炸药的性能.doc

随着科学技术和经济建设的发展，炸药已成为一种特殊的能源，其用途日益广泛，不仅消耗量逐年增加，而且对炸药的性能提出了新的要求。在制造炸药产品、改进炸药品种的过程中，只有通过性能的研究和测试，才能提供充分的数据，说明该炸药的引爆和爆轰性能是否满足使用要求，说明在生产、运输、储存和使用过程中是否安全可靠。研究炸药的性能对推动炸药品种和使用的发展，确保产品制造质量，起着极其重要的作用。

炸药的性能，一是决定于它的组成和结构，二是决定于它的加工工艺，三是决定于它的装药状态和使用条件。各种不同的炸药及其使用领域，对其性能有不同的要求。本章主要介绍炸药的密度、爆速、爆压、做功能力、猛度、殉爆距离、有毒气体产物等知识。 6.1 炸药的密度

密度是炸药，特别是实际使用的装药形式炸药的一个很重要的性质。机械力学性能、爆炸性能和起爆传爆性能等均与密度有密切的关系。 6.1.1 理论密度

对于爆炸化合物，理论密度指炸药纯物质的晶体密度，或称最大密度。 对于爆炸混合物，理论密度则取决于组成该混合炸药各原料的密度。定义混合炸药的理论密度等于各组分体积分数乘以各自密度的加权平均值，其表达式为：

TmiiVVm/iii （6-1）

i式中 T—炸药的理论密度；mi—第i组分的质量；Vi—第i组分的体积； i—第i组分的理论（或最大）密度

炸药的理论密度是指理论上炸药可能达到的最大装药密度。实际上所得到的炸药装药密度，不论采用何种装药工艺，均小于理论密度。 6.1.2 实际装药密度和空隙率

炸药装药中总存在一定的空隙，空隙率可由下式定义：

(10T)100% （6-2） 而装药的实际密度可由下式求得：

0mm(1)VViiiT(1) （6-3）

式中：0—装药的实际密度；—空隙率；V—装药的实际体积

例1、已知某炸药T=1.83gcm3，装药密度0=1.61~1.69gcm3，求其空隙率。 解：(10T)100%=12.7%~7.8%

例2、某混合炸药的组成及各组分的理论密度是： 梯恩梯 黑索今 铝 蜡 mi/g 30 45 20 5 i/gcm3 1.654 1.806 2.69 0.90 该炸药的装药密度是1.686gcm3,计算该炸药的理论密度和空隙率。 解：根据（6-1）式，知：TmVVmiiiii=100/56.045=1.784(gcm3)

i根据式（6-2）式，得：(10T)100%=(1－１.686/1.784)100%=5.49% 炸药的实际密度除决定于炸药品种外，还与它的加工工艺和装药条件有关。这主要是各固体组分的颗粒度及粒度分布、颗粒形式、表面情况、装药工艺及条件、附加物的作用及其它措施。例如，对于模压装药炸药，密度与装药条件有关，加载压力是首要因素；但在一定加载压力作用下，炸药的可塑性、流动性就起决定的作用，而这些往往受温度、颗粒情况、附加物等因素影响。表6-1列出了几种炸药的装药密度随加载压力而变化的情况。

表6-1 装药密度与加载压力的关系（室温） 炸药 钝化黑索今 某高分子粘结炸药 钝黑铝炸药 1000 1.650 1.699 1500 1.672 1.712 1.76 2000 1.681 1.722 1.77 2500 1.684 1.725 1.78 由表中数据可见，装药密度随加载压力增大而增加，最后分别趋近于它们的理论密度1.7224、1.780、1.850gcm3。

某高分子粘结炸药在2000kgcm2加载压力的模压条件下，药柱密度随药温变化的情况如表6-2所示。

表6-2 药柱密度与药温的关系

压药温度（℃） 装药密度（g/cm3） 20 40 50 60 70 1.7135 1.7224 1.7240 1.7246 1.7318

对于铸药炸药，熔融组分在冷却凝固过程中，晶核形成和晶体生长速度应有适当控制。精细结晶可以获得较高密度，而粗大结晶只能得到较小密度。其中固体组分的颗粒规正、表面圆滑、粒度及其级配合理，加入表面活性剂和晶形改性剂，以及采用真空浇铸、加压或振动凝固等措施时，均有利于提高装药密度。例如，黑索

今/梯恩梯65/35混合炸药，用普通浇铸法装药密度为1.658gcm3，用振动浇铸法密度为1.689 gcm3，而若用真空振动浇铸法装药时，密度可达1.730gcm3，此时的空隙率仅为1.13%。

对于主要用于军事目的的混合炸药装药，在知道它们的理论密度和实际密度后，为了判断装药的质量，也可以对此炸药的成型性能进行评价，常用比值来标志压装炸药的可压性。

与此相反，对于某些工业炸药或特种炸药，为了提高起爆感度或者降低爆轰性能参数，常通过向炸药内引入气体的办法来降低密度，例如在乳化炸药、浆状炸药、泡沫炸药内加入微气泡。 6.2 炸药的爆速

炸药的爆速是它的重要爆轰参数之一，也是它的重要性能指标。爆速是目前能准确测量的爆轰参数，而且它与其它性能，如爆轰压、猛度等密切相关，因此爆速是衡量炸药爆炸能力的重要指标之一。对爆速的研究和测试是炸药爆炸理论的重要内容。

经过第四章的学习已经知道：炸药爆轰过程是爆轰波沿炸药装药一层一层地进行自动传播的过程。从本质上讲，爆轰波就是沿炸药传播的强冲击波。爆轰波与一般冲击波的区别，主要在于爆轰波传播时炸药受到高温高压作用而产生高速爆轰化学反应，放出巨大能量，放出的部分能量又支持爆轰波对下一层未反应的炸药进行强烈冲击压缩，因而爆轰波可以不衰减地稳定地传播下去。在一定条件下，爆轰波以一定的速度进行传播。爆轰波在炸药中传播的速度叫做爆轰速度，简称爆速，其单位是ms1。

一般所说的爆速，就是在稳定条件下的爆速。文献和书刊中给出的爆速实测值，均为在一定条件下炸药稳定爆轰的爆速值。

单体炸药、猛炸药混合物炸药和某些混合炸药的爆速有较大的差异。由于单体炸药、猛炸药混合物炸药的极限直径较小，在一般使用条件下，其爆轰大多处于理想爆轰的状态，爆速的数值除装药密度之外，主要决定于炸药本身的结构和性质。对于混合炸药，特别是由较大比例的惰性添加剂组成的混合炸药，以及绝大部分工业炸药，它们的极限直径和临界直径都较大。在一般使用条件下，炸药装药或药包的直径大多处于极限直径以下、临界直径以上的范围。炸药的爆轰处于非理想爆轰状态，所以其爆速的影响因素比单体炸药要复杂得多。 6.2.1 炸药爆速的经验计算

在炸药爆轰参数的计算中，爆速和爆压是最重要的两个特性参数。炸药界除应用发展起来的状态的确方程和计算机技术对爆轰性能进行理论上全面和准确的预报外，还总结、研究了许多计算爆速和爆压的经验和半经验方法。这些经验计算方法快速有效，精度符合要求，为炸药合成、设计提供了得心应手的武器。

A、Kamlet公式

康姆莱特（Kamlet M J）等人根据BKW Ru by代码的计算结果和炸药爆速实验数据的分析，归纳出计算炸药爆速和爆压的简易经验公式。

康姆莱特认为炸药的爆速可以简化地归结为以下四个参数的关系上，即单位质量炸药的爆轰气体产物的摩尔数、爆轰气体产物的平均摩尔质量、爆轰反应的化学

能（爆热）和装药密度。前面三个参数直接决定于炸药的爆炸反应，炸药的爆炸反应是一个很复杂的反应，第二章虽已对不同氧平衡的炸药提出了一些经验估算方法，但每种方法均有很大局限性，只能进行近似估算。康姆莱特的进一步研究表明，虽然这三个参数均随着爆炸反应式的不同而有很大变化，但按用不同方法确定的反应式进行计算时，爆热高时气态产物的物质的量就小，爆热低时气态产物的物质的量就大，也就是说爆炸反应式对这三个参数的综合影响是不敏感的，他们称这种现象为缓冲平衡。康姆莱特提出的计算炸药爆速的经验公式是：

D0.706212(11.30) （6-4）

其中：NM12Q12

式中：D—密度为时炸药的爆速，kms1；—炸药装药密度，gcm3； N—每克炸药爆轰时生成气态产物的物质的量； M—气体爆轰产物的平均摩尔质量；—炸药的特性值 Q—每克炸药的爆炸化学能，即单位质量的最大爆热，Jg1；

在确定N、M、Q时，假设爆炸反应按最大放热原则（H2OCO2平衡）进行，即碳、氢、氧、氮炸药爆炸时，全部氮生成氮气，全部氢生成水，剩余的氧使碳生成二氧化碳；如氧不足以使全部碳氧化，则多余的碳以固体炭形式存在；如全部碳氧化后仍有氧剩余，则以氧气的形式存在。对于CaHbOcNd炸药的N、M、Q值的计算可按表6-3进行。

表6-3 N、M、Q的计算方法

参数 N（molg） 1炸 药 组 分 条 件 c2a0.5b b2c2d 4Mr4Mr b2c2d120.9b196.8aHofMr02a0.5bc0.5b b2c2d 4Mr56d88c8b b2c2d 0.5bc bd 2Mr2d28d32c bd M（gmol） 1Q10(Jg) 31120.9b196.8(c0.5b)HofMr1241.8cHofMr 注：表中Mr—炸药的摩尔质量；Hf—炸药的标准生成焓，kJmol。

1例3、奥克托今（C4H8O8N8）的Hf=75.1kJmol,以康姆莱特公式计算其装

药密度为1.817gcm3时的爆速。

解：Mr=296 氧平衡处于2a0.5bc0.5b的条件，按表6-3的计算公式得：

b2c2d82828==0.03378

4Mr429656d88c8b56888888 M===27.20

b2c2d82828 N=

Q=

120.9b196.8(c0.5b)HofMr103=

120.98196.8(80.58)75.13106181

296 NM12Q120.0337827.201261811213.851

D0.706212(11.30)0.706213.85112(11.301.817)8.836(kms1)

实测爆速为8.157kms1,误差达-6.39%。

Kamlet公式适用于装药密度大于1.0gcm3的碳、氢、氧、氮元素组成的炸药,爆速计算值与实验测试值之差一般不大于2%，但对于太安、硝基胍等及其混合炸药的计算误差较大。表6-4列举了部分炸药的计算结果，并与实验值进行了比较。

表6-4 用康姆莱特公式计算的爆速与实测值的比较 密度炸药名称 计算爆速(kms) 5.111 5.977 6.411 6.725 6.929 6.947 7.413 7.463 6．048 6．731 7．551 7．995 8．098 8．272 8．627 8．780 7.903 8.006 8.354 8.695 1实测爆速(kms) 5.100 6.040 6.457 6.640 6.940 6.932 7.581 7.400 5．980 6．750 7．440 8．089 8．060 8．180 8．660 8．750 7.657 7.794 7.980 8.600 1 (gcm3) 1.00 1.30 1.45 1.56 1.63 1.68 1.614 1.63 1．00 1．20 1．44 1．57 1．60 1．65 1．755 1．80 1.538 1.568 1.67 1.77 相对误差 (%) +0.2 -1.0 -0.7 +1.3 -0.2 +0.2 -2.2 +0.8 +1.1 -0.3 +1.5 -1.1 +0.5 +1.1 -0.4 +0.3 +3.0 +2.7 +4.7 +1.1 梯恩梯 9.896 特屈儿 11.483 黑索今 13．877 太安 13.932 奥克托今 苦味酸铵 三胺基三硝基苯 二胺基三硝基苯 乙烯二硝胺 三硝基苯 13.852 10.201 10.178 10.704 13.240 10.442 1.77 1.84 1.90 1.55 1.847 1.780 1.790 1.562 1.64 8.671 8.918 9.117 6.798 7.661 7.655 7.685 7.789 7.152 8.500 9.124 9.100 6.850 7.660 7.600 7.575 7.750 7.270 +2.0 -2.3 +0.2 -1.0 -0.0 +0.7 +1.5 +0.6 -1.6

B、氮当量和修正氮当量公式

计算炸药爆速的氮当量公式是我国炸药工作者国遇贤于是1964年提出的，公式的表达式如下：

D1.850N1.160(1)N （6-5） 式中：D—炸药的爆速；—炸药装药密度；N—炸药的氮当量

他认为，炸药的爆速除与装药密度有关外，还与爆轰产物的组成密切相关，为此可将爆速表示为产物组成特密度的函数，在爆轰产物中，取氮气对爆速的贡献为1，其它爆轰产物的贡献与氮气相比较的系数称为氮当量系数，它们的取值列于表6-5中。

表6-5 爆轰产物的氮当量系数

爆轰产物 氮当量系数 N2 1 H2O CO 0.54 0.78 CO2 1.35 O2 0.5 C 0.15 HF 0.577 CF4 1.507 H2 0.290 Cl2 0.876 炸药的氮当量以100克炸药为基准，将各种爆轰产物的物质的量与其氮当量系数乘积的总和称为氮当量。

爆轰产物的组成按下述规则确定：首先将分子中的氢氧化为水；然后碳再被氧化为一氧化碳，有多余的氧再将一氧化碳氧化为二氧化碳；若还有氧多余即以氧气状态存在，若不能将碳完全氧化为一氧化碳时，则出现固体炭。

后来有人将（6-5）式加以简化，给出氮当量表达式如下：

D1.850N1.160(1)N(0.6901.160)N （6-6） 其中：N100XiNi M 式中：M—炸药的摩尔质量，gcm3；Ni—第i种产物的氮当量系数 Xi—每摩尔炸药中第i种爆轰产物的物质的量；

用氮当量公式计算炸药的爆速时，只要知道炸药的元素组成和密度即可，因没有考虑分子结构对爆速的影响，精度较差。为了提高计算精度，张厚生等提出了炸药分子结构对爆速的影响，修正了公式，同时调整了氮当量系数，发展成修正氮当

量公式：

D(0.6901.16)N' （6-7） 其中：N'100(PNBkNBkGjNGj) iPiM式中：N'—炸药的修正当量；Pi—每摩尔炸药中第i种爆轰产物的物质的量； NPi—第i种爆轰产物的氮当量系数；NBk—第k种化学键的氮当量系数； Bk—第k种化学键在炸药分子中出现的次数；

Gj—第j种基团在炸药分子中出现的次数；

NGj—第j种基团的氮当量系数；M—炸药的摩尔质量。

修正的爆轰产物、化学键和基团的氮当量系数分别列于表6-6、6-7和6-8中。

表6-6 爆轰产物的修正氮当量系数(NPi)

爆轰产物 修正氮当量系数 爆轰产物 修正氮当量系数 N2 0．981 C 0．149 H2O 0．626 HF 0．612

CO 0．723 CO2 1．279 O2 0．553 CF4 1．630 H2 0．195 Cl2 1．194 表6-7 化学键的氮当量系数(NBk)

化学键 C—H C—C NBk -0.0124 0.0628 -1.0288 0.0101 0.0345 0.214 -0.1477 -0.0435 -0.0430 -0.1792 0.0090 0.0807

