击柱；10-炸药；11-上击柱,猛炸药的撞击感度,起爆药撞击感度测定：弧形落锤仪，撞击能量较小。通过调整重锤落高，同一落高下做多次试验，100%能使炸药爆炸的最小落高为上限距离，100%不能使炸药爆炸的最大距离为

17、下限距离。试验次数10次以上。,1-定位钩；2-弧形架；3-炸药；4-钢底座；5-落锤,三种起爆药的撞击感度,摩擦感度 定义：机械摩擦作用下，炸药发生爆炸的难易程度。 测定：炸药摩擦感度的测定采用摆式摩擦仪。,测定方法：炸药试样20或30mg，装入上下滑柱间，通过装置给 上下滑柱施加规定静压力。摆锤重1500g，摆角根据炸药感度 取80、90或96释放摆锤，摆锤打击击杆，上下滑柱产生 相对位移，摩擦炸药试样，试验25次，计算炸药试样的爆炸概 率，并用P来表示炸药试样的摩擦感度。,炸药的摩擦感度,C、起爆感度 概念：在其它炸药（起爆药、起爆具等）的引爆下，猛炸药发生爆炸的难易程度。 包括：爆轰感

18、度和冲击波感度 爆轰感度：一种炸药在其他炸药爆炸作用下发生爆炸的难易程度 冲击波感度：一个药包爆炸产生的冲击波使其相隔一定距离药包爆炸的现象，用药包间距或飞片速度表征感度。,爆轰感度（最小起爆药量）测试： A、取0.5g或1g炸药样品，以49030kPa压力压入8号铜雷管钢壳，装入起爆药，扣上加强帽，以29400kPa加压，插入导火索，制成火雷管。 B、将火雷管放在4mm厚铅板上起爆，完全起爆时的药量，为最小起爆药量,1-雷管；2-导火索；3-铅板,几种炸药的极限起爆药量,工程应用中起爆感度较低的炸药，如铵油炸药，1发8号工业雷管难以使其可靠爆轰。这类炸药爆轰感度不能用极限起爆药量来表示，只能

19、用威力较大的起爆药柱的最小质量来表示。,工程爆破中，习惯上用雷管感度区分工业炸药起爆感度。凡能用1发8号工业雷管可靠起爆的炸药称其具有雷管感度，反之称其不具有雷管感度。,冲击波感度（殉爆）测试：隔板试验、飞片撞击试验,殉爆(sympathetic detonation by influence)：指炸药(主发药包)发生爆炸时引起与它不相接触的临近炸药(被发药包) 爆炸的现象。 殉爆现象在一定程度上反映了炸药的起爆感度。 殉爆距离(transmission distance)：主发药包爆炸时刚好引发被发药包的两药包间的最大距离。 殉爆(距离)的意义： a. 生产/贮存/运输过程中必须防止炸药发生

20、殉爆；确定炸药生产工作间或库房的安全距离； b. 工程爆破中提高炸药起爆和传爆的可靠性； c. 在爆破工程中需保证同一炮眼/药室内的炸药完全殉爆，以防止产生半爆，降低爆破效率。,殉爆距离的测定步骤 a 铺平沙地半圆形凹槽(35mm,l=600mm圆木棒) b 被测药卷置于槽内主装药捏头端插入8#雷管(2/3) c 从装药捏头端主装药聚能穴对应 d 两药卷纵轴在同一水平线上 e 引爆主装药后，根据从装药位置有无残药/深坑， f 判断是否殉爆，找出三次平行试验都能殉爆的最大距离，既殉爆距离。,炸药殉爆试验 A-主爆药卷；B-从爆药卷；C-殉爆距离,D 静电火花感度 1）炸药对静电火花感度，可用使炸

21、药发生爆炸所需最小放电电能来表示，或用在一定放电电能条件下所发生的爆炸频数来表示。 2）防止静电事故，主要是防止静电产生，一旦产生后要及时消除，使静电不致产生过多积累。 防止静电的主要措施有：设备接地；增加工房潮度；在工作台或地面铺设导电橡胶；在炸药颗粒和容器壁上加入导电物质；使用压气装药时，应采用敷有良好导电层的抗静电聚乙烯软管作输药管等。,影响炸药感度的因素, 内因,分子键能： 键能 感度 分子成份及结构：CIO2比NO3感度高 生成热： Q 感度（Q分子结合力） 热效应： E 感度 活化能： 活化能 感度（活化能 分子活性） 热容量： 热容量大 感度（C 分子活性）, 外因,物理状态：密

