CN109485931A - 一种桥梁减震支座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种桥梁减震支座，从上到下依次包括顶板、不锈钢板、聚四氟乙烯板、中间钢板、橡胶块和底盆，所述橡胶块置于底盆内，所述橡胶块和中间钢板之间设置有密封圈，所述橡胶块包括如下重量份的组分：天然橡胶60‑70份、稀土顺丁橡胶30‑40份、氧化锌3‑5份、硬脂酸1‑3份、防老剂1‑2份、填料15‑25份、微晶蜡0.5‑1.5份、硫磺2‑3份、促进剂0.5‑1份、植物提取物3‑5份、碳酸钙晶须10‑15份。碳酸钙晶须表面经过植物提取物改性后，能够均匀分散在橡胶大分子间，并且可使天然橡胶的玻璃化转变温度往低温方向移动，提高橡胶块的低温使用性能。

Description

一种桥梁减震支座
技术领域
本发明涉及桥梁建设领域，特别涉及一种桥梁减震支座。
背景技术
桥梁一般由上部构造、下部结构、支座和附属构造物组成。桥梁支座是连接、约束桥梁上下部结构的重要构件，对于桥梁的承重来说是不可缺少的一部分。桥梁支座结构多种多样，其中盆式橡胶支座最为常见，具有优良的减震效果。盆式橡胶支座内的橡胶材料作为重要组成部分，其寿命影响着橡胶支座的质量，进而影响着桥梁的使用寿命。而橡胶材料会因自身或外部因素存在老化现象，因此如何提高橡胶材料使用寿命是当下十分重要的课题。
公告号为CN105175911B的中国专利公开了一种耐候耐老化板式橡胶支座用橡胶材料，构成该橡胶材料的组份包括橡胶型氯化聚乙烯(CM)、天然橡胶、氧化锌、硬脂酸、氧化镁、防老剂、石蜡、炭黑、改性纳米凹凸棒石、增塑剂、有机过氧化物硫化剂、硫磺和促进剂。
上述橡胶支座用橡胶材料通过改性纳米凹凸棒石的添加，提高了橡胶的气体阻隔性，减缓氧和臭氧在橡胶中的扩散，进而使得橡胶的防老化性能提高。但是盆式橡胶支座内的橡胶块密封放置在钢盆内，因此氧和臭氧并非影响其老化的主要因素。对于天气寒冷的北部，橡胶块需要长期在低温压缩状态下使用，若橡胶块耐寒性差，容易导致弹性损失。由于橡胶老化的各因素作用机理均不同，因此该橡胶材料不能够很好的适用于耐寒型盆式橡胶支座，有待改进。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明的目的是提供一种桥梁减震支座，橡胶块具有优良的耐寒性，使用寿命长。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种桥梁减震支座，从上到下依次包括顶板、不锈钢板、聚四氟乙烯板、中间钢板、橡胶块和底盆，所述橡胶块置于底盆内，所述橡胶块和中间钢板之间设置有密封圈，所述橡胶块包括如下重量份的组分：
天然橡胶60-70份
稀土顺丁橡胶30-40份
氧化锌3-5份
硬脂酸1-3份
防老剂1-2份
填料15-25份
微晶蜡0.5-1.5份
硫磺2-3份
促进剂0.5-1份
植物提取物3-5份
碳酸钙晶须10-15份；
所述植物提取物的制备过程如下：
步骤一，采取针叶树树皮并置于阴凉通风处晾干，再粉碎至末状，过100目筛，得到粉碎物；
步骤二，将粉碎物与重量为粉碎物10-15倍的75％乙醇溶液混合，于50-55℃下超声提取20-30min，得到提取液；
步骤三，对提取液进行过滤，滤渣重复步骤二的方法再次提取，重复3次，所得滤液合并；
步骤四，滤液减压蒸馏以去除乙醇，得到植物提取物。
通过采用上述技术方案，天然橡胶具有优良的机械性能、变形时生热低、耐屈挠性强，可以满足橡胶块的承载减震性能需求，但是低温容易结晶。采用两胶并用的方式，将稀土顺丁橡胶混入，可以打破天然橡胶分子链中的结构规整性，进而降低天然橡胶的结晶温度和玻璃化温度，提高橡胶块耐寒性。
碳酸钙晶须本身结构纤细、强度高、模量高，作为一种填料加入橡胶中，将无机晶须的刚性、尺寸稳定性和热稳定性和橡胶分子的韧性、弹性良好结合，使得橡胶块的理化性能提高。碳酸钙晶须表面亲水性强，在橡胶分子中的分散性差，而植物提取物含有的主要成分有多酚，其中酚羟基可与钙络合，形成环状的稳定螯合物，使得碳酸钙晶须表面附着高活性的植物多酚分子，进而使得碳酸钙晶须的分散性改善。植物多酚还可通过共价键、次价键与橡胶接枝共聚，改善橡胶基体和碳酸钙晶须间的界面结合。
