中国葛洲坝集团 易普力股份有限公司, 重庆 400023
为研制外观饱满的长储存期包装型乳化炸药产品, 选取公司当前自然储存性能最好的包装型乳化炸药产品配方作为参考, 在此配方基础上, 通过试验不同种类乳化剂及乳化剂复配比例制得相应的乳胶基质, 并采用物理敏化为主、化学敏化为辅的复合敏化工艺, 制得相应的包装型乳化炸药。采用高低温循环试验与水溶值测试结合的方法评判各配方乳化炸药产品的储存稳定性。试验结果表明：高分子乳化剂LZ2832制备的乳化炸药稳定性能优于高分子乳化剂EPE-3002制备的乳化炸药, 复合乳化剂中乳化剂Span80∶乳化剂LZ2832=1∶9含量配比时制备的乳化炸药稳定性能最好, 可经受至少40个高低温循环试验, 预计此配方包装型乳化炸药产品可自然存储24个月以上。炸药敏化采用基质质量1.2%的空心玻璃微球先进行物理敏化, 降温到50~55 ℃时采用基质质量0.2%的促进剂2和基质质量0.3%的敏化剂再进行化学敏化, 炸药敏化后效作用明显, 最终密度控制在1.05~1.10 g/cm3。进行生产线上批量生产试验验证, 验证结果与实验研究结果一致, 成功研制出外观饱满富有弹性的长储存期包装型乳化炸药产品, 其自然储存12个月时, 炸药性能仍保持稳定, 爆速4500 m/s以上, 猛度16 mm以上, 殉爆距离6 cm以上。
包装型乳化炸药 储存期 复合乳化剂 复合敏化 packaged emulsion explosive storage period compound emulsifier compound sensitization
1 武汉理工大学 资源与环境工程学院, 武汉 430070
2 金堆城钼业股份有限公司 矿山分公司, 陕西 714102
随着现场混装乳化炸药的广泛应用, 露天爆破施工中存在着堵塞物渗入乳化炸药, 间接改变堵塞长度, 降低爆破效果的情况。为研究露天爆破堵塞物对混装乳化炸药影响, 先后开展了填塞模拟试验、数值模拟试验及现场爆破试验。首先, 采用4种常用孔径的PVC管模拟炮孔, 使用钻孔岩屑模拟炮孔堵塞, 系统研究了填塞过程中炸药药柱顶部岩屑渗入炸药情况; 其次, 借助LS-DYNA软件进行单孔爆破数值模拟, 通过观察测点的应力值变化, 探究了药柱顶部混入堵塞物对爆炸威力产生的影响; 最后, 以金堆城露天台阶爆破为工程背景, 在装药过程中设置物理隔离改善堵塞工艺, 通过对比物理隔离前后的爆破效果分析堵塞物对混装乳化炸药的影响。结果表明: 在乳化炸药填塞过程中, 药柱顶部首先出现炸药上溢现象, 在填装完成后受重力影响岩屑逐渐渗入乳化炸药, 且随着孔径的增大, 相同时间内岩屑的渗入长度不断增大; 数值模拟结果表明, 不同监测点位的应力值均有所下降, 堵塞物的渗入降低了顶部炸药的爆炸威力; 对现场爆破后的顶部岩石进行块度分析发现, 对比常规装药过程, 采取堵塞隔离措施后, 爆区内岩石主要块度分布从20~40 cm降低为0~20 cm, 且超过60 cm的岩石占比由6.13%降低至1.81%。综上, 堵塞物渗入对乳化炸药的威力及爆破效果影响显著, 通过采取物理隔离手段分离堵塞物与炸药可以有效改善爆破效果。
堵塞长度 混装乳化炸药 爆破块度 数值模拟 现场试验 stemming length mixed emulsion explosive blasting fragmentation numerical simulation field test
1 成都信息工程大学计算机学院, 四川 成都 610225
2 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066000
3 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066000
