DE2039713C3

DE2039713C3 - Dichtes Sprengmittel

Info

Publication number: DE2039713C3
Application number: DE19702039713
Authority: DE
Inventors: Shuzo Tokio Fujiwara
Original assignee: NISSO KENZAI KOGYO CO Ltd TOKIO
Current assignee: NISSO KENZAI KOGYO CO Ltd TOKIO
Priority date: 1970-05-02
Filing date: 1970-08-10
Publication date: 1974-05-16
Also published as: DE2039713A1; GB1318116A; JPS502725B1; DE2039713B2; FR2065850A5

Description

Während vieler Jahre wurden zur Erhöhung der Brisanz und der Detonationsgeschwindigkeit von Sprengmitteln Sprengstoffe wie Cyclotrimethylentrinhramin (RDX) u;.d Pentaerythrit-tetranitrat (PETN) unter einem Druck von 100 kg/cm² bis 5000 kg cm² mit Wachs oder Kunststoffen preßgeformt oder die Sprengstoffe mit geschmolzenem Trinitroto'uol (TNT) bei hoher Temperatur gemischt und gießgeformt. Bei üblichen Sprengmitlein ist das Schmelzen und Preßformen gefährlich und erfordern komplizierte Schutzmaßnahmen und einen beträchtlichen Aufwand zur Temperaturregelung wegen der Stabilität der Sprengstoffe.

Leicht durchzuführende Verfahren zur Einstellbarkeit der Brisanz von Sprengstoffen sind nicht bekannt. Zum Zerkleinern spröder Materialien wurden bisher immer Sprengmittel mit hoher Sprengkraft von F = 14000 bis 6000 1 · kg, cm² verwendet. Der F-Wert ist ein Maß Für die Arbeitsleistung der bei der adiabatischen Expansion aus dem Sprengmittel entstehenden und unter hühem Druck stehenden Gase in den Normabustand; je höher der F-Wert eines Sprengmittels ist, um so brisanter ist es und schleudert die Bruchstücke weit in den Umkreis. Bei Sprengungen von Bauten in Siedlungsgebieten sind für solche Sprengmitlei beträchtliche Sicherheitsmaßnahmen notwendig.

Die Erfindung betrifft nun ein dichtes, hartes Sprengmittel zum Zerkleinern von spröden Materialien, enthaltend pulverfurmigen Sprengstoff in Form von RDX (Hexogen), PETN (Nilropenta), TNT, HMX (Oktogen), Pikrinsäure und oder Tetryl und inertes, festes Material. Fs gestattet je nach Bedarf Brisanz und Sprengkraft einzustellen und ermöglicht daher Abbruch und Sprengarbeiten ohne Gefährdung der Umgebung durch herumfliegende Bruchstücke und ohne ungebührliche Lärmbelästigung dor Umgebung. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß es ti as abgebundene Gemisch von 20 bis 50'!Ό Sprengstoff in 80 bis 50% Zement oder Gips ist und einen F-Wert zwischen 1800 und 4000 1 ■ kg cnr und eine Detonationsgeschwindigkeil zwischen 4 und 8.5 km s hut.

Dichte > l,4g/cm³ besitzt Für besondere Anwendungsgebiete eignet sich ein Sprengmittel mit eiaem Wert für das Produkt _ΰ0 · D² von 30 bis

130 -¹T · (—Y und einer Dichte von 1,4 bis 3 g/cm³, cnr \secj

Für den F-Wert gilt folgende Relation:

F = P₀-V₀--.

¹O

worin

,₅ P₀ den Druck,

K₀ das von 1 kg Sprengst off erzeugte Gasvolumen, T die Detonationstemperatur in ° K und
T₀ 0°C, also 273⁰K, bedeutet.

2Z. Ein wesentlicher Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Sprengmittels ist die Möglichkeit der Einstellung der Brisanz auf die benötigten Werte. Bemerkenswert ist auch die hohe Stabilität der erfindungsgemäßen L^rengmittel, ohne daß diese dui«.h eine Erhöhung dc F-Werts erkauft werden muß.

