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为什么安通橡塑生产的橡胶支座拒绝使用再生橡胶?

2018-07-21 14:24:39 安通公路桥梁配件厂 阅读

为什么安通橡塑生产的橡胶支座拒绝使用再生橡胶?151-3082-8567

使用再生橡胶对于板式橡胶支座的危险,说明板式橡胶支座用胶料掺入再生胶后,对胶料力学性能及支座使用寿命均有不利影响,为了支座的 使用寿命和桥梁结构安全,应严格执行JT���T4-2004《公路桥梁板式橡胶支座》部颁行业标准的有关规定,在支座用 胶料中不掺加任何再生胶。 关键词:板式橡胶支座;再生胶;力学性能;影响 近几年来,在板式橡胶支座中掺入再 生胶的问题最为突出。交通行业标准《公路桥梁板式橡胶支座》JT���T4-93中,明确规定了板式橡胶支座的胶料不得 使用任何再生的硫化橡胶,但由于未给出支座成品是否含有再生胶的检测方法,使少数厂家钻了标准的空子。

由于再生胶的价格不足天然胶价格的20%,为追求较大的市场和利润,少数厂家大量生产了掺入再生胶的橡胶支座,再生 胶支座应用于桥梁工程,往往使用不到几年,甚至更短,有的支座在安装不到一年就出现橡胶保护层开裂等问题,对 橡胶支座乃至桥梁整体结构的安全和寿命带来巨大危害,目前己引起各方的高度重视。 2004年颁布的JT���T4-2004 《公路桥梁板式橡胶支座》标准,是在参照ISO6446-1994《橡胶制品-桥梁支座-橡胶材料规范》 美国AASHTO《美 国公路桥梁设计规范-LRFD》 (1994)和欧洲标准CEN���TC167N185(2001)等国际先进标准的基础 上,组织国内规模较 大的几家橡胶支座生产厂家进行了大量的抽样试验,并广泛征求多方意见,对JT���T4-93交通部行业标准进了多方面的修 改后,制定的 板式橡胶支座标准。标准中明确规定支座不得使用任何再生胶或粉碎的硫化橡胶,同时又规定通过抗 剪粘结性能与老化后抗剪的交叉试验来检测支座是否含有再生胶。JT���T4-2004标准的颁布施行,对市场起到了较好 的规范作用,但目前仍有部分企业违反标准规定,仍在橡胶支座的胶料配方中掺入再生胶。 他们错误地认为再生胶也是 胶,总比掺入填料好,且 掺入再生胶既能改善支座的力学性能,又能降低支座生产成本,也符合国家的循环经济政策 。

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为了验证在胶料配方中掺入再生胶对板式橡胶支座力学性能及老化性能的危害,在修改标准时曾做了一些调研 分析和试验,得到了一些数据和初步分析结果,现汇总后供参考。1 再生胶及胶粉的材质 再生胶是用废旧橡胶制品 ,经粉碎、脱硫后用机械整形而制成。脱硫的作用是通过再生剂、热和氧的作用,使以前硫化时橡胶大分子间形成 的立体交联网断裂,但脱硫并不能使硫和其他助剂从废旧橡胶中分离出来。也有厂家将废旧橡胶制品经粉碎后,制 成胶粉不经脱硫工艺处理直接掺入橡胶制品中使用。不管是否经过脱硫处理,再生胶和胶粉的成分是基本相同的, 目前市场上出售的多为胶粉,多由于胶粉来源于不同种类的废橡胶制品,故胶粉成分也有所不同,几种不同来源的胶 粉成分分析值如表1所示。 表1中,PC为乘用车轮胎,PC+LT为轻型载重汽车轮,TB为载重汽车、大型乘用汽车轮胎。 在胶粉成分中氧化物含量占6%~7%,丙酮抽出物含量占12%~20%,两项合计占胶粉总含量的18%~27%,这些化学物质 目前缺乏有效、