化学键 C＝N NBk -0.0077 -0.0128 -0.1106 -0.0578 0.0126 0.0139 -0.0023 0 0.0321 -0.0043 0 CN O—H N—H N—F N—O CC CC C＝C CC C—F C—Cl C—O C＝O C—N NO N＝O N—N N＝N NN 表6-8 基团的氮当量系数(NG)

j基团 NGj -0.0064 -0.0161 -0.2542 -0.1052 0.0065 基团 NGj 0.0470 0.0016 -0.0028 0.0022 0.0429 OHNH3 CNO2 NNO2 CONO2 NNO NN 例4、试应用氮当量公式和修正氮当量公式计算奥克托今C4H8O8N8在装药密度为1.817gcm3时的爆速。

解：爆轰反应式为：

C4H8O8N84N24H2O4CO

100100XNii296.16(440.5440.78)3.133 M按（6-6）式计算爆速为：

计算氮当量为：ND(0.6901160)N(0.6901.1601.87)3.133(1)=8.765kms1 实测爆速为8.88kms1，相对误差为-1.3%。 利用修正氮当量公式计算爆速，先计算修正氮当量：

PNikPi40.98140.62940.7239.332

8(0.0124)80.00908040.03210.1012 4(0.0028)0.0112

BNjBkGNGjN'100(PNiPiBkNBkGjNGj)296.16100[9.3320.012(0.0112)]3.181 296.16D(0.961.161.817)3.1818.901(kms1)

与实测爆速的相对误差为+0.23%。

例5、试计算硝基胍在装药密度为1.70gcm3时的爆速(用修正氮当量公式)。

解：爆轰反应式为：

CH4O2N42N22H2OC

修正氮当量为：PN20.98120.62610.1493.363 iPiBNkBk1(0.0077)20.009010.03212(0.0023)4(0.0578)0.19340.0028

GNjGjN'100[3.3630.19340.0028]3.043 104.07D(0.691.161.70)3.0438.100(kms1)

实测爆速的平均值为8.156kms1，相对误差为—0.69%

用修正氮当量公式计算了166种炸药的628个爆速数据,平均相对误差为 1.9% 。与Kamlet公式比较，它不仅具有简便、准确，不需要炸药的生成焓数据等优点外，还有能反映炸药分子结构的特点。表6-9列举了部分炸药的计算结果。

表6-9 用氮当量公式及修正氮当量公式计算的爆速

炸 药 梯恩梯 三硝基苯 苦味酸 二胺基三硝基苯 三胺基三硝基苯 特屈儿 硝基甲烷 四硝基甲烷 乙撑二硝胺 硝基胍 奥克托今 黑索今 环三甲撑三亚硝铵 太安 硝化甘油 重（三硝基乙基）硝胺 重（三硝基乙基）脲 六硝基芪 四硝基苯胺 六硝基苯 黑喜儿 氮当量公式 修正氮当量公式 密 度 实测爆速 计算爆速 差 值 计算爆速 差 值 g/cm） (km/s) (km/s) (%) (km/s) (%) 1.65 1.688 1.76 1.84 1.94 1.73 1.14 1.65 1.71 1.72 1.90 1.82 1.60 1.77 1.60 1.96 1.86 1.74 1.76 2.00 1.67 6.950 7.466 7.80 7.725 7.940 7.910 6.320 6.400 8.230 8.280 9.140 8.850 7.800 8.290 8.000 8.850 9.000 7.120 7.420 9.500 7.290 7.000 7.531 7.958 8.078 8.439 7.856 5.582 6.442 8.104 8.335 9.068 8.776 7.414 8.477 7.876 8.766 9.120 7.454 7.782 9.599 7.558 +0.6 +0.6 +2.0 +4.6 +6.3 -0.7 -7.4 +0.7 -1.5 +0.7 -0.8 -0.8 -4.9 +2.3 -1.6 -0.9 +1.4 +4.7 +4.9 +1.0 +5.7 7.065 7.362 7.582 7.863 8.189 7.769 6.048 6.542 8.331 8.171 9.179 8.885 8.002 8.482 7.825 8.821 8.895 7.380 7.599 9.259 7.358 +1.5 -1.4 -2.8 +1.8 +3.1 -1.8 -4.3 +2.2 +1.2 -1.3 +0.4 +0.4 +2.6 +2.3 -2.2 -0.3 -1.2 +3.7 +2.4 -2.5 +2.9 三硝基丁酸三硝基乙酯 吉纳 六亚硝基苯 1.78 1.67 1.901 8.450 8.000 8.620 8.668 7.965 8.819 +2.6 -0.4 +2.3 8.479 8.059 8.764 +0.3 +0.7 +1.7 C、法

我国炸药工作者吴雄发表了计算炸药爆轰参数的 法。在计算公式中，除了应用爆热和装药密度等基本参数外，还引入了势能因子和绝热参数，故称为法。此法既适用于单质炸药也适用于混合炸药爆轰参数的计算，计算结果与实测数据能很好地相吻合，具有较高的精度，得到国内外炸药界的重视和承认，其爆速的计算公式是：

D33.05Q12243.2 （6-8）

式中：D—爆速，(ms1)；Q—组分的爆热或特征热值，Jg1； —热能因子；—装药密度，gcm3

由（6-8）式可知，爆速由两项组成：一项为能量项33.05Q12 ，另一项为势能项243.2。爆热Q可由下式求得：

Q(niHiHf)M （6-9）

式中：ni—第i种产物的物质的量，mol；Hi—第i种产物的生成焓，Jmol1； Hf—炸药的生成焓，Jmol1；M — 炸药的摩尔质量，gmol1 热能因子可由爆轰产物的余容求得，因此（6-8）式也称为余容公式。 的计算式为：

nkMii （6-10）

式中ki—第i种产物的余容，其值可由表6-10查得。

表6-10 爆轰产物的余容值

爆轰产物 余容值 H2O CO2 250 600 N2 380 H2 214 O2 350 CH4 528 CO 390 C 46 计算爆热Q和热能因子时，都需要知道爆轰产物的组成。经过对炸药爆轰产物的理论计算和实验测定结果的分析和归纳，得到确定爆轰产物的经验方法，

CaHbOcNd系列炸药及添加剂的爆轰产物均按氧平衡状态确定，见表6-11所示：

表6-11 CaHbOcNd系列炸药及附加物的爆轰产物

氧平衡 正氧或零氧 类别 爆轰产物 c0.5b2a0 0.5dN20.5bH2OaCO2(0.5c0.25ba)O2 0.5dN20.43bH2O(0.5c0.25b)CO20.07bCO 微负氧 c0.5b2a0 0.035bCH4(a0.5c0.145b)C 0.5dN20.35bH2O(0.5c0.25b)CO20.15bCO 负氧 c0.5ba0 0.075bCH4(a0.5c0.025b)C 0.5dN20.54cH2O0.46cCO0.23cCH4 严重负氧 c0.5b0，ac (a0.69c)C(0.5bc)H2 严重负氧 c0.5b0,ac 0.5dN2aCO(ca)H2O(0.5bca)H2 例6、计算黑索今（C3H6O6N6）的爆速，装药密度为1.80gcm3。 解：根据表6-11，黑索今的爆轰反应式为：

C3H6O6N63N22.1H2O1.5CO20.9CO0.45CH40.15C

按（6-9）式得： Q(niHiHf)Mii=5790.7 (Jg1)

nk按（6-10）式得：M=3160.5/222.12=14.229

则D33.05(5790.7)12243.214.2291.808743.8(ms1) 实验值为8754 (ms1)，相对误差为-0.117%。

利用本法还可计算混合炸药的爆轰参数，混合炸药的Q和 可根据单个组分的

Qi和i按质量百分数加和法求出，即：

QxiQi （6-11）

xii （6-12）

式中：xi—i组分的质量百分数

不同炸药或附加物的Qi、i均可按其爆轰反应式（表6-11）进行计算，但计算比较繁琐，表6-12列出常用炸药及附加物的Q、 值。这样可很方便地计算出由内物质组成的混合炸药的爆速。

例7、计算黑索今/梯恩梯64/36炸药在装药密度为1.717gcm3时的爆速。 解：由表6-12查得： 黑索今：Q15785, 114.23

梯恩梯：Q24293, 212.05，则混合炸药的参数是：

Q57850.6442930.365247.9(Jg1)

14.230.6412.050.3613.45

D33.05(5247.9)12243.213.451.7178008(ms1)

实测爆速值为7990ms1，相对误差为+0.23%。

表6-12 炸药及附加物的Q、值 物质名称 梯恩梯 黑索今 奥克托今 乙撑二硝铵 苦味酸 三胺基三硝基苯 二胺基三硝基苯 特屈儿 太安 苦味酸铵 吉纳 三硝基苯 环三甲撑三亚硝胺 三硝基苯胺 重（二硝基丙基）硝胺 重（三硝基乙基）一脲 硝化甘油 硝基胍 元 素 组 成 C 7 3 4 2 6 6 6 7 5 6 4 6 3 6 6 5 3 1 H 5 6 8 6 3 6 5 5 8 6 8 3 6 4 10 6 5 4 N 3 6 8 4 3 6 5 5 4 4 4 3 6 4 6 8 3 4 O 6 6 8 4 7 6 6 8 12 7 8 6 3 6 10 13 9 2 Q (J/S) 4293 5785 5764 4849 4598 3655 4381 5238 6186 3696 5434 5292 4799 4252 5288 6191 6220 2658  12.05 14.23 14.23 14.53 12.63 12.78 12.64 12.78 13.8 13.0 14.3 12.29 14.37 12.47 13.9 13.65 13.57 15.42 硝基甲烷 硝化棉 三叠氮三硝基苯 六亚硝基苯 四硝基甲烷 硝酸铵 重（三硝基乙基）一硝胺 硝酸肼 肼 铝 石墨 邻苯二甲酸酯 硬脂酸 聚醋酸乙烯酯 尼龙6/66 蜡 聚甲基丙烯酸甲酯 油类 聚异丁烯 聚苯乙烯 维通A 氟橡胶Kel—F 聚乙烯醇硝酸酯 聚氨酯 聚乙烯醇缩丁醛 1 6 6 6 1 0 4 0 0 - 1 24 18 4 18 N 5 4 8 5 8 2 5.14 9 3 7 0 0 0 4 4 5 4 - 0 38 36 6 33 2n+2 8 8 8 3.5 2 3 7.5 19 1 2.25 12 6 4 2 8 3 2 - 0 0 0 0 3 0 0 0 F6.5 F11 1 0.19 0 2 9.5 6 6 8 3 14 3 0 - 0 4 2 2 3 2 0 0 0 Cl3 3 1.76 2 5049 4076 6496 6575 单质2183 混合6659 单质1484 混合3315 单质5421 混合6855 单质3724 混合4494 2968 155 0 -238 -2516 -1517 -1317 -2980 -1722 -1672 -2980 1154 3344 2090 5225 1534 694 14.72 13.4 13.3 12.94 12.29 12.29 13.18 14.8 13.19 13.19 16.87 17.0 24.0 -1.0 3.83 15.2 17.79 14.0 16.2 18.6 14.64 18.5 18.5 16.93 9.0 8.0 13.72 13.9 15.53. D、混合炸药爆速的体积加和公式

前面介绍的公式主要适用于单体炸药爆速的计算。当计算混合炸药的爆速时，可将其看作同样分子式的单体炸药处理，不过前述Kamlet公式和氮当量公式，只适用于由猛炸药组成的混合炸药，不适用于含较多惰性附加物或金属粉的混合炸药。目前广泛使用的混合炸药大多含有惰性附加物或金属粉，如高聚物炸药、含铝炸药等等，找出用于计算这类混合炸药爆速的方法具有现实意义。

尤瑞泽(Urizav)提出混合炸药的爆速可用各组分的爆速或传爆速度与其体积分数的乘积加和得到，即：

DDii （6-13） 其中：iVi Vi式中：Di—组分的特征爆速, ms1；i—组分的体积分数；

Vi—组分的体积cm3；Vi—混合炸药的总体积，cm3

需要说明的是，若混合炸药的装药密度小于理论密度，即炸药中含有空隙时，可将空气也看作是混合炸药的一个组分，只计算其体积，而忽略其质量。

当混合炸药处于理论密度时，炸药中不存有空隙，完全的各组分物质组成，其爆速加和公式可写为：

DTDii （6-14） 式中i只包括凝聚物质组分。

当混合炸药处于任意密度时，可看作由炸药物质与空气组成，其爆速加和公式为：

DDDT(i) （6-15） 式中：D、—分别为空气的特征速度和体积分数；

DT、(i)—分别为混合炸药在理论密度时的爆速和体积分数。

根据（6-2）式，知：()1，将其代入（6-15）式，得： TDD(1)DT （6-16） TT1DT ，则： 4取空气的传播速度，DD13DTDT （6-17） 44T可见，计算混合炸药的爆速，必须先计算理论密度的最大爆速，再计算装药密

度条件下的爆速。为应用方便，将混合炸药爆速的计算公式归纳如下：

D0.25DT0.75DT/TMD

DTDVViiii

（6-18）

TmVi

Vimii

式中：D—混合炸药在密度为 时的爆速，ms1； DT—混合炸药在理论密度T时的爆速，ms1；

Di—i组分在理论密度进的特征速度，ms1； Vi—i组分在理论密度时占有的体积，cm3 mi—i组分的质量，g

部分炸药或附加物的理论密度和特征爆速列于表6-13中。

表6-13 部分炸药或附加物的理论密度及特征爆速 炸药或附加物 梯恩梯 黑索今 特屈儿 奥克托今 太安 硝基胍 吉纳 硝化甘油 硝化棉 重（三硝基乙基）一硝胺 地恩梯 聚乙烯 聚苯乙烯 硅橡胶 聚醋酸乙烯酯 理论密度 特征爆速 （g/cm） (m/s) 1.65 1.81 1.73 1.90 1.77 1.72 1.67 1.59 1.50 1.96 1.52 0.93 1.05 1.05 1.17 6970 8800 7660 9150 8280 7740 7708 8000 6700 8850 6200 5550 5280 5720 5400 炸药或附加物 Kel-F弹性体 维通A 硅酮树脂 聚四氟乙烯 石蜡 蜂蜡 硬脂酸 Kel-F蜡 铝粉 煤粉 硝酸钡 高氯酸钾 高氯酸铵 水 空气 理论密度 (g/cm) 1.85 1.82 1.05 2.15 0.90 0.96 0.87 1.78 2.70 1.74 2.64 2.52 1.95 1.0 特征爆速 (m/s) 5380 5390 5100 5330 5400 5460 5400 5620 6850 7200 6070 5470 6250 5400 1500 例8、计算钝黑铝炸药在装药密度为1.77gcm3时的爆速。已知钝黑铝炸药的组成为：黑索今/石蜡/铝76/4/20，即100克炸药中有黑索今76克、石蜡4克、铝粉20克。

解：按（6-18）式依次计算得：

76 V142.00(cm3)

1.814 V24.44(cm3)

0.9207.41(cm3) V32.7 TmVii 1001.857(gcm3)

42.004.447.41880042.0054004.4468507.418251(ms1)