Wie erwähnt, sind der F-Wert, also die Sprengkraft, und die Brisanz, also das Produkt o_o ■ D², Variable, mit deren Hilfe die angeführten Eigenschaften einstellbar sind. Bekanntlich ist die Brisanz von Sprengstoffen cine Funktion der Deionationsgeschwindigkeit. Diese ist wieder abhängig von der Dichte des Sprengstoffs und der Schockimpedan/ des vorliegenden Füllmaterials. Bei den erfindungsgemäßen Materialien ist der Zwischenraum zwischen den einzelnen Kristallen oder Pulverteilchen acs, Sprengstoffs mit stark dämpfendem Füllmaterial ausgefüllt. Es ergeben sich daher durch Auswahl des Füllmittels und Bestimmung der benötigten Menge an Füllmittel weitere Yariaiionsmöglichkeiten für Erreichung der gewünschten Wirkungen des Sprengmittels. Durch die große Dichtigkeit der erfindungsgemäßen Sprengmittel ist die sichere Detonation, also Fortpflanzung der Deionutionswelle. gewährleistet. Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Sprengmittel beruht im wesentlichen darauf, daß durch die hohe Dichte und Härte die vom Sprengstoff erzeugte Schockwelle auf das abzubauende Material übertragen und dieses ohne Dämpfung der Schockwelle zerstört werden kann.

Die Herstellung der erlindungsgemäßen Sprengmittel geschieht durch Anmachen der Sprengstoffe und Füllstoffe zu einer schlammartigen fließfähigen Masse. Diese fließfähige Masse wird zweckmäßigerweise in eine Form oder Hülse gefüllt, in der sie erhärten kann. In dieser Form gelangt das erfindungsgemäße Sprengmittel dann zur Anwendung

Als Sprengstoffe werden bei dem erfindungsgemäben Sprengmittel die an sich bckaniiKn Stoffe RDX (CycloiinneihylenlrinUramin), PHTN (Pentaerythrit-

ί,ο tetranilrat). TNT (Trinitrotoluol), HMX (Cyclotelramethylon-telranilramin) oder auch Pikrinsäure und oder Tetryl angewandt.

Bevorzugt werden als Füllstoffe Aufschlämmungen verwendet, die sich zu einem harten Material höherer

^f'^s Dichte, d. h. über 1.1 . j. und hoher Schockimpedanz.

d.h. ■■- '.4(K) kg cnr -see, mit einer Druckfestigkeit von mehr als 10 kg cm², vorzugsweise von mein als

70kg cm², verfestigen, einen o₀ - I^-Wert bis 130

χ (^J und hohe Dichte bis 3,0 g/cm³ haben. Die erfindungsgemäß am meisten bevorzugten Sprengstoffe haben einen F-Wert < 40001 ■ kg/cm² und werden erhalten, wenn das Füllmaterial etwa 50 bis 80 Gewichtsprozent des fertigen Sprengmittels ausmacht. Vorzugsweise werden hierzu Suspensionen von Plaster oder Zement in Wasser und Aufschlämmungen von Tonerdezement, Magnesiazement, Portlandzement und Bleiglättezement (hergestellt aus Pb und Glycerin), verwendet.

Als Sprengstoffe kommen cyclische Verbindungen, wie RDX und HMX zur Anwendung, die alkalibeständig sind und vorzugsweise mit Zement od<_: gegebenenfalls mit anderen Zusätzen oder einem Beschleuniger zur Anwendung kommen. Die erfindungsgemäßen Sprengmittel haben eher kleinere F-Werte, weil der Sprengstoff mit inertem Füllmaterial verdünnt ist. Die erfindungsgemäßen Sprengmittel haben hohe Brisanz bei hoher mechanischer Festigkeit, und zwar von mehr als 50%, vorzugsweise von 70 bis 95% der mechanischen Festigkeit des harten Materials.

Die erfindungsgemäßen Sprengmittel eignen sich besonders für industrielle Zwecke, im Bergbau und bei Sprengarbeit jeglicher Art. Die Zündung des Sprengmittels erfolgt in üblicher Weise. Das Bohrloch kann in üblicher Weise mit einem stark verdichtbaren Material gefüllt werden, das eine Schockimpedanz von mehr als 1400 kg/m² · see besitzt. Zu diesem Zweck werden vorzugsweise Sprengmittel mit einem F-Wert unter 4000 1 · kg/cirr. aber hoher Brisanz entsprechend ^₀ · D² > 30, insbesondere bis

130 -^g, · (^km\ , verwendet,
cm ■ \ s /

Auf diese Weise wird so gut wie gar kein Material abgeschleudert, und der Knall isi außerordentlich schwach, weil das Sprengmittel einen niederen F-Wert hatte und dadurch nur wenig Wärme und geringen Gasdruck erzeugt.

