لاستیک نئوپرن که به عنوان لاستیک پلی کلروپرن شناخته می شود، مقاومت بسیار خوبی در برابر انواع نیروها از جمله گرما، خمش، لرزش و هیدروکربن ها ارائه می دهد.
مزایای نئوپرن
لاستیک نئوپرن از گروهی از لاستیک های مصنوعی تولید شده از پلیمریزاسیون ترکیب آلی کلروپرن‌ها به دست می آید. هنگامی که برای آب بندی و عایق بندی استفاده می شود، مواد لاستیکی نئوپرن دارای مزایای متعددی هستند، از جمله:
- مقاومت در برابر فرآورده‌های نفتی، گریس ها و روغن ها
- مقاومت در برابر آب و رطوبت
- مقاومت در برابر دما بین منفی 35 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد است
- مقاومت در برابر آسیب ناشی از پیچش، خمش و فشار
- قابلیت بسپارش: با استفاده از قابلیت بسپارش نئوپرن می توان به ترکیبات و محصولات جدیدی دست یافت که خواص و ویژگی‌های متنوعی از خود ارائه می‌دهند که با نیاز روز بازار جهانی مطابقت دارد.
*لاستیک نئوپرن همچنین از نظر شیمیایی بسیار پایدار است و در میان خواص عایق عالی، مقاومت زیادی در برابر انواع حلال ها از خود نشان می دهد، با استفاده از این ویژگی می‌توان از نئوپرن برای سازه‌های مهندسی در شرایط جوی نامساعد و در محیطهایی که در تماس با رطوبت هستند مانند پل‌ها و سازه های زیرزمینی استفاده نمود.
کاربرد نئوپرن در علم مهندسی
امروزه لاستیک نئوپرن در ساخت و ساز و تقویت سازه های بتن مسلح کاربرد پیدا کرده است. نوارها و قطعات لاستیکی نئوپرن با استحکام فشاری بالایی که دارد به عنوان تکیه‌گاه سطوح افقی سازه‌های بتنی عمل نموده و در عین حال جلوی نفوذ رطوبت به المان‌های دیگر را نیز می‌گیرند. بعلاوه نئوپرنها دارای خاصیت کشسانی و الاستیسیته هستند که برای تحمل و جذب نیروهای ناشی از تغییر شکل بسیار مناسب اند. این ویژگی به خصوص هنگام زلزله بسیار کاربردی بوده و جلوی آسیب های ناشی از آن را می‌گیرد.
استفاده از نئوپرن در سازه‌های بتنی
نئوپرن به طور گسترده در مفصل ها و تکیه گاه قطعات بتنی پیش ساخته استفاده می شود و به عنوان ضربه گیر برای اعضای بتنی عمل می‌کنند تا از آسیب ناشی از تنش‌های مختلف مانند تنش‌های جانبی و ثقلی جلوگیری نماید. برای قطعات بتنی معمولی، از نئوپرنها در محل اتصال عضو افقی و تکیه گاه آن استفاده می‌گردد. بالشتک های نئوپرن انبساط، انقباض و چرخش را در ناحیه باربر تامین می‌کنند و از پوسیدگی و ترک خوردن اعضای بتنی جلوگیری می‌نمایند. مانند پل‌ها، ترافیک در گاراژها نیز باعث حرکت و لرزش می شود که می‌توان به کمک نئوپرنها این لرزش‌ها را جذب و منتقل نمود. در صورت طراحی و استفاده از مواد اولیه مناسب می‌توان انتظار داشت که نئوپرنها عمری برابر با عمر سازه داشته باشند.
استفاده از بالشتک نئوپرن در سازه پل
پل‌های مخصوص عبور و مرور وسائل نقلیه از جمله سازه‌هایی هستند که در معرض استفاده مداوم خودرو بوده در نتیجه تنش ناشی از عبور و مرور خودروها باید در طراحی سازه پل لحاظ شود؛ تحمل این تنش‌ها و قرار گرفتن در معرض شرایط آب و هوایی متفاوت، پل ها در طی زمان فرسوده و آسیب پذیر میکند. با علم بر خطرات و آسیب های احتمالی که پل ها و ساختمان هایی مانند پل ها را تهدید می کند، استفاده از مصالحی مانند ضربه گیر نئوپرن که قابلیت انعطاف و مقاومت بالایی دارد بسیار مناسب است.