42.004.447.41 DTDVViii D0.25DT0.75DT1.778251(0.250.75)7961(ms1) T1.857实测爆速为8089ms1，相对误差为-1.6% 6.2.2 炸药爆速的实验测定

A、导爆索法（Dautriche法）

这种测试炸药爆速的方法是有道特里什首先提出来的，是最古老的一种测量爆速的方法。本方法是用已知爆速的导爆索测定炸药的爆速。该方法的试验装置见图6-1所示。

当炸药由雷管引爆后，爆轰波传至A点时，引爆导爆索的一端，同时继续沿炸药药卷传播，当到达B点时，导爆索的另一端也被引爆。在某一时刻，导爆索中沿两个方向传播的爆轰波相遇于N，在铝板或铅板记录爆轰波相遇时碰撞的痕迹。根据爆轰波相遇时所用的时间相等的原理可算得炸药的爆速。 t1t2Lab/DtBNtANLab/D(BML)/L(AML)/DC, BMAMDLabDC/L

B、测时仪法

这种方法的基本原理是利用炸药爆轰时爆轰波阵面的电离导电特性或压力突变，测定爆轰波依次通过药柱内（或外）各探针所需的时间从而求得平均爆速。这种方法的优点是操作简单方便、精确度高、受试药卷不需要很长、且测定的数据可以用数字显示，必要时还可以与计算机联用，因此在生产检测和科研工作中被广泛应用。测试仪记时测量法的基本工作原理如图6-2所示。

实验采用的是“断—通”方式：在爆轰波未传到探针位置前，探针处于“断”的状态；在爆轰波传到探针位置A点的瞬间，爆轰产物被电离而使探针处于“通”的状态，爆速仪触发一个电信号，爆轰波到达B点再触发一个电信号，这样电子测时仪就记录了爆轰波通过A、B两点的时间t，于是可求出AB段的平均爆速。

C、高速摄影法 或称光学法。采用高速摄影仪将爆轰波阵面发出的光拍摄记录，得到爆轰波传播的距离-时间扫描曲线，再利用工具显微镜或其它仪器测出曲线上各点（即爆轰波通过装药任一断面）的瞬时速度（D(t)ds(t)/dt），或用分幅照相法测量爆轰波通过药柱的平均爆速。此法可测出爆速变化的过程，其原理图如图6-3所示。

6.3 炸药的爆轰压

与爆速一样，炸药的爆轰压也是重要的爆轰参数之一，它是炸药的重要性能指标。爆轰压力常简称爆压。由第四章爆轰波Z-N-D模型揭示的爆轰波结构可以知道，爆压是指爆轰波反应区终了时的C-J面上的压力。C-J面后的爆轰产物等熵膨胀，压力逐渐降低，因此爆压PCJ低于前沿冲击波压力，又显著高于尾随的产物膨胀压力。炸药的爆压与猛度密切相关。在应用时，爆压的大小决定着与其直接接触的介质的破坏情况。

6.3.1 爆压的简化计算方法

根据爆轰理论，应用质量、动量和能量守恒方程，并应用C-J条件、爆轰产物的状态方程，可以通过理论方法计算得到凝聚炸药的爆压及其它爆轰参数。采用经验

的或半经验的状态方程，加上现代计算机技术可以得到较为精确的解，然而计算时需要使用大型电子计算机编制相当复杂的计算程序。为此在工程设计和应用方面，往往采用经验公式对炸药的爆压进行估算，使过程极为简单，而计算结果具有一定的精确度，能满足工程设计和应用方面的要求。

A、Kamlet经验公式

Kamlet公式除在本章前节已经介绍的用于爆速经验计算外，还可用于爆压的计算。根据大量计算结果，采用本法得到的计算值与实际测量值之间的相对偏差，大部分在5%以内，因而适合于工程计算。Kamlet爆压经验公式为：

Pd7.6171082 （6-19）

其中：NM1/2Q1/2

式中：Pd—炸药的C-J爆压，Pa；—装药密度，gcm3

例9、计算梯恩梯/黑索金50/50炸药在装药密度为1.60gcm3时的爆压。 解：1000g该炸药由2.20mol梯恩梯和2.25mol黑索今组成，其分子式为：

C22.18H24.53O26.73N20.12，查表知TNT和RDX的生成热为： QTNT73.22103Jmol1，QRDX65.44103Jmol1

则该炸药的生成热（定压）为：

Qf2.2073.221032.25(65.44103)13.84103(Jmol1) 按表6-3中各式计算得：

226.73220.1224.53N0.0296

4822.18424.536426.735620.128826.735620.12824.53M27.77

226.73220.1224.53[120.924.53196.8(26.730.524.53)13.84]103Q5.798103(Jg1)

1222.1824.531626.731420.12则：NM1/2Q1/20.029627.771/2(5/798103)1/211.877 按（6-19）式计算得：

Pd7.61710811.8771.622.3161010Pa

对于含有惰性附加物的混合炸药，惰性附加物主要起顿感作用或粘结作用，不直接参与爆轰反应，因此对爆压无贡献。铝粉等物质在爆炸过程中虽然参加化学反应，但这种反应是二次反应，放出的热量无法提供到爆轰波上来，因而对爆压不起作用。为此，计算混合炸药的爆压时，可以不考虑惰性附加物和铝粉等物质的影响。

采用Kamlet经验公式对混合炸药的爆压进行计算时，混合炸药的值为参加爆轰反应（不包括二次反应）各组分值的质量分数加和，即：

ii （6-20）

式中：i—混合炸药中参加一次爆轰反应的i组分的值； i—上述i组分的质量分数

例10、计算钝黑铝炸药（由黑索今/钝感剂/铝76/4/20组成）在装药密度为1.77gcm3时的爆压。

解：查表6-4得： 13.877

Pd7.617108(13.87776%)1.7722.5171010(Pa)

用Kamlet经验公式计算的几种常用炸药的爆压与实测值的比较列如表6-14中。

表6-14 用Kamlet公式计算的爆压 炸药名称 梯恩梯 黑索今 梯恩梯/黑索今40/60 特屈儿 太安(1)  9.896 13.877 12.285 11.483 13.932 装药密度(gcm) 1.634 1.765 1.718 1.714 1.575 3Pd计算值10(10Pa) 2.012 3.293 2.783 2.565 3.175 Pd测定值10(10Pa) 1.908 3.263 2.915 2.679 3.005 相对误差(%) +5.2 +0.9 -4.6 -4.4 +5.7 (1)约含3%的惰性附加剂。

比须指出，用Kamlet 公式计算C、H、O、N炸药的爆压时，装药密度应大于

1.0gcm3，对于临界直径很小的高密度炸药，其计算值更为准确。

B、氮当量和修正氮当量公式

1978年我国炸药工作者张厚生提出了爆压计算的氮当量公式和修正氮当量公式：

2Pd1.092(N)0.574 （6-21） 2Pd1.106(N')0.840 （6-22）

式中：Pd—炸药的爆压，GPa；N—炸药的氮当量； N'—炸药的修正氮当量

例11、用氮当量公式和修正氮当量公式计算奥克托今在装药密度为1.817gcm3时的爆压。

解：爆炸反应式：C4H8O8N84N24H2O4CO 计算得氮当量为：N3.133

计算得修正氮当量为：N'3.171 按（6-21）式计算的爆压为：

22Pd1.092(N)0.5741.092(1.8173.133)0.57434.814GPa

按（6-22）式计算的爆压为：

22Pd1.106(0N')0.841.106(1.8173.171)0.8435.876GPa

实测爆压值分别为35.22GPa和36.27GPa。 C、法

根据爆轰理论，由法确定的爆压计算式为：

PdD21061 （6-23）

0(1e0.546) （6-24）

0nn(i （6-25）

i)0,i式中：Pd—爆压，GPa；D—由（6-8）式确定的爆速；—绝热指数； —定压热容与定容热容的比热（CP/CV）； 0,i—i产物的物质的量

表6-15 爆轰产物的0,i值

爆轰产物 N2 3.8 H2O 1.68 CO2 3.1 CO 2.67 CH4 2.93 O2 3.35 H2 3.4 C(固) 3.5 0,i

例12、计算黑索今炸药（C3H6O6N6）在装药密度为1.80gcm3时的爆压。 解：根据表6-11，黑索今的爆炸反应式为：

C3H6O6N63N22.1H2O1.5CO20.9CO0.45CH40.15C

D8743.8ms1

0nini0i8.12.65 3.0561.252.651e0.5461.82.91

1.088743.8106P35.71GPa

2.911爆压的实测值为34.7GPa。

利用法还可以计算混合炸药的爆压，但与计算爆速一样，需要知道混合炸药的0值以及Q、（或爆速）值。其中0值可由下式方便地计算得到：

xiniMi0 （6-26）

nixiM0i0ii2式中：xi—混合炸药中i组分的质量百分数；Mi—混合炸药中i组分的摩尔质量 6.3.2 炸药爆压的实验测定

炸药爆轰时C-J面上的压力Pd使其爆轰性能的重要示性数，它的精确确定将为检验爆轰理论提供依据，因而具有强烈的破坏作用，故实验测定时在技术上遇到了

困难。直到20世纪50年代开始才逐渐建立了测定炸药爆压的实验方法。目前测定爆压比较成熟的方法有自由表面速度法、水箱法和电磁法三种。自由表面速度法是测定炸药爆炸作用下金属板的自由表面速度，然后反推出炸药的爆压；水箱法是测定炸药在水中爆炸后所形成的初始冲击波的速度，然后反推出炸药的爆压；电磁法是直接测定爆轰产物的质点速度，再用以计算炸药的爆压。

A、自由表面速度法 基本原理：自由表面速度法的实验装置如图6-4所示。在被测炸药柱上端放置平面波发生器，被测炸药柱下端放置金属板。当一维平面爆轰波沿药柱末端与金属板3的交界面上时，形成两个相反方向的冲击波，即传入金属板中的冲击波和向产物发射的冲击波。

测定金属板自由表面速度的装置和方法有多种，如电探针法、光探针法和激光干涉法等。表6-16给出了用自由表面速度法测定的几种炸药的爆压。

表6-16 用自由表面速度法测定的几种炸药的爆压

被 测 炸 药 炸药密度0（gcm3） 炸药爆速D(ms1) 金属板密度( gcm3) 自由表面速度( ms1黑 今 索 1.767 8639 2.788 3693 3.379 梯 恩 梯 1.637 6942 2.790 2462 1.891 黑今索/梯恩梯 1.713 8018 2.791 3379 2.922 ) 炸药爆压Pd(×1010Pa) B、水箱法

基本原理：水箱法的基本原理与自由表面速度法相似，不同的是水箱法是通过测定炸药爆炸后所形成的水中冲击波参数来求得爆压。

对于炸药—水体系，由冲击波阻抗公式可以得到下列方程：

1PduW(W,0DW0D) （6-27）

2式中：uW—水在冲击波通过后的质点速度；

W,0—水的初始密度，在标准状态下取1gcm3；DW—水中的冲击波速度 根据莱斯（Rice）和沃尔什（Walsh）的实验测定，当水中冲击波压力PW<45Gpa时，DW和uW有以下关系：

DW=1.483＋25.036lg(1uWe) （6-28） 5.19由此可知，只要测得炸药在水中爆炸后所形成的冲击波初始速度DW，可按(6-28)式计算水的质点速度uW；将DW、uW以及炸药的爆速D代入（6-27）式，即可求得被测炸药的爆压。 实验装置与方法：水箱法测爆压的实验装置如图6-5所示，其功能实为测定水中爆炸冲击波的初始速度。

在透明的水箱中充以蒸馏水，被测药柱爆炸后，当爆轰波到达与水相接触的药柱端面时，向水中传入冲击波，并在水中逐层传播。冲击波所到之处，水层突然受到压缩，水的密度增大，该层水的透明度降低。这样，随着冲击波的传播，在水中就显示出一个暗层从药柱顶端向水深部移动。为了使暗层的轨迹能用照相机记录下来，在照相机视线方向上水箱的另一侧设置一个与被测药柱爆炸同步的爆炸光源。当被测药柱爆炸时，光源药柱同时爆炸，后者爆炸形成的冲击波冲击氩气发出强光，而水中移动着的暗层蔽住亮光，这样在胶片上就记录下一个暗层移动的轨迹。表6-17列出了水箱法测得的几种炸药的爆压值。表6-18列出了水箱法与自由表面速度法测得的梯恩梯爆压值，为了便于比较，表中第4列将测试值换算到同一密度的爆压，

2换算公式为P由表中数据可见两种方法所测的梯恩梯爆压基本一致。 1/P2(1/2)。

表6-17 水箱法测得的几种炸药的爆压值

炸 药 梯恩梯 梯恩梯 黑索今 奥克托今 黑索今/梯恩梯（65/35）

表6-18 水箱法与自由表面速度法所测爆压结果比较 炸 药 梯恩梯 梯恩梯 梯恩梯 梯恩梯 密 度 实 测 爆 压 (GPa) 18.86±0.28 18.5 19.08 18.91 相同密度下的爆压 密 度 爆 速 爆 压 0(gcm3) 1.587 1.638 1.700 1.751 1.708 D(ms1) 6827 6920 8415 8542 7909 Pd(GPa) 18.86±0.28 20.1 29.39±0.68 32.46 28.57±0.74 0(gcm3) 1.587 1.587 1.634 1.637 01.587gcm3 18.9±0.3 18.5 18.0 17.8 试 验 方 法 水箱法 水箱法 自由表面法 自由表面法 水箱法是一种比较简单易行的方法，且试验结果可靠，重复性较好，精度约2%。该法试验药量小，这对于新炸药配方研究很有利。近年来，由于采用透镜获得了平行光光源，使扫描照相底片清晰度大大提高，从而提高了水箱法的测量精度。

水箱法的主要问题是水的动力阻抗与炸药的动力阻抗差别较大，因而阻抗失配

现象较严重。要解决这个问题，必须用其它透明液体代替水，使阻抗达到匹配。研究表明，用二碘甲烷溶液代替水，可以达到阻抗匹配。

C、电磁法

基本原理：电磁法是将金属箔框行传感器直接嵌入炸药柱内，药柱爆轰时，铝箔框作切割磁力线运动，由电磁感应产生感生电动势，直接测量得到爆轰产物质点运动速度，然后利用动量守恒定律求算被测炸药爆压的方法。由动量守恒定律知：

Pd0Du （6-29）

可以看出，只要能测量出爆轰产物C-J面的质点速度u、炸药的爆速D，炸药的爆压就可由（6-29）式直接得到。

炸药的爆速是很容易准确测得的，爆轰产物C-J面的质点速度可根据法拉第电磁感应定律测定。

由法拉第电磁感应定律得知，当金属导体在磁场中切割磁力线运动时，在与导体两端相连接的电路中会产生感应电动势，电动势的大小由下面公式确定：

BLv （6-30）

式中：—感应电动势，V；B—磁感应强度，T；

L—切割磁力线部分导体的长度，m；v—导体的运动速度，ms1。

如果将厚度为0.01～0.03mm的金属箔做成框形传感器并嵌入炸药柱内，再将试验样品放在均匀磁场中（互相垂直方向），则当爆轰波传播到传感器时，框形传感器就和产物质点一起运动。由于传感器的质量很小，所以它的惯性也小，可以假设传感器的运动速度v和C-J面上的产物质量速度u相等，即：vu，代入（6-30）式，便得到：uPd0DBL ，再代入（6-29）式，就可得到计算被测炸药爆压的公式：

（6-31） BL可见，用电磁法测爆压的关键是测定感应电动势。

实验装置与方法：电磁法的实验装置如图6-6所示。框形传感器的关键元件，通常用厚度为0.01～0.03mm的铝箔剪成1～5mm宽的条，再折成框底边宽5～10mm的传感器，嵌在炸药中，使框底与药柱端面平行，框平面与磁场方向垂直，铝箔引线由电缆连接到高压示波器。