22、度 感度 晶体边长 感度 一般来讲，对于粉状炸药，在一定范围内，炸药感度是随着装药密度变大而升高的，但密度超过一定值后，感度会降低，甚至拒爆。 熔融态炸药感度固体状态炸药的感度；粉状炸药的感度浆状态炸药的感度。 结晶粒度：结晶粒度 感度 混合炸药：粒度愈小感度愈高；起爆药：晶粒愈大感度愈高。 温 度： T 感度 杂质含量： 增感材料：高硬度，含棱角，石英，玻璃 钝感材料：软质，高热容，水，石腊,基本概念 扰动：波：压缩波：稀疏波或膨胀波：,2.3 炸药爆轰理论,一、波的基本知识,扰动,物质在外界的作用下状态参数会发生一定的变化，物质局部状态的变化称为扰动。,（一）扰动与波,弱扰动：外界作用只引

23、起物质状态参数发生微小的变化的一种扰动； 强扰动：外界作用引起物质状态参数发生显著的变化的一种扰动。,波,扰动在介质中的传播,波在介质中传播时，介质中的质点在其平衡点附近振动，并不行进。波可以传播能量，并不传递物质,波阵面 （或波头）,在波的传播过程中，介质原始状态，与扰动状态的交界面,波的传播方向,波阵面的移动方向,波的传播方向与介质质点振动方向平行的波称为纵波(P波),波的传播方向与介质质点振动方向垂直的波称为横波(S波),平面波、柱面波、球面波,按波阵面形状,(二)、压缩波和膨胀波,受扰动后波阵面上介质的压力、密度均增加的波 称为压缩波（pressure wave）。,特点： (1)波阵

24、面到达之处，介质压力、密度等参数增大。 (2)波的传播方向与介质的运动方向一致。,注意： (1)波的传播方向与介质运动方向不是一个概念。 (2)波速总是大于介质位移速度。,受扰动后波阵面上介质的压力、密度均减少的波称为膨胀波（expansion wave）或稀疏波。,特点： 1、波阵面到达之处，介质压力、密度等参数减小。 2、波的传播方向与介质的运动方向相反。,冲击波：在介质中以超声速传播，波阵面有压力突然跃升然后慢慢下降特征的一种高强度压缩波。 爆轰波：在炸药中传播的伴随有快速化学反应区的冲击波。 爆速：爆轰波沿炸药传播的速度。,冲击波（shock wave）是一种在介质中以超声速传播的并具

25、有压力突然跃升，然后慢慢下降特征的一种高强度压力波。,冲击波的形成,活塞在管中作加速运动，后面的波速都比前面的大，于是波互相追逐、叠加、积累，压缩与未压缩区之间形成一明显的突增面。这时：PP，TT形成冲击波。,冲击波的形成,冲击波是一种在介质中以超声速传播的并具有压力突然跃升然后慢慢下降特征的一种高强度压缩波。,冲击波形成原理示意图 R活塞与气体的界面 A各个瞬时的波阵面；P管中空气压力,（一）爆轰波概念,炸药被激发起爆后，首先在炸药的某一局部发生爆炸化学反应，产生大量高温、高压和高速流动的气体产物流，强烈冲击和压缩邻近层的炸药，使在邻近炸药层中产生冲击波并引起该层炸药的压力、温度和密度产生突

26、跃式升高，而迅速发生化学反应，生成大量的爆炸产物并释放出大量的热能。,局部炸药爆轰所释放的热能 作用: 1、可以阻止稀疏波对冲击波头的侵蚀; 2、可以补充到冲击波中，以维持冲击波以稳定的速度向前传播。,炸药的局部发生爆炸产生的冲击波继续压缩下一层炸药又引起下一层炸药的化学反应，新释放的热能又补充到冲击波中去，以维持它的定速传播。如此一层一层的传播，就完成了炸药的爆轰过程。 这种由冲击波在炸药中传播激起的爆炸反应称为爆轰（detonation）。 伴随有快速化学反应区的冲击波称为爆轰波（detonation wave）。,炸药爆轰波,爆轰波特征：, 爆轰波只存在于炸药的爆轰过程中。爆轰波的传播随