海面上存在的溢油, 主要包括未乳化与乳化两种。 对海面溢油进行科学的探测评估, 有助于溢油污染的回收处理和应急方案的制定。 未乳化溢油, 主要以油膜形式存在, 其厚度成为溢油量的重要评估指标; 乳化溢油, 主要以油包水或水包油形式存在, 其油水比可作为评估依据。 激光诱导荧光（LIF）技术被认为是目前有效的海面溢油探测手段之一。 基于LIF探测技术的油膜厚度反演已有相关的算法, 但关于海面乳化溢油还没有相应的溢油量化方法, 而海面乳化溢油会给海洋环境带来更大危害。 所以对海面乳化溢油信息的分析和研究成为海洋激光荧光探测的迫切任务。 基于此, 从LIF系统探测机理出发, 提出一种针对油包水型乳化溢油的等效估算模型, 并推导出等效估算公式; 首先将油包水中连续相的溢油看作具有相同光学性质的油膜, 而所有分散相的水滴看成一个整体, 将其等效为薄水层, 为了将等效模型和实际乳化液存在的外部环境保持一致, 在薄水层上面再覆盖一个油面, 从而把油包水型乳化溢油的溢油量估算问题转换成等效油膜的厚度计算问题; 其次根据光的辐射传输过程, 建立系统接收的荧光信息的方程, 并整理出油膜厚度的计算公式, 即已知油种的前提下, 将系统测得的荧光强度值代入就可求得对应的厚度值, 进而实现溢油量的估算。 通过实例对等效模型产生的误差进行了具体分析, 验证等效模型估算方法的适用性和有效性: 即油包水乳化液的含油率和厚度均在一定范围时, 实际溢油厚度与等效油膜厚度具有较小误差。 该等效处理方法可为海面乳化溢油量的估算提供一种新的办法, 具有重要的指导意义和一定的创新价值。
油包水 激光诱导荧光 等效模型 乳化溢油油水比 溢油量 Water in oil Laser induced fluorescence Equivalent model Oil/water ratio of emulsion spillage Oil spill
1 西南科技大学 环境与资源学院, 绵阳 621010
2 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室, 合肥 230026
3 宏大爆破工程集团有限责任公司, 长沙 410125
为了提高粉状乳化炸药耐高温能力, 将吸水后的吸水树脂添加到粉状乳化炸药中, 然后通过热电偶测得上述混合炸药在高温炮孔中的温升曲线, 通过爆速仪与网线测得上述混合炸药在炮孔中的爆速。结果表明：由于水具有较大的比热容, 吸水后的树脂在高温炮孔中可吸收热量与释放水蒸气, 从而使混合炸药温升速度大幅降低; 另外, 由于吸水后的树脂与粉状乳化炸药混合后会泌水, 使混合炸药内部受热比较均匀且能维持在100℃以下; 随着吸水树脂含量逐渐增加, 混合炸药耐热性能显著提高。由于混合炸药的密度高于粉状乳化炸药, 即使吸水树脂在爆轰反应过程中会吸收热量以及阻碍爆轰波传播, 但含10%吸水树脂的混合炸药的爆速与湿的粉状乳化炸药(3980 m·s-1)相当, 并相对于粉状乳化炸药(3733 m·s-1)提高了6%~11%。随着吸水树脂含量逐渐增加, 混合炸药的爆速大幅下降甚至出现拒爆, 而且吸水树脂粒径对爆速影响也较为显著。综合考虑, 在粉状乳化炸药中加入粒径为10 mm且含量为10%的吸水树脂为较优方案, 其既能提高混合炸药在高温炮孔中的安全性, 又不影响混合炸药的爆炸威力, 对露天自燃煤矿高温爆破具有重要意义。
爆炸力学 粉状乳化炸药 吸水树脂 耐热性 爆速 高温爆破 explosion mechanics powder emulsion explosive super absorbent polymer heat resistance detonation velocity high-temperature blasting
中国葛洲坝集团 易普力股份有限公司, 重庆 400023
