تکیه گاه ها و درزهای انبساط الاستومری (معرفی ، آزمایش ها و کنترل کیفیت)

استرونگ هلد ایران | 10 ماه پیش

تکیه ­گاه ­ها و درزهای انبساط الاستومری

   (معرفی ، آزمایش­ ها و کنترل کیفیت)

 

نویسنده: شرکت استرونگ هلد ایران

 

 

1- تکیه ­گاه­ های الاستومری

کاربرد تکیه­ گاه­ های الاستومری ( نئوپرن )  در پل­ ها از حدود سال 1950 آغاز گریده و تا اکنون دارای سابقه عملکرد بسیار خوبی بوده و امروزه به عنوان پر مصرف ترین تکیه ­گاه پل مطرح می­باشند.

نئوپرن­ ها را در دو نوع نئوپرن طبیعی ( تولید شده از کائوچو) و نئوپرن مصنوعی ( تولید شده از کلروپن ) دسته بندی می نماید.

نئوپرن (Neoprene) یا کلروپرن (Polychloroprene) از خانواده لاستیک ­های مصنوعی هستند که از پلیمریزاسیون کلروپرن تولید می­شوند. نئوپرن دارای تعادل شیمیایی خوبی بوده و در دماهای مختلف انعطاف پذیر باقی می­ماند و در هر دو حالت جامد و مایع وجود دارد.

نئوپرن توسط پلیمریزاسیون آزاد رادیکال کلروپرنی تولید می­گردد. در تولید تجاری، این پلیمر با پلیمریزاسیون امولسیون رادیکال آزاد تهیه می­شود. پلیمریزاسیون با پرسولفات پتاسیم آغاز می­گردد. نوکلئوفیل ­های بی فاکتور، اکسیدهای فلزی (به عنوان مثال اکسید روی) برای پیوند مجدد رشته ­های پلیمری استفاده می­شود.

 نئوپرن به صورت ساده که فقط از الاستومر ساده تشکیل شده و یا مسلح که شامل لایه­ های متناوب الاستومر به علاوه فولاد می­باشد به دلیل انعطاف پذیری برشی مناسب،  به صورت گسترده ­ای به عنوان جداساز لرزه­ ای مورد استفاده قرار می­گیرد، بدین ترتیب که در پل ­ها در اثر جابجایی عرشه، نیروی برشی کمی را بر پایه ­ها (ستون­ ها) انتقال می­دهد و در ساختمان­ ها نیز در اثر جابجایی فونداسیون نیروی برشی کمی به اسکلت انتقال می­دهد. لاستیک ­های استفاده شده در این  لرزه­ گیرها، لاستیک طبیعی(NR) و یا الاستومر مصنوعی (CR) است. نئوپرن به عنوان محصولی ایده ­آل برای کم­ کردن و انتقال نیروی وارده که در اثر ترافیک و ارتعاش و انبساط و انقباض حرارتی  بر روی پل ­ها و سایر سیستم­ های مهندسی وارد می­شود استفاده می­گردد.

تکیه ­گاه­ الاستومری اِلمانی است که بین دو جزء از سازه قرار داده می­شود (برای مثال بین پایه پل و عرشه در پل ­ها) که باعث کاهش نوسان سازه فوقانی شده و میزان حرکت ناشی از زلزله را نیز کاهش می­دهد. علاوه بر این عملکرد مهم، تکیه ­گاه­ های الاستومری بایستی اجازه یا عدم اجازه حرکات مربوطه (از جمله انتقالی یا چرخشی) به المان­ های متصل به خود را بدهند و در عین حال دارای دوامی مطابق با عمر مفید سازه مورد نظر داشته باشند.

اجزای اصلی این تکیه­ گاه­ ها لایه­ های الاستومر و ورق­ های فولادی می­باشد. مقدار سختی الاستومرها حدود 5 -/+ 60 ، مقاومت کششی حداقل آن برابر با 176 کیلوگرم بر سانتی متر مربع بوده و ازدیاد طول نهایی نیز 400 درصد می­باشد (این مقادیر برای هر نئوپرن توسط استانداردهای مربوطه قابل آزمایش و اندازه­ گیری می­باشد). حداقل مقاومت کششی ورق فولادی مورد استفاده نیز 3700 کیلوگرم بر سانتی متر مربع درنظر گرفته می­شود.

شکل­ های معمول تکیه ­گاه ­های الاستومری بصورت مستطیلی یا دایره ­ای می­باشد. ورق ­های فولادی و لایه ­های الاستومری بر روی هم قرار داده شده و ولکانیزه می­شوند. برای جلوگیری از خوردگی ورق­ های فولادی، لایه­ های الاستومری بصورت کامل روی ورق را می­پوشاند. تکیه­ گاه ­های الاستومری آزادی حرکت در تمامی جهات را دارند.