27、着炸药爆轰结束而中止。 爆轰波总带着一个化学反应区，它是爆轰波得以稳定传播的基本保证。习惯上把 0-2区间称为爆轰波波阵面的宽度，其数值约0.11.0cm，视炸药的种类而异。 爆轰波具有稳定性，即波阵面上的参数及其宽度不随时间而变化,直至爆轰终了.,爆轰波的形成与特征,冲击波作用下，相邻炸药层出现压力、密度、温度突跃升高的压缩区0-1（厚度约10-5cm), 实际上，就是冲击波的波阵面(波头)。 随着冲击波的传播，原压缩区成为化学反应区，反应在1-1面开始发生，在2-2面完毕； 化学反应区后为反应产物膨胀区。,冲击波与爆轰波作用机理,爆轰波只存在于炸药的爆轰过程中，爆轰波传播随着爆轰结束而中止

28、。 爆轰波总带着化学反应区，是得以稳定传播的保证。0-2区间为爆轰波波阵面宽，约0.11.0cm。 爆轰波具有稳定性，爆轰波波阵面上参数及宽度不随时间而变化,直至爆轰终了。 通常把稳定爆轰波波阵面2-2简称为CJ面。 0-2区间为爆轰波波阵面,特征,（二）爆轰波特征,爆轰波的参数 C-J面上的状态参数称做爆轰波参数或爆轰参数。 在传统的三大守恒：质量守恒、动量守恒、能量守 恒基础上推导出来的。,由于爆轰波是冲击波的一种，所以表达爆轰波参数关系的基本方程推导方法亦大致与冲击波相似。对于强冲击波（PH10atm）,其基本方程可表示如下：,爆轰波参数,爆轰波的基本方程（冲击波分析法）,质量守恒：,动

29、量守恒：,能量守恒：,0 - 初始炸药密度,H - 反应区炸药密度,PH - 爆轰压力 (波头压力),P0 - 初始压力,DH - 爆轰气体流速,D - 爆速,E0 - 爆轰前能量,EH - 爆轰时能量,V0 - 炸药初始质量体积,VH - 爆轰波阵面上爆轰气体质量体积,爆轰产物质点移动速度比爆速小，但随爆速的增 而增大。 K：系数，一般取K=3, CJ面处质点速度, 爆轰压力,爆轰压力取决于炸药爆速和密度。,爆轰刚结束时，爆轰产物的密度大于炸药初始密度。, CJ面上爆轰产物体积,爆轰产物体积小于炸药初始体积, CJ面上爆轰产物的密度, 爆 速, 爆轰结束瞬间产物温度,爆轰结束瞬间的温度TH

30、不是爆温，它比爆温Tb高。,Qv：爆热，爆速D可直 接测出,从这些公式可以知道： 爆轰产物质点移动速度比爆速小，但随爆速的增大而增大。 爆轰压力取决于装药的爆速和密度，这是因为这两个因素都会造成爆炸产物密度的增大。 爆轰刚结束时，爆轰产物的密度大于炸药的初始密度。 爆轰结束瞬间的温度T2不是爆温，它比爆温Tb高。（温度T2=化学反应放热导致的爆轰气体的温升+爆轰气体体积压缩的温升）,爆轰波稳定传播条件 在一定条件下，炸药起爆后能继续传播。但条件不利时，也可转变为燃烧或爆燃；相反，在密闭情况下，燃烧也可以由于热量累积转变为爆炸。 其他条件一定时，爆轰波是以反应区释放能量相对应的参数进行稳定传播的

