Взрывное дело. Часть 1. Основные понятия, характеристики и свойства взрывчатых веществ.

Для эффективного решения военно-инженерных задач с применением взрыва нужно иметь представления о видах взрывного превращения, свойствах и характеристиках взрывчатых веществ. 

Работа взрыва совершается в результате быстрого расширения газов (продуктов взрыва), независимо от того, существовали ли они до или образовались во время взрыва. Самым существенным признаком взрыва является мгновенное образование области высокого давления, последующее ее расширение и вовлечение окружающей среды в движение.

Взрывные процессы могут сильно отличаться друг от друга, как по своим внешним признакам, так и по существу. В зависимости от условий возбуждения, природы взрывчатого вещества (ВВ) и ряда других причин взрывное превращение может протекать в виде горения, взрыва и детонации.

Горение отличается от взрыва сравнительно малой (дозвуковой) скоростью распространения фронта реакции (от миллиметров до нескольких метров в секунду). При этом скорость горения зависит от внешнего давления. С увеличением последнего скорость горения, как правило, увеличивается. Поэтому в замкнутом и полузамкнутом пространстве горение более энергично, чем на открытом воздухе. В зависимости от внешних воздействий горение может быть устойчивым и протекать с постоянной скоростью, переходить во взрыв или затухать совсем. Для порохов горение является основным видом взрывного превращения. Работа, совершаемая продуктами горения, выражается в метании тел или сообщении им скорости.

Взрыв - процесс, распространяющийся по массе ВВ со скоростью, измеряемой сотнями или тысячами метров в секунду. Причем сам процесс неустойчив, а его скорость меняется под влиянием самых различных факторов. Поэтому взрыв - процесс переходный: при увеличении его скорости взрыв может перейти в детонацию, а при уменьшении – в горение. Такой характер взрыва обуславливает и  отличную от горения форму воздействия на среду. Взрыв производит разрушение, дробление окружающей плотной среды или предметов и их перемещение в пространстве.

Детонация – это взрыв, распространяющийся по заряду ВВ с постоянной и максимально возможной для данных условий скоростью. Она характеризуется теми же признаками, что и взрыв. Отличием детонации от взрыва является постоянная и максимально возможная для данного вида ВВ скорость. Детонация - наиболее совершенная (с точки зрения энерговыделения) и стационарная форма взрыва.

Горение, взрыв и детонация отличаются по характеру своего распространения. При горении передача энергии от слоя к слою вещества осуществляется путем теплопередачи и массообмена, а при взрыве и детонации - ударной волной.

Взрывчатыми веществами (ВВ) называются химические вещества или смеси веществ, способные под влиянием определенных внешних воздействий  к быстрой самораспространяющейся химической реакции с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов.

Характеристики и свойства взрывчатых веществ
К основным характеристикам ВВ относятся:

• плотность ВВ - 0, кг/м3;
• удельная энергия взрывного превращения  - Q0, Дж/кг (ккал/кг); 
• скорость детонации - DД, м/с;
• бризантность, мм;
• фугасность, см3;
• физическая стойкость;
• химическая стойкость;
• удельный объем образовавшихся при взрыве газов - V, м3/кг;
• температура взрыва – T (К, 0C).

Плотность ВВ - одна из основных характеристик. Плотность ВВ в значительной  мере влияет на скорость детонации и, следовательно, на объем заряда и его  бризантное действие.

Удельная энергия взрывного превращения - одна из основных характеристик  ВВ, рассчитывается теоретически на основе реакций взрывного превращения или  определяется опытным путем при помощи специальной калориметрической  установки, внутри которой взрывается (сжигается) определенное количество ВВ. По  изменению температуры, зная массу и теплоемкость материала установки, а также  массу испытуемого ВВ, вычисляют Q0.
Удельная энергия взрывного превращения тротила принята за эталон и  используется во всех теоретических расчетах. Другие ВВ приводятся к тротилу по  зависимости.

