老化及海蝕作用下近海橋梁隔震支座橡膠材料性能劣化試驗

馬玉宏, 趙桂峰， 羅佳潤， 崔　杰，， 周福霖

(1.廣州大學 工程抗震研究中心 廣東省地震工程與應用技術重點實驗室，廣州　510405； 2.廣州大學 土木工程學院，廣州　510006)

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老化及海蝕作用下近海橋梁隔震支座橡膠材料性能劣化試驗

馬玉宏1, 趙桂峰2， 羅佳潤1， 崔杰1，2， 周福霖1

(1.廣州大學 工程抗震研究中心 廣東省地震工程與應用技術重點實驗室，廣州510405； 2.廣州大學 土木工程學院，廣州510006)

設計了由與橡膠隔震支座相同材料的橡膠片組成的橡膠塊體，將橡膠支座與橡膠塊體和橡膠片放置在同樣的試驗環境下開展試驗，研究橡膠材料硬度、定伸應力、拉伸強度及扯斷伸長率在老化和海蝕作用下隨時間及厚度方向的變化規律。試驗結果表明：老化仍然是影響橡膠材料性能的主要因素；橡膠含水率的高低會極大影響其性能；隨老化時間的增長，橡膠的硬度、定伸應力呈增大的趨勢，而拉伸強度、扯斷伸長率呈減小的趨勢；單純海蝕對橡膠硬度、定伸應力的影響不明顯，但拉伸強度和扯斷伸長率則隨著海蝕時間的增長而減??；老化+海蝕試驗結果是老化作用與海蝕作用的疊加，該作用會使得橡膠的性能劣化在大應變時表現得更為明顯；從橡膠表面至內部，橡膠材料性能大體呈略微減小的趨勢，老化及海蝕作用基本發生在表面，而內部橡膠的性能變化程度均較輕。

近海橋梁；老化；海蝕；天然橡膠；性能劣化

隨著我國經濟建設的迅猛發展，隔震技術在我國近海橋梁得到了越來越廣泛的應用。隔震支座是連接橋梁上部結構和下部結構的關鍵，但是近海橋梁中所使用的隔震支座長期處于溫度、紫外線、鹽霧、車輛振動等復雜環境因素作用下，對于橡膠隔震支座來說，對其性能影響最大的就是老化和海蝕的共同作用，因此，有必要對近海橋梁橡膠隔震支座在老化和海蝕共同作用下的性能劣化規律開展研究，而對于橡膠支座所使用的橡膠材料性能劣化規律開展研究則是最基礎的工作。

目前，國內外對橡膠材料老化、臭氧及海水中老化行為等開展了較多的研究：ABMALEK等[1]對一艘1941年沉沒的在海底浸泡了42年的海軍艦艇上的天然橡膠輪胎內外胎進行力學性能試驗，發現內、外胎的拉伸模量分別增加了123%、23%，內、外胎斷裂伸長率分別降低了18.8%、14.7%；MOTT等[2]對橡膠進行了7個溫度工況下的空氣老化和6個海水溫度工況下的老化行為，指出在15年的室溫海水浸泡中，海水將浸入所用橡膠60 mm；BROWN等[3]對多種橡膠分別從熱老化、大氣老化、臭氧老化、自然老化等角度進行了系統的研究，認為經過老化后，橡膠的物理力學性能都有不同程度的劣化，在經過40年的自然老化后，天然橡膠的拉伸強度下降達35%，斷裂伸長率則下降達48%；GENT[4]指出，所有彈性體在經過很長時間后都會不同程度地吸水；ITOH等[5]對天然橡膠進行了光照、臭氧、低溫—臭氧、熱、鹽霧、酸霧工況的試驗，結果表明熱氧對橡膠的劣化影響顯著，在經過720 h試驗后，天然橡膠伸長率下降了27%，而低溫-臭氧、鹽霧、酸霧的影響很??；MORITA等[6]對使用20年的疊層橡膠支座內部橡膠進行了拉伸試驗和剪切試驗，發現100%、200%及300%拉伸應力分別增加了5.9%、17.6%、22.4%；顧浩聲等[7]采用高溫加速老化的方法對橡膠材料開展試驗，提出了老化預測的方法，并與從英國Pelham橋回收的使用了38年的天然橡膠支座切片材料力學性能對比，擬合良好。國內上海橡膠制品研究所、化工部合成材料老化研究所、化工部材料研究院、化工部西北橡膠塑料研究設計院等對橡膠老化、海水中的老化行為等進行了研究[8-13]。以上研究有些單純針對普通橡膠開展老化和海水問題研究，有些則是針對已老化一定時間的隔震支座橡膠材料開展研究，很少見將橡膠隔震支座及所用相同橡膠材料放置在同樣的試驗環境下開展的系統試驗研究。本文在對天然橡膠隔震支座開展老化和海蝕試驗的同時，特別設計了由與支座相同材料的橡膠片組成的橡膠塊體，將支座與橡膠塊體和橡膠片放置在同樣的試驗環境下開展試驗，重點研究橡膠材料物理力學性能在老化和海蝕作用下隨時間及厚度方向的變化規律。