Das erfindungsgernäßc Sprengmittel hat zahlrckl.z Vorteile: Es lassen sich unter Ausschaltung aller gefährlichen Verdichtungsstufen Sprengmittel mit der jeweils benötigten Brisanz herstellen; es werden Stoffe mit Schockimpedanz von mehr als 1400 kg m² · see verwendet, so daß man ein Sprengmittel mit hoher Brisanz und gleichzeitig niederer Sprengkraft, also niederen F-Werten erhält.

g Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter

cm³ erläutert:

Beispiel 1

50 Teile RDX, 50 Teile Portlandzement und 30 Teile Wasser wurden gemischt und vergossen. Nach dem Verfestigen zeigte das Sprengmittel ein*; Druckfestigkeit von 189 bis 200 kg/cm².

ίο Beispiel 2

50 Teile RDX, 50 Teile Tonerdezement und 30 Teile Wasser gaben gemischt und vergossen nach dem Verfestigen ein Sprengmittel mit einer Druckfestigkeit von mehr als 250 kg/cm².

Beispiel 3

Mit 25 Teilen RDX, 75 Teilen Portlandzement und 30 Teilen Wasser wurde ein Sprengmittel mit einer Druckfestigkeit von 225 kg/cm² erhalten.

Beispiel 4

Beispiel 1 wurde mit 30 Teilen RDX, 70 Teilen Tonerdezement und 30 Teilen Wasser wiederholt. Das verfestigte Sprengmittel hatte eine Druckfestigkeit von mehr als 250 kg/cm².

Beispiel 5

40 Teile RDX, 40 Teile Portlandzement, 40 Teile Fe₂O₃ und 30 Teile Wasser wurden gemischt und vergossen. Nach dem Verfestigen hatte das Sprengmittel eine Druckfestigkeit von 88 bis 150 kg cm².

Beispiel 6

Beispiel 1 wurde mit 50 Teilen HMX. 50 Teilen Tonerdezement und 30 Teilen Wasser wiederholt. Die Druckfestigkeit des fertigen Sprengmittels betrug 250 kg/cm².

Beispiel 7

Aus 40 Teilen PETN, 60 Teilen Halbhydral-Plaster und 30 Teilen Wasser wurde ein Sprengmittel mit einer Druckfestigkeit von 88 bis 125 kg/cm² erhallen.

Beispiel 8

30 Teile PETN, 70 Teile Halbhydral-Plaster und 30 Teile Wasser; die Druckfestigkeit des fertigen Sprengmittels betrug 88 bis 125 kg/cm².

Beispiel

2 3 4 5 6 7 8

	ti	Tabelle I a	F-Wcrt	4000 4500	lallliammcrlcst	Zündpunkl	DniLkfe-itigkeit
'.'(1	Ikrn si	•..„ο² ■ ι /Ιηι\"Ί	Il If· cnr)	1000 -1500	ι cm)	( O	(kg cnr)
Ig cm')	7.1	cm' v s ;j	87 4000 - 4500	1500-2100	>50	> 300	1 XO -200
1,72	7,3	91	2(X)O 3000	>50	> 300	250
1,70	6,6	84	4(X)O-4500	>50	>300	225
1,94	6.8	87	3(X)O "3500	>50	>300	250
1,90	7	92	1500-2500	>50	> 300	88-150
1.84	7,4	99		>50	> 300	> 250
1,81	6	60	>40 50	250-260	88—125
' ft h	5.7	54	>50	260-275	88—125
1.65

