盾構(gòu)法隧道管片用軟木橡膠襯墊

1、盾構(gòu)法隧道管片用軟木橡膠襯墊編制說明（征求意見稿）一、概述盾構(gòu)法隧道管片用軟木橡膠襯墊是廣泛應(yīng)用于各種盾構(gòu)法隧道、人防等地下工程、基礎(chǔ)工程施工用的緩沖材料。主要用途為保護(hù)盾構(gòu)管片在拼裝過程中不受損傷，起到緩沖減震的作用，在目前大力發(fā)展城市軌道交通及地鐵的形勢(shì)下，本產(chǎn)品在盾構(gòu)法隧道工程上使用越來越多，因沒有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各工程設(shè)計(jì)人員對(duì)本產(chǎn)品的技術(shù)要求沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，更有甚者，因工程設(shè)計(jì)人員對(duì)橡膠行業(yè)的技術(shù)缺少正確的認(rèn)知，對(duì)部分技術(shù)指標(biāo)在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的錯(cuò)誤，并且這種錯(cuò)誤因工程設(shè)計(jì)員相互借鑒，導(dǎo)致在各地鐵工程設(shè)計(jì)中泛濫，為規(guī)范地鐵盾構(gòu)工程材料的技術(shù)，確保各工程能規(guī)范應(yīng)用，急需要制

2、定與此產(chǎn)品相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，作為地鐵施工過程中產(chǎn)品驗(yàn)收的依據(jù)。鑒于此，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)局于2012年將“盾構(gòu)法隧道管片用軟木橡膠襯墊”列入國(guó)家質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目（201210213防腐、減震用橡膠新材料重要標(biāo)準(zhǔn)研究）進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)和研究，以盡快解決上述以訛傳訛給工程設(shè)計(jì)和材料使用所造成的誤區(qū)及隱患，完善我國(guó)盾構(gòu)隧道法軟木膠墊標(biāo)準(zhǔn)體系，為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用提供技術(shù)依據(jù)，確保百年工程建設(shè)質(zhì)量。二、任務(wù)來源根據(jù)國(guó)標(biāo)委綜合201166號(hào)文關(guān)于下達(dá)2011年第二批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知的要求，由全國(guó)橡膠與橡膠制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)橡膠雜品分技術(shù)委員會(huì)組織標(biāo)準(zhǔn)的制定工作（計(jì)劃編號(hào)：20111246

3、-T-606）。江陰海達(dá)橡塑股份有限公司作為盾構(gòu)法隧道管片用軟木橡膠襯墊子項(xiàng)目研究的協(xié)作單位，開展相關(guān)的研究及標(biāo)準(zhǔn)的起草、編制工作。三、標(biāo)準(zhǔn)制定過程2012年4月，由全國(guó)橡標(biāo)委橡膠雜品分會(huì)秘書處在江蘇無錫組織召開了質(zhì)檢公益科研專項(xiàng)防腐、減震用橡膠新材料重要標(biāo)準(zhǔn)研究項(xiàng)目啟動(dòng)及推進(jìn)工作會(huì)，會(huì)議由各相關(guān)行業(yè)的專家及企業(yè)技術(shù)研發(fā)人員共同組成，對(duì)該產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)情況、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和使用現(xiàn)狀進(jìn)行了研討，根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)確定了研究思路和研究方向，專家組成員對(duì)下一步工作提出了指導(dǎo)性建議。2012年8月，工作組與專家組成員再次在杭州進(jìn)行了討論評(píng)審，起草小組成員對(duì)研發(fā)過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總，編制了項(xiàng)目調(diào)研報(bào)告，并通過走訪

4、相關(guān)用戶了解情況，收集相關(guān)國(guó)外樣品、技術(shù)指標(biāo)及國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求，確定了本標(biāo)準(zhǔn)主體結(jié)構(gòu)及技術(shù)內(nèi)容。2013年5月，工作組成員及專家組成員在杭州進(jìn)行了第三次工作會(huì)議，進(jìn)一步討論了軟木橡膠襯墊的功能性的要求，提出了新技術(shù)項(xiàng)目：壓縮恢復(fù)性要求及可壓縮性的要求，并進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證工作。由江陰海達(dá)橡塑股份有限公司根據(jù)會(huì)議精神及試驗(yàn)結(jié)果對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改，形成標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿草案。 2013年6月，由全國(guó)橡標(biāo)委橡膠雜品分會(huì)組織工作組成員及專家代表在鄭州召開第四次工作會(huì)議。各工作組成員及專家代表對(duì)標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿草案逐項(xiàng)進(jìn)行了分析和研究，統(tǒng)一了修改意見。會(huì)上決定由參加標(biāo)準(zhǔn)制定單位（江陰海達(dá)橡塑股份有限公司、衡