同时碳酸钙晶须表面经过植物提取物改性后，均匀分散在橡胶大分子间，能够使天然橡胶的玻璃化转变温度往低温方向移动，提高橡胶块的低温使用性能。
本发明进一步设置为：所述针叶树为落叶松或樟子松。
通过采用上述技术方案，落叶松和樟子松均为常见的树种，其树皮于林区内利用率低，因此成本极低，同时落叶松和樟子松树皮内的多酚含量较高。
本发明进一步设置为：所述橡胶块还包括3-6份二甲基二乙烯基硅烷。
通过采用上述技术方案，二甲基二乙烯基硅烷可以与碳酸钙晶须表面的活性基团结合，进而随碳酸钙晶须均匀分散在橡胶分子间，从而使得橡胶分子接枝有Si-O-Si基团，并且引入双键，可提高橡胶块的耐低温性。
本发明进一步设置为：所述填料为炭黑N330。
通过采用上述技术方案，炭黑N330补强性能良好。
本发明进一步设置为：所述填料经过改性，改性过程如下：
第一步，将15-25份炭黑N330分散于水中，配制成质量分数为15-20％的悬浮液，
第二步，将2-5份三氧化二铈溶于10％盐酸中，再倒入上述悬浮液，调节PH至9-12，加热至60-70℃，持续搅拌1-2h，过滤、烘干得到改性填料。
通过采用上述技术方案，炭黑N330表面经稀土元素改性后其在稀土顺丁橡胶中的分散性更好，其补强作用更加显著，同时稀土顺丁橡胶的玻璃化转变温度向低温转变，橡胶块耐低温性提高。
本发明进一步设置为：所述橡胶块还包括2-5份癸二酸二丁酯。
通过采用上述技术方案，癸二酸二丁酯作为增塑剂，有利于提高橡胶块的耐寒性。
本发明进一步设置为：所述促进剂为促进剂DM。
通过采用上述技术方案，促进剂DM相对于其他种类促进剂对天然橡胶交联密度的提高更加显著，进而有利于提高橡胶块的耐低温性能。
本发明进一步设置为：所述防老剂为防老剂BLE。
通过采用上述技术方案，防老剂BLE对橡胶块耐屈挠疲劳性能有较好的提高，适用于盆式橡胶支座处的橡胶块。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.天然橡胶和稀土顺丁橡胶两胶混用，能够在低温环境下满足橡胶支座机械性能的需求；
2.植物提取物、碳酸钙晶须、二甲基二乙烯基硅烷三者之间存在协同复配作用，可有效提高橡胶块的耐低温性。
附图说明
图1是实施例一的结构剖视示意图。
附图标记说明：1、顶板；2、不锈钢板；3、聚四氟乙烯板；4、中间钢板；5、橡胶块；6、底盆；7、密封圈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一
一种桥梁减震支座，如图1所示，从上到下依次包括顶板1、不锈钢板2、聚四氟乙烯板3、中间钢板4、橡胶块5和底盆6。橡胶块5置于底盆6底部，中间钢板4部分置于底盆6内，橡胶块5和中间钢板4之间设置有密封圈7。
实施例二：
实施例一中的橡胶块包括如下重量份的组分：
天然橡胶60份；
稀土顺丁橡胶30份，型号Nd45，购买自韩国LG Chem；
氧化锌3份；
硬脂酸1份；
防老剂BLE 1份；
炭黑N330 15份；
微晶蜡0.5份；
硫磺2份；
促进剂DM 0.5份；
植物提取物3份；
碳酸钙晶须10份，型号NP-CW2，购买自上海峰竺复合新材料科技有限公司；
二甲基二乙烯基硅烷3份；
癸二酸二丁酯2份。
植物提取物的制备过程如下：
步骤一，采取落叶松树皮并置于阴凉通风处晾干，再粉碎至末状，过100目筛，得到粉碎物；
步骤二，将粉碎物与重量为粉碎物10倍的75％乙醇溶液混合，于50℃下超声提取20min，得到提取液；
步骤三，对提取液进行过滤，滤渣重复步骤二的方法再次提取，重复3次，所得滤液合并；
步骤四，滤液减压蒸馏以去除乙醇，研磨粉碎得到植物提取物。
炭黑N330经过改性，改性过程如下：
第一步，将15份炭黑N330分散于水中，配制成质量分数为15％的悬浮液，