31、。,一、反应区化学反应机理 凝聚（液相和固相）炸药的爆轰反应 根据炸药的化学组成以及装药的物理状态不同，可以把凝聚炸药的爆轰反应机理分为： 均匀灼烧（热）机理、不均匀灼烧（热）机理和混合反应机理。,均匀灼烧机理又称整体反应机理化学反应在整个爆轰波波阵面上同时进行。,工业炸药多为混合炸药，含有成分多，反应多阶段特点。冲击波作用下，首先是各成分分解，为第一次反应；分解产物相互作用，生成最终产物，即第二次反应。,压缩层温度局部升高、并发生灼烧，形成“起爆中心”或“热点”并先发生化学反应，然后再传到整个炸药层。,炸药中含有微小气泡（气体或蒸气）受到冲击波压缩作用时绝热压缩；,冲击波作用下炸药质点间或薄

32、层间运动速度不同而发生摩擦；,爆炸气体产物渗透到炸药颗粒间的空隙中而使炸药颗粒表面加热.,均匀灼烧（热）机理：均质炸药,不均匀灼烧（热）机理：不均质炸药,混合反应机理,凝聚炸药反应机理,（三种途径）,爆炸作用起爆热点（灼热核）理论,该类反应机理的特点是二次反应。 第一次反应：在冲击波作用下，炸药的易分解成分首先反应，如TNT等。 第二次反应：第一次分解反应之间或与其它成分如铝粉、木粉、AN等再发生反应，形成最终反应产物。此类反应历程长，反应区宽2-3cm，爆速30004000m/s。,应该注意的是，凝聚炸药的爆轰反应并不都是按照上述反应机理中的某一种机理进行的，往往是两种机理共同作用的结果。,

33、理想爆轰与稳定爆轰,爆轰波在炸药中稳定传播的速度，是衡量炸药爆炸性能的重要示性数。 爆速反映反应区结构、能量释放大小、快慢 容易测定,用爆速来研究和定义理想爆轰和稳定爆轰,药包极限直径：爆速已最大，不随直径增加而增加。,药包临界直径：小于此直径，炸药熄爆。,当任意加大药包直径和长度而爆轰波传播速度仍保持稳定的最大值时，称为理想爆轰。 右边的区域属于这一类爆轰。,爆轰波以低于最大爆速的定常速度传播时，则称为非理想爆轰。 此类爆轰分为两类：稳定爆轰，界于 与 之间区域；不稳定爆轰，药包直径小于 的区域。,理想爆轰与稳定爆轰,炸药爆速随药包直径变化,扩散对化学反应区结构的影响 现象：在一定范围内，爆

34、速D随着装药直径d而D，dd临时中断,中断原因：侧向扩散。,侧向扩散对反应区结构的影响,1爆轰产物区；2侧向扩散影响区；3有效反应区；4未反应区（炸药） 5扩散物前锋位置；6稀疏波（膨胀波）阵面；l反应区宽度；A-A冲击波阵面,侧向扩散对反应区结构的影响,l反应区宽度 l 有效反应区宽度 （a）不稳定传爆 （b）非理想爆轰稳定传爆 （c）理想炸轰,不同药包直径侧向扩散对反应区结构影响示意图,a：dd极 (LL)不受扩散影响，能量可累计 补充爆速大最大值理想爆轰,2.4 炸药氧平衡与热化学参数 A 炸药的氧平衡 绝大多数炸药由C、H、O、N四种元素组成，可用 通式CaHbOcNd表示。其中， C

35、、H是可燃元素； O是助 燃元素。炸药爆炸过程实质是可燃元素和助燃元素发 生高速、猛烈的氧化还原反应过程。,若炸药内含有足够的氧量，生成的产物为：H2O 、 CO2 以及其它元素高级氧化物和多余的游离氧； 若氧量不足，则除生成H2O 、CO2 、N2外，还生 成H2 、CO 、固体碳和其它氧化不完全的产物。,氧平衡概念： 氧平衡：炸药中所含的氧与可燃元素完全氧化所需氧 是否平衡的状态。 零氧平衡：炸药中含有的氧刚能够将可燃元素完全氧化。 正氧平衡：炸药中含有氧将可燃元素完全氧化后还有剩余。 负氧平衡：炸药中含有的氧不足以将可燃元素完全氧化。 氧平衡表示方法：用每克炸药中剩余或不足氧量克数或百分

