劉艮春，王恒宜，陳榮華

（江蘇托普輪胎股份有限公司，江蘇 鹽城 224400）

我國(guó)橋梁建設(shè)行業(yè)不斷發(fā)展，目前已經(jīng)在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。橡膠支座在橋梁建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，其已經(jīng)逐漸成為公路橋梁、鐵路橋梁以及其他橋梁的重要組成部分[1-3]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，多種樣式、大跨度、更為現(xiàn)代化的新型橋梁不斷被建造出來(lái)[4-5]，對(duì)橋梁支座的耐久性能和承載能力等的要求也不斷提高。天然橡膠（NR）作為應(yīng)用廣泛的橡膠橋梁支座原材料，研究其在不同環(huán)境中的性能顯得尤為重要[3，6-9]。

本工作針對(duì)NR橋梁支座的使用條件進(jìn)行凍融、鹽凍、熱老化以及酸腐蝕試驗(yàn)，研究NR在不同侵蝕條件下的拉伸性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，STR20，泰國(guó)進(jìn)口產(chǎn)品。硫酸，pH值為4.5，蘇州斌順化工有限公司產(chǎn)品。硝酸，pH值為4.5；亞硝基硫酸，pH值為4.5，常州百運(yùn)渡化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

NR 100，炭黑N550 35，氧化鋅 5，氧化鎂 6，石蠟 1，增塑劑DOP 10，防老劑RD 1.5，防老劑4010 1，硫黃 1.3，促進(jìn)劑TMTD 1.3。

1.3 主要設(shè)備和儀器

1.7 L哈克密煉機(jī)，北京化工大學(xué)產(chǎn)品；QLB-400×400×2型平板硫化機(jī)，青島亞?wèn)|橡膠機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；SK-189型開(kāi)煉機(jī)和TS2008b型拉力試驗(yàn)機(jī)，南京橡塑機(jī)械廠有限公司產(chǎn)品；JCZDR-6型全自動(dòng)低溫凍融試驗(yàn)機(jī)，撫順鑫源機(jī)電儀器廠產(chǎn)品；GT-7017-NM型熱氧老化試驗(yàn)箱，東北電力股份有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

混煉工藝：預(yù)熱哈克密煉機(jī)，初始溫度為60℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，加入生膠和小料→1 min→加入1/2炭黑→40 s→加入剩余1/2炭黑→40 s→7 min（每隔1 min提壓砣排氣）→排膠。開(kāi)煉機(jī)輥距調(diào)為1 mm，加入膠料，薄通后加硫黃和促進(jìn)劑，打卷過(guò)輥7次，調(diào)整輥距后下片。

膠料采用平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為150℃×15.36 min。

用裁刀和裁片機(jī)對(duì)硫化膠片進(jìn)行裁剪，對(duì)試片分別進(jìn)行凍融、鹽凍、熱老化以及酸腐蝕處理。

1.5 性能測(cè)試

拉伸應(yīng)力按照GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定，大啞鈴形試樣（長(zhǎng)度為150 mm，厚度為2 mm），拉伸速率為500 mm·min-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 凍融條件

公路橋梁多位于野外，經(jīng)常受到寒冷天氣的影響，例如我國(guó)北方地區(qū)冬季氣溫較低，降雪概率較大，中午隨著氣溫升高，雪慢慢融化，就會(huì)形成凍融循環(huán)，持續(xù)的凍融循環(huán)會(huì)影響橋梁橡膠支座的性能。為此采用凍融試驗(yàn)箱模擬凍融循環(huán)變化過(guò)程（交替的冰凍和融化），將試樣放入凍融試驗(yàn)箱進(jìn)行快速凍融處理[4，6]。不同凍融次數(shù)下膠料的拉伸應(yīng)力-伸長(zhǎng)量曲線如圖1所示。

圖1 不同凍融次數(shù)下膠料的拉伸應(yīng)力-伸長(zhǎng)量曲線

從圖1可以看出：未凍融處理膠料的拉伸應(yīng)力最高，最大值達(dá)9.9 MPa；隨著凍融次數(shù)的增加，膠料的拉伸應(yīng)力逐漸降低，凍融60次時(shí)，膠料的最大拉伸應(yīng)力為9.6 MPa，較未凍融處理膠料的最大拉伸應(yīng)力下降3.03%。

2.2 鹽凍條件

為研究我國(guó)北方公路和鐵路橋梁的橡膠支座在鹽凍環(huán)境下的力學(xué)性能，對(duì)試片進(jìn)行鹽凍處理，即將試片放在鹽水以及凍融試驗(yàn)箱中進(jìn)行鹽凍循環(huán)處理[2]。不同鹽凍次數(shù)下膠料的拉伸應(yīng)力-伸長(zhǎng)量曲線如圖2所示。

圖2 不同鹽凍次數(shù)下膠料的拉伸應(yīng)力-伸長(zhǎng)量曲線

從圖2可以看出，鹽凍處理對(duì)膠料的拉伸應(yīng)力影響不大，當(dāng)鹽凍次數(shù)達(dá)到60時(shí)，膠料的最大拉伸應(yīng)力為9.5 MPa，較未鹽凍處理膠料的最大拉伸應(yīng)力下降4.1%。