Скорость детонации - является одной из важных характеристик ВВ. Она  определяет давление продуктов взрыва до начала их разлета. Чем выше скорость  детонации, тем больше мощность взрыва и его местное действие. Скорость  детонации  зависит от химической природы ВВ, наличия в нем примесей (добавок) и  от диаметра заряда. Скорость детонации определяется опытным путем. Один из  наиболее простых методов - метод Дотриша, основанный на сравнении известной  скорости детонации детонирующего шнура со скоростью детонации испытуемого  заряда.
Если уменьшать поперечное сечение заряда, то при определенном для каждого ВВ  диаметре удлиненного заряда распространение взрыва по заряду станет  невозможным. Такой диаметр заряда называется критическим. Плоский заряд может  быть взорван, если его толщина больше критической.
Для ВВ используемых в инженерных боеприпасах скорость детонации находится в  пределах 6600-8450 мс. Выделяющаяся при взрывном превращении энергия  преобразуется в механическую работу, которую совершают газообразные продукты  взрыва (ПВ) в процессе своего расширения. Механическая работа взрыва условно  разделяется на две формы: бризантную и фугасную.

Бризантная форма работы взрыва - способность ВВ к местному  разрушительному действию которое является результатом резкого удара продуктов  взрыва по окружающей среде. Бризантное действие проявляется на близком  расстоянии от заряда и в очень коротком интервале времени (10-510-6 с) Для оценки  бризантности на свинцовый столбик диаметром 40 мм и высотой 60 мм через  стальной диск устанавливают цилиндрический заряд ВВ массой 25 грамм (проба  Гесса) При взрыве заряда свинцовый столбик деформируется Разность между  высотой столбика до и после взрыва принята в качестве меры бризантности.

Фугасное действие взрыва характеризуется работой которую могут совершить  продукты взрыва при расширении. Фугасное действие взрыва определяется в первую  очередь удельной энергией взрывного превращения.

Фугасное действие взрыва характеризуется расширением стандартной свинцовой  бомбы и выражается в кубических сантиметрах Диаметр бомбы и высота ее  составляет 200 мм. В центре бомбы высверливается гнездо диаметром 25 мм и  глубиной 125 мм. В гнезде размещается заряд ВВ массой 10 грамм в бумажной  оболочке вместе с детонатором а свободное пространство засыпают кварцевым  песком. Под действием взрыва бомба, пластически деформируясь, раздувается  Разность объемов до и после взрыва принята в качестве меры фугасности  испытуемого ВВ. Фугасное действие взрыва зависит от скорости детонации и объема  выделившихся при взрыве газов. Чем больше выделяется газов при взрыве, тем выше  в общем случае фугасное действие взрыва.

Температура взрыва характеризует экзотермичность реакции взрывного  превращения, давление, под которым будут находиться продукты реакции в момент  взрыва, а также работу, которую могут совершить продукты взрыва при их  охлаждении до температуры окружающей среды. Температура взрыва из-за скорости  протекания процесса рассчитывается теоретически. Для большинства ВВ она  находится в пределах 3500...5000 О С.

Физической стойкостью взрывчатых веществ называют свойство вещества  сохранять свои первоначальные физические характеристики (плотность, состав,  структуру) в течение заданного срока.

Химической стойкостью называется свойство взрывчатого вещества не  претерпевать в условиях хранения, транспортировки и боевого применения  химических превращений, которые могли бы привести к изменению химических  свойств ВВ и самовоспламенению.

Одной из важнейших характеристик определяющих безопасность обращения с ВВ,  является его чувствительность к удару. Испытания по оценке чувствительности ВВ  к удару проводятся на специальном приборе в котором груз массой 10 килограммов  сбрасывается с высоты 0,25 метра на заряд ВВ массой 01 грамма. Чувствительность к  удару оценивается в процентном отношении числа взрывов к общему числу  испытаний. Это качественная оценка чувствительности ВВ, характеризующая  безопасность обращения с ним. Ряд ВВ по чувствительности к удару представлен в  таблице.

Ряд ВВ по чувствительности к удару