1　試驗體及試驗方案設計

采用與橡膠支座相同的橡膠材料設計了橡膠塊體，每層2 mm，平面尺寸270 mm×320 mm，見圖1，采用對拉螺栓和20 mm寬薄鋼板將75層橡膠片疊合為整體，其中紅色核心區域為橡膠片啞鈴型試樣取樣區域。在經歷老化或海蝕試驗后，將對橡膠片進行切割、裁樣，研究老化或海蝕前后其各項性能參數的變化情況。

圖1　橡膠塊體及橡膠片設計Fig.1 Rubber block and dummbell rubber sheet

根據橋梁隔震支座在海洋環境中所處位置及對近海橋梁所遭受的陽光、空氣、海水等海洋環境因素的綜合分析，確定在橡膠材料性能研究時主要考慮老化和腐蝕介質(海水浪濺)的影響。此外，考慮到目前無法采用單一室內試驗設備來充分模擬實際海洋環境，及我國在跨海橋梁中使用隔震支座的歷史還不長，現場取得隔震支座老化后的橡膠材料還不現實，因此，本文采用人工高溫加速法開展老化試驗，采用高溫海水全浸法開展人工加速海蝕試驗。

采用Arrhenius人工加速老化公式：

(1)

式中，Ea為反應活化能；R為氣體常數；Treal為實際使用環境中的絕對溫度；Ttest是熱氧化試驗的絕對溫度；treal為實際老化時間；ttest是試驗時間。根據國內外大量的相關文獻、國家標準，在分析我國從北到南十大沿海城市的溫度、晴雨時間比等因素的基礎上，綜合確定使用壽命為60年的橡膠支座人工加速老化和海蝕試驗的具體控制參數見表1。

表1　人工加速熱氧老化和海蝕環境模擬試驗的具體控制參數

在對橡膠隔震支座進行基本性能測試之后，將支座與所采用的橡膠片及橡膠塊體共同放置于溫度為80℃的熱老化箱中進行試驗。為保證熱空氣能夠與試驗體發生充分的接觸，所有試驗體之間都保持一定的距離，橡膠塊體及橡膠片具體放置情況見圖2。在對橡膠片進行取樣進行老化試驗后，將相應的橡膠片放置于80℃的人工海水中，進行90天的人工加速海蝕試驗，見圖3。

圖2　橡膠塊體及橡膠片老化試驗Fig.2 Aging test of rubber block and rubber sheet

圖3　全浸法開展橡膠塊體及橡膠片海蝕試驗Fig.3 Marine corrosion test of rubber block and rubber sheet by the full seawater immersion method

橡膠片的試驗工況主要分為三類，即單純老化試驗、單純海蝕試驗及老化+海蝕試驗，相應的橡膠片可分為6種，具體工況見表2。為了查看橡膠材料性能隨時間的變化規律，對晾掛于老化箱中的橡膠片，在20天的老化試驗過程中按照每隔2天(48 h，折合20℃實際環境中使用4年)取樣一片。在90天單純海蝕試驗的同時，又晾掛了一批橡膠片進行90天的超長期老化試驗，從老化試驗進行到24天起每隔6天(144 h)取樣，直至90天試驗完成。

