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Bleiblockausbauchung

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Der Bleiblocktest ist ein empirischer Vergleichstest zur Beurteilung der Explosivkraft explosionsfähiger Stoffe. Messgröße ist die Bleiblockausbauchung nach der Explosion einer Probe im Inneren eines zylindrischen Bleiblocks.

Geschichte

Datei:Trauzl-test---Lead-block-test.png
Bleiblock vor und nach der Prüfung (1 – Sand, 2 – Probe mit Zünder, 3 – Bleiblock, V – Volumen)

Die Prüfmethode wurde 1885 vom Chemiker Isidor Trauzl entwickelt, der sich als österreichischer Offizier und später mit Alfred Nobel mit der Untersuchung von Sprengstoffen beschäftigte. Eine erste internationale Standardisierung wurde im Jahr 1903 vorgeschlagen.<ref>Proc. Intern. Congress Applied Chem. Berlin 1903, II 463.</ref> Später wurde neben der Verwendung des zylinderförmigen Bleiblocks auch ein kugelförmiger Bleikörper vorgeschlagen.<ref>W. E. Gordon, F. E. Reed, B. A. Lepper: Lead-Block Test for Explosives. In: Ind. Eng. Chem. 47, 1955, S. 1794–1800, doi:10.1021/ie50549a028.</ref> Der heutige, als BAM-Bleiblockprüfung bezeichnete Test beruht im Wesentlichen auf den 1961 von den Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung beschriebenen Prüfbedingungen.<ref>H. Koenen, K. H. Ide, Swart, K. H. in Explosivstoffe. 2, 1961, S. 36.</ref> Als Vergleichssubstanz der Prüfung wurde wasserfreie Pikrinsäure empfohlen.<ref>V. J. Clancey: Assessment of explosion hazards of unstable substances. In: I. Chem. E. Symposiom Series. 33, 1972, S. 50–55, <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20170111094402 

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Prüfung

Datei:Trauzl lead block test.jpg
Testanordnung

Die Prüfung gibt an, um wie viel sich das Volumen eines vordefinierten Hohlraums in einem Bleiblock (Zylinder) von 200 mm Durchmesser und 200 mm Höhe beim Zünden einer definierten Menge einer Prüfsubstanz vergrößert. Dazu werden 10 g der Prüfsubstanz in einer Bohrung von 125 mm Tiefe und 25 mm Durchmesser (Volumen vor der Sprengung 61,4 cm3) mit Quarzsand verdämmt und danach mit einer definierten Sprengkapsel gezündet. Nach Säuberung der Bohrung wird das entstandene Volumen mit Wasser ausgemessen. Die Maßeinheit ist cm3/g. Da bei der Prüfung eine Probemenge von 10 g eingesetzt wird, werden in der Literatur oft die Werte in cm3 für 10 g angegeben.

Der BAM-Bleiblocktest ist als Test F.3 Teil des Prüfschemas zur Klassifizierung von selbstzersetzlichen Stoffen der Klasse 4.1 und organischen Peroxiden der Klasse 5.2 im Sinne der Gefahrgutvorschriften.<ref name="orange book">Empfehlungen für die Beförderung gefährlicher Güter - Handbuch über Prüfungen und Kriterien, Fünfte überarbeitete Ausgabe, ST/SG/AC.10/11/Rev.5, Vereinte Nationen New York und Genf, 2009, Deutsche Übersetzung 2015 durch die BAM, S. 298ff, <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20170812062737 

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  }}</ref> Ein modifizierter Bleiblocktest F.4 wird mit einem Bleiblock mit veränderter Geometrie durchgeführt.<ref name="orange book" /> Weitere Prüfungen zur Beurteilung der Explosivkraft sind die ballistischen Mörsertests F.1 und F.2.<ref name="orange book" />

Weitere Vergleichskriterien sind das TNT-Äquivalent sowie der Sand-Test.