مزایای نئوپرن در طراحی پل
نئوپرن، به عنوان تکیه گاه و ضربه گیر در عرشه پل ها در ناحیه اتصال با سر ستون نصب شده و با جذب انرژی و آزاد کردن آن با استفاده از قابلیت تغییرشکل و چرخش چند جهته خود، از پدید آمدن آسیب‌های ناشی از ارتعاشات اعضای سازه‌ای پل مثل پایه پل جلوگیری میکند. با استفاده از نئوپرن و یا تکیه‌گاه‌های الاستومری در پل‌ها، می‌توان پل را در برابر ترک خوردگی، شکست، تنش‌های فشاری و یا کشیده شدگی‌های ناشی از انقباض و انبساط پل به دلیل تغییرات دمایی محیط، مقاوم نمود.
مزیت مکانیکی نئوپرن در سازه پل
به عنوان ضربه گیر مکانیکی برای تیرهای بتنی پیش‌تنیده یا فولادی در عرشه پل و تکیه گاه ساختمان، بالشتک نئوپرن (ساده و چند لایه) امکان انتقال مستقیم و یکنواخت بار را از تیر به زمین فراهم میکند و امکان جابجایی های ناشی از تنش را در عرشه پل در محل تکیه گاه فراهم می‌سازد. بالشتک نئوپرن امکان حرکت جانبی و طولی تیر ناشی از تنش‌های حرارتی را نیز فراهم می کنند. پدهای نئوپرن بافت متراکمی دارند و انبساط و انقباض حرارتی به خاطر مدول الاستیسیته بالای پدهای نئوپرنی است. نکته دیگر اینجاست که اتصال پد نئوپرن در محل عرشه پل و همچنین در محل اتصال با تکیه گاه پل به صورت گیردار بوده و هیچ لغزشی ندارد.
آیین نامه و استانداردهای طراحی نئوپرن
طراحی این المان‌ها بنابر استاندارد EN 1337-3 و آیین نامه آشتو که انجمن طراحی راهها و حمل و نقل آمریکا می‌باشد، صورت می گیرد. نئوپرن با روشهای طراحی و محاسبه سازه و همچنین با استفاده از نرم افزارهای مدلسازی و طراحی ساختمان به راحتی مدلسازی شده و طراحی می‌گردند. در ادامه پارامترهای مهم مربوط به طراحی نئوپرنها بررسی می‌گردند.
عملکرد نئوپرن در تنش فشاری
نئوپرنها در معرض بارهای فشاری دچار تغییر شکل می‌شوند. تغییر شکل عمودی نباید از ۱۵ درصد اندازه فشرده شده بیشتر باشد، زیرا باعث بوجود آمدن تنش داخلی در نئوپرنها می‌گردد و در ادامه باعث خزش می‌شود و در مورد نئوپرن با هسته فولادی ممکن است به فولاد موجود در آن آسیب بزند. امروزه بسیاری از دانشمندان راهکاری برای کنترل تنش های فشاری مطرح می‌کنند که تا ۵۰۰ پوند بر اینچ مربع و حتی ۸۰۰ پوند بر اینچ مربع تنش را کاهش می‌دهند.
عملکرد نئوپرن در برش
برای دسترسی به بیشترین عمر سرویس دهی بالشتک نئوپرن پیشنهاد می‌شود بار برشی تا نصف کاهش یابد و قطر نئوپرنها باید حداقل دو برابر تغییر شکل‌های محوری باشد. نئوپرنها در برابر تنش برشی مقاومت بسیار بالایی داشته و تقریبا در هر اندازه مقاومت می‌کنند. اما در هر صورت در شرایط تغییر کرنش بسیار زیاد ممکن است دچار آسیب دیدگی هایی شوند. برای مثال در گوشه‌های با زاویه تیز ممکن است تحت کرنش‌های برشی شدید دچار خمش بیش از حد شوند و منجر به لغزش تیر و یا ستونها شوند و همینطور درباره زوایای باز بین ۹۰ تا ۱۸۰ ممکن است دچار تنش لهیدگی بیش از حد شده و ظرفیت باربری خود را از دست بدهند. بنابراین بهتر است تنش برشی محدود گردد. برای تعیین میزان دقیق تنش برشی مناسب نمی توان مقدار مشخصی بیان کرد ولی به صورت تقریبی می‌توان گفت در صورتی که تنش برشی نصف گردد ظرفیت مقاومت تنش برشی کافی را فراهم میکند. البته این مقدار می‌تواند تا ۶۰ الی ۷۰ درصد نیز کاهش یابد.
