Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10308:2014 về Gối cầu cao su cốt bản thép không có tấm trượt trong cầu đường bộ

• Số hiệu: TCVN10308:2014
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2014

Đối tượng	Mục	Phương pháp thí nghiệm	Giá trị tiêu chuẩn
			Cao su thiên nhiên		Cao su Cloroprene
Vật liệu cao su	Độ cứng shore A	TCVN 1595-1:2007	50±5	60±5	50±5	60±5
	Mô đuyn trượt, N/cm^2	Mục 6.3	80	100	80	100
	Cường độ chịu kéo, N/cm^2	TCVN 4509 : 2006	> 1550	> 1550	> 1550	> 1550
	Độ dãn dài, %	TCVN 4509 : 2006	> 450	> 400	> 400	> 350
	Biến dạng nén dư, %	ASTM D395 - 03 (2008) 70 ^0C x 22 h hoặc theo Phụ lục B của tiêu chuẩn này	< 25	< 25	< 35	< 35
	Lão hóa nhiệt	TCVN 2229 : 2007 NR/70 ºC x 168 h CR/100 ºC x 70 h
	Tỉ lệ thay đổi độ cứng Shore A		< +10	< +10	< +15	< +15
	Tỉ lệ thay đổi cường độ chịu kéo, %		> -25	> -25	> -15	> -15
	Tỉ lệ thay đổi cường độ khi kéo, %		> -25	> -25	> -45	> -45
	Lão hóa Ozon	ISO 1431L1 - 2012 50 pphm x kéo dãn 20% x 40 ºC x 96 h	Không bị nứt
Bản thép và cao su	Cường độ kết dính, N/cm^2 Thí nghiệm kéo bóc	TCVN 4867 : 1989	> 70	> 70	> 70	> 70
Gối cầu cao su	Mô đuyn trượt, N/cm^2	Mục 6.4	< 90	< 110	< 90	< 110
	Biến dạng nén, %	Mục 6.5	< 5
CHÚ THÍCH: 1 N/cm^2 = 0,1 daN/cm^2 = 0,1 kG/cm^2 = 0,01 MPa

Bảng 2 - Các đặc tính cơ học tối thiểu của thép kết cấu theo hình dáng, cường độ và chiều dày

Thép kết cấu

Thép hợp kim thấp độ bền cao

Ký hiệu AASHTO

M270M cấp 250

M270M cấp 345

M270M cấp 345W

Ký hiệu ASTM tương đương

...

...

...

A 709M cấp 345

A 709M cấp 345W

Chiều dày của các bản, mm

Tất cả các nhóm

Tất cả các nhóm

Tất cả các nhóm

Cường độ chịu kéo nhỏ nhất, F_u, Mpa

400

450

...

...

...

Điểm chảy nhỏ nhất hoặc cường độ chảy nhỏ nhất, F_y, Mpa

250

345

345

6. Phương pháp thử

6.1. Các tính chất cơ lý của cao su cần tiến hành xác định chất lượng theo các quy định trong Bảng 1.

6.2. Biến dạng nén dư được xác định theo ASTM D395 -03(2008) hoặc Phụ lục B của tiêu chuẩn này.

6.3. Mô đuyn trượt của cao su được thí nghiệm theo Hình 2 với trình tự như sau:

Mẫu thử là tấm cao su có kích thước (5x25x100) mm, mẫu cao su được dính kết vào bản thép.

...

...

...