Tabelle I b

.Sprengmittel	inertes Füll material (Teile)	Vergleich A	(g cm³)	D (km s)	,,,D- Lern³ I s ) J	F-Wm (1 · kg cm-)
SprengstofT- pulver (Teile)	—	Vergleich B	1,00	6	36	13 500— 14 500
RDX	—	Vergleich C	1,60	8,2	107	13 500— 14 500
RDX*)	—	Vergleich D	1,00	5.6	31	13 500— 14 500
PETN	—	Vergleich E	1,60	7,9	100	I3 5OO— 14 50!)
PETN*)	—	Vergleich F	1.00	6.2	38	13 500 14 500
HMX	—		1,60	8.4	113	13 500— 14 500
HMX*)

Fallhammertest

(cm)

10—20

5—10

10—20

Zündpunkt	Druck festigkeit
("C)	(kg. cm²)
250—260	._.
250—260	25
220—230	—
220—230	."5
220—230	--
220—230	25

*) Gepreßt unter 800 kg cm²

In der obigen Tabelle sind die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Sprengmittel der Beispiele 1 bis 8 und von bekannten Sprengmitteln A bis F zusammengestellt.

Die Schlagempfindlichkeit wurde nach der Fallhammermethode in folgender Weise bestimmt: Eine Sprengmittelprobe, 0,1 bis 0,2 g, wurde zwischen zwei runde Stahlplatten — 12 mm 0 und Stärke 10 mm — angeordnet und ein 5 kg Hammer darauf fallengelassen. Gemessen wurde die Fallhöhe, bei welcher das Sprengmittel explodierte.

Bei den Vergleichen A und E handelte es sich um Sprengstoffpulver, die anderen waren unter 800 kg cm² gepreßt, und zwar in Vergleich A und B RDX, in Vergleich C und D PETN und in Vergleich E und F HMX.

Beispiel 9

6 Teile PETN, 0.5 Teile Stahlwolle und 4 Teile Wasser wurden gemischt und mit 4 Teilen Halbhydrat-Plaster gemischt. Nach dem Verfestigen in einer Form hatte das Sprengmütcl eine Dichte von 1,62, eine Druckfestigkeit von 50 bis 70 kg cm², eine Detonationsgeschwindigkeit \on 7,5 km/s und einen F-Wert von 3900 1 · kg/cm².

40

45

Beispiel 10

10 Teile RDX, 10 Teile Portlandzement. 10 Teile Wasser wurden gut vermischt und die Aufschlämmung in eine Form gegossen, in welcher Drahtnetze — 0,5 mm 0, im Abstand 1 cm — angeordnet waren. Erhalten wurde ein Sprengmittel mit einer Dichte von 1,73 g/cm³, einer Detonationsgeschwindigkeit von 7,2km s, einer Druckfestigkeit von 200 bis 220 kg/cm² und einem F-Wert von 3000 1 · kg cnr.

Beispiel 11

Betonklötze, 30 χ 30 χ 30 cm. ohne Armierung wurden bis in die Mitte gebohrt. Eines der in den vorangegangenen Beispielen aufgeführten Sprengmittel wurde in das 30 cm weite Bohrloch eingebracht: der Zwischenraum zwischen Sprengmittel und Bohrlochwand wurde mit einer Flüssigkeit oder einer Aufschlämmung gefüllt, wobei darauf geachtet wurde, daß keine Lufteinschlüsse verblieben; ein Teil des Füllmaterials verfestigte sich; schließlich wurde das Bohrloch bis zum Bohrlochmund mit Flüssigkeit oder Aufschlämmung aufgefüllt. Die Versuchsbedingungen und die erzielte Wirkung Tür erfindunpsgemäße Sprengmittel und Vergleichsprodukte sind in den Tabellen Π.ι und 11b zusammengefaßt.

Art
(Beispiel)

Spreizmittel

/•-Wert	Menge
I · kg cm²)	(g)
2800	Ί
2800	■)
2800	2
2800	2
2100	4
2100	4

Tabelle Ila

Erfindungsgemäße Sprengmiltel

Füllmaterial

Wasser

Portlandzement
Aufschlämmung

Luft (Vergleich)

trockener Sand

Wasser

Portlandzement
Aufschlämmuni!

