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杭州橋梁橡膠支座膠料配方的設(shè)計及試驗

橡膠橋梁支座膠料配方的設(shè)計原則及試驗過程。以該膠料配方制作的橡膠橋梁分別通過了鐵道部、交通部檢測,并獲得了兩部頒發(fā)的質(zhì)量認(rèn)證,經(jīng)過實際應(yīng)用與考察,也獲得了用戶的好評。

    橋梁橡膠支座膠料配方的設(shè)計, 國外從50年代末開始使用橡膠支座,至60年代已有許多國家采用。我國于1965年在上海楓涇及廣東、肇慶公路橋安裝使用了板式橡膠支座。鐵道部門根據(jù)使用要求,經(jīng)過進(jìn)一步測定性能后,于1969年在安徽固鎮(zhèn)、京包線也開始使用橡膠支座。近年來,公路、鐵路橡膠支座以其工作性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、材料來源充足、加工制造容易、造價低、用鋼量少以及吸收部分振動、減少活載對橋梁結(jié)構(gòu)和墩臺的沖擊作用等優(yōu)點,不僅在中小跨徑公路、城市橋梁及鐵路橋梁上得到了廣泛的應(yīng)用,而且在大跨徑的橋梁上也得到大量應(yīng)用。有關(guān)設(shè)計計算數(shù)據(jù)已分別列入公路和鐵路橋梁設(shè)計規(guī)范,并制訂了產(chǎn)品系列規(guī)格和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),是鑄鋼支座的替代產(chǎn)品。橡膠橋梁支座是由不同厚度的橡膠層和加勁鋼板平行交替疊加組成。由于加勁鋼板的約束,使橡膠層側(cè)向膨脹受到限制,從而提高了橡膠支座抗壓強(qiáng)度,使它在承載荷重時有所需的強(qiáng)度,而在受剪時仍然保持柔性,以適應(yīng)橋梁冷熱變化及外力所引起的水平移動,同時在不同載荷下高度變化甚微。支座加勁鋼板與橡膠層完全包覆在橡膠中,使橡膠支座獲得長期的耐天候老化作用,同時橡膠包覆層還起到彌補(bǔ)橋梁下表面和橋墩凹凸不平的作用等。在使用中,要求橡膠層材料具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度、優(yōu)良的耐環(huán)境老化(熱氧、臭氧、低溫、外照射等)性能、較好的抗壓縮永久變形能力、與鋼板良好的粘合及耐剝離性能。現(xiàn)以天然橡膠支座膠料配方設(shè)計為例,介紹橡膠橋梁支座的膠層配方設(shè)計的原則及設(shè)計過程(以下“制品”均指橡膠支座)。

1配方設(shè)計

1. 1生膠的選擇

根據(jù)產(chǎn)品的綜合性能要求,生膠選定性能優(yōu)良的國標(biāo)1#天然膠。

1. 2防護(hù)體系的選擇

      按照制品的要求,該產(chǎn)品應(yīng)具有優(yōu)良的耐熱氧、耐臭氧、耐天候老化能力,因此,防護(hù)體系應(yīng)采用物理防老化劑加化學(xué)防老化劑協(xié)同防護(hù)。化學(xué)防老化劑選擇優(yōu)良的抗氧化劑RD及抗臭氧劑4010協(xié)同進(jìn)行,總量在2份～3份為宜。物理防老化劑選擇適應(yīng)溫度范圍較寬的混合蠟,用量在0. 5份～1份。

1. 3補(bǔ)強(qiáng)填充體系的選擇

 根據(jù)天然橡膠的特性及制品力學(xué)性能的要求,同時兼顧膠料金屬骨架材料的粘合要求,補(bǔ)強(qiáng)劑的品種選擇炭黑,用量選定40份。另外,為滿足粘合的要求,另填充10份氧化鐵紅。

1. 4軟化體系的選擇

 根據(jù)天然橡膠的特點及加工性能的要求,同時兼顧低溫使用對脆性溫度的要求,軟化劑品種選擇松焦油,用量在5份～7份為宜。硫化體系的選擇要綜合考慮以下幾點:

　　a)天然橡膠本身硫化體系的要求;

　　b)制品物理力學(xué)性能的要求;

　　c)膠料與金屬骨架粘合性能的要求;

　　d)厚制品硫化工藝性能的要求。

　　根據(jù)天然橡膠本身硫化特點,一般宜選用常規(guī)硫化體系,硫磺的常規(guī)用量為2. 5份～3份,考慮到與骨架材料的粘合需求,可適量增加用量;兼顧到厚制品硫化工藝的要求,促進(jìn)劑選用遲效促進(jìn)劑CZ,以平衡整個硫化體系;氧化鋅選定常規(guī)用量5份,而硬脂酸的易噴出性使其必定對橡膠與金屬骨架材料的粘合有負(fù)作用,適當(dāng)減少用量,選定0. 5份。綜合各方面的要求,該產(chǎn)品的硫化體系應(yīng)按下列配方進(jìn)行變量試驗:氧化鋅5份,硬脂酸0. 5份,硫磺2份～4. 5份,促進(jìn)劑CZ與硫磺配合使用。根據(jù)上述思路,擬定如表1有代表性的配方進(jìn)行試驗

1不同的配方組成(重量份)

2試驗

　　2.1試驗儀器

　　拉力試驗機(jī);硬度計;厚度計;切片機(jī);脆性溫度

　　儀;老化箱;硫化儀;壓力試驗機(jī)。

　　2. 2試驗結(jié)果(見表2)

　　表2不同配方試驗結(jié)果

3分析與討論

　　a)試驗結(jié)果表明,橡膠強(qiáng)伸性能滿足要求。

　　b)從膠料與金屬骨架材料粘接強(qiáng)度來看, 3#、4#符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　c)從熱氧、臭氧老化來看,均符合性能要求。

　　d)從脆性溫度來看,均符合性能要求。

　　e)從以上分析得出, 3#、4#是合格配方。綜合物理性能、加工性能及成本情況,最優(yōu)配方是4#。

4成品制作

　　a)膠料的制備根據(jù)4#配方在密煉機(jī)里進(jìn)行混煉。

　　b)用此配方制作制品時,必須清除附著在加勁鋼板骨架材料表面的油、銹、水、污等。

　　c)在加勁鋼板骨架材料表面涂刷膠粘劑時,西德技術(shù)生產(chǎn)的膠粘劑、美國技術(shù)生產(chǎn)的開姆洛克膠粘劑CH250和CH220及國產(chǎn)膠粘劑列可鈉-1均有很強(qiáng)的適應(yīng)性。應(yīng)選擇成本最低的列可鈉-1。

　　d)按照上述優(yōu)選配方4#,我們選定硫化條件進(jìn)行了成品試驗,同時考察了生產(chǎn)工藝性能,表明成品制作順利,工藝性能良好,滿足批量生產(chǎn)要求。

　　e)產(chǎn)品分別送到鐵道部、交通部進(jìn)行檢驗,均通過兩部認(rèn)證,并取得合格證。

5結(jié)論

　　該天然橡膠配方制作的減震制品具有成本低、性能優(yōu)良的特點,實際應(yīng)用表明,具有良好的社會、經(jīng)濟(jì)效益。