摘 要：本文對采用膨脹珍珠巖物理敏化的乳化炸藥進行研究，從膨脹珍珠巖的含量、粒度、憎水性不同維度分別對乳化炸藥進行爆速、猛度測試分析，探究珍珠巖的敏化機理作用，分析研究珍珠巖對乳化炸藥爆轟感度的影響。膨脹珍珠巖在乳化基質中的含量宜控制在2.4％～3％，乳化炸藥具有良好的起爆感度，藥態(tài)軟硬適中。膨脹珍珠巖的粒度（20目～80目）應≧80%，粒度越大，顆粒越均勻，平均顆粒越細，炸藥中的敏化有效氣泡含量越多，珍珠巖的有效利用率也越高，炸藥的爆速、猛度、殉爆距離都在增加。

關鍵詞：膨脹珍珠巖；珍珠巖含量；珍珠巖粒度；爆轟感度

中圖分類號：TQ 56 文獻標志碼：A

乳化炸藥是用乳化技術制備的一種W/O油包水的膠狀、具有抗水性的工業(yè)炸藥，與粉乳炸藥、銨油炸藥、銨梯炸藥等其他工業(yè)炸藥相比，具有爆轟性能好、抗水性強的特點，被廣泛應用于工程爆破中。為了確保乳化藥具有良好的爆轟感度，通常需要對其進行敏化，在乳膠基質中引入許多分布均勻的微小氣泡作為密度調節(jié)劑，在受到外界起爆能量后，這些微小氣泡被絕熱壓縮，在10-3s～10-5s被迅速急劇加熱升溫，形成400℃～600℃的熱點，從而激發(fā)乳化炸藥發(fā)生爆炸。

目前，國內主要的乳化炸藥敏化技術分為化學敏化、物理敏化?；瘜W敏化法是將磷酸、檸檬酸等泡助劑或促進劑與乳化基質中的硝酸銨進行化學反應，分解產生微小氣泡；物理敏化是將珍珠巖、玻璃微球等帶有微小氣孔的固體顆粒通過機械攪拌的方式混入乳膠基質中，使乳化基質能夠含有數量一定且分布均勻的微小氣泡。本文主要以膨脹珍珠巖物理敏化的方式進行研究。

1 膨脹珍珠巖的物理特性

膨脹珍珠巖是一種火山噴發(fā)的酸性玻璃質巖石，屬于非金屬礦產，因其具有珍珠裂隙結構而得名。由于在1000℃～1300℃高溫條件下其體積迅速膨脹4～30倍，因此統(tǒng)稱為膨脹珍珠巖。珍珠巖又分為膨脹珍珠巖和閉孔珍珠巖。閉孔珍珠巖是采用電爐加熱等方式，對珍珠巖礦砂的梯度加熱和滯空時間進行精確控制，使珍珠巖礦砂表面溶融，氣孔封閉，內部呈蜂窩狀結構。

膨脹珍珠巖的生產工藝如下。1）預熱。根據產地、粒度大小的不同，珍珠巖礦砂在250℃～400℃的溫度環(huán)境下預熱2min～8min，預熱脫干含水率將達到膨脹要求。2）膨脹。預熱后的礦砂經投料裝置均勻灑向溫度保持在900℃～1200℃的火焰上，礦砂將被急劇加熱并迅速膨脹至原來體積的10～30倍，膨脹后的珍珠巖顆粒呈白色或淺灰色，內部含有蜂窩狀結構，松散密度一般為40kg/m3～80kg/m3。本文主要研究閉孔型膨脹珍珠巖，閉孔珍珠巖克服了傳統(tǒng)膨脹珍珠巖吸水率大、強度低、流動性差、導熱系數高的弊端，延伸了膨脹珍珠巖的應用領域。作為物理敏化劑，敏化效果好、價格低廉、運輸方便，被廣泛應用于乳化炸藥物理敏化生產工藝[1]。

膨脹珍珠巖用于乳化炸藥物理敏化，其主要技術參數如下。1）主要化學組分是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO。2）外觀。內部為蜂窩狀多空隙結構的白色松散顆粒。3）水分小于或等于2%（冷卻珍珠巖）。4）導熱系數為0.04W/（m·K）～

0.07W/（m·K）。5）堆積密度（容重）小于或等于65kg/m3，憎水型珍珠巖大于或等于75kg/m3。6）粒度為0.824～0.257（20目～80目，大于或等于80%）。

2 膨脹珍珠巖的敏化機理作用

調節(jié)乳化炸藥的整體密度。膨脹珍珠巖是一種白色多孔性顆粒狀材料，粒徑約為100μm，密度為氧化劑水溶液的十幾分之一，密度低，化學穩(wěn)定性較好，作為密度調整劑，在乳膠基質中添加2%～4%就可以有效改善乳化炸藥的密度。

