» » Общие сведения о свойствах материалов для резиновых опорных частей

Общие сведения о свойствах материалов для резиновых опорных частей

23.04.2016

Резиновые плиты применяли в качестве опорных частей в мостах еще в 1932 г. во Франции прежде всего для исключения «жестких точек» на устоях (по сравнению с гибкими мостовыми балками), так как выполненные из каменной кладки устои разрушались при воздействии ударных нагрузок, а применением свинцовых опорных частей не могли предотвратить повреждения. Стойкость к старению применявшегося материала оценивалась в 20 лет и гарантировалась в течение 10 лет. В настоящее время оба показателя значительно выше, причем стойкость к старению увеличивается быстрее, чем возрастает стоимость материалов.
Широкому распространению резиновых опорных частей в строительстве способствовали предложения французского инженера Фрейссине, запатентованные им в 1954 г. Эта специальная область конструкций становится более или менее известной примерно после 1960 г.
При применении первых резиновых опорных частей к их материалу предъявляли следующие требования: достаточная деформируемость при нормальной нагрузке, достаточная прочность, низкая стоимость и большая долговечность. В настоящее время требования к материалам более детализированы.
Ошибочным может быть вывод о пригодности для опорных частей любого материала с достаточной прочностью и достаточной упругостью при деформациях, так как резина обладает своеобразными свойствами.
В качестве примера можно привести эффект Джоуля: при нагревании растянутой резиновой нити она укорачивается, а не удлиняется. Это кажется странным, так как мы привыкли к упругим свойствам бетона и стали.
Эффект Джоуля объясняется закономерностями молекулярной физики.
Для резиновых опорных частей больше, чем для стали и бетона, имеет значение время, от которого зависят их свойства.
В ФРГ в качестве синонима для резиновых опорных частей принято название «эластомерные» и «неопреновые» опорные части. Эластомер представляет собой резиноупругий материал, получаемый путем вулканизации натурального или синтетического каучука. Таким образом, слово «эластомер» является обобщающим и нейтральным понятием. Неопреном называют хлоропреновый каучук фирмы «Дю Пон», созданный в 1932 г. В дальнейшем были предложены различные виды хлоропренового каучука, названия которых имеют в основном окончание «прен».
Хлоропреновый каучук является наиболее распространенным материалом для резиновых опорных частей. Этот материал характеризуется хорошей устойчивостью к внешним воздействиям и зависящими от времени молекулярными изменениями. Натуральный каучук применяют для опорных частей в строительстве, прежде всего в Англии и Нидерландах, а также в Канаде, отличающихся традиционно большим потреблением натурального каучука. Однако натуральный каучук обладает меньшей стойкостью к старению, чем хлоропреновый каучук. Стойкость к старению можно повысить специальными добавками, которые применяют и для хлоропренового каучука, поэтому соотношение свойств остается неизменным. Так, озоностойкость натурального каучука примерно в 8 раз меньше, чем хлоропрена.
К преимуществам натурального каучука относятся его меньшая ползучесть и меньшая жесткость при низких температурах. Однако установлено, что в большинстве случаев ползучесть для резиновых опорных частей скорее благоприятна, а относительная жесткость при низких температурах хотя и наблюдается, но в техническом отношении редко представляет интерес, так как компенсируется другими факторами.
Ниже рассматриваются в основном свойства опорных частей из хлоропренового каучука, имеющего много разновидностей. Для получения из него оптимального вулканизированного материала необходима добавка 10—20 наполнителей и других веществ, только правильный подбор которых и правильная вулканизация могут обеспечить необходимые резиноупругие свойства. Добавка особых видов сажи имеет технологически большое значение.
Хлоропреновые каучуки с одинаковыми или сходными механическими характеристиками не являются аналогичными и даже известность марки не гарантирует от ошибок, так как они относятся к необработанному, сырому материалу. Свойства материалов определяются правильным выбором хлоропрена, доли сырого каучука в готовом продукте, других составляющих смеси и вулканизацией.
Выбор типа хлоропрена имеет особое значение для характеристик опорной части при низких температурах и свойств ползучести. Некоторые виды хлоропрена уже при умеренной температуре отличаются эффектом повышения жесткости, который характеризуется кристаллизацией.
Содержание сырого эластомера в готовом продукте принято минимум 60% в ФРГ (по массе) и США (по объему), причем 60% по объему соответствуют примерно 55% по массе. Оптимальный материал получают при содержании сырого эластомера примерно 60% по массе.
Меньшее количество сырого эластомера удешевляет и ухудшает вулканизат, а большее удорожает и также ухудшает (при применении для опорных частей).
В соответствии с «Техническими условиями по контролю качества армированных эластомерных опорных частей» в ФРГ принято примерно следующее содержание материалов в резине по массе: каучука 60, сажи 25, добавок 15, золы 5%. Эти показатели еще не гарантируют качества резиновых опорных частей, так как оно зависит от выбора добавок. Минимальные механические характеристики эластомера для резиновых опорных частей приведены в табл. 5.1.
Общие сведения о свойствах материалов для резиновых опорных частей
Общие сведения о свойствах материалов для резиновых опорных частей

Процесс вулканизации в большей степени влияет на свойства резины, чем условия твердения на свойства бетона. Резина является очень плохим проводником тепла, поэтому, например, при вулканизации резиновой опорной части внутренние слои ее находятся вблизи минимальных условий вулканизации. Поэтому свойства резины внутри опорной части непостоянны.
Испытуемые образцы необходимо оптимально вулканизировать, чтобы получить необходимые характеристики. Характеристики материала испытуемого образца реализуются в готовой продукции лишь частично.
Только с помощью испытаний готовых опорных частей можно установить соответствие показателей их материала требуемым характеристикам. Если это подтверждено основными испытаниями, то в дальнейшем можно ограничиться проверкой контрольных значений, пока значительно не изменятся способ изготовления и толщина опорной части.
Большое значение имеет толщина опорных частей вследствие влияния их теплопроводности на вулканизацию. Удовлетворительная равномерная вулканизация обеспечивается без особых технологических осложнений только при толщине резиновой опорной части до 60 мм. Величина опорной части в плане оказывает лишь второстепенное влияние на ее качество. Размеры в плане следует учитывать только при выборе усилия прессования при вулканизации, так как удельное давление должно быть возможно большим.