Schorkimpedanz
(kg nr s|

1 5 000

7(KKl 9000

1000
1500
7(XK) 39 000

Zahl der
Bruchstücke

10 25
21 30

0 2

1 3
18- 20

22 34

Sprengwirkung

Streu weile
ImI

1.5 2.1

1.2 1,5

1,5-1,8
2.0- 2.5

Lärmpegel
„(Phnn)

70 72
70 73

75-77
73- 75
77 79
72 77

Fortsetzung

	Sprcngmillcl	Menge
An	F-Werl	<g>
Beispiel)	Il -kg,cm²l	4
4	2100	6
4	1800	6
4	1800	6
4	1800	6
4	1800	6
4	1800

Füllmaterial Schockimpcdan/

(kg ην s) ι

Luft (Vergleich)

Wasser

Glycerin

65%ige ZnCl₂-l-ösung

Portlandzement

Aufschlämmung Luft (Vergleich) Zahl der
Bruchstücke

Sprengwirk iiiii!

Streuweite ImI

1500
2000
2800
7000—9000

<1

0—2
12—19
18—25
24—35
25—31

0—1

l.ärmpeucl iPhxnl

1,8—2,1 1,0—1,5 2,1—2,4 1,0—1,3

82—85 70—77 77—86 81—90 80—89

69—73

Tabelle lib Vergleichsprodukte

Schwarzpulver
desgl.
desgl.

Ammoniumperchlorat

desgl.
desgl.

Sprengmittel

F-Wert
(1 ■ kg/cm²)

3000
4000
3000
4000

3000 -

4000

11000

11000
UOOO

11000
14000

Menge (g)

10

5 5

■5 5

Füllmaterial

Wasser

Portlandzement

Aufschlämmung Luft (Vergleich)

Wasser

wäßrige 65%ige ZnCl₂-Lösung

Portlandzement Aufschlämmung

Luft (Vergleich)

Wasser Schockimpedanz
(kgm's)

1500

7000—
90U0

1500
2800

7000—
9000
1
1500

Zahl der Bruchstücke	Sprengwirkung Streuweite (tn)	Lärmpegel (Phon)
9—15	4—8	105—115
9—15	5—8	115—120
10—13	4—6	110—120
20—28	12—16	> 120
22—28	12—16	>120
20—24	>15	> 120
20—22 >30	10—15 20—40	>120 > 120

Werden die erfindungsgemäßen Sprengmittel zusammen mit einem Füllmaterial verwendet, dessen Schockimpedanz mehr als 1400 beträgt, so wird der Block praktisch ohne Streuwirkung in zahlreiche Stücke (mehr als 10) zerrissenje nach Schockimpedanz des Füllmaterials. Bei den Vergleichsprodukten hingegen werden die Bruchstücke kräftig gestreut.

Beispiel 12

40 χ 40 χ 80 cm große Granitblöcke wurden in der Mitte der quadratischen Seitenfläche 25 cm tief gebohrt. In das 3 cm weite Bohrloch wurden 10 g Sprengmittel gemäß Beispiel 1 bzw. 10 g Schwarzpulver zum Vergleich eingebracht, die Bohrlöcher bis zum Bohrlochmund aufgefüllt und die Sprengung durchgeführt.

Tabelle III Beispiel 1

Schwarzpulver

Bruchslücke

17 Ausbläser 0

13

Maximale Streu werte

60 cm

Beispiel

In Pfeiler aus armiertem Beton, 60 χ 60 χ 180 cm, werden von der Mitte der einen quadratischen Seite

60

65 aus 40 cm tiefe und 2 cm weite Bohrlöcher getrieben und 20 g Sprengmittel gemäß Beispiel 6 und zum Vergleich ammoniakhaltiger, gelatinöser Sprengstoff eingebracht. Der freie Raum um die Sprengladung wurde mit 60 cm³ Portlandzementaufschlämmung gul ausgefüllt, so daß keine Luft im Bohrloch verblieb Die Explosion wurde durch einen elektrischen Zündei bewirkt.

Tabelle IV

Beispiel 8.
Vergleich.

F-Wert

(1 kg c-m²)

2100
9500

Deionationsgesch windigkeit

(km. s)

5,7 5,5

Lärmpegel

(Phon^

70—100 120

Bei dem erfindungsgemäßen Sprengmittel beol achtete man zahlreiche Risse auf allen Flächen, d ursprüngliche Form blieb erhalten; es trat keine Strei wirkung auf, sondern der Pfeiler fiel unter leichte Hammerschlägen auseinander; die Stahlbewehrui ließ sich leicht freilegen.