2.3 熱老化條件

為了研究公路橋梁的橡膠支座在受到高溫氣候變化時(shí)的力學(xué)性能變化，采用高溫試驗(yàn)箱模擬熱老化過(guò)程，將試樣放在高溫試驗(yàn)箱中進(jìn)行熱老化循環(huán)處理。不同熱老化時(shí)間下膠料的拉伸應(yīng)力-伸長(zhǎng)量曲線如圖3所示。

圖3 不同熱老化時(shí)間下膠料的拉伸應(yīng)力-伸長(zhǎng)量曲線

從圖3可以看出，熱老化對(duì)膠料拉伸應(yīng)力的影響較大，隨著熱老化時(shí)間的延長(zhǎng)，膠料的拉伸應(yīng)力降低幅度增大，熱老化60 d時(shí)，膠料的最大拉伸應(yīng)力降至8.9 MPa，較未熱老化膠料的最大拉伸應(yīng)力下降10.1%。這表明在我國(guó)南方濕熱環(huán)境中，公路和鐵路橋梁的橡膠支座要做好熱老化防護(hù)，防止其性能受損。

2.4 強(qiáng)酸腐蝕條件

為了研究公路橋梁的橡膠支座在酸雨頻繁環(huán)境中的力學(xué)性能，將試樣分別浸泡在pH值為4.5的硫酸、硝酸、亞硝基硫酸中進(jìn)行20，40和60 d快速腐蝕[5]。

2.4.1 硝酸

不同硝酸腐蝕時(shí)間下膠料的拉伸應(yīng)力-伸長(zhǎng)量曲線如圖4所示。

圖4 不同硝酸腐蝕時(shí)間下膠料的拉伸應(yīng)力-伸長(zhǎng)量曲線

從圖4可以看出，隨著硝酸腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，膠料的拉伸應(yīng)力逐漸降低，當(dāng)硝酸腐蝕60 d時(shí)膠料的最大拉伸應(yīng)力為8.3 MPa，較未腐蝕膠料的最大拉伸應(yīng)力下降16.2%，因此硝酸腐蝕對(duì)膠料的性能影響較大，需要采取防護(hù)措施避免NR橋梁支座被硝酸腐蝕。

2.4.2 硫酸

不同硫酸腐蝕時(shí)間下膠料的拉伸應(yīng)力-伸長(zhǎng)量曲線如圖5所示。

從圖5可以看出，隨著硫酸腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，膠料的拉伸應(yīng)力有所下降，硫酸腐蝕60 d后膠料的最大拉伸應(yīng)力為8.2 MPa，比未腐蝕膠料的最大拉伸應(yīng)力降低17.2%，可見(jiàn)硫酸腐蝕對(duì)橋梁支座膠料的性能影響巨大，必須嚴(yán)加防護(hù)。

圖5 不同硫酸腐蝕時(shí)間下膠料的拉伸應(yīng)力-伸長(zhǎng)量曲線

2.4.3 亞硝基硫酸

不同亞硝基硫酸腐蝕時(shí)間下膠料的拉伸應(yīng)力-伸長(zhǎng)量曲線如圖6所示。

從圖6可以看出，隨著亞硝基硫酸腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，膠料的拉伸應(yīng)力有所下降，亞硝基硫酸腐蝕60 d后膠料的最大拉伸應(yīng)力為8.5 MPa，比未腐蝕膠料的最大拉伸應(yīng)力降低14.1%，可見(jiàn)亞硝基硫酸對(duì)NR橋梁支座的腐蝕較為嚴(yán)重。

圖6 不同亞硝基硫酸腐蝕時(shí)間下膠料的拉伸應(yīng)力-伸長(zhǎng)量曲線

3 結(jié)論

通過(guò)凍融、鹽凍、熱老化、強(qiáng)酸腐蝕條件下NR橋梁支座膠料的拉伸性能試驗(yàn)，得出以下結(jié)論。

（1）隨著凍融次數(shù)的增加，膠料的拉伸應(yīng)力有不同程度的下降，但是凍融循環(huán)后膠料的拉伸應(yīng)力降幅不大，凍融60次后膠料的最大拉伸應(yīng)力相對(duì)于未凍融處理膠料的最大拉伸應(yīng)力下降3.03%，NR橋梁支座膠料的抗凍融能力較強(qiáng)。

（2）經(jīng)過(guò)60次鹽凍循環(huán)后，膠料的最大拉伸應(yīng)力相對(duì)于未鹽凍處理膠料的最大拉伸應(yīng)力下降4.1%，NR橋梁支座膠料的抗鹽凍能力較強(qiáng)。

（3）隨著熱老化時(shí)間的延長(zhǎng)，膠料的拉伸應(yīng)力有不同程度的下降，變化幅度較大，熱老化60 d后膠料的最大拉伸應(yīng)力降至8.9 MPa，相對(duì)于未熱老化膠料的最大拉伸應(yīng)力下降10.1%。因此在我國(guó)南方濕熱環(huán)境中要做好對(duì)NR橋梁支座的熱老化防護(hù)。

（4）經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸腐蝕后，膠料的拉伸性能下降幅度較大，硝酸腐蝕60 d后膠料的最大拉伸應(yīng)力降低16.2%，硫酸腐蝕60 d后降低17.2%，亞硝基硫酸腐蝕60 d后降低14.1%。因此對(duì)于酸雨較為頻繁的環(huán)境應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)NR橋梁支座的保護(hù)和檢查。