作為物理敏化劑，使乳化炸藥的感度敏化。膨脹珍珠巖通過物理敏化的方式，可以在乳化基質中均勻分布，形成大量微小氣泡，有助于形成爆炸熱點，使炸藥發(fā)生劇烈氧化還原反應，可以起到非常良好的敏化作用，能夠有效改善炸藥的爆轟敏感度、爆炸性能。

珍珠巖是一種多功能添加劑，可以穩(wěn)定乳化基質。由于珍珠巖的粒徑為100μm～300μm，而乳化基質的水相粒子直徑為0.1μm～1μm，油相油膜厚度為10-3μm～10-2μm，因此加入珍珠巖后，可以使表面與乳化基質的油滴緊密結合，且不吸油，起到穩(wěn)定劑的作用，讓炸藥可以保持長期整體穩(wěn)定均勻，不破乳，提高炸藥儲存期性能[2]。

3 試驗方案

3.1 乳化炸藥的爆速測定-測時儀法（電測法）

3.1.1 方法原理

工業(yè)炸藥爆速測試系統(tǒng)原理組成的框圖如圖1所示。原理是記錄固定距離內爆轟波傳遞到達后熔斷探針的時間，然后根據爆轟波傳遞的距離和時間就可以得到炸藥的爆速。

試驗采用雙股緊密纏繞的漆包銅線作為探針靶線（信號接收端），固定兩端靶線之間的距離插入待測炸藥中。炸藥起爆后，爆轟波在炸藥中傳播，爆轟產生的高溫將探針靶線融化斷路，測試儀記下2段靶線斷路的時間差t，由于靶線間的距離L為固定已知值，根據爆速測定公式即可得出炸藥的爆速。

3.1.2 試驗儀器、設備與材料

試驗場地：試驗銷毀塔，最大試驗藥量1200g。

試驗儀器與材料：本次試驗儀器采用湖南湘西奇搏礦山儀器廠制造的BSW-3A型智能五段爆速儀（測試精度大于0.1μs）；乳化炸藥單次試驗樣品400g；高精度感應探針（0.10mm～0.15mm，銅芯漆包線）；不銹鋼游標卡尺（分度值0.01mm）；電子天平（精度0.5g）；鋼板直尺（500mm，分度值1mm）；起爆器材（瞬時數碼電子雷管）。

3.1.3 試驗步驟

按照標準進行乳化炸藥抽樣，隨機抽取外觀無明顯變形、長度不小于18cm、直徑為32mm的藥卷作為試驗樣品。在試驗樣品上取一段距離L=50mm處徑向平行的點位作為探測點，準備2條銅芯漆包線作為待測探針靶線。

將銅芯靶線穿過徑向平行的探測點，將銅線拉直，以確保炸藥內的靶線為一條直線。之后確保每條探針靶線的2股銅絲相互斷路。

對測試儀電路系統(tǒng)進行“斷、通”檢查，以確保測試儀可以接收爆速測試時的電信號；將2根靶線按照爆轟波傳播順序與測試儀信號接收順序對應后連接靶線與測試儀電路。

在測試儀上設置爆速靶距L為50mm。在試驗樣品的爆速測量端插入數碼電子雷管，深度適中。用導線將數碼電子雷管與起爆器連通，使用起爆器引爆，引爆完成后將導線斷開與雷管線的連接并短接，讀取測試儀的數據。

3.1.4 爆速數據處理

根據公式（1）計算各段爆速值Di。

（1）

式中：Di為第i段測量爆速；L為測試距離；Ti為爆速儀測量第i段時間差值。

根據公式（2）計算均值。

（2）

式中：為爆速均值；n為測試數據個數。

根據公式（3）計算標準差S（S一般取1～2位有效位數）。

（3）

3.2 乳化炸藥的猛度測試

3.2.1 測試方法原理

乳化炸藥猛度炸藥爆炸時粉碎與其接觸介質的能力叫做炸藥猛度，炸藥猛度是炸藥使用性能中最重要的一個特性，與炸藥的破甲作用、粉碎作用都有密切關系，其大小取決于炸藥釋放氣體產物的猛烈程度。

炸藥爆炸后，爆轟波傳播途中釋放大量氣體，釋放出來的大量氣體在鋼管的約束作用下對其下方的鉛柱進行壓縮，因此可用鉛柱被壓縮值來直觀表現炸藥的猛度。

3.2.2 儀器、設備與材料

鉛柱（500℃高溫熔鑄制成直徑為30mm、高為50mm的圓柱）；高精度電子天平（精度為0.01g）；游標卡尺分度值（精度為0.02mm）；測試鋼片（優(yōu)質碳素結構鋼制成）；壓模（黃銅制成）；鉛柱鋼底座；帶孔園紙板（厚度為1.5mm～2.0mm，外徑為（39.5±0.2）mm，孔徑為（7.5±0.1）mm；紙筒（將牛皮紙裁成長150mm、寬65mm的長方形，粘成內徑為40mm的圓筒）；瞬發(fā)電子雷管。