2　老化、海蝕試驗后試驗體外觀變化

人工加速老化20天和90天后，橡膠片外觀變化見圖4。可見，橡膠片從開始到老化20天后，均未能看出差異。從后續的超長期90天加速老化情況來看，直至42天均看不出明顯的差異，但是從48天后，橡膠片表面開始泛白，并且隨著時間的加長，泛白的程度逐漸增加，到了90天時，橡膠片已經非常明顯的帶有白色。在取樣的過程中，還發現隨著老化時間的加長，原本晾掛著的橡膠片，會出現掉落的現象。對于橡膠塊體1，外觀未有可見差異。

單純海蝕和老化+海蝕試驗工況下橡膠塊體及橡膠片的外觀見圖5。可見，對于經受海蝕工況的橡膠塊體2和橡膠塊體3，用于預壓的鋼板、螺栓部分均有比較嚴重的銹蝕。對于經受老化+海蝕、單純海蝕工況后的橡膠片，在取樣并靜置48 h后，以清水洗凈自然干燥后，相比于初始狀態的明顯橡膠黑色，橡膠片變得略帶白色。

表2　橡膠片及橡膠塊老化、海蝕試驗工況

圖4　橡膠片老化后外觀對比Fig.4 Appearance of rubber sheet after aging test

圖5　經受海蝕后的橡膠塊體及橡膠片Fig.5 Appearance of rubber block or rubber sheet after maring corrosion test

3　老化、海蝕試驗后橡膠材料性能試驗

將每片橡膠裁取三片標準啞鈴型橡膠試件開展相應的硬度、定伸應力、拉伸強度等試驗。測試結果分析如下。

3.1硬度

橡膠支座硬度測試作為彈性模量的一種間接量測尺度，是橡膠材料常用測試項目之一[4]。橡膠硬度不同將導致橡膠隔震支座性能有差異，橡膠變硬，支座的剛度將變大，橡膠變軟，支座的剛度將變小。然而，隔震支座剛度過度變大或變小，均會對隔震結構產生不利的影響。

單純老化試驗、單純海蝕試驗及老化+海蝕試驗后，橡膠硬度隨時間的變化關系見圖6～圖8。由圖6可知，隨著老化的進行，橡膠的硬度呈現增大的趨勢，480 h加速老化后硬度增加9.3%。在開始的96 h中，橡膠變硬的速度比較快，在隨后的時間，橡膠硬度的增長速度放緩，說明老化對硬度的影響非常顯著。由圖7可知，在長達2 160 h的試驗過程中，取樣得到的橡膠片硬度測試結果基本與初始硬度數據相差不大，說明單純海蝕作用對硬度影響較小。圖8的數據是將經受480 h人工加速老化后的試件，再放入海蝕箱，并每隔144 h取樣測試得到的，從這組數據來看，橡膠的硬度基本維持在經受480 h加速老化后的水平上，即影響硬度變化的關鍵因素仍然是老化，海蝕的影響較小。

圖6　單純老化試驗老化時間對橡膠硬度的影響Fig.6 Influence of time on hardness in pure aging tests

圖7　單純海蝕試驗海蝕時間對橡膠硬度的影響Fig.7 Influence of time on hardness in pure marine corrosion tests

圖8　老化+海蝕試驗時間對橡膠硬度的影響Fig.8 Influence of time on hardness in aging and marine corrosion tests

為了探討沿厚度方向距橡膠塊體表面距離對橡膠硬度的影響，從橡膠塊體兩個老化方向上由外到內取樣，同時將兩個方向同厚度處硬度數據平均，得到距離表面距離與橡膠硬度的關系見圖9～圖11。由圖9可知，從外到里，橡膠的硬度總體上均比初始值增大，外圍橡膠硬度增大較多，在距離表面15 mm左右處，橡膠的硬度有較大的增長，從此處再往里，變化趨勢不明顯，說明老化作用發生在橡膠表面，在表層形成一個老化層后，內部橡膠得以保護，過了一個臨界深度后老化影響變小。從擬合后的曲線來看，橡膠硬度呈現先增大后減小的趨勢，但是變化幅度不大。