5、水中鐵建工程橡膠有限責(zé)任公司、上海紫江橡膠制品有限公司）對(duì)各自產(chǎn)品的恒定形變下的壓縮可恢復(fù)性、壓縮應(yīng)力的性能進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證；由江陰海達(dá)橡塑股份有限公司根據(jù)會(huì)上確定的修改意見對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善。通過分析研究試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)（見附表）及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的修改，最終形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。四、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)4.1 標(biāo)準(zhǔn)編制原則在標(biāo)準(zhǔn)的編寫過程中，嚴(yán)格按照GB/T1.1-2009標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則、GB/T1.2-2002標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第2部分：標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范性技術(shù)要素內(nèi)容的確定方法的規(guī)定進(jìn)行。1.從國(guó)內(nèi)外資料調(diào)研顯示，國(guó)外沒有相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外較早系統(tǒng)介紹盾構(gòu)道路

6、隧道管片傳力襯膠墊的是埃及艾哈邁德.哈姆迪(Ahmed Hamdi)過蘇伊士運(yùn)河的隧道工程，其設(shè)計(jì)公司為著名的英國(guó)哈爾克羅(Sir William Halcrow)設(shè)計(jì)事務(wù)所，設(shè)計(jì)中對(duì)襯墊板選用材料聚乙烯、構(gòu)造聚乙烯、軟木板、改進(jìn)的尼龍、增強(qiáng)氯丁橡膠、膠乳水泥等進(jìn)行篩選比較，提出的選用要求如下：A、符合設(shè)計(jì)要求的應(yīng)力/應(yīng)變特征，要求有一定的剛度，以便于安裝；B、具有隨時(shí)間變化的應(yīng)力應(yīng)變特征；C、因隧道處于腐蝕地層，要求地下水侵蝕時(shí)能保持穩(wěn)定；制造容易，造價(jià)低廉，以節(jié)約資源。2.英國(guó)倫敦W.K.Grace有限公司Servised分公司制造膠乳水泥曾被用作緩沖膠墊。商品名稱為隧道墊板。是按照Ahm

7、ed hamdi隧道鋼筋混凝土管片的要求定型生產(chǎn)的。它以橡膠漿和水泥為基料，在兩個(gè)承壓面上附加玻璃纖維，以防止運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中可能造成的損傷，襯墊板是在管片拼裝前，預(yù)先在地面上粘貼到管片上。因當(dāng)時(shí)管片精度欠高，襯墊板(近10mm)偏厚，墊板折損，工程實(shí)踐中暴露問題不少。3.在管片錯(cuò)縫拼裝時(shí)，環(huán)縫可使用丁腈軟木橡膠薄片以分散集中應(yīng)力。國(guó)外視管片結(jié)構(gòu)形式，拼裝方式對(duì)緩沖材料的種類、規(guī)格、鋪設(shè)面積，做出多種迥異的選擇。4.2主要技術(shù)內(nèi)容4.2.1 技術(shù)內(nèi)容的確定在國(guó)內(nèi)，目前隨軟木復(fù)合緩沖膠墊應(yīng)用的日益廣泛，技術(shù)日益成熟，加之各方面對(duì)成本的要求，該材料的研究方向以在保證性能的要求下，降低成本為主，因此

8、擬采用再生膠與天然膠并用或丁苯膠并用的技術(shù)，以達(dá)到降本增效的目的。該項(xiàng)技術(shù)正在研究開展中，相信經(jīng)過各方的共同努力，定可以研制出低成本、適用性強(qiáng)、緩沖、抗振性能優(yōu)異的緩沖膠墊。以確保滿足工程使用的要求。軟木緩沖膠墊功能：為了改善管片安裝部位的可壓縮性能，軟木粉以橡膠的填充材料加到橡膠中，可用減壓及緩沖的作用。從工程使用的本身功能分析，因膠墊本身所體現(xiàn)的功能并不大，各設(shè)計(jì)及工程施工單位更需要性加比高的膠墊，一方面具有可壓縮性，另一方面只要有一事實(shí)上的粘結(jié)力，確保膠墊在施工過程中不脫落，所以在天津地鐵，設(shè)計(jì)院專門規(guī)定了用再生橡膠板替代盾構(gòu)隧道法軟木膠墊的可能性，在其它過江隧道上同樣設(shè)計(jì)使用了再生膠墊