可靠的方法确定其具体成分,氧化物中的金属成分是导致橡胶老化的重要因素之一。 表1 胶粉成分的分析值分析项目PC胶粉PC+LT胶粉 TB胶粉天然橡胶204070丁苯橡胶80 4520顺丁橡胶15 10橡胶烃含量���%471644165411丙 酮抽出物���% 191416191215灰分���%311412318碳黑251230172613其他氧化物 6154 7122 6113 2 再生胶和胶粉对胶 料性能的影响 再生胶和胶粉(以下统称再生胶) 的以下因素对胶料物理机械性能有影响:(1)胶粉的粒径;(2)胶粉用量;(3)胶粉来源;(4)胶粉成分;(5)胶粉杂质量 (纤维、金属);(6)粉碎方法等。这些因素都会对胶料的物理机械性能产生不同程度的影响。

关于再生胶掺入生胶 硫化有以下论述:胶料在硫化时硫由橡胶相向胶粉方面移动,这样导致了橡胶相特别是胶粉和橡胶分界处的硫浓度 降低,分界处的交联键减少,因此橡胶相的平均交联密度下降,在界面上不能充分形成交联键,使胶料拉断强度等物 理机械性能下降。将再生胶掺入天然橡胶制造胶料,即使物理机械性能检测符合标准,但与不掺入再生胶的天然橡 胶胶料在硫化后橡胶分子交联结构在本质上是有区别的,再生胶中的丙酮抽出物和氧化物(特别是金属物质),将促 进橡胶早期老化。该支座由若干层橡胶片与薄钢板经加压硫化而成。有足够的竖向刚度,满足垂直荷载,同时具 有良好的弹性以适应梁端的转动。板式橡胶支座具有较大的剪切变形以满足上部构造的水平位移;并且具有良好的防震作用, 可减轻动载对上部构造与墩台的冲击作用。构造简单,安装方便,价格低廉,养护简便,易于更换。

为了检验 以上论述,把再生胶按不同配比掺入天然橡胶板式支座胶料配方中,做胶料性能对比,试验检测数据见表2。 表2 天 然橡胶与掺入再生胶的胶料性能对比 项 目1 2 3 4 天然胶∶再生胶 100∶085∶1580∶2075∶25硬度��� (邵氏A) 62 687174拉伸强度���MPa23131715171517扯断伸长率���% 660430425420橡胶与钢板粘结剥离强度���(kN���m) 1717191819181917恒定压缩永久变形70℃×24h���%2012111114 917 热空气老化试验性能变化 70℃×168h 拉伸强度���%-413 -8 -1114-1211 扯断伸长���% -1216-1415-1315-1319 硬度变化��� (邵氏A)3 8 10 12 试验检测掺入再生胶的胶料,不仅拉伸强度下 降,扯断伸长率、硬度、恒定压缩 永久变形等物理机械性能均有不同程度的影响,热空气老化后硬度变化明显。

再生胶对橡胶支座产品力学性能的影 响 选取在天然橡胶和再生胶比例为85∶15的胶料与没有加入再生胶的胶料,硫化成橡胶支座,依据JT���T4-2004《公 路桥梁板式橡胶支座》进行成品力学性能对比试验,检验支座规格均为GJZ180×200 ×28,检测数据如表3、表4。 表3 抗压弹性模量检测结果 项 目 抗压弹性模量与标准偏差值���% 试样编号 老化前实测值平均值 试样编号 热空 气老化 70℃×72h实测值平均值 未掺入再生胶 1-11-21-3-315-512-210-316 1-11-21-3411312415319 掺入再生 胶15% 2-12-22-3 810413714 6162-12-22-3 2317211422 2214表4 抗剪弹性模量检测结果 项 目