Hình 2 - Xác định mô đuyn trượt của cao su

a) Trước tiên kéo tấm thép bằng lực N để tạo ra chuyển vị ngang bằng 4,5 mm nhằm khử các biến dạng ban đầu;

b) Hạ dần lực N cho tới khi bằng 0 (N=0), gắn các thiết bị đo đạc chuyển vị vào mẫu thử;

c) Tăng dần lực N theo từng cấp (N=0) mỗi cấp không lớn hơn 500 N, ở mỗi cấp giữ nguyên trị số lực ít nhất là 30 giây;

d) Đọc các trị số chuyển vị tương ứng với các thời điểm ngừng tăng lực và thời điểm 30 giây sau khi nghỉ. Lực tăng phải từ từ. Tốc độ tăng lực không nên nhanh hơn 5000 N/phút. Mô đuyn trượt của cao su lấy trong phạm vi cao su có chuyển vị từ 1,5 mm đến 3,5 mm. Trị số N, là lực gây ra chuyển vị 1,5 mm và trị số N₂, gây ra chuyển vị 3,5 mm;

e) Trị số mô đuyn trượt của cao su xác định theo công thức:

G = (N₂ - N₁) x 0,05 ≤ 80 (N/cm^2)

...

...

...

Hoặc

G = (N₂ - N₁) x 0,05 ≤ 100 (N/cm^2)

(2)

Trong đó công thức (1) và (2) áp dụng với vật liệu cao su có độ cứng Shore A tương ứng là 50 và 60 (xem Bảng 1).

Trong phiếu kết quả thí nghiệm cần ghi rõ các điểm sau:

1) Trị số mô đuyn trượt của cao su;

2) Nhiệt độ môi trường khi thí nghiệm;

3) Ngày lưu hóa mẫu thử;

4) Ngày làm thí nghiệm mô đuyn trượt.

...

...

...

Để xác định mô đuyn trượt của cao su cốt bản thép, có 2 phương pháp được đưa ra:

- Phương pháp thí nghiệm cắt kép, như Hình 3-(a) (Phương pháp dùng 2 gối cao su cốt bản thép);

- Phương pháp thí nghiệm cắt đơn, như Hình 3-(b) (Phương pháp dùng 1 gối cao su cốt bản thép).

Dựa vào thiết bị thí nghiệm, có thể dùng bất cứ phương pháp nào.

Trình tự của phương pháp thí nghiệm cắt kép (Hình 3-(a)) như miêu tả dưới đây. Trường hợp cắt đơn (Hình 3-(b)) trình tự thí nghiệm tương tự như phương pháp thí nghiệm cắt kép nhưng tải trọng N ở công thức (3) và (4) được tăng 2 lần.

CHÚ DẪN:

1) Bộ dẫn động

1) Khung

...

...

...

2) Bộ dẫn động

3) Mẫu thí nghiệm

3) Gối

4) Bộ dẫn động

4) Cảm biến tải trọng cắt

5) Cảm biến tải trọng cắt

5) Bộ dẫn động

6,7) Tấm bản thép

6) Mẫu thí nghiệm

...

...

...

7) Tấm trên và tấm dưới

8) Cảm biến tải trọng nén

(a) Phương pháp thí nghiệm cắt kép

(b) Phương pháp thí nghiệm cắt đơn

Hình 3 - Thí nghiệm mô đuyn trượt của gối cầu cao su cốt bản thép

a) Dùng hai chiếc gối cầu cao su cốt bản thép và 3 tấm thép bản dày ít nhất 20 mm xếp chồng nhau theo Hình 3-(a);

b) Tác dụng vào các bản thép (7) lực nén không đổi (R bằng hằng số) đủ để gây ra trong gối cầu cao su cốt bản thép ứng suất bản nén 800 N/cm^2;

c) Tác dụng lực đẩy trượt N vào các tấm bản thép để tạo ra chuyển vị ngang bằng 0,9 lần tổng chiều dày các lớp cao su trong gối cầu (D1 = 0,9H_cs). Trong đó H_cs là tổng chiều dày cao su (H_cs = );

...

...

