ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА, 2008, том 27, № 8, с. 61-69
ГОРЕНИЕ И ВЗРЫВ
УДК 662.215
ИСПЫТАНИЯ СОСТАВОВ НА ОСНОВЕ СМЕСИ НИТРАТА АММОНИЯ И АЛЮМИНИЯ С ОРГАНИЧЕСКИМИ ДОБАВКАМИ**
© 2008 г. С. Г. Андреев, А. И. Чернов1,
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана 1Институт криминалистики, Москва 2Федералъное государственное унитарное предприятие "Красноармейский научно-исследователъский институт механизации", Московская обл. Поступила в редакцию 23.11.2006; после доработки 10.12.2007
Приведены результаты испытаний одного из модельных составов на основе смеси нитрата аммония (НА) и порошка алюминия (Al) с использованием ряда пробных испытаний: посредством нагрева, расходящегося детонационного импульса, взрывной волны в воздухе, высокоскоростного пробития, проба на разброс под действием мощного воспламенителя. Для получения информации, более удобной для практических задач анализа аварийных взрывов, разработки способов предотвращения таких взрывов, методики испытания, традиционные для штатных и промышленных ВВ, дополнены элементами, которые позволили более обстоятельно изучать поведение взрывчатых составов в этих пробах. Приведены описания использованных проб. Показана возможность создания на основе смесей НА и Al зарядов, которые за счет невзрывчатых добавок, высокой пористости и связанных пор обладают высокой чувствительностью в исходном химическом составе и, по-видимому, способностью к образованию продуктов начального быстрого разложения, дореагирующих в смеси с воздухом.
В. Ю. Сычев2
В настоящее время возникают задачи экспертиз аварийных и криминалистических взрывов, а тажке задачи разработки методов предотвращения техногенных катастроф. При решении этих задач возникает потребность в получении и накоплении информации о взрывных свойствах различных смесей окислителей и горючих высокой пористости в условиях разнообразных воздействий и, в частности, тех, что реализуются в общепринятых (или стандартных) методах испытаний ВВ.
Мы в своей работе использовали, прежде всего, методы испытаний, традиционные (или даже хрестоматийные) для отечественных исследований, с помощью которых уже накоплена существенная информация о широком круге индивидуальных ВВ и взрывчатых составов. Но с целью получения более обстоятельной информации о процессах, вызываемых воздействиями на заряды в этих испытаниях, мы дополнили эти экспериментальные методики некоторыми измерительными устройствами. В то же время некоторые методы испытания ВВ были приспособлены для исследования зарядов с массами, существенно большими, чем в прототипах, чтобы приблизить условия протекания процессов к реальным.
**Данная статья была представлена на Международной конференции "Ударные волны в конденсирвоанных средах", Санкт-Петербург, сентябрь, 2006 г.
В процессе проверки работоспособности модифицированных пробных испытаний была получена информация о модельном составе: смеси 76% нитрата аммония (НА), 8% алюминиевого порошка ПАП-2 (А1), 12% сахарной пудры (СП) и 4% ТНТ - смеси НА/А1/СП/ТНТ.
Для получения этой смеси гранулы селитры марки Б (ГОСТ 2-85) или селитры фирмы "Фас-ко" дробились вращающимися металлическими пластинами до полидисперсного состояния, при котором основная масса частиц имела размер 100-150 мкм, а максимальный размер частиц достигал 0.5-1.0 мм. Опыты проводились спустя 10 дней (не позже) после приготовления смеси. При этом заряды после засыпания в оболочки и легкой утруски имели плотность 0.75-0.8 г/см3.
Предварительные исследования показали, что заряды, имеющие состав, аналогичный нашему модельному составу, либо отличающиеся видом органической невзрывчатой горючей добавки и, по-видимому, неорганическими примесями к окислителю, при стандартизованных условиях испытаний имеют следующие характеристики: критический диаметр детонации - 8-13 мм, относительный тротиловый эквивалент ("по давлению") при инициировании зарядов массой в 1 кг детонатором № 8 равен единице. Заряды такого состава, имеющие критический диаметр 8 мм, детонируют со скоростью 2.5 км/с, если диаметр равен 25 мм, и со скоростью 3.2 км/с при диаметре в 50 мм (кар-
T °C
Рис. 1. Динамика температуры у поверхности контакта дна пробирки и заряда: состав зарядов приведен в соответствующих строках таблицы; линии 9 и 10 - уровни температуры плавления НА при содержания воды, равном 0% и 3%.
тонные оболочки). Результат определения бри-зантности по ГОСТ 5984-80 (обжатие свинцового столбика) равен 16-17 мм. Чувствительность к удару на копре по ГОСТ 4545-88: нижний предел -150 мм, частость взрывов - 23%.
Ниже представлены результаты изучения тепловых и взрывчатых свойств модельного состава с использованием пяти пробных испытаний.
ОПИСАНИЕ ПРОБНЫХ ИСПЫТАНИЙ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Проба 1 - модифицированная методика определения температуры самовоспламенения
Проба посредством умеренного нагрева предполагает внезапное погружение в термостатированный сплав Вуда стеклянной пробирки, в которую предварительно засыпано 2 г испытуемого вещества, и непрерывную регистрацию с помощью термопар динамики температуры на поверхности раздела вещества со стеклом - Ts(t). Отклонение полученной зависимости Ts от времени t от зависимости, которая получается в отсутствие поглощения или выделения тепла химической природы, позволяет судить об особенностях поведе-
ния и взаимодействия компонентов смесей при изменениях их состава.