抗剪弹性模量与 标准偏差值���% 试样编号 老化前实测值平均值 试样编号 热空气老化 70℃×72h实测值平均值 未掺入再生胶1- 1,1-21-2,1-31-3,1-1542317 1-11-21-3788717 掺入再生胶 15% 2-1,2-22-2,2-32-3,2-1 141415 14132-1,2-22 -2,2-32-3,2-1 322933 3113从表2、表3、表4可以看出,未掺入再生胶的支座老化前后的胶料性能和支座力学性能 试验均符合标准要求。掺入15%再生胶后,检测胶料物理机械性能(除硬度外)符合JT���T4-2004要求,常温状态下支座 抗压弹性模量、抗剪弹性模量也符合标准要求,但经热空气70℃×72h老化后检测,掺入再生胶的支座比未掺入再生胶支座的胶料硬度、抗压弹性模量、抗剪弹性模量大幅增加,不能满足标准要求。因试验次数较少,以上数据还不 够充分,但再生胶对支座老化后力学性能的不利影响是很明显的。 — 22— 公 路 2005年 第8期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 4 再生胶对支座使用寿命的影响 橡胶的老化直接影响支座的寿命,橡胶的老化是一种由多 种因素参与的复杂的、不可逆转的化学反应,再生胶本身己存在相当程度的老化,其分子链之间的交联己发生断裂, 不同于生胶的线型大分子链结构,也不同于橡胶硫化后而构成的三维网状交联结构。到目前为止,在橡胶技术上,还 未研究出能消除再生胶对胶料性能产生危害的技术手段。

根据国家的循环经济政策,再生胶粉作为橡胶工业广泛采 用的低档原材料,主要在低档制品中掺用,例如在鞋底中可掺100份甚至更多;在建筑材料中主要作为添加剂使用,例 如用胶粉对沥青进行改性,比通常使用纯沥青材料经久耐用,橡胶沥青混凝土路面可减少路面软化变形和龟裂,提高 轮胎与路面的附着力;在轮胎、运输带等便于更换的磨耗制品中,有时可用少量超细胶粉,以提高耐磨性。橡胶支座作为桥梁的重要构件,承受和传递梁体荷载并适应梁体的转动和位移,支座一旦安装,更换将非常困难。我国橡胶 支座己有近30年的历史,早期生产的橡胶支座至今仍在正常使用。

近几年由 于掺入再生胶的支座流入市场,导致一 部分安装在桥梁上的橡胶支座使用不久就出现老化开裂,甚至有部分支座在安装不到一年,且在桥梁尚未通车的情 况下,就出现老化开裂,还未谈及“寿命”,就不得不进行更换,造成了巨大的经济损失。5 结语 通过初步的分析和 试验,再生胶对支座的力学性能和老化均有不利影响。世界各国对板式橡胶支座使用的胶料规定,再生胶支座会对 桥梁建设带来巨大的危害。由于桥梁支座的重要性,不允许掺入再生胶,我国交通行业标准JT���T4-2004《公路桥梁 板式橡胶支座》中,明确规定不允许在支座胶料配方中使用任何再生胶或粉碎的硫化橡胶,同时规定通过抗剪粘结 性能与老化后抗剪的交叉试验来检测支座是否含有再生胶,从技术上对近几年混乱的支座市场起到规范作用,桥梁 支座的生产企业必须认真执行,同时在招标、采购、检测、使用环节均应按标准严格把关

2015年板式橡胶支座材料、形状、尺寸的选用及计算方法,并结合实际工作经验, 对支 座选型时易范的错误和一些经验数值进行了集中讲解和列举,还特别提出了橡胶支座橡胶层总厚度和四氟滑板橡胶支座选 型的计算方法,可供设计参考。 桥梁橡胶支座的主要功能是将上部结构反力可靠地传递给墩台,并同时完成梁体结构 受力所需的变形(水平位移及转角)。与其它类型的桥梁橡胶支座相比较,橡胶支座具有构造简单、加工容易、用钢量 少、造价低、安装方便、吸震效果好、工作性能可靠等诸多优点。我国自上世纪60年代开始研发桥梁板式橡胶支 座并大力推广使用至今,取得良好的实用效果。 公路桥梁桥式橡胶支座按结构型式分为普通板式橡胶支座和四 氟滑板式橡胶支座(以下简称四氟滑板橡胶支座)。普通板式橡胶支座由多层橡胶与薄钢板镶嵌、粘合、硫化而成。四 氟滑板橡胶支座是于普通板式橡胶支座上按照橡胶支座尺寸大小粘结一层厚2-4mm的聚四氟乙烯板而成。其外观形状及结构 见下图目前,桥梁板式橡胶支座制作材料不同、规格多样、功能各异,给桥梁设计者选型带来一定的难度。如果 选型不当,将会带来诸多问题,如橡胶支座承载力不够或富余太多、橡胶支座太厚或太薄导致变形量太大或不足、选材不 当引起橡胶过早老化等。这些问题将直接导致各种桥梁病害的发生,使橡胶支座过早破坏而不得不提前更换,其带来 的高额维修费用和不良社会影响不言而喻。所以,从数以千计的规格型号中选择合适的桥梁板式橡胶支座是设计 橡胶支座的关键。