9、，在使用再生膠墊作為緩沖墊板時(shí)，對(duì)硬度的設(shè)計(jì)為50A，比軟木膠墊下降了硬度，從使用再生膠加入新型硫化劑，并加入耐熱添加劑提高耐老化性，同樣可以解決膠墊的硬度，強(qiáng)度和可壓縮性的要求。找出強(qiáng)度和拉伸永久變形的相互影響的規(guī)律，以指導(dǎo)調(diào)整、優(yōu)化配方，滿足使用要求。進(jìn)而解決軟木橡膠的硫化問題，通過模具和工藝調(diào)整、以及配方設(shè)計(jì)三方面改善硫化工藝上的性能。重量抽檢 配料 硫化劑加入 抽 檢 生膠稱量 開煉機(jī)塑煉 密煉機(jī)混煉 開煉機(jī)混煉 檢驗(yàn)包裝 硫化 膠料停放 薄通后出片 基本測(cè)試圖1 軟木復(fù)合緩沖膠墊的基本生產(chǎn)工藝流程軟木橡膠加工過程和一般橡膠加工過程相似：首先生膠塑煉、加配合劑混煉，然后在混煉膠中加入軟

10、木粉，壓延出片、切條半成品，將半成品轉(zhuǎn)入模具硫化成型。4.2.2主要工藝特點(diǎn)軟木橡膠配合特點(diǎn)在橡膠的配方中配入不同量的同類型粗細(xì)的軟木，將明顯的影響到軟木橡膠的硬度、強(qiáng)度、彈性。在橡膠中加入軟木后，達(dá)到正硫化點(diǎn)所需要的時(shí)間延長(zhǎng)。因此在橡膠中加入一定量的軟木后，要起到同樣的硫化效果，則要求配合劑用量要增加。這主要是由于軟木的多孔結(jié)構(gòu)，配入橡膠后對(duì)助劑有吸附作用，軟木體積大，加入橡膠后使混煉膠料體積增大，單位體積中的助劑減少所致。混煉特點(diǎn)由于軟木密度小，同橡膠混煉過程中應(yīng)掌握先加細(xì)料后加粗料的原則。一般最后加入軟木粉，在混煉過程中用冷卻水給輥筒降溫。對(duì)加工環(huán)境有一點(diǎn)影響，粉塵比較大。硫化成型特點(diǎn)在

11、硫化過程中由于加入軟木后改變了橡膠的流動(dòng)性，當(dāng)受熱后流動(dòng)性相對(duì)橡膠變差。軟木的多孔性使軟木橡膠的可壓縮性大大增加，軟木用量越多流動(dòng)性越差，可壓縮性越大，成型時(shí)的壓縮比就小。4.2.3主要試驗(yàn)的驗(yàn)證表1 盾構(gòu)法隧道管片用軟木橡膠襯墊數(shù)據(jù)匯總序號(hào)主材硬度邵爾A/度拉伸強(qiáng)度MPa扯斷伸長(zhǎng)率%密度g/cm3可壓縮性%壓縮恢復(fù)性%15SBR75SBR752114.51.5256.38015SBR80SBR812.277.91.5427.88115SBR90SBR923.245.91.5555.358220SBR75SBR762.81801.4438.08520SBR80SBR813157.11.4415

12、.885.520SBR90SBR913.675.81.5175.683.530SBR75SBR765.1281.91.3456.68830SBR80SBR805.7239.41.3777.88530SBR90SBR906.0113.91.3995.3086表2 盾構(gòu)法隧道管片用軟木橡膠襯墊數(shù)據(jù)匯總序號(hào)主材硬度 邵爾A/度拉伸強(qiáng)度MPa扯斷伸長(zhǎng)率%密度g/cm3可壓縮性%壓縮恢復(fù)性%15RM75NR771.965.91.4896.191.215 RM 80NR842.141.11.4938.3790.515 RM 90NR903.247.21.5355.359120 RM 75NR732.913

13、8.51.4238.29020 RM 80NR813.6103.71.4865.189.520 RM 90NR903.664.51.4825.588.530 RM 75NR764.7155.21.3616.39230 RM 80NR805.3138.41.3957.892.830 RM 90NR905.172.41.4105.3593其中：在上述表格中SBR為丁苯橡膠的代號(hào)，NR為天然橡膠的代號(hào)，以“15SBR75”為例說明上述表格?！?5SBR75”中“15”表示基本含膠率，“SBR”代表選用的母體膠料，“75”表示所得材料的大致硬度。具體詳細(xì)介紹如下：以丁苯橡膠為母體膠料的配方設(shè)計(jì) 生膠選