圖9　單純老化試驗表面距離對橡膠硬度的影響Fig.9 Influence of distance from surface on hardness in pure aging tests

圖10　單純海蝕試驗表面距離對橡膠硬度的影響Fig.10 Influence of distance from surface on hardness in pure marine corrosion tests

圖11　老化+海蝕試驗表面距離對橡膠硬度的影響Fig.11 Influence of distance from surface on hardness in aging and marine corrosion tests

由圖10可知，橡膠塊體單純經受2 160 h的海蝕試驗后，從外至里，橡膠硬度總體上比初始值略有下降，說明海蝕環境對橡膠有略微的軟化作用。由圖11可知，橡膠塊體在經受老化480 h+海蝕2 160 h后，厚度方向上的硬度測試結果與單純480 h老化的測試結果大體一致，絕大部分的橡膠硬度處于44～48之間，這也再次說明引起橡膠性能劣化的主要環境因素依然是熱氧因素。

以上現象出現的原因為，單純橡膠片是定時取樣，集中試驗的，取樣后放置于室內環境的時間較長，橡膠片內水分有部分蒸發。而橡膠塊體的橡膠片，是在試驗結束后才取出拆卸的，在室內環境放置時間較短，即橡膠塊體的橡膠片中的含海水量較大，從而導致橡膠塊體受到海蝕影響大于單純橡膠片的現象。

3.2定伸應力

定伸應力Se是指試樣的工作部分拉伸至給定伸長率時的拉伸應力，是橡膠本構模型的一項重要參數，直接影響橡膠隔震支座的彈性模量和水平剛度。

(2)

式中:Se為給定伸長率時試樣工作區域的應力(MPa)；F為給定伸長率時記錄的力(N)；W為試樣工作區域的寬度(mm)；t為試樣工作區域的厚度(mm)。

3.2.1時間及環境因素對橡膠定伸應力的影響

單純老化、單純海蝕、老化+海蝕試驗下，橡膠50%、100%、200%、300%定伸應力隨時間的變化情況分別見圖12～圖14。

圖12　單純老化試驗時間對橡膠定伸應力的影響Fig.12 Influence of time on stress at definite strain in pure aging tests

圖13　單純海蝕試驗時間對橡膠定伸應力的影響Fig.13 Influence of time on stress at definite strain in marine corrosion tests

圖14　老化+海蝕試驗時間對橡膠定伸應力的影響Fig.14 Influence of time on stress at definite strain in aging and marine corrosion tests

從圖12～圖14可知：

1) 單純老化試驗中，不同定伸長度下的應力都隨著老化時間的增長而增長，此外，相同老化時間下，50%～300%應變對應定伸應力值逐漸變大，說明老化對定伸應力的影響比較嚴重；經過了480 h的老化后，50%、100%、200%定伸應力分別增長了54.38%、37.96%、34.53%，說明小應變下的定伸應力隨老化時間的增長幅度要大于較大應變(100%～300%)下的定伸應力，從而導致在橡膠隔震支座隨時間老化后，小應變作用下，隔震支座的性能可能會受到較大的影響。50%這種小變形下的應力與橋梁支座日常使用中溫度、混凝土收縮、橋梁的翹曲等息息相關，100%定伸應力也是衡量橡膠力學性能的一項重要指標，必須予以足夠的重視。根據定伸應力與老化試驗時間t的試驗數據，擬合出它們之間的關系，見各圖。

2) 單純海蝕試驗中，50%～300%應變對應的定伸應力初始值逐漸變大，但不同定伸長度下的定伸應力基本與初始值一致，說明海蝕對定伸應力的影響比較小。

3) 在老化+海蝕試驗后，不同定伸長度下的定伸應力仍然大體維持在老化試驗后的水平，說明海蝕并不會因為先前的老化而加速或延緩定伸應力性能的劣化。

3.2.2距橡膠表面距離對橡膠定伸應力的影響

為了進一步探討厚度方向距橡膠塊體表面距離對橡膠定伸應力的影響，參照前文研究方法，得到距離表面距離與定伸應力的關系，單純老化、單純海蝕、老化+海蝕試驗工況下的結果見圖15。

