爆炸特征与破坏作用-《消防燃烧学》中的探讨

（一）爆炸及其特征

1.爆炸的概念

爆炸是指由于物质急剧氧化或分解反应产生温度、压力增加或两者同时增加的现象。从广义上讲，物质由一种状态迅速地转变为另一种状态，并在瞬间以机械功的形式释放出巨大能量，或是气体、蒸气在瞬间发生剧烈膨胀等现象，称为爆炸。

2.爆炸的基本特征

一般地说，爆炸现象具有以下特征：

（1）爆炸过程高速进行。

（2）爆炸点附近压力急剧升高，多数爆炸伴有温度升高。

（3）发出声响。

（4）周围介质发生震动或邻近物质遭到破坏。

爆炸现象的特征也可从内部和外部两方面来说明。

内部特征是发生爆炸时，大量气体和能量在有限的体积内突然释放或急剧转化，造成高温高压等非寻常状态对邻近介质形成急剧的压力突跃和随后的复杂运动，显示出不寻常的移动或机械破坏效应。

外部特征是爆炸将能量以一定的方式转变为原物质或产物的压缩能，随后物质由压缩态膨胀，在膨胀过程中作机械功，进而引起附近介质的变形、破坏和移动。同时由于介质振动而发生一定的声响效应。热量是爆炸能量的源泉，快速使有限的能量高度积聚，生成或存在的气体则是能量转换、能量释放的工作介质。

（二）爆炸的分类

1.按爆炸的原因和性质分类

按爆炸的原因和性质，可将爆炸分为核爆炸、物理爆炸和化学爆炸3类。

（1）核爆炸。某些物质的原子核发生裂变反应（如U²³⁵的裂变）或聚变（如氘、氚、锂的聚变）反应时，瞬间释放出巨大能量而发生的爆炸，如原子弹、氢弹、中子弹的爆炸。

（2）物理爆炸。这是一种纯物理过程，只发生物态变化，不发生化学反应。这类爆炸是因容器内的气相或液相压力升高超过容器所能承受的压力，造成容器破裂所致，如蒸汽锅炉爆炸、轮胎爆炸、液化石油气钢瓶爆炸等。

（3）化学爆炸。物质发生高速放热化学反应（主要是氧化反应及分解反应），产生大量气体，并急剧膨胀作功而形成的爆炸现象。例如，炸药的爆炸，可燃气体、可燃粉尘与空气的混合物的爆炸，均属化学爆炸。《消防基本术语》GB5907—1986中，将“爆炸”定义为：由于物质急剧氧化或分解反应产生温度、压力增加或两者同时增加的现象，实际上指的是化学爆炸。

2.按爆炸传播速度分类

化学爆炸按照爆炸速度，可分为爆燃、爆炸、爆轰（又称爆震）3种。

（1）爆燃。通常指爆炸速度在每秒数米以下的爆炸。这种爆炸的破坏力不大，声响也不大。例如，无烟火药在空气中的快速燃烧，可燃气体混合物在接近爆炸浓度上限或下限时的爆炸等。

（2）爆炸。通常指速度为每秒十几米到数百米的爆炸。这种爆炸能在爆炸点周围引起压力的激增，有震耳的声响，有较大的破坏力，爆炸产物传播速度很快而且可变。例如，火药遇火源引起的爆炸，可燃气体混合物在多数情况下也会爆炸。

（3）爆轰。通常指爆炸速度为每秒千米的爆炸。发生爆轰时能在爆炸点引起极高压力，并产生超音速的“冲击波”。这种爆炸的特点是具备了相应的条件之后突然发生的（时间在10^-5～10^-6s之间），同时产生高速（2000～3000m/s）、高温（1300～3000℃）、高压（10～40atm）、高能（2930～6279kJ/kg）、高冲击力（破坏力）的“冲击波”。这种冲击波能远离爆震源独立存在，并能引起位于一定距离处、与其没有什么联系的其他爆炸性气体混合物或炸药的爆炸，从而产生一种“殉爆”现象。所以，爆轰具有很大的破坏力。各种处于部分或全部封闭状态下的炸药爆炸；气体爆炸混合物处于特定的浓度范围内（如氢气和空气混合物为-8%～59%）或处于高压下的爆炸均属之，见表5-28。

表5-28 爆轰发生时的压力、温度、速度

3.按照爆炸反应物相分类

按照参加爆炸反应物的状态，可分为气相爆炸、液相爆炸和固相爆炸3类。

（1）气相爆炸。气相爆炸是指在气体（主要是空气）中发生的爆炸，大部分为化学爆炸。这是可燃性气体发生燃烧反应的一种形态，主要包括单一气体或混合气体爆炸、液雾爆炸、粉尘爆炸等。氢、一氧化碳、甲烷等可燃气体和助燃气体（通常为空气）的混合气体所发生的爆炸都属于气相爆炸。