زمانی که حداقل بار قائم اعمالی بر روی تکیه ­گاه الاستومری به اندازه کافی نباشد و احتمال لغزیدن تکیه­ گاه وجود داشته باشد، تکیه ­گاه الاستومری مهار شده را با استفاده از برش­ گیرهایی به سازه متصل می­کنند تا مانع از لغزش تکیه­ گاه گردد. بعبارت دیگر این نوع از تکیه­ گاه مانند نوع قبلی می­باشد با این تفاوت که لایه ­ی بالایی و پایینی تکیه ­گاه بصورت ورق فولادی نسبتا ضخیم بوده که توسط برش­ گیرهایی به سازه ­ی اصلی وصل می­گردد. این نوع از تکیه­ گاه الاستومری نیز در اشکال دایره­ ای و مستطیلی تولید میگردد. لازم به ذکر است گاهی مواقع برای ایجاد اصطکاک بین تکیه ­گاه و سازه بجای استفاده از برش گیرها از صفحات فولادی زبر استفاده می­شود تا ضریب اصطکاک بین سطح تکیه ­گاه و سازه را افزایش داده و مانع از لغزش صفحات گردند.

در زمان نصب تکیه­ گاه­ های الاستومری در محل بایستی محل نصب تکیه­ گاه در بهترین شرایط ممکن باشد. پایین و بالای تکیه­ گاه (محل اتصال به سازه) بایستی صاف و تمیز و افقی باشد. برای رسیدن به این شرایط می­توان از یک ملات با مقاومت بالا در پایین و بالای تکیه­ گاه استفاده کرد. حداقل فاصله بین پایه پل و عرشه فولادی (بعد از اجرای ملات) بایستی 15 سانتی متر درنظر گرفته شود تا در صورت نیاز بتوان با جک­ های موجود، تکیه ­گاه مورد نظر را تعویض کرد (دلیل اجرایی).

سختی قائم تکیه ­گاه­ های الاستومری باید به اندازه ­ای باشد که بتواند بار استاتیک را تحمل نماید. سختی افقی نیز بایستی حداقل تا حدی باشد که بتواند تحت بار باد و ارتعاشات طبیعی سازه پایداری خود را حفظ نماید و در عین حال نباید از حدی فراتر رود، چراکه باید قابلیت این را داشته باشد که با حرکت افقی در هنگام زلزله به عنوان جداگر عمل نماید و حرکت سازه را از پایه جدا کند.

درجه سختی لاستیک­ های طبیعی ولکانیزه شده مطابق IRHD (درجه سختی بین المللی لاستیک) می­تواند بین 20 تا 100 باشد. برای کاربرد لرزه ­ای این مقدار بین 50 تا 60 در نظر گرفته می­شود.

برای کنترل سختی الاستومرها از مواد پرکننده نظیر اکسیدهای فلزات، خاک رس و سلولز استفاده می­شود. پرکاربردترین پرکننده کربن بلاک می­باشد. استفاده از کربن بلاک باعث افزایش سختی، افزایش مدول فشاری و برشی استاتیکی و دینامیکی، کاهش میزان ازدیاد طول نهایی نمونه و افزایش استهلاک انرژی می­گردد.

فرآیند تولید تکیه­ گاه­ های الاستومری به دو صورت می­باشد. تولید سرد و تولید گرم.

در فرآیند تولید سرد، لایه ­های الاستومری توسط چسب به ورق­ های فولادی چسبانده شده و پس از قرارگیری تمامی لایه­ ها آن را در اُوِن قرار داده و عمل آوری می­کنند.

در تولید به روش گرم لاستیک الاستومری به صورت نیمه مایع بوده و در لابه لای ورق ­های فولادی قرار داده شده سپس مجموعه مورد نظر تحت فشار و حرارت عمل آوری می­شود. برای حفظ فاصله بین لایه­ ی الاستومر و ورق فولادی از اسپیسر استفاده می­شود.

برای بدست آوردن مدول فشاری الاستومر، تکیه ­گاه الاستومر تحت فشار قرار گرفته و منحنی نیرو – تغییرمکان آن ثبت می­گردد. شیب این نمودار برابر با مقدار مدول فشاری تکیه ­گاه الاستومری می­باشد. سرعت بارگذاری و مدت بارگذاری در بدست آوردن مدول فشاری تأثیر گذار بوده و بایستی منطبق بر استاندارد باشد.

برای بدست آوردن مدول برشی، یک ورف فولادی در وسط تکیه­ گاه الاستومری درنظر گرفته می­شود سپس قسمت بالا و پایین تکیه­ گاه ثابت شده و نیروی برشی در چندین مرحله توسط جک به ورق وسطی اعمال گردیده و تغییرشکل برشی آن ثبت می­گردد. لازم به ذکر است که در طول آزمایش یک بار فشاری مشخص روی تکیه­ گاه اعمال می­گردد تا شرایط واقعی شبیه­ سازی گردد. در طول آزمایش نمونه از لحاظ ایجاد ترک و یا پوسته شدن کنترل می­گردد.