圖15　厚度方向上橡膠不同定伸長度下定伸應力的變化Fig.15 Stress at 50, 100%, 200% and 300% strain for different distance from surface

從圖15可知：

1) 在與表面相同距離處，定伸應力變化的大體趨勢為：在50%應變時，單純老化工況對應定伸應力值大于老化+海蝕工況，單純海蝕工況最小，甚至小于初始值，說明在小變形情況下對于橡膠性能劣化起主要影響的因素還是老化；由100%～300%應變，老化+海蝕工況對應定伸應力值逐漸大于單純老化工況，300%應變時，所有距離處的定伸應力都高于單純老化值，說明老化與海蝕的相互作用會使得橡膠的性能劣化在大應變時表現得更為嚴重。

2) 單純經受480小時老化工況后，隨著與表面距離的加大，橡膠定伸應力總體上呈現減小的趨勢；但相比于外表面，在距離外表面15 mm處兩個方向上不同定伸長度下的應力均出現突然變大的現象；在距離表面35 mm至核心部位(距離表面74 mm)，不同定伸長度下的應力變化幅度趨于平緩，這在一定程度上說明了隔震支座橡膠部分的老化主要集中在表面，內部橡膠的老化程度相對較輕。

3) 在單純經受海蝕試驗后，在厚度方向上不同定伸長度下的應力均未發現明顯的變化趨勢，且定伸應力值均比初始值低約20%～30%，說明海蝕沿厚度方向對定伸應力的影響不明顯。

4) 老化+海蝕工況對應的定伸應力曲線與單純老化工況曲線變化趨勢基本一致，但老化+海蝕工況定伸應力曲線出現突變現象的位置(25 mm)比單純老化工況(15 mm)更深入橡膠內部，說明隨著橡膠含水率增加，老化的程度加劇。

3.3拉伸強度TS(Tensile Strength)

拉伸強度是指橡膠片拉伸至斷裂過程中的最大拉伸應力，與橡膠支座剪切性能、水平極限性能密切相關。單純老化、單純海蝕、老化+海蝕工況下，時間對拉伸強度的影響見圖16～圖18。從橡膠塊體兩個方向上由外到內取樣，得到距離表面距離與拉伸強度的關系見圖19。

圖16　老化時間對橡膠拉伸強度的影響Fig.16 Influence of time on rubber tensile strength in pure aging tests

圖17　海蝕時間對橡膠拉伸強度的影響Fig.17 Influence of time on rubber tensile strength in pure marine tests

由圖16～圖18來看，隨著試驗時間的增長，橡膠的拉伸強度總體上呈現下降的趨勢，且均低于初始值。單純老化試驗，初始階段拉伸強度的下降速度更快，在后續時間內強度下降速度變緩，480 h(相當于實際環境中使用40年)老化后，拉伸強度下降約27%，與文獻[3]結果比較吻合；單純海蝕試驗及老化+海蝕試驗，初始階段拉伸強度下降緩慢，在后續時間內下降速度變快。此外，老化+海蝕試驗拉伸強度值要明顯小于單純老化或者單純海蝕試驗的結果，說明老化+海蝕的共同作用對橡膠拉伸強度的降低作用比單純海蝕或單純老化作用更為明顯，橡膠的性能劣化表現得更為顯著，可能的后果是老化及海蝕導致橡膠隔震支座水平極限性能變差，在大地震下的變形能力不足而破壞。

圖18　老化+海蝕時間對橡膠拉伸強度的影響Fig.18 Influence of time on rubber tensile strength in aging and marine tests

圖19　厚度方向上橡膠拉伸強度的變化Fig.19 Tensile strength for different distance from surface

由圖19可知，單純老化試驗，拉伸強度隨與表面距離的變化趨勢不明顯，說明橡膠拉伸強度在厚度方向上幾乎無差別。但經受單純老化、單純海蝕以及老化+海蝕這3種工況后，拉伸強度均較初始階段有所下降，且經受老化+海蝕的下降得最多，單純海蝕的次之，單純老化的下降得最少，其原因是橡膠片的含水量較大，說明經受海蝕環境后，支座拉剪性能可能下降。