3.2.3 試驗步驟

試樣準備：稱取質量為（50.0±0.1）g的乳化炸藥樣品倒入紙筒中，然后將紙筒放在專用銅模具中，壓?？刂茖⑷榛ㄋ幍难b藥密度調整為（1.00±0.03）g/cm3，再放上帶孔圓紙板，在帶孔圓紙板中心孔內插入雷管殼，插入乳化炸藥的深度為16mm，然后退出模具，按照使用密度進行試驗。

測量鉛柱：在引柱的水平面上，穿過鉛柱中心標記十字線，并標明序列號。在距離交叉線和交點10mm處，標記交叉線，用游標卡尺沿交叉線測量該線（精確至0.02mm）。游標卡尺的末端應延伸到交叉線上。4次測量的算術平均值作為測試前鉛柱高度的平均值h（精確至0.01mm）。

爆轟測試：將鋼底座水平放置在混凝土厚度不小于100mm的硬基礎上，然后放置引柱（拉線端向下）、鋼板、炸藥，使整個測試系統(tǒng)在同軸線上固定在鋼底座上，取出雷管殼體，用數碼電子雷管起爆，乳化炸藥猛度測定實際裝配如圖2所示。

計算猛度：首先，清理爆炸后的鉛柱表面，用游標卡尺沿壓縮表面標記橫線，重測四點高度（精確至0.02mm），試驗后取鉛柱高度的平均值h1（精確到0.01mm）。

鉛柱壓縮值如公式（4）所示。

Δh=h0-h1 （4）

式中：Δh為鉛柱橫截面的壓縮值；h0為爆炸前鉛柱橫截面平均高度；h1為爆炸后鉛柱橫截面平均高度。

4 試驗結果與分析

4.1 膨脹珍珠巖含量對乳化炸藥爆轟感度的影響

為研究對不同膨脹珍珠巖含量對乳化炸藥密度變化及其爆炸性能穩(wěn)定性的影響，試樣所用的乳化炸藥的配方如下：硝酸銨74%、硝酸鈉7%、水10%、復合蠟4%、乳化劑2%。用物理敏化的方式，敏化溫度控制在50.5℃～51.5℃，通過添加1.5%、2%、2.4%、3%、3.5%、4%含量的膨脹珍珠巖進行生產，制得的乳化炸藥樣品試驗結果見表1。

試驗結果表明，在基礎配方不變的情況下，膨脹珍珠巖的含量對乳化炸藥的藥密度及其穩(wěn)定性的影響很大。當膨脹珍珠巖的含量低于1.5%時，對乳化炸藥的密度調節(jié)不夠，導致密度過大，炸藥單位體積中的有效氣泡數量減少，炸藥受絕熱壓縮產生的熱點也將減少，當受到爆轟波沖擊壓縮作用導致的爆溫減少時，爆轟波反應速率減緩，炸藥爆速、穩(wěn)定性明顯降低，感度低，必須用8號雷管才能起爆。

膨脹珍珠巖在乳化炸藥的組分含量控制為2.2%～3.6%時，對乳化炸藥密度的調節(jié)較好，乳化基質中的有效微氣泡增多，有利于提升乳化炸藥爆速、爆轟感度，性能也更穩(wěn)定。尤其是3%含量的珍珠巖，6個月儲存期爆速可保持在4500m·s-1以上，爆轟感度較高，4號雷管可以起爆。

但是膨脹珍珠巖屬于惰性材料，當含量超過4%時，對乳化炸藥的爆速、爆轟感度都有不良影響，特別是6個月儲存期后，爆速、爆轟感度性能衰減劇烈，甚至出現半爆、拒爆。

經過我公司長期生產實踐，膨脹珍珠巖的含量宜控制在2.4％～3％（外加），乳化炸藥的起爆高度較高，用4號雷管可以起爆，炸藥總體性能最好，質量穩(wěn)定，生產成本低。

4.2 膨脹珍珠巖粒度對乳化炸藥爆轟感度的影響

為研究對膨脹膨脹珍珠巖粒度對乳化炸藥密度變化及其爆炸性能穩(wěn)定性的影響，保證乳化炸藥的基礎配方組分、質量分數不變，用40～80目粒度的珍珠巖物理敏化，敏化溫度控制在50.5℃～51.5℃，裝藥、包裝保持不變，生產乳化炸藥，制得的炸藥樣品試驗結果見表2。