استفاده از ورق فولادی در دل الاستومر مانع از کمانش فشاری الاستومر تحت بار فشاری می­گردد ولی تحت بار جانبی هیچ تأثیری بر باربری نمونه ندارد.

در صورت جوشکاری در نزدیکی تکیه گاه الاستومری نباید دمای اجزای متصل به الاستومر از 130 درجه سانتی گراد فراتر برود.

 

2- آزمایش ­های تکیه ­گاه الاستومری

  • آزمایش دانسیته
  • آزمایش مانایی فشار
  • آزمایش استحکام کششی و آزمایش ازدیاد طول نهایی
  • آزمایش زمانبندی حرارتی
  • آزمایش مقاومت پارگی
  • آزمایش دمای تردی نمونه
  • آزمایش سفتی حرارتی آنی
  • آزمایش مقاومت در برابر ازن
  • آزمایش سنجش سختی
  • آزمایش محاسبه مدول برشی نمونه تکیه ­گاه الاستومری
  • آزمایش محاسبه مدول فشاری نمونه تکیه ­گاه الاستومری

در ادامه چند نمونه آزمایش که از اهمیت بالایی برخوردار می­باشند مورد بررسی قرار می­گیرد. روش انجام دقیق این آزمایش ­ها در استاندارد مربوطه توضیح داده شده است.

 

1-2- آزمایش دانسیته

مطابق با استاندارد ASTM D297  چگالی الاستومر را می­توان از چندین روش از جمله استفاده از پیکنومتر و استفاده از وزن هیدرواستاتیک تعیین کرد. اندازه­ گیری چگالی در دمای بین 24.5 تا 25.5 درجه سانتی­گراد انجام می­شود (بصورت میانگین در دمای 25 درجه سانتی­گراد).

مطابق با توصیه استاندارد در روش پیکنومتر برای جلوگیری از ایجاد حباب در طول آزمایش از الکل به جای آب استفاده می­گردد. رابطه ­ی مربوط به محاسبه دانسیته با روش پیکنومتر به صورت زیر می­باشد.

                                                                                     

که در آن A جرم نمونه بر حسب گرم، B جرم پیکنومتر پر شده با نمونه و الکل بر حسب گرم، C جرم پیکنومتر پرشده با الکل بر حسب گرم و D دانسیته الکل در دمای 25 درجه سانتی­گراد بر حسب میلی­ گرم بر متر مکعب.

در روش هیدرواستاتیکی وزن نمونه را ابتدا در هوا اندازه­ گیری کرده سپس وزن همان نمونه را داخل آب بدست آورده و از این طریق دانسیته نمونه محاسبه می­گردد. (برای افزایش دقت اندازه ­گیری قبل از گذاشتن نمونه داخل آب ابتدا در الکل غوطه ­ور می­شود تا حباب­ های هوای نمونه از بین برود). رابطه­ ی مربوط به محاسبه دانسیته با روش هیدرواستاتیک به صورت زیر می­باشد.

                                                                                    

که در آن A جرم نمونه بر حسب گرم، B جرم نمونه بهمراه میله نگه دارنده در داخل آب بر حسب گرم و C جرم میله نگه دارنده در داخل آب بر حسب گرم.

در هر روش استفاده از یک نمونه برای بدست آوردن دانسیته کافی می­باشد. شکل نمونه معمولا بصورت دیسک استوانه­ ای بوده و دارای قطر 0.5 -/+ 29 میلی متر و ضخامت 0.5 -/+ 12.5 میلی متر می­باشد.

 

2-2- آزمایش مانایی فشاری

آزمایش مانایی فشار برای بررسی رفتار الاستومر وقتی در معرض تنش در محیط قرار می­گیرد مورد استفاده قرار می­گیرد. مطابق با استاندارد ASTM D395 دو نوع روش برای انجام این آزمایش وجود دارد.

روش اول (Method A): مانایی فشار تحت نیروی ثابت در هوا

روش دوم (Method B): مانایی فشار تحت تغییرشکل ثابت در هوا

استفاده از هر کدام از روش ­های فوق اختیاری می­باشد. اگر اشاره­ ی خاصی به روش انجام آزمایش نشود معمولا از روش دوم برای تعیین مانایی فشار الاستومرها استفاده می­گردد. لازم به ذکر است که روش دوم برای درجه سختی بین المللی (IRHD) بالاتر از 90 مناسب نمی­باشد.

ابعاد نمونه در (Method A): قطر 0.5 -/+ 29 میلی متر و ضخامت 0.5 -/+ 12.5 میلی متر

ابعاد نمونه در (Method B): قطر 0.2 -/+ 13 میلی متر و ضخامت 0.2 -/+ 6 میلی متر

قبل از انجام آزمایش نمونه ­ها حداقل بایستی به مدت 3 ساعت در دمای 2 -/+ 23 سانتیگراد و همچنین نمونه ­ها حداقل به مدت 24 ساعت در رطوبت 5 -/+ 50 درصد نگهداری شوند.