雷管起爆后，通过平面波发生器向被测炸药中传入平面爆轰波，当稳定的平面爆轰波到达型铝箔框时，框底立即获得与爆轰产物质点相同的运动速度，并与爆轰产物一起运动，由于铝框底作切割磁力线方向的运动，因而在回路中产生一个感生电动势，通过电缆传输到示波器，由示波器记录下电动势波形。典型的感应电动势波形如图6-7所示，波形最高点相应于铝箔以化学反应区末端面处爆轰产物质点速度运动时所产生的电动势。

表6-19列出了用电磁法测得的几种炸药的产物质点速度和爆压，为了进行比较，表中最右一列列出自由表面速度法的结果。

表6-19 用电磁法测得的几种炸药的产物质点速度和爆压 炸 药 梯恩梯 梯恩梯 梯恩梯 梯恩梯 梯恩梯 黑索今/梯恩梯（50/50） 密 度 质点速度u 爆压 P (GPa) 20.272 18573 16.389 12.522 6.732 26.090 自由表面速度法u 0(gcm3) 1.60 1.55 1.47 1.31 1.00 1.68 (ms1) 1810 1770 1710 1580 1320 2030 (ms1) 1840 1800 1730 1590 1300 2070 由表中数据可见，用电磁法测得的质点速度与用自由表面速度法测得的结果基本一致，从统计结果分析，电磁法所测结果你自由表面速度法约偏底1.7%。

D、锰铜压力计法

直接测量爆轰压或测量与炸药接触的金属板中的冲击波压力再反推爆轰压。这是一种较新的测量方法。

此外，可用平板炸坑试验测量板坑深度估算爆轰压。用不同方法或不同装置测得的爆压值差别约为10%~20%。

6.4 炸药的作功能力 6.4.1 一般概念

炸药在爆炸时生成的高温高压爆炸产物，在对外膨胀时压缩周围的介质，从而使与其接触后邻近的物体产生变形、破坏和飞散。这种作用主要是爆轰产物直接作用。当物体远离炸点时，爆轰产物本身的直接破坏作用就不明显了。当炸药在空气或水等介质中爆炸时，由于爆轰产物的膨胀，压缩周围介质，在周围介质中形成冲击波，冲击波在这些介质中传播可以对较远距离的物体产生破坏作用。由此可见，炸药爆炸时对周围物体的作用，不仅表现在与炸点相近的距离上，而且还表现在远离炸点的一定距离上。

炸药爆炸时对周围物体的各种机械作用统称为炸药的爆炸作用。炸药的爆炸作用形式是多方面的，例如将一个炸药包埋在土壤中进行爆炸，其爆炸作用形式主要有：

①与炸药包直接接触的介质（外壳和土、岩）的变形和粉碎；

②与炸药不直接接触，但与炸药相距不远的介质（土、岩）的压缩、变形、破碎和松动；

③部分土壤被抛出并形成抛射漏斗坑（炸药离地表距离不太大时）； ④在土壤中产生弹性波（地震波）；

⑤空气冲击波的产生和传播（炸药离地面不太远时）。 因此，炸药爆炸作功的形式也是多种多样的。

所有爆炸产生的功之总和叫做总功，总功只是炸药总能量的一部分，称为炸药的作功能力，又称为炸药的威力。炸药的作功能力是评价炸药性能的一个重要参数，如下式所示：

A=A1＋A2＋A3＋……＋An= （6-32） 式中：A—炸药的作功能力；

A1、A2、A3、……、An—各项爆炸作用所作的功；—作功效率；

—炸药爆炸总能量

当爆炸条件改变时，其总功一般变化不大，但各种不同形式的功可能有很大改变。为了充分利用炸药的能量，总是希望所需要的有用功占尽可能大的比例，这需要创造合适的条件，也是炸药应用研究中需要解决的问题。 6.4.2 作功能力的理论表达式

与爆轰条件过程一样，炸药爆炸作功的过程也是极其迅速的，因此可以假设炸药爆轰生成的高温高压气体进行绝热膨胀作功。根据热力学第一定律：系统内能的

减少等于系统放出的热能和系统对外所做的功。其数学表达式为：

dU=dQ＋dA （6-33） 式中：dU—系统内能的减少量；dQ—系统放出的热量；dA—系统所作的功。

根据上述假设，爆轰产物的膨胀过程是绝热的，故dQ=0，则上式可写为：

dU=dA=CVdT （6-34）

产物由Td膨胀到T所作的功，即上式对温度的积分：

ACVdTCV(TdT)CVTd(1TdTT) （6-35） Td上式中：Td—爆温，K；T—产物膨胀终了时的温度，K；

CV—爆轰产物的平均定容热容。 又因为爆热有以下关系式：

QVCV(TdT0)CVTdCVT0 （6-36） 上式中：T0—标准条件下的温度，K

而对于一般凝聚炸药，通常有：CVT0/CCVVTd3%～5%，则可以近似取：

T0 QV （6-37）

T） （6-38） Td所以（6-34）式可写成：A= Qv（1－

当具体计算炸药膨胀过程所作的功时，终了温度T很难确定，所以常用膨胀时体积和压力的变化代替温度的变化。爆炸产物的膨胀过程一般可以认为是等熵绝热膨胀过程，压力和体积有以下关系：

V=常数 （6-39） 式中：—等熵指数

设产物性质符合理想气体，则可得：

VTT=（d）1或 =（）TdTddV1

上式中：d、—分别为爆轰产物初态、终态的压力；

Vd、V—分别为爆轰产物初态、终态的体积

则（6-34）式可以写成：

TPACVTd(1)CVTd[1()TdPdPAQV[1()PdAQV[1(11]CVTd[1(Vd1)] （6-40） V]QV （6-41）

Vd1)]QV （6-42） V为了进行各种炸药作功能力的比较，确定以P为1.0.13×105Pa(1atm)时的A值作为理论作功能力。其物理意义是炸药的爆炸产物在绝热条件下膨胀到1.013×105Pa压力时所做的最大功。利用（6-41）式计算得到的几种炸药的理论作功能力A值列于表6-20中。

表6-20 几种炸药的理论作功能力

密度0 爆热Qv 炸 药 硝酸铵 梯恩梯 梯恩梯 黑索金 黑索金 硝酸铵/梯恩梯(79/21) 太 安 硝酸铵/铝(80/20) 硝化甘油 g.cm3 (kJ.kg1) 0.9 0.9 1.5 1.0 1.6 1.0 1.6 1.0 1.6 1590 3473 4226 5314 5440 4310 5690 6611 6192  1.30 1.24 1.23 1.25 1.25 1.24 1.215 1.16 1.19 作功效率 作功能力A % 86.2 82.5 83.3 84.5 86.6 83.7 82.7 72.4 79.7 kJ.kg1 1373 2877 3528 4494 4710 3570 4725 4788 4956 A/ATNT Qv/QTNT 0.39 0.82 1.00 1.28 1.34 1.01 1.34 1.36 1.40 0.38 0.82 1.00 1.26 1.29 1.02 1.35 1.56 1.47 综合以上分析可见，爆热是决定炸药作功能力的最基本因素，因此提高爆热是提高炸药作功能力最有效的措施，另外作功能力还与产物的膨胀能力及等熵指数有关。很显然，炸药的爆热越大，爆炸产物膨胀比越大，则作功能力越大；当爆热和产物的膨胀程度相同时，则等熵指数越大，作功能力也越大。图6-8为不同等熵指数时作功效率与膨胀程度的关系。

因1R，产物的CV越小，K值越大，则作功效率越大。产物的热容与成分CV有关，一般气体分子中原子个数越多，其定容热容值越大，如二原子气体（CO、N2、

H2、O2）比三原子气体（CO2、H2O）定容热容值约小50%左右。如果爆炸产物中

有凝聚相产物，如C(固)、Al2O3、NaCl等，则等熵指数较小，因此这种炸药的作功效率较低。

炸药的爆热和爆炸产物组成决定于炸药的氧平衡，因而炸药的作功能力与氧平衡有密切的关系。当炸药为零氧平衡时，爆热大；当轻微负氧时，产物中双原子气体分子增多，这两种情况炸药作功能力均较大。图6-9为不同氧平衡时炸药作功能力的实验值，作功能力以梯恩梯为100表示。

由表6-20的数据还可以看出，对于大部分炸药，相对作功能力（A/ATNT）与相对爆热（Qv/QTNT）的值基本上是一致的，但对于正氧平衡的硝化甘油和含铝炸药，其相对作功能力比相对爆热小的多，主要是这两种炸药的等熵指数较小。

表中所列的作功效率是根据理想气体膨胀规律算出的，实际上炸药的作功效率要比这一数值小得多，而相对作功能力却变化不大。为了相对比较各种这一的爆炸作用，可以按理想气体计算的相对作功能力进行衡量和评判。 6.4.3 作功能力的实验测定方法

A、铅法

此法为澳大利亚特劳茨（Trauta）提出，后来确定为测定炸药作功能力的国际标准方法，因此有称特劳茨实验法。铅法是目前最简单、最常用的作功能力实验方法。其原理是以一定量的炸药在铅中央内孔中爆炸，爆炸产物膨胀将内孔扩张，按孔爆炸前后体积的增量作为判断和比较炸药作功能力的尺度。铅为圆柱体，用高纯度铅浇铸而成，直径200mm、高200mm，中央有一直径25mm、深125mm的圆柱内孔。铅法实验见图6-10所示。

实验时将装备好的炸药试样准确称取100.01g，放在用锡箔卷成的圆柱筒（直径24mm）内，装上雷管后放入铅的内孔中，孔中剩下的空隙用一定颗粒度的干燥石英砂填满，以减少炸药产物向外飞散。

炸药在铅中爆炸时，产物对内孔铅壁剧烈地进行压缩，产生冲击波，然后产物膨胀。爆炸的能量使铅发生塑性变形，并使圆柱内孔扩大成梨形大孔。爆炸能量主要消耗在铅的压缩变形上，对周围介质空气作的功可以忽略不计。测量爆炸前后铅孔的体积差，用此值表示炸药的作功能力。显然，体积差越大，炸药的作功能力越大。铅扩张实验值的计算式如下：

VV2V1 （6-43）

式中：V—铅扩张实验值，ml；V1—爆炸前铅孔的容积，ml； V2—爆炸前铅孔的容积，ml

实验规定在15 C下进行，如果实验在其他温度下进行，由于铅的硬度和强度不同会造成偏差，应将测定结果按（6-44）式和表6-21进行修正。

VL(1VA)V （6-44）

式中VL—炸药的作功能力（铅扩张值），ml；VA—铅扩张值修正量； V—铅扩张实验值，ml

表6-21 铅

温度t （C） 修正量VA (%) 扩张实验值的修正量

修正量VA (%) 温度t （C） 修正量VA (%) 温度t （C） -30 -25 -20 -15 -10 +18 +16 +14 +12 +10 -5 0 5 8 10 +7 +5 +3.5 +2.5 +2.0 15 20 25 30 0.0 -2.0 -4.0 -6.0 引爆用的雷管也参与了扩孔的作用，因此也要予以修正。雷管扩孔值的修正，可以用上述实验方法做一空白实验，引爆不带炸药试样的雷管，然后测其扩孔值。扩张值是用于判断和比较炸药的作功能力的，若仅用作比较，则采用同样的标准雷管实验时，可以不进行雷管的修正。常用炸药的铅壔扩张值见表6-22。

表6-22 常用炸药的铅炸药名称 扩张值 药名称 VL(ml) 285 340 480~495 486 490~525 515~550 420 315 305 400 240 280 408 325 180 195 270 350 炸VL(ml) 475 370 333 388~390 365~368 315~353 300~316 435 500 565 506 460 350 480 390 295 400 554 梯恩梯 特屈儿 黑索今 奥克托今 太安 硝化甘油 硝化棉 苦味酸 硝基胍 硝基甲烷 二硝基甲烷 苦味酸铵 硝基肼 三硝基苯 硝酸铵 高氯酸铵 硝基脲 三氨基胍硝酸盐 黑索今/梯恩梯/铝（41/41/18） B炸药 C3炸药 黑索今/梯恩梯（60/40） 黑索今/梯恩梯（50/50） 黑索今/梯恩梯（30/70） 黑索今/梯恩梯（10/90） 高氯酸铵/铝（90/10） 高氯酸铵/铝（75/25） 高氯酸铵/铝（82/18） 硝酸铵/铝（82/18） 梯恩梯/铝（85/15） 硝酸铵/梯恩梯（80/20） 太安/梯恩梯（90/10） 太安/梯恩梯（60/40） 太安/梯恩梯（10/90） 硝酸铵/梯恩梯/铝（80/15/5） 钝黑铝-1 B、威力摆（作功能力摆）

威力摆即作功能力摆又称弹道臼炮。它可以直接有爆炸时测出的功值大小来评定炸药的相对作功能力。威力摆如图6-11所示。

威力摆是一沉重的钢制炮体（约300kg），悬挂在支架上，炮体有互相连通的爆炸室和膨胀室，爆炸室内装有带雷管的10g被试炸药，膨胀室在爆炸前装有钢质弹丸（约10kg）。炸药爆炸后，高温高压的爆炸气态产物充满膨胀室，当产物继续膨胀并推出弹丸时，产物对外作功。对外飞出后，产物向空气中膨胀，作功便停止，与此同时炮体向后摆动。

爆炸所作的功主要由两部分组成：一部分是炮弹抛射出去获得的动能，另一部分是炮体后摆的动能转变为增加的位能。这两部分所作功之和用于表示炸药的作功能力，即：

AA1A2 （6-45）

式中：A—炸药的作功能力；A1—使炮体摆动所作的功； A2—发射弹丸所作的机械功

A1是使炮体摆动角所作的功，在数值上相当于使炮体的重心上升h高度所作

的功。

A1MghMgl(1cos) （6-46）

式中：M—炮体的质量；g—重力加速度；l—炮体重心到悬挂支点的距离； —炮体摆动的最大角度

设威力摆在摆动过程中无能量损耗，则摆体开始摆动瞬间的动能等于摆动结束瞬间的位能。即：

1Mu2Mgh （6-47） 2式中：u—炮体摆动的初速

A2是发射弹丸所作的机械功，它等于弹丸离开炮体时的动能：

12mv （6-48） 2式中：m——弹丸的质量；v——弹丸离开炮体时的速度

根据能量守恒原理，弹丸的动能与炮体的动能相等，即：

Mumv （6-49） 由式（6-47）和（6-49）得： vMu/m，则：

1A1MghMu2Mgl(1cos)

2A2121M22MA2mvu[Mgl(1cos)]

22mm因此， AA1A2(1M)Mgl(1cos) （6-50） m对于每一威力摆，M、m、l均为定值，因此令：

MC(1)Mgl

m式中：C—摆的结构常数

由（6-50）式可得：AC(1cos) （6-51） 因C已知，可由摆角直接计算出炸药的作功能力。一般以梯恩梯为标准，其他炸药的作功能力与梯恩梯的作功能力之比称为该炸药的威力梯恩梯当量。炸药作功能力的梯恩梯当量（Are）用下式表示：AreA/ATNT

C、抛掷漏斗实验

有时为了特殊原因和方便，特别是对于主要用于工程爆破的炸药，也可以采用抛掷漏斗实验来评定炸药的作功能力。如炸药在离地面不很深的位置爆炸，由于爆炸气体的抛射作用，能在地表面形成一个以炸药到地表面垂线为轴心的圆锥形漏斗坑，如图6-12所示。