Berechnungsmethoden

Es existieren Arbeiten, die gemessene Bleiblockausbauchungen ΔVTrauzl mit der Summenformel und Stoffeigenschaften korrelieren. Bei einer Auswertung der Bleiblockausbauchungen von 70 Stoffen des Typs CaHbNcOd und Einbeziehung der Molmasse M und der Bildungsenthalpie ΔfH0 für die Gasphase konnte eine Funktion mit

<math>\text{(1)}\qquad\Delta V_\text{Trauzl} = c_0 + c_1 \frac{a}{M} + c_2 \frac{c}{M} +c_3 \frac{\Delta_fH^\circ}{M} \qquad\text{mit}\qquad\begin{cases}c_0 = 1390\\c_1 = -23881\\c_2 = -26528\\c_3 = 114{,}18~\end{cases}</math>

gefunden werden.<ref name="Kamalvand">M. Kamalvand, M. Hossein-Keshavarz, M. Jafari: Prediction of the Strength of Energetic Materials Using the Condensed and Gas Phase Heats of Formation. In: Propellants Explos. Pyrotech. 40, 2015, S. 551–557, doi:10.1002/prep.201400139.</ref> Eine ähnliche Korrelation ergab sich aus einer Auswertung der Bleiblockausbauchungen von 72 Stoffen und 11 Gemischen des Typs CaHbNcOd nur basierend auf der Summenformel und Einbeziehung von Korrekturfaktoren V+ bzw. V− für verschiedene Substitutionstypen, die die Werte erhöhen bzw. erniedrigen.<ref name="Jafari">M. Jafari, M. Kamalvand, M. Hossein-Keshavarz, S. Farrashi: Assessment of the Strength of Energetic Compounds Through the Trauzl Lead Block Expansions Using Their Molecular Structures. In: Z. Anorg. Allg. Chem. 641, 2015, S. 2446–2451, doi:10.1002/zaac.201500586.</ref> Die gefundene Korrelation lautet:

<math>\text{(2)}\qquad\Delta V_\text{Trauzl} = c_0 + c_1 \frac{a}{d} + c_2 \frac{b}{d} +c_3 V^+ + c_4 V^- \qquad\text{mit}\qquad\begin{cases}c_0 = 578{,}8~\\c_1 = -175{,}4~\\c_2 = -88{,}88~\\c_3 = 140{,}3~\\c_4 = -122{,}4~\end{cases}</math>
Korrekturfaktoren für typische Strukturelemente
Strukturelement V+ (cm3) V− (cm3)
R-(ONO2)x für x = 1, 2 1,0 0
R-(ONO2)x für x > 2 0,5 0
R-(NNO2)x für x = 1, 2, … 0,5 0
Ph-(NO2)x für x = 1, 2 0,5 0
H2N-C(=O)-NH-R 0 1,0·x
Ph-(OH)x oder Ph-(ONH4)x 0 0,5 · x
Ph-(NH2)x oder Ph-(NHR)x 0 0,4 · x
Ph-(OR)x 0 0,2 · x
Ph-(COOH)x oder Ph-(ONH4)x 0 0,9 · x

Ph – Phenylgruppe, R – Rest des organischen Moleküls

Beispiele

Sprengkraft chemischer Sprengstoffe und Sprengstoffgemische anhand ihrer Bleiblockausbauchung:

Bleiblockausbauchung (cm³/g)
Stoff Messwert Berechnung nach
Gleichung (1)<ref name="Kamalvand" /> 		Berechnung nach
Gleichung (2)<ref name="Jafari" />
Acetonperoxid 25,0<ref name="Köhler" />
Chloratsprengstoffe 22–29<ref>Eintrag zu Chlorat-Sprengstoffe. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum 0 | Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:RömppOnline}} template= Vorlage:RömppOnline

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Hexogen (T4) 48,0<ref name="Köhler" />
HMTD 33,0<ref name="Köhler" /> 37,1
Oktogen (HMX) 48,0<ref name="Köhler" /> 44,0 47,2
Nitroglycerin 52,0<ref name="Köhler" /> 55,8 54,1
PETN/Nitropenta 52,3<ref name="Köhler" /> 51,4 51,7
Pikrinsäure 31,5<ref name="Köhler">J. Köhler, R. Meyer, A. Homburg: Explosivstoffe. 10., vollständig überarbeitete Auflage. Wiley-VCH, 2008, ISBN 978-3-527-32009-7.</ref> 34,1 32,9
TNT 30,0<ref name="Köhler" /> 30,0 30,0
Dipikryloxid 37,3<ref name="Köhler" /> 36,2 39,0
Dipikrylamin 32,5<ref name="Köhler" /> 35,6 31,7
HNS 30,1<ref name="Köhler" /> 32,8 33,0

Literatur

  • UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods, Manual of Tests and Criteria. Eighth Revisited Edition 2023, United Nations Publication, New York / Geneva, ISBN 978-92-1-139219-7 (pdf).
  • Thomas M. Klapötke: Chemistry of High-Energy Materials. 3. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin/Boston 2015, ISBN 978-3-11-043932-8, S. 161–164.

Einzelnachweise

<references />

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