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 Bleiblocks.

Geschichte

Bleiblock vor und nach der Prüfung (1 – Sand, 2 – Probe mit Zünder, 3 – Bleiblock)

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.[1] Später wurde neben der Verwendung des zylinderförmigen Bleiblocks auch ein kugelförmiger Bleikörper vorgeschlagen.[2] Der heutige, als BAM-Bleiblockprüfung bezeichnete Test beruht im Wesentlichen auf den 1961 von den Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung beschriebenen Prüfbedingungen.[3] Als Vergleichssubstanz der Prüfung wurde wasserfreie Pikrinsäure empfohlen.[4]

Prüfung

Testanordnung

Die Prüfung gibt an, um wie viel sich das Volumen eines vordefinierten Hohlraums in einem Bleiblock 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 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.[5] Ein modifizierter Bleiblocktest F.4 wird mit einem Bleiblock mit veränderter Geometrie durchgeführt.[5] Weitere Prüfungen zur Beurteilung der Explosivkraft sind die ballistischen Mörsertests F.1 und F.2.[5]

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

Berechnungsmethoden

Es existieren Arbeiten, die gemessene Bleiblockausbauchungen ΔV_Trauzl mit der Summenformel und Stoffeigenschaften korrelieren. Bei einer Auswertung der Bleiblockausbauchungen von 70 Stoffen des Typs C_aH_bN_cO_d und Einbeziehung der Molmasse M und der Bildungsenthalpie Δ_fH⁰ für die Gasphase konnte eine Funktion mit

\qquad {\text{(1)}}\qquad \Delta V_{Trauzl}=c_{0}+c_{1}{\frac {a}{M}}+c_{2}{\frac {c}{M}}+c_{3}{\frac {\Delta _{f}H^{\circ }}{M}}\qquad {\text{mit}}\qquad {\begin{cases}c_{0}=1390\\c_{1}=-23881\\c_{2}=-26528\\c_{3}=114{,}18~\end{cases}}

gefunden werden.[6] Eine ähnliche Korrelation ergab sich aus einer Auswertung der Bleiblockausbauchungen von 72 Stoffen und 11 Gemischen des Typs C_aH_bN_cO_d nur basierend auf der Summenformel und Einbeziehung von Korrekturfaktoren V⁺ bzw. V⁻ für verschiedene Substitutionstypen, die die Werte erhöhen bzw. erniedrigen.[7] Die gefundene Korrelation lautet:

\qquad {\text{(2)}}\qquad \Delta V_{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}}

Die folgende Tabelle gibt die Korrekturfaktoren für typische Strukturelemente:

Korrekturfaktoren
Strukturelement	V⁺ (cm³)	V⁺ (cm³)
R-(ONO₂)_x, x=1,2	1,0	–
R-(ONO₂)_x, x>2	0,5	–
R-(NNO₂)_x, x=1,2,...	0,5	–
Ph-(NO₂)_x, x=1,2	0,5	–
H₂N-C(=O)-NH-R	–	1,0·x
Ph-(OH)_x oder Ph-(ONH₄)_x	–	0,5·x
Ph-(NH₂)_x oder Ph-(NHR)_x	–	0,4·x
Ph-(OR)_x	–	0,2·x
Ph-(COOH)_x oder Ph-(ONH₄)_x	–	0,9·x

Beispiele

Sprengkraft chemischer Sprengstoffe und Sprengstoffgemische anhand ihrer Bleiblockausbauchung:

Bleiblockausbauchung (cm³/g)
Stoff	Messwert	Berechnung nach Gleichung (1)[6]	Berechnung nach Gleichung (2)[7]
Acetonperoxid	25,0[8]
Chloratsprengstoffe	22–29[9]
Hexogen (T4)	48,0[8]
HMTD	33,0[8]	37,1
Oktogen (HMX)	48,0[8]	44,0	47,2
Nitroglycerin	52,0[8]	55,8	54,1
PETN/Nitropenta	52,3[8]	51,4	51,7
Pikrinsäure	31,5[8]	34,1	32,9
TNT	30,0[8]	30,0	30,0
Dipikryloxid	37,3[8]	36,2	39,0
Dipikrylamin	32,5[8]	35,6	31,7
HNS	30,1[8]	32,8	33,0

Literatur

UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods, Manual of Tests and Criteria. Fifth Revisited Edition 2009, United Nations Publication, New York/ Geneva, ISBN 92-1-139087-7.
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

Proc. Intern. Congress Applied Chem. Berlin 1903, II 463.
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.
H. Koenen, K. H. Ide, Swart, K. H. in Explosivstoffe. 2, 1961, S. 36.
V. J. Clancey: Assessment of explosion hazards of unstable substances. In: I. Chem. E. Symposiom Series. 33, 1972, S. 50–55, (pdf)
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, (pdf) (Memento des Originals 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.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.bam.de
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.
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.
J. Köhler, R. Meyer, A. Homburg: Explosivstoffe. 10., vollständig überarbeitete Auflage. Wiley-VCH, 2008, ISBN 978-3-527-32009-7.
Eintrag zu Chlorat-Sprengstoffe. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.

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[1] Proc. Intern. Congress Applied Chem. Berlin 1903, II 463.

[2] 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.

[3] H. Koenen, K. H. Ide, Swart, K. H. in Explosivstoffe. 2, 1961, S. 36.

[4] V. J. Clancey: Assessment of explosion hazards of unstable substances. In: I. Chem. E. Symposiom Series. 33, 1972, S. 50–55, (pdf)

[orange_book-5] 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, (pdf) (Memento des Originals 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.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.bam.de

[Kamalvand-6] 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.

[Jafari-7] 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.

[Köhler-8] J. Köhler, R. Meyer, A. Homburg: Explosivstoffe. 10., vollständig überarbeitete Auflage. Wiley-VCH, 2008, ISBN 978-3-527-32009-7.

[9] Eintrag zu Chlorat-Sprengstoffe. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.