3.4扯斷伸長率Eb(Elongation at break)

扯斷伸長率是指試樣斷裂時的百分比伸長率，也與橡膠支座拉伸能力、水平極限性能有關。單純老化、單純海蝕、老化+海蝕工況下，時間對扯斷伸長率的影響見圖20～圖22。從橡膠塊2個方向由外到內取樣，得到距離表面距離與扯斷伸長率的關系，見圖23。由圖20～圖22可知，單純老化試驗，扯斷伸長率隨老化時間呈現明顯的下降趨勢，其數值從600%大約下降到500%，下降幅度約20%；單純海蝕試驗，扯斷伸長率隨時間呈略微下降的趨勢，但基本維持在500%～600%之間；老化+海蝕試驗，扯斷伸長率比初始值有大幅度降低，基本在400%～500%之間，接近480 h老化后數值，其隨時間增長而呈小幅下降的趨勢，說明橡膠扯斷伸長率在老化及海蝕的共同作用下呈明顯減小趨勢，但相比于老化作用，海蝕作用的影響偏小，熱氧老化因素占據主導作用。

圖20　老化時間對橡膠扯斷伸長率的影響Fig.20 Influence of time on elongation at break in aging tests

圖21　海蝕時間對橡膠扯斷伸長率的影響Fig.21 Influence of time on elongation at break in marine tests

圖22　老化+海蝕試驗時間對橡膠扯斷伸長率的影響Fig.22 Influence of time on elongation at break in aging and marine tests

圖23　厚度方向上橡膠扯斷伸長率的變化Fig.23 Elongation at break for different distance from surface

從圖23可知，在距表面10 mm以內、30 mm至核心范圍內，單純老化試驗與單純海蝕試驗結果均在500%左右，與480 h老化后數值相當；但老化+海蝕試驗扯斷伸長率減小，基本在400%左右，但是下降幅度表面大，內部小，說明老化、海蝕作用都會使得橡膠的扯斷伸長率下降，而且老化與海蝕的共同作用將使得下降的幅度更大，這種下降將會使得橡膠支座拉伸性能和極限性能較差。

4　超長期人工加速老化對橡膠材料性能的影響

為了研究老化對橡膠材料性能的長期影響，在進行海蝕試驗的同時，進行了長達90天(折合2 160 h)的80℃高溫超長期人工加速老化。假設Arrhenius理論依然適用于超長期加速老化，對于所研究的橡膠材料而言，90天80℃高溫加速老化相當于在20℃環境中使用180年。超長期老化時間對橡膠材料性能的影響分別見圖24～圖27。

圖24　超長期老化時間對橡膠硬度的影響Fig.24 Influence of ultra-long-term aging on hardness

由圖24可知，隨著加速老化時間的延長，橡膠硬度逐漸加大。在試驗初始階段，橡膠硬度的增長較快，當試驗到864 h(占總時間40%)的時候，硬度增長約75%，而在其后的60%時間內，硬度增長只占約25%。說明橡膠的老化主要發生在初期，在老化進程的后期，硬度增長很緩慢，逐漸趨于穩定，因此橡膠支座的防老化工作在支座安裝后的初始階段是十分重要的。

圖25　超長期老化時間對定伸應力的影響Fig.25 Influence of ultra-long-term aging on stress atdifferent strain

從圖25可知，不同定伸長度下，隨著老化時間的加長，定伸應力的變化趨勢基本一致，呈現先增長快，后增速變緩的趨勢。不同的定伸長度對應的定伸應力呈現不同的增長速率，定伸長度小增長速度慢，反之亦然，說明超長期老化增大了定伸應力，將影響橡膠支座水平剪切性能的正常發揮。

圖26　超長期老化對橡膠拉伸強度的影響Fig.26 Influence of ultra-long-term aging on tensile strength

圖27　超長期老化對橡膠扯斷伸長率的影響Fig.27 Influence of ultra-long-term aging on elongation at break

