紅外光譜的橡膠支座用膠的測試

橡膠支座作為橋梁結構的重要組成部件，是橋梁上部結構與墩臺之間的重要聯接點，對確保橋梁狀態的穩定與使用安全具有重要作用。本課題在充分調研國內外關于橡膠支座以及膠料的研究基礎上，以膠料質量控制為核心，針對橡膠支座膠料快速檢測方面的空白，結合紅外光譜分析技術，通過廠家調研、專家問詢、現場調查、室內分析、性能檢測等方式，研究形成基于紅外光譜的橡膠支座膠料成分快速識別方法和評價標準，編制《基于紅外光譜的的橡膠支座膠料成分快速識別試驗規程》作為快速有效檢測橡膠支座質量的方法，并在全省推廣應用，確保我省橡膠支座質量受控。

橡膠支座基本上是用天然橡膠制的和以合成橡膠制的。為了減少橡膠支座的橫向壓縮變形，所以在橡膠中加設鋼板或維尼綸等予以加強。天然橡膠對臭氧、日光(紫外線)等有加速老化的缺點，所以一般在使用天然橡膠作橡膠支座時。多將橡膠支座置于鋼制的盆狀容器內，上加鋼制的凸形蓋而成為密封型的橡膠支座，這種密封的橡膠支座，可防止橡膠老化，并能均勻地傳遞壓力，多用于較大跨度的橋梁上。

支座采用什么橡膠板式橡膠支座由多層天然橡膠與薄鋼板鑲嵌、粘合、硫化而成一種橋梁支座產品。該種類型的橡膠支座有足夠的豎向剛度以承受垂直荷載，且能將上部構造的壓力可靠地傳遞給墩臺;有良好的彈性以適應梁端的轉動;有較大的剪切變形以滿足上部構造的水平位移，板式橡膠支座由多層天然橡膠與薄鋼板鑲嵌、粘合、硫化而成一種橋梁支座產品。

工程經驗表明，除設計安裝不當、支座受荷過大等原因外，橡膠支座損害往往是由于橡膠本身的質量問題，特別是生產支座時摻人不符合要求的橡膠產品。因為用于生產支座的氯丁橡膠、天然橡膠等膠種價格較高，部分廠家將用價格低廉的膠料甚至再生膠等劣質膠料用于支座的生產。《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T4)中明確規定橡膠中不得使用任何再生膠或粉碎的硫化橡膠(硫化廢棄物)。對橡膠質量進行快速評價與鑒別，一直是橋梁工程的重點和難點。紅外光譜技術的出現，給橡膠支座質量檢測提供了新的技術手段。目前，在橡膠材料分析區域，紅外光譜分析已成為橡膠材料的常用分析手段。李興分別對高溫硫化硅橡膠(HTV)和液體硅橡膠(LSR)未老化樣品，鹽霧老化1000h、2 000 h，紫外老化1000h、2000h試樣進行傅里葉變換紅外光譜(FTIR)測試，通過特征峰峰值以及特征峰面積的變化來分析不同老化條件對HTV及LSR主鏈以及側鏈的影響，推測其憎水性、機械以及電氣性能的變化:周軍等人為研究東南沿海高溫高濕地區在線運行復合絕緣子硅橡膠傘裙的老化特性，從東南沿海地區選取不同老化時間和生產廠家的復合絕緣子，利用噴水分級法、表觀硬度法測量其宏觀特性，并通過衰減全反射紅外光譜、熱重分析研究其微觀特性:趙蘇艷利用衰減全反射紅外光譜(ATR)對市面上幾種主要類型輪胎橡膠進行了紅外光譜測定、比照和分析，重點研究分析了輪胎橡膠共性和差異。而在本文研究中，借助紅外光譜檢測技術，在短時間內便可得出橡膠試驗結果，并通過各圖譜之間的相似度對比，從而實現橡膠生產廠家和膠質的快速鑒別，保證橡膠支座的質量。

2 檢測原理

傅里葉變換紅外(FTIR)光譜技術是通過紅外光源發出的紅外光，紅外光照射在樣品上，檢測器會精確地測量樣品吸收的光量。這種吸收可形成*的光譜指紋，使用這種光譜指紋可以確定樣品的分子結構和混合物中特定化合物的精確含量。橡膠材料的成分及其組成含量決定了橡膠產品的拉伸，粘彈性和耐候性等各種性能。傅里葉變換紅外(FTIR)光譜技術能夠快遞檢測橡膠材料中各種成分的分子結構，其相對峰強也體現著對應成分的含量變化，因此，檢測橡膠材料的紅外光譜能夠有效監控橡膠產品的成分及其組成含量的變化。

3、試驗方案

本文選取了3個廠家的橡膠支座樣品，3個廠家分別命名為A1、A2及A3。其中，A1抽取了40個支座，A2和A3抽取了30個支座。每個支座取了3個樣品進行測試，因此，總共制取了300個樣品，樣品情況如圖2所示。本次測試采用iCAN9傅立葉紅外光譜檢測儀，ATR附件。檢測參數為:采集范圍600~4000cm-1，分辨率4cm-1，掃描次數為32次。測試晶體用酒精擦拭并干燥后，先測試背景圖，再將樣品用酒精清潔后，進行紅外光譜測試，如下圖所示。測試完成后，以每個廠家1號樣品的紅外圖譜作為標準圖譜進行相似度比對，以相似度閾值為90%為產品質量合格線。

4、測試結果

3個廠家的橡膠支座紅外圖譜情況見圖4，紅外圖譜相似度對比結果如表1及圖5所示。從結果可以看出，廠家A1產品紅外圖譜相似度低于70%，甚至達到42.0%，并且變異系數為16.87%，超過10%，表明A1產品的質量嚴重不穩定。廠家A2的產品圖譜相似度也不滿足大于90%的要求。廠家A3的產品圖譜相似度檢測結果較好，相似度平均值能夠達到94.5%，并且變異系數較小。