14、用的是丁苯橡膠，丁苯膠（SBR）是苯乙烯與丁二烯之共聚物，其物理機(jī)構(gòu)性能、加工性能及制品的使用性能接近于天然橡膠，有些性能如耐磨、耐熱、耐老化及硫化速度較天然橡膠更為優(yōu)良。與天然橡膠比較，質(zhì)量均勻、異物少，具有優(yōu)良的機(jī)械穩(wěn)定性、抗水性、耐磨性能、抗?jié)窕?，價(jià)格比較便宜，綜合性能較為優(yōu)良。以丁苯橡膠為母體材料，在成本較低的前提下，提供了一種強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率綜合達(dá)標(biāo)的優(yōu)質(zhì)軟木制品，在機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良的前提下還具有比較優(yōu)良的扯斷永久變形，強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。含膠率相對(duì)較低，因此成本較低，性價(jià)比較為優(yōu)秀。尤其需要指出的是，丁苯橡膠在較低含膠率情況下，混煉膠加工性能較好，遠(yuǎn)超過天然膠。為了滿足硬度的要求，適當(dāng)

15、的改變某些填充劑的填充比例?？紤]到較低的成本，這種配方設(shè)計(jì)有一定的使用價(jià)值。B、以天然橡膠為母體膠料的配方設(shè)計(jì)生膠選用天然橡膠，天然橡膠是一種以聚異戊二烯為主要成分的天然高分子化合物，分子式是（C5H8）n，其成分中91%94%是橡膠烴（聚異戊二烯），其余為蛋白質(zhì)、脂肪酸、灰分、糖類等非橡膠物質(zhì)。天然橡膠在常溫下具有較高的彈性、稍帶塑性，具有非常好的機(jī)械強(qiáng)度，滯后損失小，在多次變形時(shí)生熱低，因此其耐屈撓性也很好，并且因?yàn)槭欠菢O性橡膠，所以電絕緣性能良好。天然橡膠還具有較好的耐堿性能，綜合性能優(yōu)良。具體到本配方，鑒于制品對(duì)成本的要求，降低了生膠地使用量，在成本較低的前提下，提供了一種強(qiáng)度、扯斷伸

16、長(zhǎng)率綜合達(dá)標(biāo)的優(yōu)質(zhì)軟木制品，在機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良的前提下還具有比較優(yōu)良的扯斷永久變形，強(qiáng)度超出標(biāo)準(zhǔn)要求。含膠率較低，因此成本較低，鑒于天然膠耐老化有所欠缺的緣故，使用少許防老劑，對(duì)物理性能并無影響，性價(jià)比較為優(yōu)秀。尤其需要指出的是，天然膠在較低的含膠率情況下，混煉膠加工性能較差，配合劑分散不夠均勻，為了提高機(jī)械性能，增高了硬度，對(duì)于批量生產(chǎn)挑戰(zhàn)較大。五、預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，引發(fā)了地鐵的建設(shè)熱潮。當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)是交通工具既要快捷、舒適，又要安全、環(huán)保。盾構(gòu)管片用軟木膠墊作為盾構(gòu)管片防護(hù)墊板，可以防止管片安裝過程中管片與管片擠壓受力所導(dǎo)致的傷害，起到良好的緩沖作用。雖然產(chǎn)品在整個(gè)

17、工程中只是一個(gè)小件，但是為整個(gè)工程的安全提供了重要的保障，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。六、標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)本標(biāo)準(zhǔn)作為推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。七、與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系本標(biāo)準(zhǔn)符合現(xiàn)行法律、法規(guī)和相關(guān)政策的要求。八、標(biāo)準(zhǔn)的水平國(guó)內(nèi)外目前尚無相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)國(guó)外同類企業(yè)產(chǎn)品的實(shí)際數(shù)據(jù)及國(guó)外技術(shù)要求，與本國(guó)相關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求制定而成，本標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)水平為國(guó)內(nèi)先水平。九、貫徹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議建議應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，歸口單位組織主要起草單位和設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測(cè)和使用單位專家組成宣傳工作組，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行宣傳貫徹，使設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測(cè)和使用單位在盡快獲得標(biāo)準(zhǔn)文本的同時(shí)更要掌握標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，并收集整理遇到的問題。附表：表1 盾構(gòu)法隧道管片用軟木橡膠襯墊數(shù)據(jù)匯總（硬度 705）序號(hào)項(xiàng) 目指 標(biāo)1121314253647484941041拉伸強(qiáng)度/MPa 2.12拉斷伸長(zhǎng)率/% 1503恒定形變下的壓縮可恢復(fù)性/% 98.39%96.79%97.07%78%83%98.84%99.57%9732%9530%9776%恒定形變下的壓縮應(yīng)力/MPa 2.42.02.03.5415.4713.9714.3714.331