由圖26～圖27可知，橡膠的拉伸強度及扯斷伸長率均隨著老化時間增長而降低，下降一半所需的時間均超過2 160 h，而且扯斷伸長率在下降一半時，仍然擁有超過300%以上的伸長率，這足以保證橡膠隔震支座在正常使用時，即便是老化嚴重，也不至于突然失效。

5　結　論

本章對橡膠支座所使用的橡膠材料開展單純老化、單純海蝕、老化與海蝕共同作用下的性能試驗研究。從橡膠片外觀及性能參數的變化，得出以下結論：

(1) 老化對橡膠片外觀的影響不十分顯著，僅出現變白色的現象；海蝕對橡膠塊體的影響體現在用于預壓的鋼板、螺栓部分出現銹蝕，對橡膠片外觀的影響也體現在顏色變白方面。

(2) 隨著老化時間的增長，橡膠的硬度、定伸應力呈現增大的趨勢，并且在前期增速較快，后期增速慢；而拉伸強度、扯斷伸長率呈現減小的趨勢，這種減小可能導致橡膠隔震支座拉伸能力、極限變形能力較差。

(3) 海蝕試驗發現，含水率低的情況下，橡膠性能基本維持在老化后水平，老化是性能的主要影響因素；含水率高的情況下，橡膠性能會比單純老化后下降，海蝕對性能劣化的影響不可忽視。

(4) 單純海蝕對橡膠硬度、定伸應力的影響不明顯，但拉伸強度和扯斷伸長率則隨著海蝕時間的增長而減小，從而影響橡膠隔震支座的剪切性能和極限變形能力。

(5) 經受老化+海蝕作用的橡膠片，其最終試驗結果是老化作用與海蝕作用的疊加，但老化是主要的影響因素，老化與海蝕的共同作用會使得橡膠的性能劣化在大應變時表現得更為嚴重。

(6) 從橡膠表面至橡膠內部的厚度方向，橡膠材料硬度、定伸應力、拉伸強度、扯斷伸長率大體呈略微減小的趨勢，但變化及其微小，說明老化及海蝕作用基本發生在表面，而內部橡膠的性能變化程度均較輕。

(7) 超長期加速老化試驗發現，橡膠的老化主要發生在初期，在后期性能逐漸趨于穩定，總體來看橡膠具有較優越的耐老化性能。

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Experimental research on property deterioration of rubber material used as natural rubber isolator for offshore bridges under aging and marine corrosion

MA Yuhong1, ZHAO Guifeng2, LUO Jiarun1, CUI Jie1, ZHOU Fulin1

(1. Guangdong Key Laboratory of Earthquake Engineering & Applied Technique, Earthquake Engineering Research & Test Center，Guangzhou University, Guangzhou 510405, China;2. School of Civil Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China)

Rubber block and rubber sheet were designed and put in the same test environment as the natural rubber isolator. Rubber properties, such as hardness, stress in definite strain, tensile strength and elongation at break, under pure aging, pure marine corrosion, and the combination of aging and marine corrosion were studied. The corresponding change rules were given. The test results indicate that aging is the main factor influencing natural rubber property. Water ratio of rubber can greatly affect its performance. With aging time increasing, hardness and stress at definite strain of the rubber increased, but tensile strength and elongation at break decreased. The influence of pure marine corrosion on hardness and stress at definite strain is not obvious, but tensile strength and elongation at break is reduced with marine time. Under the combined action of aging and marine corrosion, property deterioration of the natural rubber is more serious, especially when the rubber is with large strain. From the surface to the inner of the rubber block, rubber property parameters slightly decrease. Property deterioration generally occurs in the rubber surface. The property of the inner rubber rarely changes.

offshore bridge; aging; marine corrosion; natural rubber; property deterioration

國家重點基礎研究發展計劃973項目(2011CB013606);國家自然科學基金項目(51578170);國家自然科學基金高鐵聯合基金重點項目(U1334209);長江學者和創新團隊發展計劃項目(IRT13057);廣州市屬高?？萍加媱濏椖?1201421152)資助

2015-03-27修改稿收到日期：2015-07-13

馬玉宏 女，博士，研究員，1972年生

崔杰 男，博士，研究員，博士員導師，1962年生

P315.966

A

10.13465/j.cnki.jvs.2016.16.019