...

e) Điều chỉnh lại các thiết bị đo đạc chính xác. Tăng dần lực N theo nhiều cấp. Tốc độ tăng lực không nên nhanh hơn 5000 N/phút. Tại mỗi cấp giữ nguyên trị số lực ít nhất 30 giây. Đọc các trị số chuyển vị và nội lực ở các thời điểm ngừng tăng lực và thời điểm 30 giây sau khi nghỉ. Mô đuyn trượt của gối cầu cao su cốt bản thép xác định trong phạm vi chuyển vị tương ứng bằng 0,3H_cs và 0,7H_cs. Đọc các trị số lực N₁ và N₂ tạo ra các chuyển vị ngang tương ứng bằng 0,3H_cs và 0,7H_cs­;

f) Mô đuyn trượt của gối cầu cao su cốt bản thép tính theo công thức:

(N/cm^2)

(3)

Hoặc

(N/cm^2)

(4)

Trong đó công thức (3) và (4) áp dụng với vật liệu cao su có độ cứng Shore A tương ứng là 50 và 60 (xem Bảng 1).

...

...

...

Trong phiếu ghi kết quả thí nghiệm phải ghi rõ các điểm sau:

1) Trị số mô đuyn trượt của gối cầu;

2) Nhiệt độ môi trường khi thí nghiệm;

3) Ngày chế tạo gối cầu cao su cốt bản thép;

4) Ngày làm thí nghiệm gối cầu cao su cốt bản thép.

6.5. Xác định đặc tính chịu nén của gối cầu cao su cốt bản thép

Có hai phương pháp xác định đặc tính chịu nén của gối cầu cao su cốt bản thép:

a) Phương pháp kiểm tra bằng thí nghiệm tải trọng:

- Lắp đặt 1 gối cầu cao su giống như Hình 4;

...

...

...

- Sau khi ổn định, dỡ tải, điều chỉnh tải trọng nén về "0", đồng thời hiệu chỉnh cẩn thận thiết bị đo;

- Mở máy đo chuyển vị nén và tải trọng nén, từng bước tăng dần tải trọng nén, sau khi đạt tới tải trọng nén lớn nhất theo thiết kế, lặp lại một lần nữa, dỡ tải, hạ tải về chạm mức tải trọng "0". Lúc này, tốc độ đặt tải thấp nhất cũng phải là 0,001 Hz (1 vòng trong 1000 giây). Ngoài ra, trong trường hợp khó khăn trong việc kiểm soát thiết bị thí nghiệm hay điều chỉnh tải trọng cẩn thận về "0", có thể coi giá trị ứng suất nén nhỏ nhất (có thể lấy 50 N/cm^2) là giá trị nhỏ nhất;

- Tiến hành gia tải tổng cộng 3 lần, đọc giá trị lượng chuyển vị trong khoảng từ thời điểm tải trọng tĩnh (P₁) ~ tải trọng hoạt tải (P₂). Trong trường hợp điều kiện tải trọng không rõ ràng, có thể đọc giá trị lượng chuyển vị từ 1/2 tải trọng nén lớn nhất ~ tải trọng nén lớn nhất;

- Lượng chuyển vị nén thu được (Y₂ - Y₁) phải không vượt quá 5 % tổng chiều dày của lớp cao su.

CHÚ DẪN:

1)

Bộ dẫn động

2)

...

...

...

3)

Tấm trên và tấm dưới

4)

Gối

5)

Khung

6)

Cảm biến tải trọng nén

a,b,c)

...

...

...

Hình 4 - Thí nghiệm xác định đặc tính chịu nén của gối cầu cao su cốt bản thép

b) Phương pháp tính toán (Trong trường hợp kiểm tra sơ bộ):

Trị số ép lún thẳng đứng được xác định theo công thức:

D_n =

(5)

Trong đó:

R là tải trọng thẳng đứng hướng vuông góc với mặt trên gối;

a và b là kích thước các cạnh của gối cầu cao su cốt bản thép;

E_i là mô đuyn giả định của gối cầu cao su cốt bản thép, có thể tham khảo Bảng 3.

...

...

...

Bảng 3 - Trị số E_i (Giá trị tham khảo, không bắt buộc)

Kích thước các cạnh a x b

mm x mm

Trị số Ei

N/cm^2

200 x 150

35

300 x 200

60

...

...

...