36、数表示。,不同平衡状态下的炸药爆炸特点 负氧平衡炸药：因氧量欠缺，由于可燃元素不能充分氧化，爆炸产物中含有H2和有毒的CO气体，甚至出现固体碳；不能放出最大热量。,正氧平衡炸药：不能充分利用其中的氧量，而且多余氧和游离氮化合，产生吸热反应，生成具有强烈毒性、并对瓦斯与煤尘爆炸起催化作用的氮氧化合物。 零氧平衡炸药：氧和可燃元素都得到充分利用，故在理想反应条件下，能放出最大热量，而且不会生成有毒气体。,由此可见，氧平衡对炸药爆炸放出的热量，生成气体组成和体积，有毒气体含量，二次火焰（如CO和H2 ，在有外界氧供给时，可以再次燃烧，形成二次火焰）等有着多方面的影响。 混合炸药的氧平衡可由其组成和配

37、比来调节，对于工业炸药，一般应使其氧平衡接近于零氧平衡。,氧平衡计算 通式为CaHbOcNd的单质炸药，其氧平衡计算式： = + - 0 混合炸药，氧平衡计算式： a、b、c、d -炸药分子中碳、氢、氧、氮原子数；OB 炸药氧平衡， g/g ；16 氧相对原子质量，g ；M 炸药相对分子质量，g ；OB1、OB2、OBn- 混合炸 药中各组分氧平衡值；m1、m2、mn 混合炸药中各组 分所占的 百分率。,通式为CaHbOcNdXe含金属或S元素炸药（X代表任一可燃元素） m-X元素完全氧化时，氧原子数与该原子数之比；e-X元素的原子个数,例1，计算硝酸铵 的氧平衡值。 解：硝酸铵炸药通式：C0

38、H4O3N2 ，M=80,例2：已知2号岩石铵梯炸药配方为硝酸铵 85%，梯恩梯11%，木粉4%，计算2号岩石铵梯炸药的氧平衡值。 解：查表得，硝酸铵、梯恩梯和木粉的氧平衡分别为：0.2、-0.74和 -1.38，由公式得： OB=0.20.85 - 0.740.11-1.380.04= 0.0334（g/g）,B 炸药爆热 概念： 在一定条件下，单位质量炸药爆炸时放出的热量。通常以1mol或1kg炸药爆炸所释放的热量表示（kJ/mol 或 kJ/kg）。 炸药爆炸极为迅速，可看作是在定容条件下进行的，因此炸药的爆热均指定容爆热。,爆热值的获取 .理论计算（盖斯定律 能量守恒） 建立化学反应方

39、程式：计算产物热效应。 爆热测定 炸药的爆热是在实验室使用一种专门的装置爆热弹进行测定，经实验和计算得到。下表列出了几种常见炸药的爆热实验值。,爆热测定理论&试验 .理论计算 建立化学反应方程式：计算产物热效应。 盖斯定律：化学反应的热效应与反应进行的路径无关，而只取决于反应的初态和终态。,CWHXNYOZ,C、H、N、O、,CO2、H2O、N2,Q2,Q,Q1,Q=Q1-Q2,爆热测定理论&试验 .爆热测定 炸药的爆热是在实验室使用一种专门的装置爆热弹进行测定。,提高爆热的方法 提高炸药的爆热对于提高炸药的作功能力具有重要的意义。 通常用来提高炸药爆热的途径主要有以下两个方面：,（）改善炸药

40、的氧平衡 为使炸药内可燃元素或可燃剂完全氧化放出最大热量，应使炸药尽量接近于零氧平衡。 （）加入高能元素或高能量的可燃剂 在单质炸药中引入铍、铝等高能元素可提高其爆热，例如，在黑索金中加入适量的镁粉，爆热可提高50% 。在混合炸药中加入铝粉、镁粉等是获得高爆热炸药常用的方法。,爆 温 概念：炸药爆炸释放的热量将爆炸产物加热达到的最高温度。取决于爆热和爆炸产物的组成。 获取：爆炸过程中，温度变化极快且极高，难以测定，一般按理论计算获得： 定容下的爆热； 0到t范围全部爆炸产物的平均热容量； t炸药爆温,应用： 是炸药重要爆炸参数之一，在坚硬岩石与大抵抗线爆破中，选用爆温较高的炸药；煤矿爆破中要求