第二步，将2份三氧化二铈溶于10％盐酸中，再倒入上述悬浮液，调节PH至9，加热至60℃，持续搅拌1h，过滤、烘干得到改性填料。
橡胶块的制备方法如下：
一、将10份碳酸钙晶须、3份植物提取物放置于高速粉碎机中均匀混合；
二、将上述混合物压合到60份天然橡胶中，混炼5min，温度120℃，将15份炭黑N330压合到30份稀土顺丁橡胶中，混炼5min，温度120℃；
三、将步骤二所得两种母炼胶混合并投入密炼机中，混炼3min，加入3份氧化锌、1份硬脂酸、1份防老剂BLE、0.5份微晶蜡、0.5份促进剂DM、3份二甲基二乙烯基硅烷，70℃炼胶15min；
四、从密炼机排出橡胶投入硫化机，加入2份硫磺、2份癸二酸二丁酯，150℃硫化结束后冷却、切割成型。
实施例三：
实施例一中的橡胶块包括如下重量份的组分：
天然橡胶70份；
稀土顺丁橡胶40份，型号Nd45，购买自韩国LG Chem；
氧化锌5份；
硬脂酸3份；
防老剂BLE 2份；
炭黑N330 25份；
微晶蜡1.5份；
硫磺3份；
促进剂DM 1份；
植物提取物5份；
碳酸钙晶须15份，型号NP-CW2，购买自上海峰竺复合新材料科技有限公司；
二甲基二乙烯基硅烷6份；
癸二酸二丁酯5份。
植物提取物的制备过程如下：
步骤一，采取落叶松树皮并置于阴凉通风处晾干，再粉碎至末状，过100目筛，得到粉碎物；
步骤二，将粉碎物与重量为粉碎物15倍的75％乙醇溶液混合，于55℃下超声提取30min，得到提取液；
步骤三，对提取液进行过滤，滤渣重复步骤二的方法再次提取，重复3次，所得滤液合并；
步骤四，滤液减压蒸馏以去除乙醇，研磨粉碎得到植物提取物。
炭黑N330经过改性，改性过程如下：
第一步，将25份炭黑N330分散于水中，配制成质量分数为20％的悬浮液，
第二步，将5份三氧化二铈溶于10％盐酸中，再倒入上述悬浮液，调节PH至12，加热至70℃，持续搅拌2h，过滤、烘干得到改性填料。
橡胶块的制备方法如下：
一、将15份碳酸钙晶须、5份植物提取物放置于高速粉碎机中均匀混合；
二、将上述混合物压合到70份天然橡胶中，混炼5min，温度120℃，将25份炭黑N330压合到40份稀土顺丁橡胶中，混炼5min，温度120℃；
三、将步骤二所得两种母炼胶混合并投入密炼机中，混炼3min，加入5份氧化锌、3份硬脂酸、2份防老剂BLE、1.5份微晶蜡、1份促进剂DM、6份二甲基二乙烯基硅烷，70℃炼胶15min；
四、从密炼机排出橡胶投入硫化机，加入3份硫磺、5份癸二酸二丁酯，150℃硫化结束后冷却、切割成型。
实施例四：
实施例一中的橡胶块包括如下重量份的组分：
天然橡胶65份；
稀土顺丁橡胶35份，型号Nd45，购买自韩国LG Chem；
氧化锌4份；
硬脂酸2份；
防老剂BLE 1.5份；
炭黑N330 20份；
微晶蜡1份；
硫磺2.5份；
促进剂DM 0.8份；
植物提取物4份；
碳酸钙晶须12份，型号NP-CW2，购买自上海峰竺复合新材料科技有限公司；
二甲基二乙烯基硅烷4份；
癸二酸二丁酯3份。
植物提取物的制备过程如下：
步骤一，采取落叶松树皮并置于阴凉通风处晾干，再粉碎至末状，过100目筛，得到粉碎物；
步骤二，将粉碎物与重量为粉碎物12倍的75％乙醇溶液混合，于52℃下超声提取25min，得到提取液；
步骤三，对提取液进行过滤，滤渣重复步骤二的方法再次提取，重复3次，所得滤液合并；
步骤四，滤液减压蒸馏以去除乙醇，研磨粉碎得到植物提取物。
炭黑N330经过改性，改性过程如下：
第一步，将20份炭黑N330分散于水中，配制成质量分数为18％的悬浮液，
第二步，将3份三氧化二铈溶于10％盐酸中，再倒入上述悬浮液，调节PH至10，加热至65℃，持续搅拌1.5h，过滤、烘干得到改性填料。
橡胶块的制备方法如下：
一、将12份碳酸钙晶须、4份植物提取物放置于高速粉碎机中均匀混合；
二、将上述混合物压合到65份天然橡胶中，混炼5min，温度120℃，将20份炭黑N330压合到35份稀土顺丁橡胶中，混炼5min，温度120℃；