120

6.6. Trong xưởng chế tạo gối, cần phải tổ chức nghiệm thu bằng cách: chọn loại gối cầu có kích thước cơ bản giống nhau, tính chất cơ lý của vật liệu cao su giống nhau, cùng loại keo dán, cùng điều kiện lưu hóa cao su và quy trình công nghệ, xếp thành từng lô không quá 30 gối.

Trong một lô cần chọn ra 5 gối để tiến hành kiểm tra theo các nội dung sau:

a) Tính chất vật lý, hóa học, cơ học của vật liệu cao su và gối cầu cao su theo Bảng 1;

b) Các kích thước cơ bản của gối cầu theo Hình 1, bề dày lớp cao su bảo vệ (C).

Trong 5 gối nếu có một gối không đạt yêu cầu, phải chọn tiếp 5 gối khác để nghiệm thu. Trong 5 gối mới, nếu có một gối không đạt yêu cầu thì lô gối cầu đó phải nghiệm thu từng chiếc một.

Khi đặt gối cầu, nếu phát hiện có một gối không đạt chất lượng, phải ngừng lại để nghiệm thu từng gối cầu rồi mới được sử dụng tiếp.

Phụ lục A

...

...

...

Kích thước cơ bản của một số gối cầu

Hình A1 - Cấu tạo gối cầu cao su cốt bản thép

Bảng A1 - Kích thước cơ bản của gối cầu cao su đang sử dụng ở Việt Nam

Bảng A1-1

Tải trọng tác động cho phép (kN)

Kích thước (mm)
 a x b

Chiều cao gối cầu H (mm)

300

...

...

...

33

47

600

300 x 200

33

47

61

1200

400 x 300

...

...

...

47

61

75

89

Bảng A1-2

Tải trọng tác động cho phép (KN)

Kích thước (mm)
a x b

Chiều cao gối cầu H (mm)

200

...

...

...

34

200

190x290

56

300

190x290

34

300

190x390

...

...

...

400

240x340

56

400

290x390

76

500

240x390

56

...

...

...

290x440

76

750

290x440

56

750

340x490

76

1000

...

...

...

65

1000

340x590

76

1250

390x540

76

1250

390x590

...

...

...

1500

290x440

94

1500

440x590

105

1750

340x440

94

...

...

...

390x390

130

2000

390x440

89

2000

390x440

130

2250

...

...

...

89

2250

440x440

129

3000

490x490

80

3000

540x840

...

...

...

3250

490x540

78

3250

490x540

153

3500

540x540

85

...

...

...

540x540

153

3750

540x540

85

3750

540x590

147

4000

...

...

...

111

4000

540x640

168

4250

540x640

111

4250

590x590

...

...

...

4500

590x590

119

4500

640x640

181

4750

640x640

116

...

...

...

640x640

184

5000

640x640

116

5000

640x640

184

Bảng A1-3

...

...

...

Kích thước (mm)
a x b

Chiều cao gối cầu H (mm)

150

100x150

14

150

100x150

21

150

...

...

...

28

200

100x200

14

200

100x200

21

200

100x200

...

...

...

250

100x250

14

250

100x250

21

250

100x250

28

...

...

...

100x300

14

300

100x300

21

300

100x300

28

225

...

...

...

21

225

150x150

28

225

150x150

35

225

150x150

...

...

...

270

150x180

21

270

150x180

28

270

150x180

35

...

...

...

150x180

42

300

150x200

21

300

150x200

28

300

...

...

...

35

300

150x200

42

375

150x250

21

375

150x250

...

...

...

375

150x250

35

375

150x250

42

450

150x300

21

...

...

...

150x300

28

450

150x300

35

450

150x300

42

450

...

...

...

27

450

150x300

37

Phụ lục B

(Quy định)

Xác định biến dạng nén dư ở nhiệt độ phòng và ở các nhiệt độ cao hơn

Tiến hành thử cao su theo phương pháp này nhằm xác định biến dạng nén dư (nén không đổi trong một thời gian dài) ở nhiệt độ phòng và ở nhiệt độ cao hơn. Nhờ các phép thử này có thể đánh giá các tính chất nhớt - đàn hồi của các lớp lèn chặt, các lớp phủ, các vật giảm chấn. Ngoài ra có thể sử dụng các phép thử này để đánh giá mức độ lưu hóa.