با توجه به اینکه استفاده از روش دوم (Method B) مرسوم می­باشد لذا در این بخش روش دوم مورد بررسی قرار می­گیرد.

در این روش ابتدا ضخامت اصلی نمونه قبل از آزمایش ثبت می­گردد سپس نمونه­ ها بین صفحات فولادی مطابق شکل قرار داده می­شوند. برای حفظ تغییرشکل ثابت نمونه ­ها از یک سری اسپیسر بین صفحات استفاده می­گردد. دو نوع نمونه می­توان برای آزمایش آماده کرد. در نمونه­ های نوع اول از دو عدد نمونه استفاده شده و میانگین نتایج گزارش می­گردد ولی در نمونه­ های نوع دوم، سه نمونه آزمایش شده و میانه به عنوان نتیجه گزارش می­گردد. ضخامت اسپیسر برای نمونه­ های نوع اول برابر با 0.02 -/+ 9.5 میلی متر و برای نمونه ­های نوع دوم برابر با 0.02 -/+ 4.5 میلی متردرنظر گرفته می­شود.

                                                        

                                                                             دستگاه تست مانایی فشار در Method B

 

مقدار مانایی فشار بر حسب درصد با استفاده از رابطه ­ی زیر محاسبه می­گردد.

                                                                                        

 که در آن t0 ضخامت نمونه قبل از تست، ti ضخامت نمونه در انتهای تست و tn ضخامت اسپیسر می­باشد.

 

3-2- آزمایش استحکام کششی و ازدیاد طول نهایی

روش ­های تست موجود در استاندارد ASTM D412 مشخصات مقاومت کششی الاستومرهای ولکانیزه شده را پوشش می­دهد. دو روش برای انجام تست کشش بر روی الاستومرها توسط این استاندارد ارائه شده است.

روش اول (Method A): نمونه­ های دمبلی شکل و مستقیم (مستطیلی) شکل

روش دوم (Method B): نمونه­ های حلقه­ای شکل

قبل از انجام آزمایش نمونه ­ها حداقل بایستی به مدت 3 ساعت در دمای 2 -/+ 23 سانتیگراد و همچنین نمونه ­ها حداقل به مدت 24 ساعت در رطوبت 5 -/+ 50 درصد نگهداری شوند.

بعد از اینکه نمونه در دستگاه کشش قرار داده شده و فیکس گردید، چنگگ ­های نگه دارنده نمونه با سرعت ثابت 50 -/+ 500 میلی متر بر دقیقه از هم فاصله می­گیرند.

در این میان روش اول مرسوم بوده و بر روی بیشتر نمونه­ ها انجام می­گردد. در این بخش روش اول توضیح داده می­شود.

مطابق با استاندارد، شکل نمونه دمبلی شکل به صورت زیر می­باشد. پارامترهای مربوطه بایستی با توجه به نوع دستگاه کشش از جدول زیر انتخاب گردد. لازم به ذکر است مطابق با تأکید استاندارد، ضخامت نمونه­ های انتخابی بایستی 0.3 -/+ 3 میلی متر درنظر گرفته شود. ضخامت نمونه­ های خارج از رنج اشاره شده لزوما به نتایج صحیحی منتهی نخواهند شد.

                                

                                                                         برش استاندارد برای برش نمونه ­های دمبلی شکل

 

                           

                                                                                  ابعاد استاندارد برش ­های مربوط به نمونه ­های دمبلی شکل

 

نمونه­ های آماده شده می­توانند به صورت تزریقی یا به صورت برش باشند. تمامی نمونه ­ها بایستی صاف و تمیز و بدون ترک باشند (در برش نمونه­ ها بایستی دقت کافی به عمل آید و قبل از آزمایش بازرسی گردد).

بیشترین و مرسوم ­ترین ابعاد دمبلی شکل مطابق با Die C می­باشد.

نمونه با سرعت ثابت کشیده شده و مقدار نیروی کششی و حداکثر ازدیاد طول نهایی نمونه تا لحظه پارگی ثبت می­گردد. سه نمونه مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت میانه به عنوان نتیجه گزارش می­گردد.

در دو حالت استثناء زیر بایستی پنج نمونه آزمایش شود و میانه به عنوان نتیجه نهایی گزارش گردد.

استثناء یک: اگر یک یا دو مورد از سه مقدار اندازه ­گیری شده در زمان آزمایش برای انطباق با مشخصات، با مقادیر مشخص شده مطابقت نداشته باشند.

استثناء دو: اگر تست داوری انجام می­شود.