漏斗坑是以其半径r对深度w（此值称为最小阻力线）之比值表示其特 征的，即：

rn （6-52）

w式中：n称为抛掷爆破作用指数。若n=1，称为标准抛掷漏斗；n1时，称为强抛掷漏斗；n1时，称为弱抛掷漏斗或松动爆破。

漏斗坑的特征和容积大小与炸药装药的性质、质量，土壤介质的性质以及炸药在介质中的相对位置等均有关。因此，采用此法测定炸药的作功能力时，要考虑上述各因素，尽可能采用一致的实验条件下获得的爆破容积来判断。

对于标准抛掷漏斗坑，其体积为：

1Vw3w3 （6-53）

3标准抛掷漏斗坑体积与炸药质量m的关系为：

mKVKw3 （6-54）

式中：m—炸药的质量；

K—形成单位体积漏斗坑所需要的炸药量

对于强或弱抛掷漏斗坑，其体积为：

1Vr2wr2w （6-55）

3抛掷爆破所需炸药质量可按下列通式计算（对于强抛掷爆破则更为适用）：

mKw3(0.40.6n3) （6-56）

用此方法判断炸药的作功能力时，爆炸的条件是相似的。炸药的K值不同，则炸药的作功能力也不同。在此情况下，一种炸药得到K1值，而另一种炸药则得到K2值，它们的作功能力与K值成反比，即A1/A2K2/K1。这种比较应尽可能在n值相近的情况下进行，实验应在地质结构基本相同的场地实施，所以炸药的质量、密度、形状和放置的深度应尽可能相同。一般测定被测炸药与参比药作功能力的比值。

此法的优点是实验条件与炸药工程爆破的实际情况相接近，实验药量可以较大，方法简单，不需要专门的仪器设备，便于普及。缺点是实验结果收介质条件影响较大，重复性不好，只能对炸药作功能力进行近似测定或相对比较。

D、水下爆炸实验

目前常用的铅法和威力摆法，实验药量小（10g），随着工业炸药的进展，新型炸药不断出现，这两种方法已不能适应需要，近几十年来迅速发展的浆状炸药、铵油炸药以及各种爆破剂，临界直径一般较大，有的用雷管不能直接引爆，必须用装药直径较大或爆轰感度较大的炸药引爆。水下爆炸实验不但能适用于大药量的实验（药量可以从几百克到数十千克），适用于测定低爆轰感度的炸药，还可以模拟水中兵器对目标的破坏作用，同时，爆炸产物膨胀程度大。适用于非理想炸药作功能力的实验。该方法理论上比较严格，测量结果重复性较好，已逐步成为评定炸药作功能力的一种重要方法。

炸药在水下试验时，在水中产生冲击波和高温高压的气态产物，首先是冲击波在水中迅速传播，然后是高压气态产物向四周扩散膨胀直达到气泡的最大半径，此

时气泡内的压力低于周围水的静压，因而周围的水再反向中心聚合，压缩气泡形成气泡的脉动。炸药的水下爆炸能量分为两部分—冲击波能和气泡能，前者表征了炸药爆炸的动作用，后者表征了炸药爆炸的静作用。水下爆炸实验就是通过测定冲击波能和气泡能再求出炸药的作功能力。

该实验在水池中进行，为了消除水面边界对实验结果的影响，要求水池有较大的面积和深度。炸药与水池底部的距离一般应大于最大气泡半径的两倍，而与水池边壁的距离应为最大气泡半径的五倍。

最大气泡半径可按下式进行近似计算：

1.3QVm1/3rm() （6-57）

10.1h式中：rm—最大气泡半径，m；QV—炸药爆热，MJkg1；

m—炸药质量，kg；h—装药深度，m

一般水池深10~20m，半径25~50m。压力传感器安装于距炸药一定距离处，通过测试得到冲击波压力-时间曲线，爆轰开始到气泡第一次收缩的振荡周期等，经过数据处理得到冲击波能量和气泡能。

冲击波能量与冲击波压力的平方对时间积分成正比：

ES1k24r2Pdt （6-58） m0C0式中：ES—炸药的冲击波能量；m—炸药质量；r—传感器距离装药的距离； k—仪器的放大因子；0—水的密度；C0—水的声速； P—冲击波压力；t—时间

气泡能与气泡振荡周期的立方成正比，计算式为：

EB2.5T3(3.28h33.95)2.5/m （6-59）

式中：EB—炸药的气泡能量；T—气泡振荡周期；h—装药深度

炸药的总能量是冲击波能和气泡能之和，因冲击波从装药处传到传感器时有一部分能量以热的形式损失，而这部分能量与爆压有关，另外，装药的形状和几何尺寸对能量也有影响，因此需校正，其计算式为：

E0kf(ESEB) （6-60）

式中：E0—炸药的总能量；kf—装药校正因子；—冲击波损失因子 为了研究水下爆炸实验与铅实验的关系，用同一批炸药进行两种实验，实验结果如表6-23所示。表中水下实验取三次实验的平均值，而铅实验取两次实验的平均值。

表6-23 铅铅炸药名称 扩张值 （ml） 208 219 230 243 279 322 333 实验与水下实验结果比较 冲击波能ES 气泡能EB 总能量E0 （MJkg） 1.092 1.071 1.184 1.289 1.460 1.473 1.615 1VL（MJkg） 1.331 1.364 1.443 1.490 1.515 1.933 2.025 1（MJkg） 2.423 2.436 2.627 2.779 2.975 3.406 3.460 11号安全炸药 2号安全炸药 3号安全炸药 不含铝安全浆状炸药 不含铝非安全浆状炸药 含铝非安全浆状炸药-1 含铝非安全浆状炸药-2 从表中结果可以看出，水下实验的冲击波能量、气泡能量和总能量与铅扩张值之间有良好的线性关系，如图6-13所示。

炸药在水中爆轰时，反应产物膨胀到原来的炸药容积的104倍，同时对周围的水作功，当膨胀到最大容积时，反应产物的压力已不到炸药爆轰时静水压的10%，因而可以认为90%以上的炸药能转为膨胀功。

表6-24列出了几种常用炸药水下实验爆炸总能量E0与量热弹实验测得爆热QV的比值。表中数据表明大部分高能炸药的E0/QV值都接近于1。

表6-24 炸药水下实验爆炸总能量E0与爆热QV比较 密度0 爆轰压Pd(1) 总能量E0 爆热QV 炸药名称 (gcm3) 1.00 1.13 1.19 1.58 1.69 2(GPa) 7.30 11.20 13.40 18.80 25.70 (MJkg1) 5.54 4.45 5.09 4.09 4.78 (MJkg1) 5.73 4.44 5.13 4.27 4.69 E0/QV 0.97 1.00 0.99 0.96 1.02 太安 硝基甲烷 奥克托今 梯恩梯 B炸药 注：(1)爆轰压是按Pd=0.25D计算而得.

6.4.4炸药作功能力的经验计算

A、用特性乘积法计算作功能力

炸药的特性乘积，即炸药的爆热QV与比容V0的乘积。因为它包含了决定炸药作功能力的两个重要因素，实验具有实际意义。

由前面的知识可以知道，决定炸药作功能力的爆热、等熵指数均与爆炸产物的组成有关，其中二原子分子产物多时，爆热较小，但等熵指数较大，气态产物的体积也较大；三原子分子产物（如H2O、CO2）较多时爆热较大，但等熵指数较小，气态产物的体积也小。因此炸药的作功较多于爆热和比容两个爆炸参数的综合作用。

约翰逊（Johansson）采用威力摆测定作功能力得到的数据表明，它与炸药能量之间的函数关系为：

A3.65104QVVd （6-61）

式中：A—采用威力摆测定的作功能力，MJkg1；

QV—炸药的爆热，MJkg1；Vd—炸药的气态产物体积，Lkg1

常数3.65104是采用仪器进行实验得出的，采用不同仪器得出的结果不一定相同。表6-25是几种常用炸药按（6-61）式得到的计算值和实验值的比较，从表中数据可知，两者基本上是一致的。

表6-25 几种炸药作功能力的计算值与实验值比较 爆热QV 炸药名称 爆容Vd （Lkg） 723 908 908 780 841 890 675 690 1作功能力(MJkg) 计算值 1.768 1.810 1.810 1.742 1.486 1.283 1.084 1.033 实验值 1.729 1.726 1.716 1.701 1.454 1.216 1.183 1.062 1(MJkg1) 爆胶 奥克托今 黑索今 太安 黑索今/梯恩梯（60/40） 硝酸铵/梯恩梯（92/8） 苦味酸 梯恩梯 6.7 5.46 5.46 6.12 4.84 3.95 4.40 4.10 炸药的爆热和爆容可通过计算或实验的方法确定，但实验测定这些数据比较困难，因此一般均用经验方法进行计算，这样需首先确定爆炸的反应方程式。然而，若按不同的规则可以建立几个不同的爆炸反应方程式，特别是对于负氧平衡的炸药更有此问题。另外，炸药在爆破过程中二次反应放出的能量参与做爆破功，它与炸药的作功能力也有关，这样，考虑问题不仅十分繁琐，而且也未必准确。一些研究者进一步研究得到，虽然采用不同的规则计算得到的爆热及气态产物的体积数值差别较大，但其乘积影响不大。为简化计算，采用按最大放热原则，即采用H2O-CO2类型爆炸产物建立反应方程式，计算最大爆热QMAX和相应的比容Vm值，以QMAXVm作为特征乘积，称为QMAXVm法。

需要指出，在实验测定炸药的作功能力时，为了减小仪器系统带来的误差，一般采用在同等条件下，被测炸药的作功能力与一定密度下某一参比炸药作功能力的比值作为该试样的相对作功能力。常用的参比炸药为梯恩梯，相对作功能力也称为威力梯恩梯当量，一般用百分数表示。

用QMAXVm法估算炸药的威力梯恩梯当量时，只需计算该炸药和梯恩梯炸药的

QMAX和Vm即可。

表6-26列举了几种常用炸药相对作功能力的计算值（QMAXVm法）与实验值的比较。从表中的结果可以看出，该计算值与实验值是比较一致的。

表6-26 炸药相对作功能力的计算值与实验值比较

炸药名称 梯恩梯 硝酸铵 太安 黑索今 硝化甘油 奥克托今 硝基胍 苦味酸 特屈儿 B炸药 乙烯二硝铵 梯恩梯 梯恩梯/硝酸铵（50/50） 太安/梯恩梯（50/50） 特屈儿/梯恩梯（70/30） 威力梯恩梯当量（%） 计算值 100.0 52.1 148.6 154.3 144.4 153.8 106.7 97.3 121.2 133.4 146.7 84.5 129.4 123.1 112.7 实验值 100 56 145 150 140 150 104 112 130 133 139 71 124 126 120 B、用威力指数法计算作功能力

炸药的作功能力较大于炸药的爆热及比容，而这两项数值与炸药的分子结果有着密切的关系。威力指数法是建立在研究炸药分子结构与炸药威力关系的基础上的，它认为炸药的作功能力是炸药分子结构中各组分的可加函数，每种分子结构对作功能力的贡献可以用威力指数表示，用威力指数法计算炸药作功能力的公式为：

A(140)% （6-62）

其中：100fixin

式中：A—炸药的相对作功能力；—威力指数；

n—炸药分子中的原子数；fi—炸药分子中特征基或基团出现的次数； xi—特征基或基团的特征值

常用炸药的特征基或基团的特征值列于表6-27。

表6-27 特征基或基团的特征值 特征基或基团 C H N N-H xi -2 -0.5 +1.0 -1.5 特征基或基团 O（在N=O中） O（在C-O-N中） O（在C=O中） O（在C-O-H中） xi +1.0 +1.0 -1.0 -1.0 表6-28所示为采用威力摆指数法得到的相对作功能力计算值与实验值的比较。表中的实验方法与6-26不同，因此实验值有差异。

表6-28 采用威力指数法得到的相对作功能力计算值与实验值比较 炸药名称 梯恩梯 特屈儿 黑索今 奥克托今 硝酸肼 太安 梯恩梯/黑索今（40/60） 梯恩梯/太安（50/50） 黑索今/特屈儿/梯恩梯（30/50/20） 重（三硝基乙基）-N-硝基乙二胺 相对作功能力实验值（%） 100 129 150 145 175 145 133 126 132 160 相对作功能力计算值 A 104 126 154 154 180 147 132 124 129 165 梯恩梯当量（%） 100 121 148 148 173 141 127 119 124 159 6.4.5提高炸药作功能力的途径

根据炸药作功能力的理论表达式知，炸药作功能力的最大值是其爆热值，在数值上等于爆炸产物无限绝热膨胀时所做的功，当然这是不可能的，爆炸产物的膨胀是有一定限度的，因此总是存在一个作功效率的问题。炸药的作功效率与爆炸产物的膨胀比和等熵指数有关，显然产物的膨胀比越大则等熵指数越大，作功效率也越大。

提高炸药的爆热能有效地提高炸药的作功能力，实验研究表明：在固定比容值时，作功能力随爆热的增加而增加，当爆热增加420kJkg1时，作功能力约增加5%~7%。梯恩梯当量的经验式可归纳为：A510.012QV，在某种意义上可以说，增加爆热和比容的途径均可以使作功能力有所提高，其方法主要有：

①采用改善炸药氧平衡的方法，因炸药在零氧平衡时，爆炸反应完全，放出的热量最大，因而炸药的作功能力相应最大。实践证明这种做法对于单质炸药或非铝混合炸药是完全符合的，按零氧平衡原则配制非铝混合炸药，以提高它的作功能力是十分重要的设计指导思想。

②在炸药中加入铝、镁、铍粉，可以增加混合药剂的爆热，从而使炸药作功能力有较大幅度的提高，对于含铝炸药的氧平衡，实验研究认为，氧平衡应偏负，一般设计在-10%~-30%时较为有利，因为含铝炸药具有二次反应的特点，铝粉与爆轰产物的CO2和H2O反应，甚至还可以与产物中的N2反应生成AlN，所以含有铝等高能金属粉的炸药在氧平衡偏负一些时爆热和作功能力更大。

③增加炸药的比容，也是提高炸药作功能力的途径之一，如在梯恩梯炸药中加入硝酸铵，可以增加比容，同时也达到了提高炸药作功能力的目的。 6.5 炸药的猛度 6.5.1 猛度的一般概念

炸药与其他作功源相比，最大的特征是它具有极其巨大的功率。炸药爆炸时对外作功，作用时间短，压力突跃十分强烈，使与其直接接触或附近的物体在短时间内受到一个非常高的压力和冲量的作用，导致粉碎和破坏。

炸药爆炸是粉碎和破坏与其接触的物体的能力称为炸药的猛度。上节介绍的炸药作功能力是决定炸药总体破坏的能力，而猛度只是决定炸药局部破坏的能力。

局部破坏作用也可以称为爆炸的直接作用或猛炸作用，它是指爆轰产物对其接触的或周围物体的强烈破坏作用。弹丸爆炸形成破片、破甲弹的破甲作用、爆炸高速抛掷物体，爆炸切割钢板的和破坏桥梁，以及对矿体、岩体、土壤、混凝土等的猛炸作用，均是炸药局部破坏的例子。炸药的猛度对于武器设计、爆破工程具有实际意义，在爆破工程中，岩体或矿体的坚硬程度以及性质不同，为了获得一定块度的矿岩，就应根据矿岩的性质来选用不同猛度的炸药，否则就有可能造成不利于资源利用的过分粉碎，或形成不便于装载运输，甚至需要二次爆破的大块。