了解各种橡胶材料特性 常用的橡胶材料有:天然橡胶(NR)、氯丁橡胶(CR)和三元乙丙橡胶 。三种材料各有优缺点和适用范围。 天然橡胶:具有较高的拉伸强度、优异的弹性、良好的耐磨耗性和耐低温 性等多项优良性能,是综合性能较好的胶种。但它的耐老化性能,特别是耐臭氧老化及抗紫外线老化性能较差。

 氯丁橡胶:具有优良的耐天候老化和良好的耐臭氧老化性(抗臭氧老化性能比天然橡胶高12倍以上),拉伸强度较 高,弹性良好,抗腐蚀性良好,并且具有一定的耐油性。是国内外桥梁橡胶支座普遍采用的主体材料,但其耐低第 2 页 共 5 页 温性能较差,这限制了其在北方寒冷地区的使用。 三元乙丙橡胶:是一种高分子材料,具有 优异的耐老化及耐高、低温性能,在-55℃下仍有屈挠性,在100℃下能长期工作。此外,其抗冲击性好,吸水性 小,耐酸碱化学腐蚀性好。主要缺点是与金属粘结性能较低,但这一缺点正在逐步得到改善。 结合上述三种橡 胶材料的主要优缺点,选用橡胶支座材料时,主要应考虑桥位所在地区的气温条件。一般来说,气温在-25~+60℃ 地区可选用氯丁橡胶支座,我国长江以南广大地区普遍适合这种情况;-40~+60℃地区可选用三元乙丙橡胶支座或 天然橡胶支座。此外,对于高纬度、高海拔地区,如当地紫外线辐射强烈或空气中臭氧含量较高时,应避免选用 天然橡胶支座。

选定橡胶支座外观形状 桥梁板式橡胶支座按形状可分为矩形板式橡胶支座、圆形板式橡胶支 座、球冠圆板式橡胶支座、坡形橡胶支座等。由于圆形橡胶支座机械性能在平面上的各向同性,更适用于弯、坡 、斜、宽桥梁及其它多向变位的桥梁;矩形橡胶支座长短边抗剪刚度的大小差别决定其更适用于以纵桥向变位为 主的单向变位桥梁,此时,应将橡胶支座短边顺桥向摆放,以尽量减小橡胶支座对桥梁纵向变位的约束,将梁体变位对墩 台产生的水平力减至最小。

球冠圆板橡胶支座是在圆形板式橡胶支座的基础上变化而成,其中间层橡胶和钢板 布置与圆形板式橡胶支座完全相同,而在橡胶支座顶面用纯橡胶制成球形表面,球面中心橡胶最大厚度为4-13mm,球 面边缘15mm,以适应3%到5%纵横坡下,梁与橡胶支座接触面的中心趋于圆形板式橡胶支座的中心。梁端反力通过球 面表面橡胶逐渐扩散传至下面几层钢板和橡胶层。实际采用时,也可根据不同坡度需要调整球冠半径。由于其能 适应较大的桥梁坡度,不用专门设置梁靴,极大地方便了设计和施工,一度被认为是圆形板式橡胶支座的成功改 进,在各种布置复杂、纵横坡较大的立交桥及高架桥上多有采用。 D 球寇圆板式橡胶支座 D 聚四氟乙稀球寇圆板式橡胶支座坡形板式橡胶支座球寇 t 四氟滑板 △t 15 15 与 圆形板式橡胶支座到球冠圆板式橡胶支座的改进尝试一样,矩形板式橡胶支座也作了许多改进尝试,以期能适应各种 桥梁纵坡的情形,坡形板式橡胶支座就是在这种情形下产生的。