针对现场混装乳化炸药在高寒高海拔地区的使用情况和应用问题,特别是混装乳化基质使用储存期短、表面易结壳, 储存安全风险大, 以及混装乳化炸药现场敏化质量差, 无效大气泡过多, 炸药呈“豆腐渣”状态, 为解决上述问题, 从混装乳化基质水相配方设计、油相配方设计、现场敏化等方面进行工艺改进和优化, 减少了采区重大危险源数量, 提高了基质本质安全度, 改善了基质储存稳定性和炸药敏化效果, 同时不会对当前混装乳化炸药生产工艺、炸药性能和爆破效果产生不良影响, 有效解决了混装乳化炸药在高寒高海拔环境下生产应用方面的技术难题。研究结果表明：乳化基质水含量从14%提高至17%, 乳化基质自然储存期可由25 d提高到40 d, 测得炸药孔外爆速3900~4000 m/s, 与试验调整前爆速3700~4200 m/s水平相当, 结合现场试验, 爆破效果满足需求; 通过调节水相配方中外加添加剂柠檬酸的含量、引入发泡促进剂E、控制最终炸药密度为1.15~1.20 g/cm3, 炸药现场敏化质量显著提升; 通过替换使用聚异丁烯丁二酸酐衍生物类EPE-3021型高分子乳化剂, 乳化基质自然储存期显著提升, 基质储存期由45 d提高到70 d后。
混装乳化炸药 配方设计 现场敏化 mixed emulsion explosive formulation design field sensitization
1 西南科技大学 环境与资源学院，绵阳 621010
2 泸州北方化学工业有限公司，泸州 646605
3 成都市城市安全与应急管理研究院，成都 610031
为研究单基发射药爆破振动特性，开展了单基发射药与乳化炸药爆破振动实验研究，并对比分析了两种爆破器材的爆破地震波在传播过程的衰减规律和能谱分布规律。利用萨道夫斯基公式和HHT方法对实验测得的爆破振动信号进行分析，得到单基发射药与乳化炸药的爆破振动衰减公式、单基发射药振动的乳化炸药等效系数和边际能量谱等。研究结果表明：单基发射药与乳化炸药的爆破振动质点峰值速度随比例距离衰减的趋势相当，但单基发射药的爆破振动速度及合速度均小于乳化炸药。且本次实验中单基发射药爆破振动的乳化炸药等效系数平均值仅为0.43，说明单位质量单基发射药的爆破振动效应要远小于乳化炸药。此外，单基发射药和乳化炸药爆破振动信号的能量均主要集中于0~50 Hz，随着药量增加乳化炸药的能量分布没有明显变化，而单基发射药振动信号的主频向15~25 Hz移动。虽然单基发射药振动信号能量要低于乳化炸药，但随着实验药量的增加，单基发射药爆破振动总能量与乳化炸药的差距在减小，且单基发射药振动信号在0~10 Hz频段的能量占比随药量和爆心距变化而波动。
单基发射药 爆破振动 能谱 乳化炸药 比例距离 single-base gun propellant blasting vibration energy spectrum emulsion explosive scaled distance
1 宁夏大学食品与葡萄酒学院, 宁夏 银川 750021
2 中国农业科学院农产品加工研究所, 北京 100193
3 黑龙江飞鹤乳业有限公司, 黑龙江 哈尔滨 150030
常温液体奶酪是一种能够在室温下贮藏3~6个月的奶酪产品。 液体奶酪在经高温处理后体系中的微生物数量达到商业无菌水平, 但由于液体奶酪是一种水包油的不稳定乳液体系, 在常温贮藏过程中, 由于分散相颗粒的迁移和粒径大小变化导致乳液体系容易出现聚集、 絮凝、 浮油及沉淀等失稳现象, 从而影响产品品质, 缩短产品货架期, 准确判断液体奶酪的稳定性对优化其加工条件具有重要意义。 传统液态乳制品的稳定性评价主要是通过加速实验后肉眼观察分层、 沉淀等情况, 以及动态光散射等手段, 尚缺乏快速可靠以及量化的评价标准。 Turbiscan多重光技术在测试流体的稳定性时, 无需对样品进行前处理, 可实时检测样品的背向散射光和透射光的强度, 计算出体系内部颗粒的迁移速率、 沉淀层的厚度、 体系的不稳定指数等参数, 因此是评价流体稳定性的有效手段。 