試驗表明，膨脹珍珠巖的粒度對乳化炸藥的密度和爆轟感度也有明顯的影響。珍珠巖粒度為40～90，隨著珍珠巖的粒度越大，顆粒越均勻，平均顆粒越細，乳化炸藥中的敏化有效氣泡含量越多，珍珠巖的有效利用率也越高，乳化炸藥的爆速、猛度、殉爆距離都在增加，爆轟感度越高。乳化炸藥在受到沖擊波絕熱壓縮時，形成熱點數量越多，因此要求膨脹珍珠巖的80%顆粒度直接應控制在250μm～300μm，可以有效提高爆炸性能和爆轟感度。

在實際生產過程中，用珍珠巖物理敏化方式，可以使珍珠巖顆粒與乳化基質進行均勻混合，形成相對均勻分布的W/O乳膠體系，在相同乳化基質密度下，比較細粒的膨脹珍珠巖，大顆粒的膨脹珍珠巖（粒度小于40）的孔隙直徑比小顆粒大，敏化攪拌時磨損越多，灰分增加，其有效氣泡數少，不利于起爆，雷管感度低，爆速低，爆轟性能降低，甚至可能出現拒爆現象。

炸藥中敏化氣泡的數量隨珍珠巖粉顆粒數量增加而增加，所以在一定范圍內珍珠巖粉的顆粒越細，炸藥中的敏化氣泡數量越多，炸藥的感度也就越高。在同樣的密度下，大顆粒的珍珠巖粉的總孔隙體積比小顆粒大，但其孔隙數少，這對起爆是不利的。此外，它對水膠炸藥的抗水性和凝膠的連續(xù)性都有不良的影響。因此要求珍珠巖粉的顆粒直徑不大于300μm，90%的顆粒尺寸為200μm～300μm[3]。

4.3 膨脹珍珠巖堆積密度、憎水性對乳化炸藥爆轟感度的影響

珍珠巖的容重、增水量是衡量珍珠巖產品質量的重要技術指標，與珍珠巖的材質以及顆粒度、堆積密度相關，也反映了珍珠巖添加到乳化基質中的封閉的有效氣泡數量，具體的試驗結果見表3。

試驗結果表明，在確保珍珠巖組分及粒度一致的情況下，當容重為40kg/m3～80kg/m3時，隨堆積密度增大，珍珠巖內所含的有效氣泡逐漸增多，與乳化基質敏化攪拌越均勻，敏化效果好，爆速越高，猛度越高，乳化炸藥的爆轟性能越好。珍珠巖堆積密度過低（lt;30kg/m3）、過高（gt;80kg/m3），珍珠巖所含的有小氣泡反而減少，物理敏化攪拌時，氣泡破壞較大，爆速、猛度也會降低。經過長期生產實踐，珍珠巖的堆積密度宜控制在50kg/m3～60kg/m3，珍珠巖的有效利用率最高，爆轟性能好，生產成本低。

由上述試驗可知，膨脹珍珠巖的憎水量對爆轟性能的影響不明顯。但是使用憎水性能較好的珍珠巖可以有效避免乳化基質、游離水進入珍珠巖空隙中，減少破乳現象，提高炸藥的性能穩(wěn)定性[4]。

5 結語

本文基于同一配方、乳化生產工藝技術生產的乳化炸藥，從膨脹珍珠巖的含量、粒度、憎水性不同維度分別進行爆速、猛度測試分析，得出以下研究結論。1）膨脹珍珠巖在乳化基質中的含量宜控制在2.4％～3％（外加），乳化炸藥具有良好的起爆感度，藥態(tài)軟硬適中。當含量超過4%時，對乳化炸藥的爆速、爆轟感度都有不良影響，可能拒爆。2）膨脹珍珠巖的粒度（20～80目）應≧80%，粒度越大，顆粒越均勻，平均顆粒越細，炸藥中的敏化有效氣泡含量越多，珍珠巖的有效利用率也越高，炸藥的爆速、猛度、殉爆距離都在增加，爆轟感度也越高。3）膨脹珍珠巖的堆積密度宜控制在50kg/m3～60kg/m3，珍珠巖的有效利用率最高，爆轟性能好。珍珠巖堆積密度過低（lt;30kg/m3）、過高（gt;80kg/m3）都有可能導致乳化炸藥拒爆。4）使用憎水性能較好的珍珠巖可以有效避免乳化基質、游離水進入珍珠巖空隙中，減少破乳現象，提高炸藥的性能穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]汪旭光.乳化炸藥理論[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2008.

[2]孟自立.空心玻璃微珠在乳化炸藥中的應用[J].爆破器材，1999，28（4）：16-18.

[3]賈進寶，劉正凱.膨脹珍珠巖在含水炸藥中應用的研究[J].礦冶工程，1987，7（1）：3-7.

[4]周世武.憎水型膨脹珍珠巖在乳化炸藥中應用研究.[J].荊門職業(yè)技術學院學報，2000，15（3）：26-28.