Beim Vergleich waren die dem Bohrlochmur benachbarten Flächen zerrissen, es trat eine stari Streuwirkung auf.

409 620/11

Beispiel 14

Zwei leicht geneigte, 35 cm tiefe Bohrlöcher wurden im Abstand von 60 bzw. 120 cm von der unteren Kante entlang der Mittellinie in eine der Längsflächen eines Betonpfeilers, 60 χ 60 χ 180 cm. getrieben und mit jeweils 20 g Sprengmittel des Beispiels 4 gefüllt. Die Bohrlöcher wurden mit gesättigter Kochsalzlösung gefüllt und die Luft vollständig verdrängt. Gezündet wurde mit einer elektrischen Zündkapsel. Der Pfeiler war auf allen Seiten mit vielen Rissen durchzogen; die Bruchstücke wurden nicht zerstreut; der Pfeiler fiel beim Anstoßen mit der Hand in sich zusammen.

B e i s ρ i e 1 15

20 Teile RDX, 10 Teile Portlandzement, 5 Teile Tonerdezement und 10 Teile Wasser wurden zu einem Sprengmittel mit Detonationsgeschwindigkeit 7,02 km/s, Dichte 1,70 g/cm³ und F-Wert 45001 χ kg/cm² vermischt. Das Sprengmittel wurde mit Hilfe eines 10 mm schlanken Rohres, das sich bis zur Oberfläche eines Pfeilers erstreckte, in ein 30 mm weites und 1 mm starkes Aluminiumrohr eingefüllt. Um das Aluminiumrohr herum wurde ein Betonpfeiler 1 χ 1 χ 3 m gesetzt.

Nach 40 Tagen wurde ein Sprengsatz, enthaltend 5 g Gemisch aus gleichen Teilen PETN 4- TNT (Pentolite) angebracht und die Detonation mit einem elektrischen Zünder ausgelöst. In einem Umkreis von 1 m um das Sprengmittel wurde die Stahlbewehrung freigelegt; die Streuwirkung war unerheblich.

Beispiel 16

6 Teile PETN, 4 Teile Zement und 4 Teile Wasser wurden gul gemischt und 100 g dieses Gemisches in

ίο ein 1 mm starkes und 30 mm weites Aluminiumrohi gefüllt. Um das Aluminiumrohr wurde ein Betonpfeiler 1 χ 1 χ 3 m gesetzt. 40 Tage später wurde ein 5 cm tiefes und 3,5 cm weites Bohrloch in den Pfeiler getrieben und die Sprengladung mit 30 £ Sprengmittel für das Bohren von Löchern gezündet Der Pfeiler zerfiel in Stücke ohne wesentliche Streu wirkung.

Beispiel 17

70 bis 95% Bleioxid (PbO) und 30 bis 5% Glycerir wurden zu Bleiglättezement mit einer Dichte vor 4,0 bis 4,5 g/cm³ vermischt. 50% RDX oder HM> und 50% Bleiglättezement wurden gemischt um das Gemisch verfestigt. Die festen Sprengmittel hat

ten eine Dichte von 2,5 bis 3,0 g/cm³, eine Deto nationsgeschwindigkeit von 7000 bis 7500 m/s un< eine Härte entsprechend gehärtetem Gips.

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtes, hartes Sprengmittel zum Zerkleinern von spröden Materialien auf der Basis von pulveriÖrmigen Brisanzsprengstoffen mit Hexogen, Nitropenla, Trinitrotoluol, Oktogen, Pikrinsäure und/ oder Tetryl und einem inerten, festen Material, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprengmittel ein abgebundenes Gemisch aus 20 bis 50% Sprengstoff in 80 bis 50% Zement oder Gips ist, das einen F-Wert zwischen 1800 und 4000 1 · kg/cm², eine Detonationsgeschwindigkeit zwischen 4 und 8,5 km/s hat, einen Wert für ρ₀ D² > 30 ^j₃- · (~j und eine Dichte > 1,4 g/cm³ besitzt.

2. Sprengmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wert für p₀ D² von 30 bis

130 —^-T · ( — j und eine Dichte von 1,4 bis 3 g/cm³.

das Produkt o_ö · D² > 30 ~r · (^) ist und eine