研究利用Turbiscan多重光散射技术评价乳化盐、 乳化剂、 稳定剂和甜味剂的添加量对常温液体奶酪稳定性影响, 同时以TSI值和感官得分为响应值, 采用响应面法中的Box-Behnken试验设计模型优化常温液体奶酪的最佳配方工艺条件, 并分析了导致常温液体奶酪不稳定的主要因素。 研究发现: 当乳化盐添加量为0.20%, 0.40%, 0.60%和0.80%时, 24 h后的不稳定性指数从0.4增加到12.6; 当乳化剂添加量为0.80%, 1.0%时, 24 h后的不稳定性指数从0.95增加到3.9; 当稳定剂添加量为0.7%, 0.9%时, 24 h后的不稳定性指数从0.9增加到1.3, 而甜味剂对体系整体稳定性的影响差异不显著。 各因素对常温液体奶酪的不稳定性指数和感官得分影响顺序为乳化盐添加量(A)>乳化剂添加量(B)>稳定剂添加量(C)。 乳化盐添加量0.60%、 乳化剂添加量0.60%、 稳定剂添加量0.70%、 甜味剂添加量5.5%时, 产品品质最佳且稳定性最高, 在此优化条件下, 样品在37 ℃, 24 h内的整体不稳定指数值为0.80, 样品顶端、 底端的背散射光强变化值分别为0.66和0.78, 感官评分为89分。 研究表明通过调整乳化盐、 乳化剂和稳定剂的用量能够很好地解决常温液体奶酪分层的问题, 提高常温液体奶酪的稳定性。
常温液体奶酪 Turbiscan多重光散射 稳定性 乳化盐 Liquid processed cheese Turbiscan multiple light scattering technique Stability Emulsifying salts 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3415
以色散偏振光谱检测技术为背景, 着重研究了乳化油颗粒的偏振光学特性及米散射物理模型, 构建了色散偏振度光谱检测系统。 在400~700 nm波长范围内, 分别对四种样品进行了301个波段的光谱反射率采集。 结合贝塞尔函数和汉克尔函数, 推导出了入射光波长与散射光偏振振幅矢量的关系, 提取了一个新的特征参数: 色散偏振度(DODP)。 在暗室条件下, 对乳化油样品ND18和ND75进行测量, 利用色散偏振公式计算出了样品在各测量波长处的偏振度值, 验证了基于DODP值检测乳化油的可行性。 研究发现, 虽然米散射的解是由单个球体的衍射推导而来, 但是只要它们的直径和组成相同, 且彼此之间的距离比波长大, 也同样可以用于任意数量的球的衍射。 在这种情况下, 被不同球体散射的光之间没有相干的相位关系, 总散射能量等于被一个球体散射的能量乘以它们的整数。 当观测平面与入射波电矢量振动方向之间的夹角ϕ=0或者ϕ=π/2时, 散射光分量或者消失。 由于ND18的粒径比ND75的粒径小, 所以ND18的前向散射波瓣较大, 前向散射与后向散射的比值较小。 在相同光照条件下, ND75的多次散射现象要比ND18严重。 根据路径相关矩阵的理论, 多次散射容易引起退偏振, 二次辐射波会在角域内扩散和分布。 因此, 被测乳化油表面产生的散射次数与入射光能的阻尼能力成正比。 由于乳化油表面入射光的能量耗散存在差异, 因此能量耗散率与入射波矢量方向的前向散射振幅的分量成正比, 且乳化油的偏振散射程度不同于入射光的偏振散射程度。 实验结果表明, DODP可以反映出乳化油由多次色散引起的去偏振能力。 由于模拟光源是自然光, 所以计算散射光的偏振参数非常方便, 可以大大缩短数据处理时间, 减小实验误差。 DODP不仅能够识别海水中的乳化油, 而且能够区分不同浓度的污染物, 准确识别出乳化油的边缘扩散。
偏振振幅矢量 乳化油 色散偏振度 米散射 路径相干矩阵 Polarization amplitude vector Emulsified oil Degree of dispersion polarization Mie scattering Path coherence matrix 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2689