انواع نئوپرن در علم مهندسی عمران
نئوپرن الاستومری
نئوپرن الاستومری برای استفاده در ساخت و ساز پل و ساختمان طراحی شده اند. نئوپرن الاستومری معمولاً در زیر تیرهای بتنی پیش ساخته، تیرهای فولادی و در نقاط مختلف دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. برای ساخت و ساز بزرگراه، در اکثر ساخت و سازها به پلیمر نئوپرن 100% خالص نیاز است تا شاهد بالاترین کیفیت نئوپرن‌های الاستومری باشیم. به دلیل ویژگی کشسانی بالای لنت‌های نئوپرن، آسیب‌های معمول سطوح پر تردد را می‌توان به راحتی اصلاح کرد و از مشکلات آینده جلوگیری کرد. نئوپرن الاستومری برای تحمل بار محوری و برشی طراحی شده اند و می توانند به طور موثر انبساط و انقباض حرارتی را در خود جذب کنند و چرخش را از طریق انحراف عمودی کنترل کنند. استاندارد نئوپرن الاستومری مطابق با الزامات AASHTO M251 Grade 2 و 3 هستند. برای انتخاب نئوپرن الاستومری مناسب باید با مهندس طراح و محاسب پروژه مشورت صورت گیرد تا نوع مناسب نئوپرن الاستومری انتخاب شود.
نئوپرن الاستومری با میرایی بالا (high damping rubber bearing)
این نئوپرن که به آن HDBR نیز می‌گویند به عنوان تکیه گاه عایق لرزه‌ای با قدرت جذب انرژی بسیار بالا شناخته می‌شود. این ضربه گیر الاستومری از لاستیک طراحی شده مخصوص با ویژگی میرایی بالا تشکیل شده که با لایه ورق فولادی فشرده شده است. هنگام نصب، بلبرینگ لاستیکی با میرایی بالا معمولاً با صفحه فولادی بالا و پایین آن به همراه لوازم جانبی اتصال استفاده می شود.
نحوه کار نئوپرن الاستومری با میرایی بالا
در هنگام زلزله، ارتعاش از جهات مختلف بر ساختمان پایه ثابت تأثیر می گذارد و منجر به تغییر شکل و آسیب ساختمان یا پل می شود. این نئوپرن با میرایی بالا از طریق مواد الاستیک با میرایی بالا به همراه صفحات فولادی می تواند نسبت میرایی را تا 18٪ افزایش دهد. هنگامی که زلزله رخ می‌دهد، نئوپرن الاستومری با میرایی بالا، جابجایی افقی را از طریق تغییر شکل برشی الاستیک افزایش می دهد و ضریب اصطکاک را کاهش می دهد. جابجایی زیاد می تواند لرزش را از هر جهت ضعیف کند و آسیب وارده به ساختمان و پل ها را کاهش دهد.
انواع اتصالات در نئوپرن الاستومری با میرایی بالا
- نوع Ⅰ با صفحه فولادی تعبیه شده در بالا و پایین طراحی شده است. و نئوپرن به وسیله پیچ و مهره و انکربولت به صفحات فولادی متصل می‌شود. دو صفحه فولادی تعبیه شده در بالا و دو صفحه در پایین روی هم قرار گرفته و اتصالات پیچ و مهره آنها را در کنار هم نگه می‌دارد.
- نوع Ⅱبا یک ورق فولادی تعبیه شده در بالا و بدون ورق فولادی تعبیه شده در پایین طراحی شده است. اتصالات مفصل در پایین با پیچ و انکربولت متصل می شود. صفحه فولادی تعبیه شده در بالا با یک صفحه فولادی دیگر به کمک یک ورق برشی متصل می شود. و صفحه فولادی تعبیه شده روی آن با اتصالات پیچ و مهره متصل می‌شود.