爆炸的直接作用只表现在离炸点极近距离的范围内，因为只有在极近距离的范围内，爆轰产物才能保持有足够的压力和足够大的能量密度，破坏与它相遇的物体。流体动力学爆轰理论指出，在凝聚相炸药爆轰产物膨胀的开始阶段，服从下面（6-63）式的状态方程式：

P常数(3) （6-63）

式中p和分别为爆轰产物的压力和密度。对于一般猛炸药，当爆轰产物膨胀半径为原装药半径的1.5倍时，压力已经降到200MP左右，这时对于金属等高强度物体的作用已经很微小了。因此爆轰产物的直接作用，只是在炸药与目标接触或极近距离才表现出来，炸药猛度的理论表示或实验测定都是以直接接触的爆炸为根据的。

6.5.2 猛度的理论表示法

很多研究者都企图从理论上确定猛度的物理概念，如有人认为可以用爆轰产物的动能表示猛度，还有人提出用炸药的功率表示猛度，这些方法虽然能得到一些与实际情况比较符合的概念，但都不够严格和全面，因而只能在一定范围内适用。

目前认为炸药爆炸的直接作用主要取决于爆轰产物的压力和作用时间，也就是说主要取决于爆轰产物作用于目标的压力和冲量。研究表明，当爆轰产物对目标的作用时间远大于目标本身的固有振动周期时，它对目标的破坏能力主要取决于爆轰产物的压力；当爆轰产物对目标的作用时间远小于目标本身的固有振动周期时，其破坏能力主要取决于冲量；而作用时间与目标本身的固有振动周期接近时，其破坏能力与压力和冲量均有关。因此，在不同的情况下，压力和冲量所起的作用是不同的，可以用它们来表示炸药的猛度。

A、用爆轰结束瞬间产物的压力表示猛变

炸药爆轰时能破坏周围坚固物体的原因是由于高温高压的爆轰产物对它直接而强烈作用的结果。爆轰产物的压力越大，对周围物体的破坏能力也越大，所以，对凝聚相炸药可用下式表示其猛度：

1P0D2 （6-64） 14式中：P1—炸药的爆压；0—炸药的装药密度；D——炸药的爆速。

从上式可以看出，炸药密度和爆速越大，它的爆压也越大，则用爆压表示的猛度越大。对于单质炸药，炸药密度在1.0~1.7gcm3时，近似有DA0，A是密度为1gcm3时炸药的爆速。将D式代入（6-64）式得：

123A0 （6-65） 4这说明猛度近似地与炸药密度的三次方成正比，密度增大时，猛度也将很快增大。

B、用作用在目标上的比冲量表示猛度

由于炸药的爆炸作用时间很短，在大部分情况下可以用爆轰产物作用在与传播方向垂直面积上的压力与该力对目标作用时间的乘积称为作用在目标上的冲量，其表示式为：

P1IPSd （6-66）

式中：I—作用在目标上的冲量；P—作用在目标上的压力； S—目标的受力面积；—压力对目标的作用时间

作用在目标单位面积上的冲量叫做比冲量。若目标的受力面积S不随时间而改变，则：

IiPd （6-67） S式中：i—比冲量。

因此，要知道比冲量，首先要知道作用在目标上的压力。

假设一维平面爆轰波从左到右传播，即没有侧向飞散，炸药紧贴在目标上，目标是绝对刚体，如图6-14所示。

由爆轰产物的状态方程：PB3

3P1B1，得到：

P()3 （6-68） P11由图6-14可以看出：xD （6-69） 式中：x—爆轰波阵面离起爆点的距离。

当xh（炸药长度）时，炸药爆轰结束。因假设目标是绝对刚体，所以产物被目标挡住，则u0。又因为：Duc，所以Dc，于是（6-69）式可以写成：

hc或ch/

由实验知道：DA，所以：

cA （6-70）

/1c/c1 （6-71）

3(P/P1)(c/c1) （6-72）

将ch/t，c13D代入（6-72）式得： 464hP64hp1()3 （6-73） ()3或P327DP1(D)327D4在爆轰结束瞬间，即h/D时刻，作用在目标上的压力值是：

64PP1 （6-74）

2764即爆轰结束瞬间，产物作用在目标上的压力为爆轰压的倍，这是因为作用在

27h()3目标上的压力除了自身的静压外，还有以u2速度运动的爆轰产物的作用，运动产物突然被目标阻挡，由于冲击波反射的结果将给目标很大的动压。

1当时4h/D时，PP1，即在炸药爆轰所需时间的4倍时，作用在目标上

27的压力已经下降到爆轰压的了。这说明爆轰产物的压力衰减是非常迅速的，其下降曲线由图6-14表示。

将上面得到的爆轰产物作用在目标上的压力表达式（6-73）代入求冲量的积分式（6-66）可得：

IhSpdhSDD64h3P()d 127D

64h3dS()P1h327DD64h31S()P[]1227D2hD32hS()P127D

将P110D2代入上式，得： 4I8Sh0D 27因为Sh0m（装药的全部质量），则：

8mvD （6-75） 27所以，作用在目标上的比冲量是：

8mD8ih0D （6-76） 27S27上式说明，当没有侧向飞散时，爆轰产物直接作用在目标上的比冲量与炸药质量和爆速成正比。

C、有侧向飞散时作用在目标上的比冲量

上面的推导没有考虑爆轰产物的侧向飞散，所以公式中的m是全部装药质量。在实际爆轰过程中，产物是向各方向飞散的，并非全部产物都作用在目标上，这样，m就不应该是装药的全部质量，而应该是直接对目标有作用的那部分装药质量，也就是所谓的有效质量。

I有效装药量（ma）表示在给定方向撒谎那个飞散的爆轰产物所相当的那部分装药的质量。显然，只要将有效装药量ma代入（6-76）式就可以求出有侧向飞散时作用在目标上的比冲量。

①瞬时爆轰时的有效装药量：所谓瞬时爆轰是为了便于处理爆轰问题而假设的一种特殊情况，即假定爆轰在整个装药中同时发生，并在同一瞬间装药全部变成爆轰产物，爆轰产物占有原装药的体积，并在整个体积内爆轰产物的状态参数都是相同的。这种情况不过是一种假设，实际爆轰过程都不是瞬时爆轰，但由于爆轰过程极为短促，有一些爆轰与此情况很相近，如在高强度的密闭容器中或在弹体内炸药爆轰时，由于容器变形的速度总是比爆轰传播的速度小许多倍，可以不必考虑起爆的位置和传播方向，所以，瞬时爆轰具有一定的实际意义。

装药瞬时爆轰后，膨胀波向爆轰产物内部传播，而爆轰产物则以同样的速度向各个方向飞散，图6-15表示圆柱形装药瞬时爆轰后爆轰产物的飞散情况。

沿x轴正方向飞散的有效装药是cfd圆锥体。圆锥体的高是r，底面积是r2，

1圆锥体的体积是r3，飞向x方向的有效装药量为：

31mar30 （6-77）

3式中：0—装药密度

显然，只有当h2r时，才能获得上述有效装药量；当h2r时，e和f相重合于一点，此时侧向飞散量最小。

②产物两端飞散时的有效装药量：假设装药侧面有坚固的外壳，如图6-16所示，产物只能向两端飞散，而且没有侧向飞跃。

当装药从左端起爆时，从理论上可以导出飞向起爆端的爆轰产物质量：

5m1m （6-78） a9飞向底端的爆轰产物质量为：

42mam （6-79）

9上式就是作用在目标上的有效药量。

如果装药高度为h，则飞向底端的有效装药高度为：

4hah （6-80）

9必须指出：虽然飞向底端的有效装药量较小，但是飞向底端的产物运动速度越大，因此底端（即目标）的爆炸作用很强烈。

③有侧向飞散时的有效装药量

一般情况是装药从一端起爆，产物各向飞散，如图6-17所示。

图中圆锥体101是飞向底端的有效装药量，其高度是ha，装药半径是r。ha可由下式确定：假定侧向膨胀波传播到装药轴心的时间与爆轰波传过ha的时间相等，即：hrhar，侧向膨胀波的速度近似地取cD/2,则：a，故：

1cDDD2ha2r （6-81）

即有效装药量的高等于装药的直径。

12有效装药的体积是：2rr2r3

33有效装药的质量如下：

2mar30 （6-82）

3将上式和Sr2代入比冲量表达式（6-76）得：

8mD82r316i20Dr0D （6-83） 27S273r81所以，装药足够大时，装药从一端起爆，作用在底部目标上的比冲量是： 16ir0D （6-84） 81④装药的有效高度：若装药太短时，则不能保证飞向底端的有效装药是一个圆锥体。例如，当装药高度h3r时，根据两端飞散的原理，飞向底端的装药高度是：444h3rr，显然，这小于有效装药量的高度2r，如图6-18所示，因装药高度993不够，有效装药量小于最大有效装药量。

获得最大有效装药量的最小装药高度称为装药的有效高度。装药的有效高度应49满足：h2r，hr2.25d （6-85）

92所以，装药的有效高度是装药直径的2.25倍。

⑤无壳装药比冲量的计算：在大都以无壳装药接触爆炸时，对迎面刚性壁作用的比冲量来表示炸药的猛度。应当指出，这是爆轰产物三维不定常流动的问题，严格的理论解是很困难的，以爆轰产物一维不定常流动的理论可以得出以下近似的计算式。在刚性件质量显著大于装药质量条件下，对于圆柱形装药一端起爆时，有：

当h2.25d时，可按（6-86）式计算： 16ir0D （6-86） 81当h2.25d时，可按（6-87）式计算：

848h216h3i(h)0D （6-87） 327981r2187r式中：h—装药高度；D—装药爆速；r—装药半径；

0—装药密度； i—比冲量。

例13、梯恩梯的圆柱状装药，r10mm，h80mm，01.4gcm3，

D6320ms1时，求作用在端面接触目标上的比冲量。

解：因为h2.25d，则： 1616ir0D0.011400632017477.53Pas0.0175MPas 8181实验值为0.0159MPas。

应用以上公式，对梯恩梯装药端部比冲量进行计算，计算值与实验值列于表6-29。

表6-29 梯恩梯装药端部比冲量的计算值和实验值 装药高度 h(mm) 80 80 80 80 70 70 70 43 61 67 装药直径 d(mm) 20.0 23.5 31.4 40.0 20.0 23.5 31.4 40.0 40.0 40.0 密度 (g.cm3爆速D (m.s1比冲量(MPa.s) 计算值 0.0175 0.0204 0.0275 0.0353 0.0196 0.0230 0.0308 0.0267 0.0299 0.0304 实验值 0.0159 0.0213 0.0299 0.0371 0.0201 0.0261 0.0319 0.0290 0.0310 0.0312 ) ) 1.40 1.40 1.40 1.40 1.50 1.50 1.50 1.30 1.30 1.30 6320 6320 6320 6320 6640 6640 6640 6025 6025 6025 由上面的计算式可知：在装药尺寸一定的条件下，装药的i值随其密度和爆速的增大而增大；在装药的爆速、密度及高度相同时，i值随装药直径d的增大而增大，这是由于d的增大相对减弱了侧向稀疏波的影响所致。

6.5.3 炸药猛度的实验测试

炸药的猛度通常用铅柱压缩法、铜柱压缩法和猛度摆进行实验测定。 A、铅柱压缩法

此法为Hess于1876年提出的，因此又称为Hess试验法。铅柱压缩法试验装置如图6-19所示。

在一厚钢板上放置一个由纯铅制成的圆铅柱，该圆柱直径40±0.2mm，高60±0.5mm。在铅柱上放置一块直径41mm、厚10±0.2mm的钢片，它的作用是将炸药的爆轰能量均匀地传递给铅柱，使铅柱不易碎而发生塑性变形。

在钢片上放置炸药装药试样，装药密度一般控制在1.0gcm﹣3,质量为50g。试样装在直径40mm的纸筒中，用细线将装药试样及铅柱固定在钢板上，试样纸筒、钢片和铅柱要处于一轴线上。

试验前，铅柱的高度要经过精确测量。炸药爆炸后，铅柱被压缩成蘑菇行，高度减小，用卡尺或螺旋测微计测量压缩后铅柱的高度（从四个对称位置依次测量，取平均值）。用试验前后铅柱的高度差△h表示炸药的猛度，也称为铅柱压缩值。

铅柱的质量和铸造工艺对压缩值影响很大，必须严格控制每批铅柱必须抽样用标准炸药试样进行标定。炸药装药形状、密度和雷管在炸药装药中的位置对试验结果均有一定的影响，因而试验时必须严格控制条件。几种常用炸药铅柱的压缩值列于表6-30。

表6-30 常用炸药的猛度（铅柱压缩值）

炸 药 名 称 梯恩梯 特屈儿 苦味酸 黑索今 太 安 密度（g .cm1.0 1.0 1.2 1.0 1.0 3） 猛度△h 160.5 19 19.2 24 24 试样药量（g） 50 50 50 25 25 铅柱压缩法的优点是设备简单、操作方便。它是产品质量控制，特别是工业炸

药产品检测的一中广泛应用的方法。

本法的缺点、局限性与改进措施如下：

①随着△h的增加，铅柱变粗，变形阻力提高，当铅柱受到过分压缩而接近破碎时，阻力又变小，因而压缩值和变形功不是线形关系，如压缩值从10mm增加到20mm时，压缩铅柱的变形功增加两倍。

萨多夫斯基和巴喜儿认为铅柱变形功可以近似地用下式表示：

W=△h/(h0-△h) （6-88） 式中：w—铅柱变形功；△h —铅柱压缩值；h0—铅柱的初始高度。

因而，用W表示炸药的猛度比直接用压缩值表示更为合理。

②实验结果在很大程度上取决于炸药的爆轰能力和极限直径。当炸药试样的极限直径大于40mm十，不能达到理想爆速，因此，测试结果偏低。

③本法只适合于低密度、低猛度炸药的测试，对于高密度、高猛度炸药，实验时钢板将被炸裂，铅柱也被炸裂或炸碎。为了克服年这一缺点，有时采用更厚的钢板（20mm）或将实验药量减小到25g，但实验结果与正常条件下的数据无法进行比较，因此，本法一般不适宜测试高密度、高猛度炸药。

④本法只能得到相对数据，试验的平行性较差。 B、铜柱压缩法

该方法是1893年由Kast首先提出的，故称为Kast试验法。它虽不如铅柱法应用普遍，但是比较准确，而且可测试猛度较大的炸药。

试验所用仪器装置如图6-20所示。在钢底座2上放置空心钢圆筒3，圆筒内安置一个研磨的淬火钢活塞，活塞直径38mm、高80mm，与圆筒滑动配合，活塞下方放置测压铜柱，活塞上方放一厚30mm的镍铬钢垫块，垫块上放两块直径38mm，厚4mm的铅板铅板上放置装有雷管的炸药装药试样。垫块和铅板的作用是保护活塞免受爆炸产物的破坏。