1 成都信息工程大学计算机学院, 四川 成都 610225
2 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
随着海洋运输业和海洋石油开采业的快速发展, 溢油污染日益严重, 给海洋环境和海洋生态平衡带来极大威胁。 因此海洋溢油污染的治理、 改善, 成为海洋环境保护工程中刻不容缓的重要工作。 而对不同状态溢油的识别则是解决溢油污染问题的基础与关键。 海面上的溢油, 主要包括未乳化与乳化两个不同阶段。 前者以不同厚度的油膜形式存在, 后者以不同油水比的溢油乳化物形式存在。 不同状态的海面溢油具有不同的元素组成: 油膜为纯油分子, 乳化溢油为油水混合结构, 构建出差异化的荧光基团。 在激光作用下具备各自特征的荧光光谱信息, 不同状态显示出较为明显的荧光光谱差异。 光谱曲线的形状特征是荧光物质物理化学性质的一种外在体现, 所以从光谱的特征形状来分析、 比较一定的光谱参量可以达到物质分类和物种识别的目的和效果。 为了实现海面溢油不同状态的快速分类识别, 通过搭建的LIF探测系统, 采集了常用成品油不同状态的荧光光谱, 光谱曲线对比发现: 乳化阶段的光谱会表现出荧光峰个数增多、 荧光强度改变、 荧光峰位偏移等一系列特征。 在此基础上, 根据表观统计学原理, 提取光谱的均值、 标准差、 峰度系数、 谱线宽度、 曲线斜率等特征参量, 并将这些特征值进行聚类分析。 结果显示: 基于激光诱导荧光光谱的海面溢油聚类分析结果与实际溢油状态是基本一致的。 即在已知油种的前提下, 该分类方法可较好识别出海面不同的溢油状态。 因此该方法可以为海面溢油识别提供一种新思路, 也为LIF技术探测质量的提高, 应用水平的提升奠定一定的基础。
激光诱导荧光 荧光光谱 溢油乳化物 特征参量 聚类分析 Laser induced fluorescence Fluorescence spectrum Oil spill emulsions Characteristic parameter Cluster analysis 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2018
1 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室, 西安 710064
2 济宁市鸿翔公路勘察设计研究院有限公司, 济宁 272100
3 山东高速集团有限公司, 济南 250098
丁苯橡胶(SBR)活性乳化沥青可以活化旧路面的老化沥青, 但是存在高温稳定性差以及黏附性不足等问题。为解决SBR活性乳化沥青性能上的不足, 使用水性环氧树脂(WER)对其进行复合改性, 通过修正低温蒸发法获取蒸发残留物, 分析不同掺量WER对SBR活性乳化沥青基本物理性能、黏附性、流变性能、低温蠕变性能以及还原性的影响。结果表明: 掺入WER之后, SBR活性乳化沥青的针入度大幅下降, 软化点显著提高, 延度下降; WER能够显著提高SBR活性乳化沥青的高温稳定性, 但对其低温延展性有负面影响; SBR活性乳化沥青的黏附性显著增强; 复合剪切模量(G*)、车辙因子(G*/sin δ)随WER掺量的增加不断提高, 相位角(δ)随WER掺量的增加不断下降, 表明高温抗车辙性能得到改善; 劲度模量(S)和蠕变速率(M)则随着WER掺量增加分别呈增大和降低趋势; WER的掺入不影响SBR活性乳化沥青的还原性。根据试验数据, WER掺量应控制在10%~15%(质量分数)。
改性乳化沥青 水性环氧树脂 流变性能 蠕变性能 还原性 黏附性 modified emulsified asphalt waterborne epoxy resin rheological property creep property reducibility adhesivity