其斜坡的角度依据桥梁的纵横坡而制造,安装时 无须准备楔块或对梁底做相应处理,方便了桥梁的设计与施工。 但是,随着球冠及坡形橡胶支座越来越多地被采用 ,其在实用中暴露出来的缺陷也日益明显。新桥梁通用规范中明确指出,‘公路桥涵中不宜使用带球冠的板式橡 胶橡胶支座或坡形的板式橡胶支座’。

所以,在设计中对这两种橡胶支座应慎用。《公路桥涵板式橡胶支座》中还规定, ‘橡胶支座的四氟滑板不得设置在橡胶支座底面,与四氟滑板接确的不锈钢板也不能设置在桥梁墩、台垫石上’,这也就 彻底否定了聚四氟乙稀球冠板式橡胶支座的设计理念。 三、合理安排各墩台橡胶支座厚度 对于多跨连续梁桥 ,为简化设计和施工,各墩台可选用相等厚度的橡胶支座。当一联中跨数较多时,上述作法并不可取。因为一联桥长 较长时,所选橡胶支座必然较厚。桥梁上部结构在承受汽车制动力时,橡胶支座越厚,则产生的纵桥向变形量也会越大, 这就使梁体的下滑变位趋势更加明显,尤其当桥梁纵坡较大时,加上汽车冲击震动的影响,梁体变位可能会超出 橡胶支座允许的变形量,造成橡胶支座被剪坏。如橡胶支座老化较严重,这种大的梁体变位还可能造成橡胶支座永久性塑性变 形,致使橡胶支座变形功能失效。大的梁体变位还会对桥梁伸缩缝产生更大的压力。 为避免上述情形发生,可在一 联中居中的若干桥跨内选用较薄的橡胶支座,形成橡胶支座不等厚设计。这样虽然会增加设计和施工的麻烦,但中跨 薄橡胶支座相对起到了固定 橡胶支座的作用,能有效地减少梁体下滑变位作用。

对于高 墩或大纵坡的梁式桥,最好能有 2~3个墩与梁固结,以 避免连续梁体下滑(实桥观测表明,上述情形下不采取 切实措施,梁体下滑不可避免)。 当然,在特殊情形下,还可以利用上述分析,有意 加厚或减薄某些墩、台上橡胶支座的厚度,以控制墩、 台水 平力分配。 实例分析:有座特大桥的引桥,上部结构为4-30 1.6% 4×30米 3#墩4#墩5#墩6#墩7#台 120米 150 120120150150150150150270150150 引桥部分主桥部分引道 14.3 10.1 11.9 12.1 10.4 第 3 页 共 5 页 米先简支后连续预应力钢筋砼小箱梁,采用薄壁墩,肋台,钻孔灌注桩基础,引桥自成一联, 桥型图如图所示。汽车荷载采用公路I级,按最大升温25°,最大降温+砼收缩及徐变合计40°计算温度力。一车 道制动力Fk=165kn。采用弹性基础-m法求得墩台及基础的抗弯刚度后,按墩台与橡胶支座组合刚度进行水平力分配,结果如下表所示: 墩台 号 3# 4# 5# 6# 7# 橡胶支座型号 (每墩台单排16个) GYZF4φ250 ×65 GYZφ375× 66 GYZφ375× 55 GYZφ375× 66 GYZF4φ250 ×65 全部橡胶支座刚度 (kn/m) 20944 40011 47124 40011 20944 墩台抗推刚度 (kn/m) 144651 19138 14645 14874 3000000 橡胶支座与墩台组合抗推 刚度(kn/m) 18295 12946 11173 10843 20799 最大橡胶支座摩阻力 (kn) 263.8 2576.9 2133.9 2576.9 263.8 升温度力 (kn) 279.8 100.9 3.3 -78.1 -305.9 降温度力 (kn) 447.7 161.4 5.3 -125.0 -489.4 二车道制动力 0.0 ±122.2 ±105.5 ±102.3 0.0 需要说明的是,