 

4-2- آزمایش زمانبندی حرارتی (زوال حرارتی)

استاندارد ASTM D573 روش­ هایی برای تعیین خصوصیات لاستیک­ ها در دماهای بالا را ارائه می­دهد. خصوصیات فیزیکی نمونه ­ها مشابه استاندارد ASTM D412 می­باشد. برای بررسی تأثیر دمای بالا بر روی لاستیک از ابعاد نمونه ­هایی که قبلا در دمای معمولی تست شده بودند استفاده می­شود. حداقل سه نمونه بایستی تست گردد چنانچه نتایج منطبق بر مقادیر آیین نامه ­ای نباشد بایستی دو نمونه دیگر از همان جنس تست شود. اگر چنانچه نتایج این نمونه ­ها نیز منطبق بر آیین نامه نباشد، نمونه مورد نظر مردود اعلام می­شود. فاصله ­ی زمانی تست 3 ، 7 و 21 روزه می­باشد. برای تست­ های معمولی و بر روی مواد مشخص فاصله زمانی کوتاه (3 روز یا 72 ساعت) بکار گرفته می­شود. فضای داخل محفظه اُوِن دارای حداقل ابعاد 300x300x300 میلی متر و حداکثر ابعاد 900x900x900 میلی متر میباشد. برای دمای تا 70 درجه سانتی­گراد از اُوِن کوچک و برای دماهای بالاتر از اُوِن بزرگتر استفاده می­شود. بعد از بیرون آوردن نمونه از داخل اُوِن، نمونه را در دمای اتاق روی یک صفحه صاف قرار داده و به مدت 16 تا 96 ساعت در دمای محیط نگهداری کرده و سپس تست­های مربوط به خصوصیات فیزیکی روی نمونه­ ها انجام می­گردد.

نتیجه حاصل از تست آزمایش حرارتی درصدی از تغییرات در هر یک از خصوصیات فیزیکی نمونه (سختی، استحکام کششی، ازدیاد طول و ...) می­باشد و از رابطه زیر محاسبه می­گردد.

                                                                                                

که در آن P درصد تغییرات در خصوصیات فیزیکی، A مقدار خصوصیات فیزیکی در شرایط دمایی عادی و O مقدار خصوصیات فیزیکی در شرایط دمایی بالا می­باشد.

 

5-2- آزمایش مقاومت پارگی

نحوه اندازه ­گیری مقاومت پارگی لاستیک در استاندارد ASTM D624 ارائه شده است. نمونه مورد نظر دستگاه تست کشش قرار داده شده و با سرعت مشخصی کشیده می­شود تا زمانی که پارگی اتفاق بیافتد. ضخامت نمونه های مورد آزمایش 0.02 -/+ 9.5 میلی متر می­باشد. قبل از انجام آزمایش نمونه ­ها حداقل بایستی به مدت 3 ساعت در دمای 2 -/+ 23 سانتیگراد و همچنین نمونه ­ها حداقل به مدت 24 ساعت در رطوبت 5 -/+ 50 درصد نگهداری شوند.

انواع آزمایش برای بدست آوردن مقاومت پارگی به صورت زیر می­باشد.

تست نوع A : شکل و ابعاد مورد نظر در شکل زیر نشان داده شده است.

                

                                                                                           شکل و ابعاد تست نوع A 

تست نوع B : شکل و ابعاد مورد نظر در شکل زیر نشان داده شده است.

               

                                                                                          شکل و ابعاد تست نوع B 

تست نوع C : شکل و ابعاد مورد نظر در شکل زیر نشان داده شده است.

                       

                                                                                                    شکل و ابعاد تست نوع C 

 

تست نوع T: شکل و ابعاد مورد نظر در شکل زیر نشان داده شده است.

                                          

                                                                                                     شکل و ابعاد تست نوع T 

 

تست نوع CP: شکل و ابعاد مورد نظر در شکل زیر نشان داده شده است.

                                                               

                                                                                                            شکل و ابعاد تست نوع CP 

بعد از اینکه نمونه در دستگاه کشش قرار داده شده و فیکس گردید، چنگگ­ های نگه دارنده نمونه برای تست های نوع  A، B و C با سرعت ثابت 50 -/+ 500 میلی متر بر دقیقه و برای تست های نوع T و CP با سرعت 5 -/+ 50 میلی متر بر دقیقه  از هم فاصله می­گیرند تا زمانی که نمونه­ ی مورد نظر گسیخته گردد.

 

6-2- آزمایش دمای شکنندگی (تردی)

برای تعیین دمای شکنندگی الاستومرها و پلاستیک ­ها از استاندارد ASTM D746 استفاده می­شود. مطابق با این استاندارد، دمای شکنندگی دمایی است که در آن 50 درصد نمونه ­ها آسیب ببینند.

این آزمایش در دو نوع A و B انجام می­گیرد.

برای آزمایش نوع A طول نمونه برابر با 6.35 -/+ 31.75 میلی متر ، 0.51 -/+ 6.35 میلی متر و 0.13 -/+ 1.91 میلی متر می باشد.