三、将步骤二所得两种母炼胶混合并投入密炼机中，混炼3min，加入4份氧化锌、2份硬脂酸、1.5份防老剂BLE、1份微晶蜡、0.8份促进剂DM、4份二甲基二乙烯基硅烷，70℃炼胶15min；
四、从密炼机排出橡胶投入硫化机，加入2.5份硫磺、3份癸二酸二丁酯，150℃硫化结束后冷却、切割成型。
实施例五：
与实施例四的区别在于：针叶树为樟子松，其余均相同。
实施例六：
与实施例四的区别在于：橡胶块不包括二甲基二乙烯基硅烷，其余均相同。
实施例七：
与实施例四的区别在于：炭黑N330未经过改性，其余均相同。
实施例八：
与实施例四的区别在于：橡胶块不包括癸二酸二丁酯，其余均相同。
实施例九：
与实施例四的区别在于：促进剂为促进剂M，其余均相同。
对比例一：
与实施例四的区别在于：橡胶块不包括植物提取物，其余均相同。
对比例二：
与实施例四的区别在于：碳酸钙晶须换为炭黑N330，其余均相同。
对比例三：
与实施例四的区别在于：橡胶块不包括植物提取物、二甲基二乙烯基硅烷、癸二酸二丁酯，填料均为普通炭黑N330，其余均相同。
橡胶块性能测试：
一、参照JT/T 391-2009《公路桥梁盆式支座》中对盆式支座橡胶块的性能要求，测试橡胶块的硬度、拉伸强度、恒定压缩用永久变形等性能，若符合标准则记为合格，记录在表1；
二、参照HG/T 3866-2006《硫化橡胶压缩耐寒系数的测定》中记载的方法，对橡胶块的压缩耐寒系数进行测试，低温条件分别为-25℃、-40℃、-50℃，结果记录在表1。
表1实施例二至九、对比例一至二的性能测试结果记录表
由表1可得，实施例二至五的橡胶块具有优良的耐低温性，橡胶支座能够适用于气温-50℃地区。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种桥梁减震支座，从上到下依次包括顶板(1)、不锈钢板(2)、聚四氟乙烯板(3)、中间钢板(4)、橡胶块(5)和底盆(6)，所述橡胶块(5)置于底盆(6)内，所述橡胶块(5)和中间钢板(4)之间设置有密封圈(7)，其特征在于：所述橡胶块(5)包括如下重量份的组分：
天然橡胶 60-70份
稀土顺丁橡胶 30-40份
氧化锌 3-5份
硬脂酸 1-3份
防老剂 1-2份
填料 15-25份
微晶蜡 0.5-1.5份
硫磺 2-3份
促进剂 0.5-1份
植物提取物 3-5份
碳酸钙晶须 10-15份；
所述植物提取物的制备过程如下：
步骤一，采取针叶树树皮并置于阴凉通风处晾干，再粉碎至末状，过100目筛，得到粉碎物；
步骤二，将粉碎物与重量为粉碎物10-15倍的75%乙醇溶液混合，于50-55℃下超声提取20-30min，得到提取液；
步骤三，对提取液进行过滤，滤渣重复步骤二的方法再次提取，重复3次，所得滤液合并；
步骤四，滤液减压蒸馏以去除乙醇，得到植物提取物。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁减震支座，其特征在于：所述针叶树为落叶松或樟子松。
3.根据权利要求1所述的一种桥梁减震支座，其特征在于：所述橡胶块还包括3-6份二甲基二乙烯基硅烷。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁减震支座，其特征在于：所述填料为炭黑N330。
5.根据权利要求4所述的一种桥梁减震支座，其特征在于：所述填料经过改性，改性过程如下：
第一步，将15-25份炭黑N330分散于水中，配制成质量分数为15-20%的悬浮液，
第二步，将2-5份三氧化二铈溶于10%盐酸中，再倒入上述悬浮液，调节PH至9-12,加热至60-70℃，持续搅拌1-2h，过滤、烘干得到改性填料。
6.根据权利要求1所述的一种桥梁减震支座，其特征在于：所述橡胶块还包括2-5份癸二酸二丁酯。
7.根据权利要求1所述的一种桥梁减震支座，其特征在于：所述促进剂为促进剂DM。
8.根据权利要求1所述的一种桥梁减震支座，其特征在于：所述防老剂为防老剂BLE。
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