试样直径21mm、高80mm，装药密度应严格控制并精确测定。底密度炸药可用纸筒或薄壁外壳。

常用的测压铜柱直径7mm、高10.5mm，用电解铜制作，也可采用其它规格的铜柱。试验前后用测量工具精确测定铜柱的高度，并用试验前后铜柱的高度差来衡量

其猛度。表6-31列出几种炸药的铜柱压缩值（7×10.5mm）。

表6-31几种炸药的铜柱压缩值

炸药名称 爆 胶 硝化甘油 特屈儿 苦味酸 梯恩梯 二硝基苯 铜柱压缩值△hl (mm) 4.8 4.6 4.2 4.1 3.6 2.9 炸药名称 硝化棉 梯恩梯/铝（60/40） 梯恩梯/铝（50/50） 梯恩梯/铝（40/60） 梯恩梯/硝酸铵（30/70） 62%代那买特 铜柱压缩值△hl (mm) 3.0 2.9 2.5 2.1 1.6 3.9 铜柱压缩法的优点是不需要贵重的仪器设备，操作方便，但灵敏度较底，对于极限直径大于20mm的炸药，测得的猛度值明显偏低。

与铅柱压缩实验一样，铜柱的压缩值与猛度不成线性关系，因此以铜柱的压缩值直接表示炸药的猛度不够确切。为了克服这一缺点，哈依德（Haid）进行了一系列的研究工作，并制定了铜柱压缩值特殊的标度表，表中一定规格的铜柱压缩值与相当的猛度单位（B值）互相对照列出。他取直径7mm，高10.5mm的一个测压铜柱被压缩1mm时的猛度作为猛度单位。哈依德对3×5、5×7、7×10.5、

15mm四种规格的铜柱测定了炸药的猛度单位，表6-32列出了7×10.5mm铜10×

柱的△H和B的关系。当测定试样的猛度时，只要测出压缩值△H，由表6-32就可以求出猛度单位B。

表6-32 铜柱压缩值与猛度单位换算表 △H（mm） 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 B 1.60 1.85 2.10 2.35 2.65 2.95 3.25 3.60 3.95 4.35 4.75 5.20 5.65 6.10 6.55 7.00 7.50 △H（mm） 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2 4.3 B 8.00 8.50 9.00 9.55 10.10 10.65 11.20 11.80 12.40 13.00 13.60 14.25 14.90 15.60 16.30 17.00 17.70 △H（mm） 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6.0 B 18.40 19.10 19.85 20.60 21.40 22.20 23.00 23.80 24.65 25.50 26.35 27.20 28.10 29.90 29.90 30.80 31.70 表6-33列出了哈依德测定的几种炸药的猛度单位，该实验条件为：在炸药装药

外径21.4mm、壁厚0.3mm的镀锌铁外壳中，用8号雷管和10g压装苦味酸药柱引爆。

表6-33 常用炸药的猛度单位

炸 药 名 称 二硝基苯 梯恩梯 苦味酸 特屈儿 太 安 密度（g .cm3） 1.50 1.59 1.68 1.66 1.69 药 量 （g） 41 43 46 45 46 药柱高度 （mm） 80 80 80 80 80 猛度单位B 6.2 10.1 12.2 14.0 17.0 国际炸药测试方法标准化委员会规定采用铜柱压缩法作为工业炸药的标准测试方法。试样装在内径21.0mm、高80mm、壁厚0.3mm的锌管中，装药密度为使用时的密度，用10g片状苦味酸作为传爆药（21×20mm、=1.50g.cm3）放在锌管上面，并采用装有0.6g太安的雷管引爆。

卡斯特猛度计安放在500×500×20mm的钢板上，每一炸药试样进行平行实验，测定压缩平均值后求出相应的猛度单位。

C、猛度弹道摆实验

猛度弹道摆可以测定炸药爆炸作用的比冲量，这种实验方法是与猛度的理论表示法相一致的，所以测出的数值可以较合理地反映炸药的猛度。猛度弹道摆的装置如图6-21所示。

猛度弹道摆是一个悬挂在旋转轴上的长圆柱行实心摆体，质量约几十千克。实验时将一定质量的炸药，在一定压力下压成药柱，以药柱底部贴放在摆端部的钢片端面处，药柱放在托板上，并使药柱中心与摆体的轴线对正。雷管起爆装药后，由于爆炸产物的冲击，使摆体以的速度开始摆动，当摆动到最高位置时，摆体的重心升高h，这时摆体摆动了角。根据能量守恒定律，摆体开始摆动瞬间的动能等于重心升高到h时的位能，即：

1m2=mgh 2又因为：h=l (1－cos)

故=2gh=2gl(1cos)

摆体的摆动周期为：T=2llT，则2= gg又因为：m所以：=g

1(1cos)=sin 22Tsin 2炸药爆炸结束的瞬间，爆轰产物给摆的总冲量等于摆在开始摆动瞬间的动量，即：I=m

T则有：m=mgsin

2ImgTsin （6-89） i==SS2TmgC令C=为弹道摆常数，则：i=sin （6-90）

S2式中：i－比冲量；－弹道摆摆体摆动的最大摆角；l－弹道摆的臂长； S－接受冲量的面积；C－弹道摆常数；

m－弹道摆的质；h－弹道摆上升的高度。 实验测定的梯恩梯炸药装药的比冲量见表6-29。

因为炸药的比冲量不仅决定于其装药的密度，而且还决定于装药的几何尺寸，因此在比较冲量时，实验用的药柱密度和几何形状要一致。

D、平板炸坑实验

又称平板凹痕实验，简称板坑实验。用于测定炸药相对猛度。实验时，将受试药柱置于板的中心，用雷管和传爆药柱引爆，以板上形成的炸坑深度评价炸药猛度。通常选择某一梯恩梯药柱的炸坑深度为100%，算出试样坑深的相对值，作为相对猛度。板坑实验也是间接测爆压的一种简便手段，此时系先表定好常用炸药的爆压与坑深值的关系，再根据试样的坑深值由关系曲线估算试样爆压。

6.5.4 影响炸药猛度的因素

根据对炸药猛度的分析，猛度值（比冲量）主要是由装药密度和爆速决定的，同时还受装药直径和长度的影响。

A、装药密度对猛度的影响

炸药的爆速与密度有如下关系：D=A+B

式中：D－炸药的爆速；－装药密度；A、B－与炸药种类有关的常数 因而比冲量（猛度值）与密度有如下关系：

i=K(A+B2) （6-91） 式中：K－与炸药装药条件有关的常数

上式说明炸药的比冲量与其密度成抛物线关系。图6-22给出了用铜柱压缩法测定的梯恩梯、黑索今及梯恩梯/黑索今（50/50）混合炸药的相对冲量与密度的关系。相对冲量以=1.68 g.cm3的梯恩梯/黑索今（50/50）混合炸药的冲量为100。

由图6-22可见，炸药的相对冲量与密度之间成线性关系，这是因为当密度在1.2～1.8 g.cm3范围时，（6-91）式几乎成直线。

对于单质炸药，提高其装药密度对增加猛度是十分有利的，因为提高装药密度，可以提高炸药的爆速，也就增大了炸药的猛度。

对于大多数工业炸药来说，当密度较低时，猛度将随密度的增加而提高；而当密度达到一定数值后，在一定直径下，随着密度的增加，爆速下降，猛度反而减小。

B、组分粉碎度和混合均匀度的影响

混合炸药组分的粉碎度和混合均匀度对其猛度影响较大。表6-34列举了不同颗粒尺寸的硝酸铵/梯恩梯（80/20）混合炸药的猛度值。由表中数据可见，粉碎度越大，越容易混合均匀，爆炸反应越完全，猛度越大。

需要指出的是，对于粉状工业炸药如铵梯炸药，如果只增加硝酸铵的粉碎度，而少量敏化剂（如梯恩梯）被大量硝酸铵所包围，爆轰感度会下降，爆速和猛度也将降低。如果敏化剂粉碎得很细，由于增加了活化中心而使反应进行加快，导致猛度增加。如用硝酸铵/梯恩梯（80/20）组成的混合炸药，当密度为1.2 g.cm3时，若梯恩梯颗粒的尺寸为10m，硝酸铵颗粒的尺寸为40m，，则铅柱压缩值为21mm；相反，若硝酸铵的尺寸为10m，锑恩锑颗粒的尺寸为40m，则铅柱压缩值降至6mm。

表6-34 硝酸铵/梯恩梯（80/20）的颗粒尺寸、猛度的关系 颗粒尺寸 （m） 2000～800 530～260 260～160 160～120 120～96 96～86 猛度（铅柱压缩值，mm） =1.2 =1.3 =1.4 =1.5 — 9.0 12.0 15.0 17.0 20.0 — — 7.4 10.0 17.0 19.0 — — — 10.0 15.0 18.0 — — — 8.3 16.0 12.0 =1.0 5.7 8.0 11.0 13.0 15.0 17.0 =1.1 — 8.0 11.0 15.0 17.0 19.0 =1.6 — — — — — 8.0 =1.7 — — — — — — 86～74 74～50 70～40 20～1 18.0 18.0 — 22.0 19.0 19.0 20.0 — 19.0 20.0 21.0 — 21.0 21.3 21.0 23.0 21.0 21.0 20.0 22.0 19.0 21.0 22.0 23.0 16.0 16.0 21.0 23.0 — — 7.0 20.5 6.5.5 炸药猛度与作功能力的关系

炸药的猛度是指炸药装药对与其直接接触目标的局部破坏效应，而炸药的作功能力一般指它对周围介质的总的破坏能力。

对于单质炸药，一般作功能力大的猛度也大。而某些混合炸药，尤其是含铝等金属粉的混合炸药，其作功能力大而猛度不一定高。表6-35是两组炸药爆炸性能的比较数据，造成这种结果的原因主要是由于爆炸过程中能量的分配及影响因素不同，猛度主要取决于爆速和密度，而作功能力则主要与爆热和比容有关。单质炸药爆轰时间很短，绝大部分能量在很窄的反应区内释放，直接用于提高爆速和爆压；而含铝等金属粉的混合炸药，相当一部分能量是在反应区外的二区反应中放出的，它不能提供给爆轰波以提高爆速，但可以用于做膨胀而提供作功能力。

表6-35 两组炸药爆炸性能的比较 梯恩梯及混合炸药 爆 炸 性 能 梯恩梯 4184 740 7000 285 18 1.2 铵梯（80/20） 4343 892 5300 350～400 14 1.2 黑索今混合炸药 钝化黑索今 5430 945.7 8089 430 17.65 1.0 钝黑铝 6443 530 7300 550 13.30 1.0 爆热QV(kJkg) 爆容V(Lkg) 爆速D(ms) 铅土寿扩张值VL(mL) 铅柱压缩值hL(mm) 1110/(gcm3) 对工业炸药的性能要求，一般是强调较大的作功能力，对某些特殊使用场合，需要粉碎能力强些。

对于军用炸药的性能要求，则要根据武器的用途具体分析，如用于杀爆弹装药或工程爆破的以大作功能力为主，不必强求高爆速；用于以高速弹片为主的杀伤武器的以高密度、高爆速，即高猛度和中等作功能力的炸药较好；而用于空穴装药效应的破甲弹时则要求高猛度兼有大功能力的炸药。 6.6 炸药的殉爆距离 6.6.1 炸药感度的一般概念

关于炸药的感度在上章已经做了详细的介绍。炸药的感度不仅关系到炸药制造、处理和使用时的安全性，而且关系到使用时作用的可靠性，在一定程度上决定了该炸药的应用范围，因此炸药的感度是其重要性能。

炸药感度主要包括撞击感度、摩擦感度、爆发点（热感度）、冲击波感度、起爆感度等等。

需要指出，炸药对各种外界作用的可靠性能是不同的，它对某些形式的外界作用敏感，而对另一些形式不敏感。同一种炸药的各种感度之间没有当量关系，但对外界的初始冲量作用有一定的选择性。库克等人提出把感度区分为危险感度和使用感度两类，前者表示炸药在制造、运输、贮存和使用中的危险程度，后者表示炸药使用时被引爆的难易程度。一般前者指炸药受亚音速的刺激因素，而后者指受超音速的刺激因素。

衡量炸药危险感度的方法主要是检测撞击感度、摩擦感度等。关于炸药机械感度的知识在此不再复述。衡量炸药使用感度的方法主要是通过起爆感度试验、冲击波和殉爆感度试验进行测试。殉爆试验是工业炸药常用的检测方法，对于工业炸药使用性和安全性两方面均具有重要意义，下面作专门介绍。 6.6.2 炸药的殉爆现象

如图6-23所示，装药A爆炸时，引起与其相距一定距离的被惰性介质隔离的B装药爆炸，这一现象称作殉爆。

惰性介质可以是空气、水、土壤、岩石、金属或非金属材料等。装药A称为主发装药，被殉爆的装药B称为被发装药。

在一定程度上，殉爆反映了炸药对冲击波的感度。引起殉爆时两装药间的最大距离称为殉爆距离。炸药的殉爆能力用殉爆距离表示。

研究炸药的殉爆现象有重要意义。一方面在实际应用中要利用炸药的殉爆现象，如引信中雷管或中间传爆药需要通过隔板来起爆或隔爆传爆药，它也是工业炸药生产中检验产品质量的主要方法之一，用殉爆距离可反映被发装药的冲击波感度，也可以反映主发装药的引爆能力。另一方面，研究殉爆现象可为火炸药生产和贮存的厂房、库房确定安全距离提供基本依据。

主发装药的爆炸能量，可以通过以下三种途径传递给被发装药使之殉爆：

①主发装药的爆轰产物直接冲击被发装药 当两个装药间的介质密度不是很大（如空气等）且距离较近时，主发装药的爆轰产物就能直接冲击被发装药，引起被发装药的爆轰。

②主发装药在惰性介质中形成的冲击波冲击被法装药 主发装药爆轰时在其周围介质中形成冲击波，当冲击波通过惰性介质进入被发装药后仍具有足够的强度时，就能引起被发装药的爆轰。

③主发装药爆轰时抛射出的固体颗粒冲击被发装药 如外壳破片、金属射流等冲击到被发装药时可引起被发装药的爆轰。

在实际情况中，也可能是以上两种或三种因素的综合作用，这要视具体条件而定。如惰性介质是空气，两装药相距较近，主发装药又有外壳时就可能是三种因素都起作用；如两装药间用金属板隔开，则主要是第二种因素起作用。

6.6.3 影响殉爆的因素

A、主发装药的药量及性质

殉爆距离主要决定于主发装药起爆能力，凡是影响起爆能力的诸因素,都可以影响殉爆距离。

主发装药的药量越大，且它的爆热、爆速越大时，引起殉爆的能力越大，因为当主发装药的能量高、爆速大、药量多时，所形成的爆炸冲击波压力和冲量越大。主发装药的起爆能力越强，爆轰传递的能力越大，即殉爆距离越大。

表6-36列出了主发装药和被发装药都是梯恩梯、介质为空气，被发装药放置在主发装药周围的地面上时，药量对殉爆距离的影响情况。

表6-36 主发装药药量对殉爆距离的影响 主发装药质量(kg) 被发装药质量(kg) 殉爆距离(m) 10 5 0.4 30 5 1.0 80 20 1.2 120 20 3.0 160 20 3.5 表6-37列出了2号煤矿炸药药卷直径和药量对殉爆距离的影响。所列试验分两种情况，其一是固定主发药卷和被发药卷的药量而同时变动两者的直径；其二是固定主发药卷和被发药卷的直径而同时变动两者的药量。试验表明：增加药量和直径，将使主发药卷的冲击波强度增大，被发装药接受冲击波的面积增加，这些因素均导致殉爆距离的增大。