برای آزمایش نوع B طول نمونه برابر با 0.25 -/+ 20 میلی متر ، 0.05 -/+ 2.5 میلی متر و 0.1 -/+ 1.6 میلی متر می باشد.

قبل از انجام آزمایش نمونه ­ها حداقل بایستی به مدت 40 ساعت در دمای 2 -/+ 23 سانتیگراد و در رطوبت 5 -/+ 50 درصد نگهداری شوند.

برای شروع آزمایش توصیه می­شود از دمایی شروع شود که انتظار می­رود 50 درصد نمونه­ ها در آن دما آسیب می­بینند. برای شروع آزمایش حداقل 10 نمونه تست می­گردد اگر تمامی نمونه­ ها آسیب دیدند، دما را 10 درجه سانتی­گراد افزایش داده و آزمایش برای 10 نمونه­ ی جدید از نو انجام می­گردد. اگر هیچکدام از نمونه ­ها در دمای مذکور آسیب ندیدند دما را با گام­ های 2 درجه سانتی­گراد کاهش داده و در هر مرحله تعداد نمونه­ های آسیب دیده ثبت می­گردد. این کاهش گام به گام دما تا جایی ادامه پیدا می­کند که تمامی نمونه ­ها آسیب ببینند. (در هر گام از 10 نمونه جدید و سالم استفاده می­شود و تعداد نمونه­ های آسیب دیده در هر گام یادداشت می­شود).

دمای تردی نمونه ­ها با استفاده از رابطه زیر بدست می­آید.

                                                                                            

که در آن Tb دمای تردی نمونه، Th بیشترین دمایی که در آن تمای نمونه­ ها آسیب ببینند، Delta T گام دمایی در هر مرحله و S مجموع درصد نمونه ­هایی که در هر گام آسیب دیده ­اند.

 

7-2- آزمایش خصوصیات سختی بر اساس تابعی از دما (سفتی حرارتی آنی)

این روش آزمایش برای تعیین خصوصیات سختی پلاستیک­ ها در دماهای مختلف بوسیله اندازه­ گیری مستقیم مدول ظاهری بوده و مطابق با استاندارد ASTM D1043 بایستی انجام شود.

ابعاد نمونه ­ها بصورت مستطیلی می­باشد که در شکل زیر نشان داده شده است. نحوه­ ی نمونه برداری می­تواند بصورت تزریقی یا برشی از یک نمونه بزرگ­تر باشد. با توجه به اینکه ماشین آزمایش قابلیت آزمایش دهانه های مختلف را دارد لذا توصیه می­شود نسبت طول دهانه به عرض (L/a) نمونه ­ها بین 6 تا 8 درنظر گرفته شود. همچنین توصیه می­گردد طول دهانه بین 38 تا 100 میلی­متر انتخاب گردد. ضخامت نمونه هم بین 1 تا 3 میلی­متر درنظر گرفته می شود. تعداد دو نمونه برای هر جنس بایستی تست گردد. چنانچه یکی از نمونه­ ها دارای پاسخ متفاوت با نمونه­ ی دیگری باشد (تفاوت زیاد)، یک نمونه­ی دیگر نیز مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج این نمونه با نتایج دو نمونه قبلی مقایسه می­گردد. دو نمونه­ ای که دارای نتایج نزدیک به هم هستند انتخاب شده و نمونه سوم از محاسبات خارج می­شود.

قبل از انجام آزمایش نمونه ­ها حداقل بایستی به مدت 40 ساعت در دمای 2 -/+ 23 سانتیگراد و در رطوبت 5 -/+ 50 درصد نگهداری شوند.

 

                                                  

                                                                                                           نمونه­ ی مورد آزمایش

 

8-2- آزمایش مقاومت در برابر اُزُن

آزمایش ازن برای تخمین مقاومت لاستیک در برابر شروع ترک وقتی در معرض ازن قرار می­گیرد، انجام می­شود. در تکیه­ گاه­ های الاستومری محافظت در برابر ازن اهمیت بسیار زیادی دارد زیرا اگر ترک­ های ریز ناشی از ازن ایجاد گردد همین ترک­ ها تحت بار به ترک­ های درشت تبدیل شده و باعث آسیب تکیه ­گاه الاستومری می­شوند. برای این منظور تکیه گاه های الاستومری را از لحاظ مقاومت در برابر ازن مورد آزمایش قرار می دهند.

نحوه انجام آزمایش بایستی منطبق بر استاندارد ASTM D1149 باشد. محفظه مربوط به آزمایش ازن بایستی دارای حجم 0.11 تا 0.14 متر مکعب باشد. با توجه به اینکه ازن یک ماده خطرناک بوده و برای سلامتی مضر می­باشد لذا قبل از آزمایش نکات مربوط به ایمنی بایستی حتما رعایت گردد.

سه نوع نمونه به عنوان نمونه ­ی استاندارد برای انجام انجام آزمایش شناخته می­شوند.

