Бризантность

Бризантность (от фр. brisance — дробление) — это способность взрывчатого вещества (ВВ) производить дробящее действие на контактирующую с ним среду (горную породу, металл, бетон) при взрыве. Является одной из ключевых характеристик взрывчатых веществ, наряду с фугасностью (общей работоспособностью) и скоростью детонации. Бризантность определяет пригодность ВВ для конкретных видов работ, в первую очередь для дробления прочных материалов.

Физическая сущность

Бризантность обусловлена резким, почти мгновенным повышением давления в зоне взрыва. При детонации заряда ВВ образуются продукты взрыва, находящиеся под давлением в десятки и сотни тысяч атмосфер. Это давление, воздействуя на локальный участок преграды, вызывает в ней ударную волну сжатия. Если амплитуда волны превышает предел прочности материала на сжатие, происходит его разрушение — дробление.

Ключевым фактором, определяющим бризантность, является скорость нарастания давления, а не его максимальная величина. Чем быстрее ВВ переходит из твёрдого (или жидкого) состояния в газообразное, тем выше бризантность. Высокая скорость детонации (обычно от 6000 до 9000 м/с для мощных ВВ) обеспечивает почти ударное приложение нагрузки, при котором материал не успевает пластически деформироваться и разрушается хрупко.

Факторы, влияющие на бризантность

На бризантность конкретного заряда влияют несколько параметров:

• Химический состав ВВ. Скорость детонации и, следовательно, бризантность зависят от химической структуры молекулы. ВВ с высоким содержанием кислорода и плотной упаковкой молекул (например, гексоген, октоген) имеют бо́льшую бризантность, чем ВВ с меньшей плотностью энергии (например, аммиачная селитра).
• Плотность заряда. Бризантность возрастает с увеличением плотности ВВ. Более плотное вещество даёт большее количество продуктов взрыва в единице объёма, что повышает давление. Однако для некоторых ВВ (например, тротила) существует оптимальная плотность, выше которой бризантность может снизиться из-за ухудшения условий детонации.
• Диаметр заряда. Для каждого ВВ существует критический диаметр заряда, ниже которого детонация затухает. При увеличении диаметра выше критического бризантность сначала растёт, а затем выходит на плато.
• Оболочка. Наличие прочной оболочки (например, металлической гильзы) увеличивает бризантность, так как препятствует разлёту продуктов взрыва и способствует более полному выделению энергии в заданном направлении. Это используется в кумулятивных зарядах и боеприпасах.

Методы измерения

Бризантность не является фундаментальной физической константой, а представляет собой интегральный показатель, измеряемый экспериментально. Существует несколько стандартизированных методов, из которых наиболее распространены два:

Проба Гесса (проба на обжатие свинцового столбика)

Это классический метод, принятый во многих странах, включая Россию (ГОСТ 4546-87). Заряд ВВ массой 50 г помещают на свинцовый цилиндр (столбик) диаметром 40 мм и высотой 60 мм. Сверху заряд накрывают стальной пластиной. После подрыва измеряют степень обжатия (укорочения) свинцового столбика в миллиметрах. Чем больше обжатие, тем выше бризантность. Например, для тротила обжатие составляет около 16 мм, для гексогена — около 24 мм.

Проба Каста (проба на обжатие медного крешера)

Используется в основном в артиллерийских системах для измерения давления в канале ствола. В контексте бризантности применяется реже, но даёт более точные данные о пиковом давлении. Заряд ВВ помещают в стальную бомбу, а давление регистрируют по деформации медного цилиндрика (крешера).

Классификация взрывчатых веществ по бризантности

В инженерной практике и пиротехнике ВВ условно делят на три класса по бризантности:

• Высокобризантные (мощные). К ним относятся гексоген, октоген, тэн (пентаэритриттетранитрат), а также составы на их основе (например, смеси с тротилом — «ТГ»). Используются в детонаторах, кумулятивных зарядах, бронебойных и осколочно-фугасных снарядах, а также для взрывных работ в особо прочных породах.
• Среднебризантные (промышленные). Наиболее распространённый класс. Включает тротил, аммониты (смеси аммиачной селитры с тротилом), алюмотол, а также гранулированные ВВ. Применяются для массовых взрывов в горном деле, строительстве, для ликвидации ледяных заторов.
• Низкобризантные (метательные). К ним относятся дымные и бездымные пороха, а также аммиачная селитра в чистом виде. Они детонируют с малой скоростью (до 4000 м/с) и оказывают в основном фугасное (метательное) действие. Используются в качестве метательных зарядов в огнестрельном оружии и в пиротехнике.

Связь с другими характеристиками

Бризантность тесно связана, но не тождественна другим показателям ВВ:

• Фугасность — общая работоспособность ВВ, измеряемая в единицах энергии (например, в тротиловом эквиваленте). Высокобризантное ВВ может иметь невысокую фугасность (например, тэн), и наоборот (аммиачная селитра обладает высокой фугасностью, но низкой бризантностью).
• Скорость детонации — один из главных, но не единственный фактор. Бризантность также зависит от плотности и состава продуктов взрыва.
• Чувствительность — способность ВВ детонировать от внешнего импульса (удара, трения, искры). Высокобризантные ВВ, как правило, более чувствительны и требуют осторожного обращения.

Применение

Выбор ВВ по бризантности определяется характером работ:

• Горное дело. Для дробления крепких пород (гранит, базальт) применяют высокобризантные ВВ (тротил, гранулотол). Для мягких пород (уголь, известняк) — низкобризантные (аммониты, игданит).
• Военное дело. В бронебойных снарядах и кумулятивных боеприпасах используют ВВ с максимальной бризантностью (гексоген, октоген) для пробития брони. В осколочно-фугасных снарядах — среднебризантные ВВ (тротил) для создания осколочного поля.
• Пиротехника. В фейерверках бризантность важна для создания эффекта «звездного дождя» или разрыва оболочки снаряда. Используются низко- и среднебризантные составы.
• Строительство. Для сноса зданий и сооружений применяют ВВ с регулируемой бризантностью, чтобы обеспечить контролируемое обрушение без разлёта осколков.

Интересные факты

• Бризантность тротила принята за эталон (1,0) при сравнении ВВ в тротиловом эквиваленте. Однако сам тротил не является самым бризантным ВВ.
• Некоторые ВВ, например, нитроглицерин, обладают крайне высокой бризантностью, но настолько чувствительны, что в чистом виде практически не применяются. Их стабилизируют, смешивая с инертными наполнителями (например, в динамите).
• Понятие бризантности ввёл французский химик Поль Мари Эжен Виель в конце XIX века для описания действия взрывчатых веществ в артиллерийских снарядах.

Источники

1. ГОСТ 4546-87. Вещества взрывчатые. Метод определения бризантности.
2. Орлова Е. Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. — М.: Химия, 1973.
3. Андреев К. К., Беляев А. Ф. Теория взрывчатых веществ. — М.: Оборонгиз, 1960.
4. Покровский Г. И. Взрыв. — М.: Недра, 1980.
5. Справочник по взрывным работам / Под ред. Б. Н. Кутузова. — М.: Недра, 1988.