...

...

...

Mẫu tiêu chuẩn A là khối trụ có đường kính (13±0,5) mm và cao (6,3±0,3) mm được lưu hóa trong khuôn hoặc được cắt ra từ vật liệu thành phần. Mẫu tiêu chuẩn B tương tự nhưng có đường kính (29±0,5) mm và cao (12,5±0,5) mm.

Các mẫu cùng có thể được cắt ra từ các sản phẩm đã hoàn chỉnh hoặc thử nguyên cả các sản phẩm này đồng thời chú ý rằng hướng chất tải khi thử và khi sử dụng phải là một và phải thử tối thiểu 3 mẫu.

Thời gian bắt đầu thử mẫu không sớm hơn trước 16 giờ (trong các trường hợp đặc biệt không sớm hơn 72 giờ) sau khi lưu hóa. Ít nhất trong 3 giờ cuối cùng cần giữ mẫu ở nhiệt độ (23±2)^0C. Đo độ cao của mẫu với độ chính xác đến 0,01 mm và xác định lực với độ chính xác đến 0,5 N.

Dụng cụ để tạo nên các biến dạng không đổi (Hình B1) gồm tối thiểu hai tấm thép không gỉ được đánh bóng, giữa chúng là các mẫu thử được kẹp chặt.

CHÚ DẪN

1) Mẫu thử

2) Vật đệm

3) Bề mặt được đánh bóng

...

...

...

Các vật đệm giữa các tấm thép làm cho chúng có một khe hở cho trước h₁. Khi độ cứng của cao su dưới 80 Shore A, dùng các mẫu A thì chiều cao của vật đệm là (4,72±0,01) mm, dùng các mẫu thử B thì chiều cao các vật đệm là (9,38±0,01) mm.

Trước khi thử đo chiều cao của mẫu h₀ ở nhiệt độ (23±2) ^0C với độ chính xác 0,01 mm. Đặt các mẫu trên các tấm thép của dụng cụ và ép đến chiều cao h₁. Nếu cần làm giảm ma sát trên các bề mặt đỡ thì xoa các mặt này bằng bột tale hoặc dùng chất bôi trơn lỏng không tác dụng lên cao su như dầu silicon. Các kết quả các mẫu như thế khác với kết quả thử các mẫu không dùng chất bôi trơn.

Sau khi giữ đủ nhiệt độ và thời gian cần thiết các mẫu dưới tải trọng nhanh chóng tháo mẫu ra, để lên tấm bằng vật liệu có độ dẫn điện không lớn và giữ suốt (30±3) phút ở (23±2) ^0C sau đó đo h₂.

Tiến hành thử ở (23±2) ^0C trong suốt (72-2) giờ hoặc ở (70±2) ^0C trong suốt (24-2) giờ. Nếu cần xác định ảnh hưởng của nhiệt độ thì thử mẫu trong suốt (24-2) giờ ở các nhiệt độ (85±2) ^0C; (100±2)^0C và (150±2) ^0C.

Biến dạng nén dư xác định theo công thức sau:

(%)

(6)

Trong đó:

...

...

...

h₀ là chiều cao ban đầu của mẫu ở nhiệt độ (23±2) ^0C;

h₁ là chiều cao của mẫu sau khi ép;

h₂ là chiều cao của mẫu sau khi tháo khỏi thiết bị ép giữ suốt (30±3) phút ở (23±2) ^0C.

MỤC LỤC

1 Phạm vi áp dụng

2 Tài liệu viện dẫn

3 Thuật ngữ và định nghĩa

4 Quy định chung

...

...

...

6 Phương pháp thử

Phụ lục A (Tham khảo) Kích thước cơ bản của một số gối cầu

Phụ lục B (Quy định) Xác định biến dạng nén dư ở nhiệt độ phòng và ở các nhiệt độ cao hơn