На рис. 1 представлены зависимости Т(), полученные с помощью хромель-алюминиевых термопар, которые сделаны из проволочек диаметром 0.3 мм. При этом температура теплоносителя - сплава Вуда была равна (200 ± 5)°С. Числовые обозначения линий совпадают с номерами строк в таблице, в которой приведены значения массовых содержаний составляющих исследуемых зарядов.
Заметим, что в случае зарядов из чистых гек-согена, ТНТ, НА и смесей каждого из этих веществ с А1 термопары допускают многократные измерения, а частицы А1 в смесях не вступают в реакции с продуктами разложения ВВ. Продукты разложения смеси НА, СП и ТНТ вызывают коррозионное разрушение термопары в месте спая, что часто препятствует регистрации температуры в течение времени больше 150 с. При этом часто, особенно при небольшом повышении содержания ТНТ в смеси или режиме нагрева, отличном от представленного на рис. 1, разложение состава № 6 происходит с воспламенением частиц А1 и сопровождается "температурным" растрескиванием пробирок. На рис. 1 приведена линия 7
Состав исследуемых зарядов
< Состава заряда Массовое содержание, %
п.п. НА Гексоген А1 СП Церезин ТНТ
1 НА 100
2 НА/А1 90.4 9.6
3 НА/ТНТ 95.05 4.95
4 НА/СП 86.4 13.6
5 НА/СП/ТНТ 82.6 13.1 4.3
6 НА/СП/ТНТ/А1 76 8 12 4
7* НА/МД/ТНТ/А1 68 8 4
8 ЯБХ/А1 81 15 4
* Состав № 7 кроме 68% НА, 8% А1 и 4% ТНТ содержит 20% органического вещества типа растворимых в воде углеводов, которые мы называем "модифицированной органической добавкой".
для состава НА/МД/ТНТ/А1 с модифицированной органической добавкой, при которой происходит стабильное, четко выраженное воспламенение состава со сгоранием частиц А1.
На основании этого результата и с учетом ранее сделанного замечания относительно ускоренной коррозии спая термопар мы делаем следущее предположение. Продукты низкотемпературного разложения смесей НА с органическими горючими при небольших добавках ТНТ способны устранять изолирующее действие пленки А1203 на поверхности частиц А1 и вызывать их интенсивное окисление еще на сравнительно низкотемпературной стадии разложения взрывчатой основы (в отличие от продуктов термического разложения типичных бризантных ВВ).
Проба 2 - "расходящимся" (или "дивергентным") детонационным импульсом
Эта проба в дополнение к методу определения минимального инициирующего заряда [1] содержит пьезокварцевый датчик давления "КвЙег", который регистрирует импульс давления в воздушной волне в точке на горизонтальной поверхности грунта, удаленной от центра испытуемого заряда на фиксированное расстояние Я. Испытуемый заряд массой 118 г засыпался (и слегка утрясался) в цилиндрический бумажный стакан (0 55 х 55 мм). Заряд располагался на стальной пластине-свидетеле и сверху закрывался стальным диском толщиной 20 мм, в центре торца которого располагался полусферический активный заряд (бустер) из смеси ТЭНа и 15% полиизобутилена плотностью 1.5 г/см3. Детонационная волна подводилась к бустеру по передаточному заряду того же состава, который запрессовывался без зазора в отверстие диаметром 2 мм, просверленное по оси стального диска. Ответная реакция определяется по степени
разрушения и деформации стальной пластины, на которой устанавливается испытуемый заряд, а также по регистрации динамики давления в воздушной волне на расстоянии Я = 1 м от центра взрыва. Значения массы бустера т, изменялись от 1.4 до 0 г и приведены у кривых зависимости Др(!) на рис. 2.
При сравнении результатов опытов обращает на себя внимание нестабильность импульсов дав-
Др, МПа
Рис. 2. Регистрации избыточного давления в воздухе при различных массах бустера (указаны в граммах у кривых).
ления р(г) воздушной волны, генерируемой взрывом испытуемого заряда при массе бустерного заряда в 1.4 г. Дополнительные исследования с измерениями давления с помощью углеродных датчиков давления, устанавливаемых в заряде на различных расстояниях от места приложения инициирующего детонационного импульса, показывают, что формирование детонационной волны в заряде модельного состава завершается на расстоянии более 55 мм. По-видимому, "замедленная" эволюция инициирующей ударной волны в заряде и эффективное дореагирование продуктов разложения являются причиной импульсов давления р(г), представленных на рис. 2 штриховой линией.
С понижением массы полусферического бустера стабильность воспроизведения зависимостей р от г (при фиксированных массах бустера) повышалась. При этом наблюдалось разрушение пластин-свидетелей, характерное для "детонационных нагрузок" даже при отсутствии полусферического бустера на конце детонационного транслятора диаметром 2 мм (т, = 0). В этом случае нельзя исключать возможности появления д
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.