نمونه A : نوار مستطیلی دارای عرض 25 میلی­متر و طول 150 میلی­ متر بوده و ضخامت آن بین 1.9 تا 2.5 میلی­ متر متغیر می­باشد. این نمونه تحت 20 درصد کشش آزمایش می­گردد.

نمونه B : نوار مستطیلی دارای عرض 25 میلی­متر و طول 95 میلی­ متر بوده و ضخامت آن بین 1.9 تا 2.5 میلی ­متر متغیر می­باشد. این نمونه بصورت حلقه خم شده آزمایش می­گردد. این نمونه در شکل زیر نشان داده شده است.

                                                        

                                                                                            سطح مقطع نمونه حلقه ­ای و مقدار کشش در نقاط مختلف

 

نمونه C : نوار مخروطی شکل که دارای ضخامت بین 1.9 تا 2.5 میلی­ متر می باشد. این نمونه تحت کشش با مقادیر 10 ، 15 و 20 درصد انجام  می­شود. این نمونه در شکل زیر نشان داده شده است.

                                                       

                                                                                                         نمونه­ ی مخروطی شکل

 

فشارهای استاندارد ازن که در آزمایش استفاده می­شود برابر است با (با 10 درصد تولرانس):

25 MPa (24.75 pphm)

50 MPa (49.5 pphm)

100 MPa (99 pphm)

200 MPa (198 pphm)

لازم به ذکر است که یک مگاپاسکال برابر است با 0.99 قسمت در صد میلیون ازن: 1MPa=0.99pphm 

دمای استاندارد انجام آزمایش 40 درجه سانتی­گراد می­باشد.

 

9-2- آزمایش سنجش سختی درومتر

این آزمایش برای سنجش سختی انواع مواد از جمله لاستیک ­ها، الاستومرها، ژل­ ها و ... بکار می­رود. مطابق با استاندارد ASTM D2240 برای سنجش سختی از دوازده نوع درومتر (سختی سنج) می­توان استفاده کرد. اساس این آزمایش بر مبنای نفوذ یک شیء تیز در داخل نمونه مورد نظر می­باشد. سختی نمونه­ های مورد آزمایش متأثر از مدول الاستیسیته و رفتار ویسکوالاستیک می­باشد. حداقل ضخامت نمونه ­های مورد آزمایش 6 میلی­ متر بایستی در نظر گرفته شود. سطح نمونه­ ها بایستی صاف بوده تا دستگاه بتواند کاملا با نمونه تماس داشته باشد. حداقل سطح تماس بایستی به شعاع 6 میلی­متر از مرکز تیزی درنظرگرفته شود. ابعاد نمونه نیز بایستی به اندازه­ ای باشد که دستگاه قابلیت اندازه­ گیری داشته باشد. این مقدار حداقل برابر با 12 میلی­ متر از هر گوشه نمونه می­باشد. به صورت عموم ابعاد نمونه برای سنجش سختی به صورت زیر است:

قطر 0.5 -/+ 29 میلی مترو ضخامت 0.5 -/+ 12.5 میلی متر

دمای انجام آزمایش نمونه ­ها 2 -/+ 23 سانتیگراد می­باشد. هر دمایی به جز این دما ممکن است باعث تغییر در کالیبراسیون آزمایش شود.

در شکل زیر یکی از روش­ های انجام آزمایش (مرسوم ­ترین روش) نشان داده شده است.

                                                                     

                                                                                                                روش آزمایش نوع A و C

 

10-2- آزمایش محاسبه مدول برشی نمونه تکیه­ گاه الاستومری

برای بدست آوردن مدول برشی تکیه­ گاه الاستومری از استانداردEN 1337-3 (Annex F)  استفاده می­شود. در این استاندارد نحوه محاسبه مدول برشی یک تکیه الاستومری کامل ارائه شده است. ابعاد نمونه­ های مورد استفاده متأثر از ابعاد جک­ های آزمایش می­باشد (ابعاد جک بایستی کمی بزرگتر از ابعاد نمونه باشد تا بتوان آزمایش را انجام داد). ابعاد استاندارد نمونه­ ها در استاندارد ارائه شده است. مدول برشی بر اساس مقدار تغییرشکل برشی متناظر    محاسبه می­شود که در آن Tq ضخامت کل لایه­ های لاستیک (با احتساب پوشش بالا و پایین) می­باشد.

خطای تجهیزات اندازه­ گیری تغییرمکان برشی نباید بیشتر از 2 درصد بزرگترین عدد گزارش شده باشد. همچنین ضخامت ورق ­های بالا و پایین باید به اندازه ­ی کافی باشد تا خود ورق ­ها تحت بار تغییرشکل ندهند (تغییرشکل خود ورق­ ها بیشتر از 1 درصد تغییرشکل کل نمونه نباشد).

