Bleiblockausbauchung
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
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" />(pdf) ( des Vorlage:IconExternal vom 11. Januar 2017 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.</ref>
Prüfung
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" />(pdf) ( des Vorlage:IconExternal vom 12. August 2017 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.</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>
| 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 |
| 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:
| Stoff | Messwert | Berechnung nach Gleichung (1)<ref name="Kamalvand" /> |
Berechnung nach Gleichung (2)<ref name="Jafari" /> |
|---|---|---|---|
| Acetonperoxid | 25<ref name="Köhler" /> | ||
| Chloratsprengstoffe | 22–29<ref>Eintrag zu Chlorat-Sprengstoffe. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum</ref> | ||
| Hexogen (T4) | 48<ref name="Köhler" /> | ||
| HMTD | 33<ref name="Köhler" /> | 37,1 | |
| Oktogen (HMX) | 48<ref name="Köhler" /> | 44 | 47,2 |
| Nitroglycerin | 52<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<ref name="Köhler" /> | 30 | 30 |
| 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 />