由于3#墩和7#台承受的温度力大于最大橡胶支座摩阻力,四氟滑板橡胶支座将发生滑动,故汽车制动力将进行重分配,造 成制动力全部由4、5、6#墩承担,3#墩和7#台分配到的制动力均为0。 从计算结果可以看出,作为中间墩的5#墩 ,承受的温度力几为0,如减薄5#墩上的橡胶支座厚度,可增大其组合刚度,从而分配到更多的制动力,为其它墩减负 ,使得各墩承担的水平力更加均衡。故在任何桥长情况下,采用各墩台橡胶支座不等厚设计均是经济、合理的作法。 四、橡胶支座计算中应注意的若干问题其实际最大橡胶支座变形也必将大大小于4#和6#墩, 1.橡胶支座有效承压面积Ae 计算橡胶支座压应力时,应采用橡胶支座有效承压面积(即承压加劲钢板面积)。同样,计算橡胶支座形状系数时,亦应采用 加劲钢板尺寸进行计算。老桥规是以橡胶支座外观尺寸代入计算的,应注意调整我们的计算习惯。 2.剪变模量Ge 常温下橡胶支座的剪变模量Ge=1.0MPa。实际设计时,Ge值应注意按桥位所在地区气温条件进行调整。

当累年最冷 月平均温度的平均值为0~-10℃时,Ge值应增大20%;当低于-10℃时,Ge值应增大50%;当低于-25℃时,Ge值采用 2.0MPa。 3.橡胶支座橡胶层总厚度te 进行橡胶支座厚度计算时,容易将te误认为是橡胶支座的总厚度t,实际上te应 为橡胶支座橡胶层总厚度,即te=t-nt0。其中n为橡胶支座中加劲钢板的层数;t0为每层加劲钢板的厚度。 在一些橡胶支座参 考资料(特别是一些老的参考资料)中,并没有直接列出每种规格橡胶支座的te值,设计选型时多有不便。这时就需 要根据橡胶支座形状系数S(资料中均会给出)的计算公式 矩形橡胶支座:S= )(2001 00l ltllb a b a  圆形 橡胶支座:S=td104 la 0__矩形橡胶支座加劲钢板短边尺寸 lb 0__矩形橡胶支座加劲钢板长边尺寸 d0 __圆形橡胶支座加劲钢 板直径 t1__橡胶支座中间单层橡胶片厚度,常用的t1值有5、8、11和15mm四种。 反算出t1。再根据公式 t = tf + te + nt0 = tf + 2th + (n-1)t1 + nt0 tf __四氟滑板厚度,lb0或d0≤500mm时,tf=2mm,否则tf=3mm th__ 上、下保护胶层厚度,一般为2.5mm t0 __每层加劲钢板的厚度,lb0或d0≤500mm时,t0=2mm,否则t0≥2.5mm, 一般为3mm 试算出n及te (n≥2层,各型号橡胶支座tf、th及t0值可能会与以上列出的常用值有出入,所以需试算)。

形状系数S取值 在实际选型时会发现,同种平面尺寸的橡胶支座一般会有几种橡胶支座形状系 数可供选择。这是因为同种平面尺寸橡胶支座一般会采用几种不同的中间单层橡胶片厚度t1来生产,实际上这是不同 型号的橡胶支座,其加劲钢板的层数往往会相差1~3层。S值小则t1相对较厚,其允许转角正切值相应较大,比较适合 大跨径桥梁或梁端挠曲变形较大的情形,设计时可根据实际情况选用。 还有,新桥规规定橡胶支座形状系数应在5≤ S≤12范围内取用,这就使得一些按老的《公路桥涵板式橡胶支座》规范制造的橡胶支座S值可能会超出这一范围 。选用时应注意核实,避免选用到不合要求的橡胶支座型号,造成日后变更设计。及时更新手头的橡胶支座参考资料 能有效避免上述情形发生。 5.四氟滑板橡胶支座尺寸及厚度计算 桥规中仅对四氟滑板橡胶支座的摩擦力提出了要求。


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