نمونه ­ها حداقل 24 ساعت بعد از ولکانیزه شدن مورد تست قرار گیرند. میانگین فشار روی نمونه ­ها بایستی 6 مگاپاسکال درنظر گرفته شود. سرعت جکی که نیروی برشی را به نمونه اعمال می­کند 150 میلی متر بر دقیقه بوده و تاجایی ادامه پیدا می­کند که تغییرشکل برشی متناظر نمونه برابر با   شده و سپس به حالت تغییرشکل صفر بازگردد. بعد از هر مرحله از تست برشی، نیروی فشاری روی نمونه به اندازه­ ی 5 دقیقه برداشته شده و سپس مرحله دوم تست همانند مرحله­ ی اول ادامه پیدا می­کند. این بارگذاری جانبی حداقل بایستی برای 10 سیکل انجام شده و نتایج آن ثبت گردد.

شکل زیر نحوه انجام آزمایش را نشان می­دهد.

                                           

                                                                                       آزمایش مدول برشی تکیه­ گاه الاستومری

 

با توجه به اینکه در این آزمایش دو نمونه تکیه ­گاه بصورت پشت به پشت استفاده شده است مقدار تنش برشی از رابطه­ ی زیر بدست می­ آید:

                                                                                                                     

که در آن Fx نیروی برشی در واحد نیوتن و A سطح مقطع تکیه­ گاه الاستومر در جهت اعمال بار فشاری (پلان) در واحد میلی­متر مربع می­باشد.

مقدار کرنش برشی نیز از رابطه­ ی زیر بدست می ­آید:

                                                                                                                    

در نهایت مدول برشی نمونه از رابطه­ ی زیر بدست می­ آید:

                                                                                                            

که در آن

 

11-2- آزمایش محاسبه­ ی مدول فشاری نمونه تکیه­ گاه الاستومری

استاندارد EN 1337-3 (Annex H)  نحوه تعیین مدول فشاری نمونه تکیه­ گاه الاستومری را توضیح می­دهد. در این استاندارد نحوه محاسبه مدول فشاری یک تکیه الاستومری کامل ارائه شده است. ابعاد نمونه ­های مورد استفاده در این آزمایش بایستی به اندازه ­ای باشد که کمانش اتفاق نیافتد (مطابق با بند استاندارد). در این آزمایش نمونه تحت بار فشاری افزایشی قرار می­گیرد و مقدار مدول فشاری اندازه­ گیری می­گردد. در انتهای آزمایش نیز نمونه از لحاظ خرابی و معیوب بودن بررسی می­گردد.

خطای تجهیزات اندازه­ گیری مدول فشاری نباید بیشتر از 2 درصد بزرگترین عدد گزارش شده باشد. همچنین ضخامت ورق­ های بالا و پایین باید به اندازه­ی کافی باشد تا خود ورق­ ها تحت بار تغییرشکل ندهند (تغییرشکل خود ورق­ ها بیشتر از 1 درصد تغییرشکل کل نمونه نباشد).

نمونه­ ها حداقل 24 ساعت بعد از ولکانیزه شدن مورد تست قرار گیرند

در مرحله اول از آزمایش بیشترین بار طراحی تکیه ­گاه  به نمونه اعمال می­گردد و یک دقیقه تحت بار نگه داشته شده و سپس بار برداشته می­شود. این عمل برای دو سیکل کامل انجام می­شود.

پس از اینکه نمونه به مدت 10 دقیقه استراحت کرد، گیج ­های تغییرمکان را متناظر با فشار 5 مگاپاسکال صفر کرده و سپس بار به طور مداوم برای حداقل 6 مرحله افزایش می­یابد. در هر نقطه اندازه گیری، بار باید حداقل 2 دقیقه ثابت نگه داشته شود تا اثرات ویسکوالاستیک به حداقل برسد. وقتی که نمونه به طور کامل بارگذاری شد، بررسی بصری سطوح انجام می­شود.

در مرحله دوم بیشترین بار سرویس به نمونه ­ی موردنظر اعمال می­شود. این بارگذاری حداقل در 5 مرحله و با نرخ 0.5 -/+ 5 مگاپاسکال بر دقیقه افزایش می­یابد. مقدار تغییرمکان قائم بایستی در دو گام ثبت گردد. گام اول مقدار بار برابر با 1/3 بیشترین بار و گام دوم در بیشترین بار میباشد. در این مرحله نیز بررسی بصری سطوح انجام می­شود.

در مرحله سوم نیز تحت بیشترین بار سرویس، نمونه از لحاظ خرابی سطحی و نحوه قرارگیری صفحات فولادی و یا خرابی­ های ممکن در سطح الاستومر در طول آزمایش مورد بررسی قرار می­گیرد.

شکل زیر نحوه انجام آزمایش را نشان می­دهد.

 

     آزمایش مدول فشاری تکیه ­گاه الاستومری

 

استرونگ هلد ایران

توسط استرونگ هلد ایران

طراح و مجری سازه های پیش تنیده

در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید!