| 第四章 爆炸与炸药的基本理论
教学目的和要求：
了解炸药与爆炸的概念。
掌握化学爆炸的特点。
掌握炸药的氧平衡。
教学内容
爆炸现象
化学爆炸三要素
炸药的氧平衡
第一节 炸药与爆炸概念
一、爆炸现象
爆炸：物质发生急剧变化并放出大量的能量对周围介质做机械功，同时可能伴随有声、光、热效应的现象，称为爆炸 。
如：轮胎“放炮” 锅炉爆炸 瓦斯煤层爆炸
炸药爆炸 原子弹爆炸等等
爆炸的基本特征表现在：
速度高、威力大和破坏作用强等方面。
从安全角度出发，爆破时还应考虑爆炸的副作用，如地震效应、冲击波、飞石、有毒气体、噪声以及其他对相邻物体、构筑物和人身的影响等。
1.物理爆炸
只发生物态变化和能量转换，不产生新的物质。
2.化学爆炸
不仅有物态和能量的转化，还生成新的物质，并放出热量。（分子结构发生了变化）
3.核爆炸
核 放出大量原子能和射线
（原子结构发生改变）
二、化学爆炸三要素
1.放出大量的热
热能是爆炸作功的能源，是必要条件
吸热或放出的热量不足，都不能使其延续
热 机械功
草酸铅 吸热反应
Pb2C2O4 2CO2+Pb-69.9KJ
草酸铜 放出热量少
CuC2O4 2CO2+Cu+23.9KJ
草酸银 放热量大，爆炸
Ag2C2O4 2CO2+2Ag+123.5KJ
硝酸铵在常温或温度低于1500C 时，其分解反应为放热反应。
千卡
当加热到200 0C左右，为放热反应。若热量不能及时散失，温度不断升高就会发生燃烧和爆炸。
迅速加热到400-500 0C或用传爆药柱强力爆炸，由于放热热量增大，就会引起爆炸。
2.产生大量的气体
气体是能量转换的载体
700－1000ml/kg
不生成气体，放热再多也不能爆炸
气体具有膨胀性、可压缩性
3.爆炸反应速度极快
是区别于一般化学反应的最显著的特点
普通化学反应，能量大部分损失于热的传导和辐射中
2000－9000米/秒 以冲击波完成能量传递
三、炸药的概念及特点
炸药：具备化学爆炸三要素的物质
特点：
1.具有相对安定性和化学爆炸性，极易释放能量
（以便加工、运输、储存、使用
由化学不稳定体系 稳定体系）
2.具有很高的能量密度
（在微小的容积中蕴藏着大量能量）
3.能在与空气隔绝处发生爆炸反应
（C H O N 不需要外界供氧）
四、炸药化学反应的形式
爆炸不是炸药唯一的化学反应形式，在特定的反应条件下，同种炸药可能有四种不同形式的化学反应：
热分解、燃烧、爆炸和爆轰。
四种反应形式产生不同的物理化学效应。
(1) 热分解
热分解是炸药化学反应的最低形式，表现为炸药在常温下缓慢的化学变化，使原物质发生本质的变化。
炸药的热分解过程没有明显的声、光效应，通常不易觉查。
反应速度随内外条件而变化，通常对温度比较敏感，温度越高，反应速度越快，湿度、压力和通风条件对反应速度和结果也会产生不同程度的影响。
炸药热分解一般会带来不良后果，炸药因热分解而变质直接影响炸药的使用。
在一定条件下，热分解会转变为燃烧甚至爆炸，以致发生意外爆炸事故。
所以在炸药的制造、贮存过程中应严格控制环境条件，避免炸药的热分解。
(2) 燃烧
燃烧是比热分解更高一级的化学反应形式，往往是由受热或火焰引起的。
燃烧是物质的氧化过程，所以一般物质燃烧需要外界提供氧，而炸药本身含有丰富的氧和燃料，不需要外界的氧就可以燃烧，一旦炸药燃烧，靠隔绝空气的灭火方法不起作用，往往还会加速炸药的燃烧。
燃烧速度低于爆轰波的传播速度和炸药中的声速；
炸药燃烧时对压力比较敏感，压力越大，燃速越高，甚至由燃烧转变为爆炸，所以在密闭条件下燃烧是很危险的。
在炸药贮存时，要注意创造不利于燃烧的条件，如改善通风条件。
(3) 爆炸
爆炸是炸药的最高化学反应形式。
与燃烧的区别在于
燃烧靠热传导传递能量和激发化学反应，爆炸则靠冲击波传递能量和激发反应区；
燃烧受环境影响较大，爆炸则基本上不受环境影响。
爆炸的反应速度、温度和压力都比燃烧高得多。所以爆炸表现出强烈的破坏作用。
爆炸是爆破安全的主要控制对象。
爆炸过程中遇到不利因素也可能导致爆炸中断，使爆炸过程转变为燃烧或热分解。
(4) 爆轰
爆炸速度增长到稳定爆速的最大值时就转化为爆轰，爆轰是指炸药以最大稳定速度进行的反应过程。特定的炸药在特定的条件下的爆轰速度为常数。
爆炸和爆轰并无本质上的区别，只不过是传播速度不同而已。爆轰的传播速度是恒定的，爆炸的传播速度是可变的，就这个意义上讲，也可以认为爆轰是爆炸的一种特殊形式，即稳定的爆炸。
炸药爆炸已经在许多行业得到广泛应用，尤其在工程爆破方面。在岩土工程中，无论在经济方面还是在效率方面，爆破方式都比机械方式优势强；在城市建设和企业改造中，控制爆破也发挥了重要作用。
炸药化学反应的上述四种基本形式与各自必要的条件相对应，条件改变，反应形式也相应地改变，可以相互转化，即它们之间有着非常密切的内在联系。
从安全和爆破工程方面考虑，都希望炸药按照预定的反应形式进行化学反应，即使反应形式发生转变，也应在可以控制的范围内，否则会引起预想不到的事故。
五、炸药的爆炸反应
（一）炸药的成分
C H O N
C H 为可燃元素
O 为助燃元素
N 为惰性元素
爆炸后产物：CO2 H2O CO C H2 NO NO2 CH4 NH3 N2 SO2 H2S
有毒气体：CO NO NO2 SO2 H2S
CO：无色无味、比空气稍轻，与人体红血球中的血色素的亲和力为氧的250－300倍，短时间内造成缺氧，0.4％致命。
NO2：红褐色、比空气稍重，易溶于水，对人的眼睛及呼吸器官有强烈的刺激作用。 NO2比NO毒性大好多倍，0.0255％人很快死亡。
CO、 NO、NxOy不仅都是有毒气体，而且能对瓦斯爆炸反应起催化作用，因此这样的炸药就不应用于地下矿井的爆破作业。
（二）炸药的氧平衡
氧平衡：炸药中所含的氧量与可燃元素完全氧
化所需氧量的关系。
正氧平衡：炸药中含氧量足够将可燃元素完全氧化，并有剩
余的氧平衡。 NO NO2
零氧平衡：炸药中含氧量刚够将可燃元素完全氧化的氧平
衡。 CO2 H2O
负氧平衡：炸药中含氧量不足以将可燃元素完全氧化的氧平
衡。 CO C H2
（三）炸药爆炸时的反应方程式
炸药爆炸的化学反应是极其复杂的
1.正氧平衡：
硝酸铵：NH4NO3 2H2O+N2+I/2O2
硝化甘油：
C3H5(NO3)3 3CO2+5/2H2O+3/2N2+I/4O2
2.负氧平衡的负值不大
黑索金（环三次甲基三硝胺）（均分氧）
C3H6N3(NO2)3 3CO+3H2+3N2+3/2O2
3/2CO2+3/2CO+3/2H2O+3/2H2+3N2
3.负氧平衡的负值较大
梯恩梯（三硝基甲苯） (先H后C)
C6H2 (NO2)3CH3 5/2H2O+7C+3/2N2+7/4O2
5/2H2O+7/2CO+7/2C+3/2N2
出现了固体C
（四）氧平衡的计算
若炸药的通式为CaHbNcOd，则
单质炸药氧平衡为
混合炸药氧平衡为
混合炸药也可按各组分百分率与其氧平衡乘机的总和来计算：
Mi、ki－－第i组分的百分率与其氧平衡值
例题：计算TNT和阿梅托（含TNT50％和NH4NO350％）炸药的氧平衡
解：TNT－－三硝基甲苯C6H2 (NO2)3CH3
通式为： C7H5N3O6
氧平衡为
阿梅托
m1＝m2＝50％，k1＝-74％，k2＝20％
Kb＝-74％×50％+20 ％×50 ％＝-27 ％
根据氧平衡设计炸药组分
当只有两种组分时：令这两种组分的配比和氧平衡率分别为x ，y，a，b，混合后炸药的氧平衡值为C，
则 x+y=100%
ax+by=c
例题：铵油炸药
x+y+4=100 x＝92.21
0.2x-3.42y-1.37×4＝0 y＝3.79
（五）研究氧平衡的意义
1.是研究炸药爆炸反应的基础；
2.是设计混合炸药配方的依据；
3.是确定炸药使用条件的依据。
只有 放热量最大
不利于发挥最大威力
产生有害气体，催化沼气爆炸
所以，应该将炸药设计为不大的正氧平衡
多余的氧，用来氧化包装纸及纸上的蜡、炮眼中的煤粉
（六）炸药的爆热、爆温和爆热
1.爆热：
单位质量的炸药在定容条件下爆炸所释放的热量，用Kj/mol表示
是气体膨胀做功的能源。700－1500千卡/kg
2.爆温： 单质炸药：3000－－5000℃
混合炸药：2000－－2500℃
3.爆压：几万－－十几万大气压
作业
1.说明化学爆炸三要素。
2.说明研究氧平衡的意义。
3.名词：氧平衡 正氧平衡 零氧平衡
负氧平衡 |
发表评论 