（2）液相爆炸。液相爆炸是指液相和气相间发生急剧相变时的现象，包括聚合物爆炸、蒸气爆炸以及由不同液体混合所引起的爆炸。例如，硝酸和油脂、液氧和煤粉等物质混合时所引起的爆炸。

（3）固相爆炸。固相爆炸是指某些固体物质发生剧烈化学反应所形成的爆炸。这类固体物质很多，包括爆炸性化合物及其他爆炸性物质的爆炸（如乙炔铜的分解爆炸）。

（三）发生化学爆炸的条件

形成化学爆炸的反应过程必须同时具备大量放热、反应高速进行、反应生成大量气体产物和能自动迅速传播等4个条件。

1.反应过程必须大量放热(www.xing528.com)

这是化学反应能成为化学爆炸的首要条件。如果没有足够的热量放出，化学变化本身不能供给继续反应所需要的能量，爆炸自然也就不能产生。

ZnC₂O₄=Zn+2CO₂-205.4kJ

此分解反应是吸热的，反应过程很平静，不会发生爆炸。又如

CuC₂O₄=Cu+2CO₂+23.86kJ

此分解反应虽属放热反应，但反应热小，仍不足以使反应自动加速，因此也不是爆炸反应。而

AgOOC-COOAg=2Ag+2CO₂+55.2kJ

此分解反应在分解时能够放出大量热，使反应得以迅速进行并稳定传播，因此是爆炸反应。

2.反应过程必须速度高

只有高速的化学反应，才能忽略能量转换过程中由热传播所引起的损失，在极短的时间将反应形成的大量气体产物加热到数千度，压力猛增到几万乃至几十万个大气压。这种高温、高压气体迅速向四周膨胀做功，便产生了爆炸现象。

3.反应过程应能生成大量的气体产物

爆炸反应所生成的气体产物是作功的介质。由于气体具有很大的可压缩性和膨胀性，在爆炸瞬间处于强烈的压缩状态，而形成很高的势能。该势能在气体膨胀中，迅速转变为机械功。如果反应产物不是气体而是固体或液体，那么即使是放热反应，也不会形成爆炸。例如，铝和氧化铁的反应为

2Al+Fe₂O₃=Al₂O₃+2Fe+8290kJ

这个反应放出的热值很高，可使生成物加热到3000℃左右，但由于反应中没有大量气体生成，因而不会形成爆炸。

4.反应过程能自动迅速传播

从上述分析可知，在外界能量的激发下，化学爆炸可放出大量的热，致使能发生爆炸的物质中某一局部发生化学变化后，无需任何其他外界因素其余部分就能自动连续不断地反应下去。

（四）爆炸的破坏作用

爆炸引起的破坏作用主要表现为爆炸冲击波、地震波、爆炸碎片和有毒气体等。

1.爆炸冲击波

爆炸形成的冲击波是一种通过空气传播的压力波，产生的高温、高压、高能量密度的气体产物，以极高的速度向周围膨胀，强烈压缩周围的静止空气，使其压力、密度和温度突然升高，像活塞运动一样向前推进，产生波状气压向四周扩散冲击。

这种冲击波能造成附近建筑物的破坏，其破坏程度与冲击波的能量大小有关，与建筑物本身的坚固性和建筑物与产生冲击波的中心距离有关。同样的建筑物，在同一距离内由于冲击波扩散所受到的阻挡作用不同，受到的破坏程度也不同。此外还与建筑的形状和大小有关。如果建筑物的宽和高都不大，冲击波易于绕过，则破坏较轻；反之，则破坏较重。冲击波对建筑物的破坏和对生物体杀伤作用见表5-29、表5-30。

表5-29 冲击波对砖墙建筑物的破坏

表5-30 冲击波对生物体的杀伤作用

2.地震波

地震波由若干种波组成，根据波传播的途径不同，可分为体积波和表面波。爆炸引起的地震波，常常会造成爆源附近地面及地面一切物体产生颠簸和摇晃，当震动达到一定的强度时，可造成爆炸区周围建筑物和构筑物的破坏。例如，哈尔滨亚麻厂发生粉尘爆炸时，有连续3次爆炸，结果在该市地震局的地震检测仪上，记录了在7s之内的曲线上出现3次高峰。在爆炸波及的范围内，这种地震波会造成建筑物的震荡、开裂、松散倒塌等后果。

3.爆炸碎片

爆炸的破坏效应会使机械设备、装备、容器等材料的碎片飞散出去，其距离一般可达100～500m，在相当大的范围造成伤害，化工生产爆炸事故中，由于爆炸碎片造成的伤亡占很大比例。

在工程爆破中，特别是进行抛掷爆破和用裸露药包进行爆破时，个别岩石块可能飞散得很远，常常造成人员、设备和建筑物的破坏。

4.有毒气体

在爆炸反应中会生成一定量的CO、NO、H₂S、SO₂等有毒气体。特别是在有限空间内发生爆炸时，有毒气体会导致人员中毒或死亡。