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臺灣橋梁橡膠支座膠料配方的設計及試驗

橡膠橋梁支座膠料配方的設計原則及試驗過程。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,并獲得了兩部頒發的質量認證,經過實際應用與考察,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。鐵道部門根據使用要求,經過進一步測定性能后,于1969年在安徽固鎮、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、結構簡單、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、減少活載對橋梁結構和墩臺的沖擊作用等優點,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用,而且在大跨徑的橋梁上也得到大量應用。有關設計計算數據已分別列入公路和鐵路橋梁設計規范,并制訂了產品系列規格和產品標準,是鑄鋼支座的替代產品。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,使橡膠層側向膨脹受到限制,從而提高了橡膠支座抗壓強度,使它在承載荷重時有所需的強度,而在受剪時仍然保持柔性,以適應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的抗拉強度、優良的耐環境老化(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。現以天然橡膠支座膠料配方設計為例,介紹橡膠橋梁支座的膠層配方設計的原則及設計過程(以下“制品”均指橡膠支座)。

1配方設計

1. 1生膠的選擇

根據產品的綜合性能要求,生膠選定性能優良的國標1#天然膠。

1. 2防護體系的選擇

      按照制品的要求,該產品應具有優良的耐熱氧、耐臭氧、耐天候老化能力,因此,防護體系應采用物理防老化劑加化學防老化劑協同防護。化學防老化劑選擇優良的抗氧化劑RD及抗臭氧劑4010協同進行,總量在2份～3份為宜。物理防老化劑選擇適應溫度范圍較寬的混合蠟,用量在0. 5份～1份。

1. 3補強填充體系的選擇

 根據天然橡膠的特性及制品力學性能的要求,同時兼顧膠料金屬骨架材料的粘合要求,補強劑的品種選擇炭黑,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。

　　根據天然橡膠本身硫化特點,一般宜選用常規硫化體系,硫磺的常規用量為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,促進劑選用遲效促進劑CZ,以平衡整個硫化體系;氧化鋅選定常規用量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作用,適當減少用量,選定0. 5份。綜合各方面的要求,該產品的硫化體系應按下列配方進行變量試驗:氧化鋅5份,硬脂酸0. 5份,硫磺2份～4. 5份,促進劑CZ與硫磺配合使用。根據上述思路,擬定如表1有代表性的配方進行試驗

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;硬度計;厚度計;切片機;脆性溫度

　　儀;老化箱;硫化儀;壓力試驗機。

　　2. 2試驗結果(見表2)

　　表2不同配方試驗結果

3分析與討論

　　a)試驗結果表明,橡膠強伸性能滿足要求。

　　b)從膠料與金屬骨架材料粘接強度來看, 3#、4#符合標準要求。

　　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,最優配方是4#。

4成品制作

　　a)膠料的制備根據4#配方在密煉機里進行混煉。

　　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,西德技術生產的膠粘劑、美國技術生產的開姆洛克膠粘劑CH250和CH220及國產膠粘劑列可鈉-1均有很強的適應性。應選擇成本最低的列可鈉-1。

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

　　e)產品分別送到鐵道部、交通部進行檢驗,均通過兩部認證,并取得合格證。

5結論

　　該天然橡膠配方制作的減震制品具有成本低、性能優良的特點,實際應用表明,具有良好的社會、經濟效益。