41、爆温控制在较低的范围内，以防引起瓦斯、煤尘爆炸，获得一定的爆破效果。,爆压 密闭容器中炸药爆炸对容器壁产生的压力，一般通过公式计算获得。,第五节 炸药的爆炸性能,炸药性能主要取决于： 炸药的组成和结构 炸药的加工工艺 炸药的装药状态和使用条件 主要包括：爆速、作功能力、 猛度、殉爆距离等性能指标。,2号岩石炸药,一、爆速 爆轰波沿炸药药柱传播的速度称为爆速。爆速是炸药的重要性能指标之一，也是目前唯一能准确测量的爆轰参数。用m/s或km/s表示。,影响爆速因素 药柱直径与约束：药柱封闭理想，爆轰产物不产生径向流动的爆速称为理想爆速。由于药柱不可能理想封闭，故实际爆速低于理想爆速，其与药柱直径大小

42、有关。,临界直径与炸药本性有很大关系： 起爆药的临界直径最小， 其次为单质高猛炸药， 硝酸铵和硝铵类混合炸药的临界直径则较大。,炸药密度： 单质炸药随密度增加，爆速增大，D=a+b0，a、b 随炸药品种变化的常数，0炸药密度。 混合炸药在达到最佳密度前，随炸药密度增加， 爆速增加，超过最佳密度，随密度增加有压死现象。,炸药粒度： 减小炸药粒度，能提高炸药反应速度，减少反应时间和反应区厚度，从而减小临界直径、提高爆速。 影响混合炸药爆速的还有炸药混合均匀度、混药温度和时间等多种因素。对这些因素的控制都发生在炸药的生产过程中，此不赘述。,工业炸药爆速测定 导爆索法 导爆索法又称道特里什（Dautr

43、iche）法。 原理：利用已知爆速的导爆索测定炸药的爆速。 电测法 电测法是国家规定的测定炸药爆速的仲裁方法。,导爆索法测爆速 1雷管；2药包；3导爆索；4铅板,示波器测定爆速 1，2探针；3药包；4脉冲信号发生器电路；5示波器；6雷管；7脉冲信号；8时标（a）测定装置；（b）荧光屏上波形,专用BS-1型爆速仪,二、作功能力（威力） 基本概念： 作功能力是衡量炸药威力重要指标之一。用炸药爆炸生成高温高压产物，对外作绝热膨胀压缩，当其温度降至爆炸前的温度时，对周围介质所做的功来表示。,炸药爆炸做功示意图,三、猛度 1定义 炸药爆炸时粉碎和破坏与其接触的物体的能力称为炸药的猛度（brisance）

44、。 猛度表示的仅是炸药局部的破坏能力。,四、殉爆距离 基本概念： 殉爆：炸药（主发装药）发生爆炸时，由于冲击波的作用引起相隔一定距离的另一炸药(被发装药）爆炸的现象称为殉爆。,殉爆距离：炸药殉爆能力用殉爆距离表示,主发药包与被发药包之间发生殉爆的最大距离称为殉爆距离。 殉爆安全距离：主发药包爆炸时，使相隔一定距离的被发药包百分百不能发生爆炸的最小距离 殉爆距离反映了炸药对冲击波的感度。,部分炸药殉爆距离,殉爆产生的主要原因 主发药包产生爆轰产物及在介质中形成的冲击波 主发药包外壳产物与爆炸物颗粒射流 冲击波及爆轰产物流的冲击作用 被发药包的具备的冲击感度,殉爆距离主要影响因素 主发装药药量及性质；被发装药爆轰感度；装药间惰性介质的性质；以及装药的摆放形式是影响炸药殉爆距离的主要因素。 具体如下：,（1）药量：L殉=K ,Q为主发药包的药量，K为系数。 （2）药径：增加药径，L殉也增大。 （3）装药密度：增加主发药包或减小被发药包密度，L殉也 越大。 （4）装药外壳和连接方式：如主爆药包有管子，甚至两个药 包用管子连接，L殉增大。 （5）之间介质与药包摆放形式：空气、水、沙土、金属L 殉减小；也与聚能穴位置有关：轴线对正，射流作用 大，易殉爆