表6-37 2号煤矿炸药药卷直径和药量对殉爆距离的影响 殉 爆 距 离 （mm） 药卷直径（mm） 25 30 32 35 40 药量(g) 1实验 1为100 2为80 100 125 150 175 100 125 150 175 80 100 125 150 175 ###2实验 60 110 100 120 120 165 170 185 175 140 160 190 200 70 110 160 170 205 #60 — 105 115 125 190 185 190 190 150 195 200 200 — 120 130 205 250 35 40 45

主发装药有无外壳及其强度，主发装药与被发装药之间的连接方式，都对殉爆距离产生影响。如果主发装要有外壳，甚至将两个装药用管子连接起来，由于爆炸产物侧向飞散受到约束，自然增大了被发装药方向的引爆能力，于是显著地增大了殉爆距离，而且随着外壳、管子材料强度的增加而进一步加大。表6-38和表6-39所列实验数据就是例证。实验军用苦味酸装药，药量50g，主发装要的密度为1.25 g .cm3，被发装药的密度为1.0 g .cm3。

表6-38 主发装药外壳对殉爆距离的影响 主发装药外壳 纸 钢（壁厚4.5mm） 纸 钢（壁厚6mm） 主发装药密度 (g .cm3) 1.25 1 被发装药密度 (g. cm3) 1 1 殉爆距离 (mm) 170 230 130 180 表6-39 主发、被发药卷有无连接子时的殉爆距离 连 接 管 子 材质 钢 纸 尺 寸（直径×壁厚）（mm） 50%殉爆距离 （mm） 1250 590 190 32×5 32×1 无 管 子 连 接 B、被发装药的爆轰感度

影响殉爆距离的主要因素是被发装药的爆轰感度，它的爆轰感度越大，则殉爆能力也越大。凡是影响被发装药爆轰感度的因素（如密度、装药结构、颗粒度、物化性质等）均影响殉爆距离。在一定范围内，当被发装药密度较低时，其爆轰感度较大，则殉爆距离也较大。非均质装药比均值装药的殉爆距离大。压装装药比熔铸装药的殉爆距离大。用梯恩梯、钝化黑素今和2号煤矿炸药进行殉爆试验得出相似的结果（见表6-40）。

表6-40 被发装药密度与殉爆距离的关系

试验炸药 细梯恩梯 钝化黑索今 主 发 装 药 直径d (mm) 23.2 23.2 密度（g .cm） 1.6 1.6 3被 发 装 药 直径d (mm) 23.2 23.2 密度（g.cm） 1.3 1.4 1.5 1.4 1.5 1.6 3装药质量 (g) 35.5 35.5 殉爆距离 （mm） 130 110 100 95 90 75 2号煤矿炸药 25 0.9 40 25 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 160 140 140 70 35 C、装药间惰性介质的性质 惰性介质的性质对殉爆距离有很大影响。表6-41中主发装药是苦味酸50g、密度为1.25 g .cm3，纸外壳；被发装药亦是苦味酸50g，密度为1.0g .cm3。惰性介质的影响，主要和冲击波在其中传播的情况有关，在不易压缩的介质中，冲击波容易衰减，因而殉爆距离较小。此外，介质越稠密，冲击波在其中损失的能量越多，殉爆距离也就越小。

表6-41 惰性介质对殉爆距离的影响

装药间的介质 殉爆距离（mm） 空气 280 水 40 粘土 25 钢 15 砂 12 D、装药的摆放形式

主发装要与被发装药按同轴线的摆放形式比按轴线垂直的摆放形式容易殉爆（如图6-24(a)所示）。因为垂直摆放主发装要的爆轰方向未朝向被发装药，冲击波作用的效果就大大下降。即使按装药同轴线放置，若主发装药的雷管放置位置与装药轴线不同方向，也可使殉爆距离显著减小，图6-24(b)中的殉爆效果很差，一般可低4~5倍之多。

6.6.4 殉爆距离的测试

殉爆距离是工业炸药的一项重要性能，在工业炸药生产检验项目中，殉爆距离几乎是必做的项目，用于判断炸药的质量。在炸药品种、药卷质量和直径、外壳、介质、爆轰方向等条件都给定的条件下，殉爆距离既反映了被发装药的冲击波感度，也反映了主发装要的引爆能力，两者都与工业炸药的加工质量有关。

最常用的殉爆距离测试方法，通常采用炸药产品的原装药规格，将砂土地面铺平，用与药卷直径相同的金属或木质圆棒在砂土地面压出一个半圆形凹槽，长约60cm，将两药卷放入槽内，中心对正，精确测量两药卷之间的距离，在主爆药卷的引爆端插入雷管，每次插入深度应一致，约占雷管长度的2/3。引爆主发药卷后，如

果被发药卷完全爆炸，则增大两药卷之间的距离，重复试验，反之，则减小两药卷之间的距离，重复试验；增大或减小的步长为10mm。取连续三次发生殉爆的最大距离为该炸药的殉爆距离。

在工业炸药的技术要求中，一般规定一个殉爆距离的标准，因此在生产性检验时，可直接按标准取值，若连续三次均殉爆，即认为合格，一般不再测试该炸药确切的殉爆距离。 6.7 有毒气体产物 6.7.1 一般概念

炸药除用于军事目的外，大量应用于采矿、采石，公路、机场、港口建设，水利、电力工程，城市改造及其他工程。在炸药爆炸之后，有时工作人员需立即进入作业面操作，产生的某些有毒气体将直接影响人员的身体健康，尤其是在一些通风不良的场合，如坑道、矿井等进行爆破作业时，其危害更大。此外，大量有毒气体散布于空气中，也会造成环境污染。因此，有毒气体产物的含量已成为炸药特别是工业炸药的重要性能指标。

根据现代工业炸药的组成，爆炸时产生的对人体有毒害的气体主要有一氧化碳和氮的氧化物（如NO、NO2、N2O3等），有时也有少量的硫化氢、二氧化硫、氯化氢、氯化氨等气体。我国《煤矿安全规程》规定，在矿井的大气中CO的含量不得

SO2不得超过7×NO2不得超个2.5×H2S不得超过6.6×超过16×106，106，106，106。

我国还曾规定：矿井安全用炸药的有毒气体总量不得超过100Lkg1。这是以CO计算的，氮的氧化物比CO的毒性大得多，在计算有毒气体总量时，将NO2折算为CO是按每升NO2相当于6.5L CO计算的。

有毒气体含量的允许浓度，各个国家根据本国矿山条件作出的规定不尽相同，日本的规定为：CO<100×106、NO2<5×106；美国和加拿大的规定如表6-42所示。

表6-42 美国和加拿大规定的有毒气体允许标准 国 别 美 国 1级〈22.65 L.kg矿山炸药 1加 拿 大 12级 22.65～46.72 L.kg3级 47.62～94.86 L.kg 与美国同，但2、3级不准用于井下 1 6.7.2 影响炸药有毒气体含量的因素

影响炸药有毒气体含量的因素主要有：炸药的氧平衡，爆炸反映的不完全性，爆破介质等。

A、炸药的氧平衡

有毒气体含量与炸药的氧平衡密切相关，负氧平衡的炸药一般生成CO较多，正氧平衡的炸药则容易生成氮的氧化物，只有接近零氧平衡的炸药所产生的有毒气体量较少。表6-43列出了硝铵类炸药爆炸产物中的有毒气体含量。

表6-43 硝铵炸药的有毒气体含量

炸 药 组 成 %（w） 序号 TNT 1 2 3 4 5 6 37.6 21.0 17.6 10.0 17.6 17.6 NH4NO3 62.4 79.0 82.4 90.0 82.4 62.4 KN O3 20 氧平衡 （%） ﹣15.3 ﹢0.26 ﹢3.50 ﹢10.60 ﹢3.50 ﹢7.40 有毒气体含量 （L.kg1） CO 113.1 45.5 37.4 31.0 29.2 16.6 NO2 1.39 2.54 8.79 64.4 5.01 5.3 总量 122.0 62.0 94.5 449.6 61.7 51.1 另外，氢和金属与氧的反应比碳的氧化反应快一些，因此在氧平衡相近的负氧平衡炸药中，硫与氢或硫于金属的比值越大，生成的CO量也越多。

B、爆炸反应的不完整性

大部分工业炸药是非理想的混合炸药，许多因素，诸如配方设计、装药条件和工艺加工等方面的原因，往往导致爆炸反应不完全，爆炸产物偏离预期结果，从而产生较多的有毒气体。

爆炸反应的完全性可间接地从炸药的爆轰参数如爆速、猛度等测量值予以估计，如某种含铝硝铵炸药，由于加工质量不同，猛度测定值也不同。猛度值大者说明其爆炸反应比较完全，有毒气体总量有某些降低，如表6-44所示。

表6-44 含铝硝铵炸药有毒气体含量与猛度值 猛 度 值 (铅柱压缩值,mm) 12.4 15 17 有毒气体含量 (L.kgCO 43.2 38.4 30.1 1) 有毒气体总量 (L.kg1NO2 2.8 2.5 3.4 ) 60.4 54.7 52.2 一般混合炸药组分的颗粒越小，工艺上就越容易混合均匀，其爆炸反应越趋于完全，从而减少了有毒气体产物。如表7-52中序号3和5的炸药组成相同，但序号5中各组分颗粒度均分布于40~60，目之间，而序号3分布于20~40目之间，粉碎和混合的较好的混合炸药，炸药生成的有毒气体量少的多。

在工业炸药中，加入一些具有高活性的组分，如硝化甘油、黑索今和梯恩梯等猛炸药，在爆炸时可使爆炸反应完全。在炸药中加入某些具有催化活性的物质，如碱金属硝酸盐（硝酸钾等）也可显著降低硝铵类炸药爆炸产物中氮氧化物的含量（见表7-52中序号3和6的对比数据）。这是因为硝酸钾的存在，既可使硝酸铵在爆轰波中以下式进行反应，又可加速氮的氧化物与可燃气体相互作用的二次反应。

NH4NO3→N2+2H2O+0.5O2，一些研究者还指出：当炸药的装填密度较大时，生成的NO2气体较少；当装药直径较大时，生成的CO、NO气体量下降；装药密封良好，约束强度增加，可抑制有毒气体的生成。以上条件一般有益于炸药爆炸反应的完全。

C、爆破介质和装药包装物

实验表明，在试验钢筒内充以氮气或抽空时进行爆炸，炸药生成的有毒气体含量波动不大；若填以石英沙，则爆炸产生的有毒气体量增多。某些矿石可与产物发生二次反应，使有毒气体量增加。例如，煤可以使CO2还原为CO，同时炸药在煤矿炮孔中爆破生成的CO和NO的量要比铜、铁矿石中多2～3倍。

装药的可燃性包装物，如纸、防潮物、可燃性塑料等在爆炸时有一部分与爆炸产物作用而生成CO，这实质上起到了改变炸药氧平衡的作用。若包装物参与爆炸反应的量较大，则在确定混合炸药组分时，应将该因素予以考虑。实验表明，外壳材料参与化学反应与炸药的氧平衡、爆炸产物的温度和爆炸条件等因素有关。为了避免由包装材料所导致的CO含量的增多，国外曾规定每100g炸药限定包装纸为2g以下，防潮层为2.5g以下。

为了防止工业炸药有毒气体的大量产生，应该从混合炸药配比、氧平衡的选择、加工过程以及爆破作业等方面予以综合考虑和计算。

习题六

1、炸药的理论密度、实际密度和空隙率的意义是什么？

2、装药直径大于极限直径时，爆速主要与哪些因素有关？试分析讨论和说明。 3、计算炸药爆速的经验方法主要有哪几种？简述其思路及适用范围。 4、由实验测定炸药的爆速有什么理论意义和实际意义？

5、由实验测定炸药有几种典型方法，他们各自的适用范围以及优缺点是什么？ 6、由测时仪测定炸药爆速的基本原理是什么？试分析影响测定精度的主要因素。 7、在处理实验数据时，为什么要把不同密度下测得的爆速换算到同一密度时的爆速？怎样换算？换算的根据是什么？ 8、计算爆压的简单方法主要有哪几种？

9、由实验测定炸药爆压有几种主要方法？比较他们各自的优缺点。 10、炸药的作功能力与炸药的猛度分别用什么方法来表示？

11、炸药的作功能力与猛度个决定于什么爆轰参数？作功能力与猛度之间有何区别于联系？是否作功能力大的炸药猛度也一定大？

12、测定炸药的作功能力与猛度常用哪几种实验方法？分别说明之。

13、试说明测定炸药作功能力的威力摆和测定炸药猛度的猛度摆在原理上有何区别？

14、怎样提高炸药的作功能力？怎样提高炸药的猛度？

15、何为炸药的殉爆现象，影响炸药殉爆的主要因素有哪些？ 16、控制炸药有毒气体产物的意义和途径是什么？

17、某混合炸药的组成是：黑索今/梯恩梯（55/45），装药密度为1.68gcm3，试计算该炸药的理论密度和装药的空隙度。

18、分别用康姆莱特公式、氮当量和修正氮当量公式计算特屈儿炸药在装药密度为1.65gcm3时的爆速和爆压。

19、用两种方法分别计算8701炸药在密度为1.68gcm3时的爆速和爆压，8701炸药的组成是黑索今/梯恩梯/聚醋酸乙烯酯/硬脂酸（外加）95/3/2/0.5。 20、试计算黑索今在01.50gcm3时的理论作功能力。

21、试计算梯恩梯炸药在01.50gcm3、D6640ms1、l70mm、d23.5mm和l70mm、d31.4mm两种情况下的端部比冲量i。

情感语录

1.爱情合适就好，不要委屈将就，只要随意，彼此之间不要太大压力

2.时间会把最正确的人带到你身边，在此之前，你要做的，是好好的照顾自己

3.女人的眼泪是最无用的液体，但你让女人流泪说明你很无用 4.总有一天，你会遇上那个人，陪你看日出，直到你的人生落幕 5.最美的感动是我以为人去楼空的时候你依然在 6.我莫名其妙的地笑了，原来只因为想到了你 7.会离开的都是废品，能抢走的都是垃圾

8.其实你不知道，如果可以，我愿意把整颗心都刻满你的名字 9.女人谁不愿意青春永驻，但我愿意用来换一个疼我的你

10.我们和好吧，我想和你拌嘴吵架，想闹小脾气，想为了你哭鼻子，我想你了

11.如此情深，却难以启齿。其实你若真爱一个人，内心酸涩，反而会说不出话来

12.生命中有一些人与我们擦肩了，却来不及遇见；遇见了，却来不及相识；相识了，却来不及熟悉，却还要是再见

13.对自己好点，因为一辈子不长；对身边的人好点，因为下辈子不一定能遇见

14.世上总有一颗心在期待、呼唤着另一颗心

15.离开之后，我想你不要忘记一件事：不要忘记想念我。想念我的时候，不要忘记我也在想念你

16.有一种缘分叫钟情，有一种感觉叫曾经拥有，有一种结局叫命中注定，有一种心痛叫绵绵无期

17.冷战也好，委屈也罢，不管什么时候，只要你一句软话，一个微笑或者一个拥抱，我都能笑着原谅

18.不要等到秋天，才说春风曾经吹过;不要等到分别，才说彼此曾经爱过

19.从没想过，自己可以爱的这么卑微，卑微的只因为你的一句话就欣喜不已

20.当我为你掉眼泪时，你有没有心疼过