تولید، بسته بندی و نگهداری نئوپرن الاستومری با میرایی بالا
تجهیزات پیشرفته ای برای تولید نئوپرن الاستومری با میرایی بالا در دسترس می‌باشد. در ادامه به صورت موردی تولید نئوپرن الاستومری با میرایی بالا توضیح داده شده است.
- لاستیک ها و صفحات فولادی با میرایی بالا در تجهیزات حرفه ای به پایداری مورد نظر می رسند.
- سپس نئوپرن الاستومری چند لایه با ورق فولادی بالا و پایین از طریق پیچ و مهره های لنگر متصل می شوند.
- سپس صفحه فولادی به رنگ های مختلف رنگ آمیزی می شود. مثلا نارنجی، آبی و زرد. رنگ های دیگر را می توان سفارشی کرد.
- نئوپرن الاستومری با میرایی بالا با رول پلاستیکی بسته بندی می شود تا از آنها در برابر رطوبت، گرد و غبار و ضربه محافظت شود.
ویژگی و مزایای نئوپرن الاستومری با میرایی بالا
- جابجایی افقی عالی انرژی شوک را به طور موثر جذب کند.
- ساختار بازنشانی عالی جابجایی باقیمانده وجود ندارد.
- مواد با میرایی بالا ظرفیت میرایی 10 تا 18 درصد برای جذب ضربه.
- ساختار طیف گسترده ای برای محیط های مختلف و نیازهای جابجایی.
- عملکرد اقتصادی و بالا برای بودجه ساخت و ساز کمتر.
- نصب و تعویض آسان برای هزینه نگهداری کمتر
نئوپرن با هسته سربی
این نوع نئوپرن از مواد الاستیک چند لایه و ورق فولادی تقویت شده با هسته سربی مرکزی تشکیل شده است که یک انتخاب عملی و اقتصادی برای عایق کاری لرزه ای است و شبیه نئوپرن الاستومری با میرایی بالا است که بخش مهمی از تکیه گاه عایق لرزش است. از مواد الاستیک چند لایه و ورق فولادی تقویت شده با هسته مرکزی سرب تشکیل شده است. به طور کلی، نئوپرن با هسته سرب، لاستیک طبیعی است که انعطاف پذیرتر از انواع دیگر است. سرب مورد استفاده برای ساخت بلبرینگ لاستیکی یک ماده فلزی چکش خوار است. هسته سرب نه تنها می تواند بارهای سنگین و نیروهای افقی را تحمل کند، بلکه انرژی را از طریق تغییر شکل پلاستیک میرایی در تنش پسماند جذب می کند.
ویژگی های نئوپرن با هسته سربی
- دوام کافی، بیشتر از عمر طراحی سازه های ساختمانی عمومی.
- سطح بالای میرایی تا 30٪
- کارایی بالا در طول زمان. سطوح نئوپرن با یک لایه جداگانه برای محافظت از لاستیک داخلی پوشانده شده اند.
- سرب با خلوص بالا از یک هسته سرب با خلوص بالا درون نئوپرن ساخته شده است که عاری از هرگونه ناخالصی است.
- مقاومت در برابر تنش خستگی، بارگذاری متناوب، مقاومت اسیدی و قلیایی.
- ظرفیت تغییر شکل افقی به اندازه کافی بزرگ برای اطمینان از عدم وجود ناپایداری تحت زلزله های قوی.
- سفتی افقی کمتر تحت تأثیر بار فشاری عمودی قرار می گیرد.
- طراحی و تولید آسان.
- دارای سختی عمودی و افقی کافی برای حمایت از سازه‌های بزرگ با ضریب اطمینان بالا در برابر افزایش فرکانس طبیعی سازه
کاربردهای نئوپرن با هسته سربی
این نوع از پدهای نئوپرنی برای سیستم‌های مقاوم لرزه ای بسیاز پر کاربرد است و به طور گسترده در سازه های بزرگ مانند پل های بزرگراه، پل های راه آهن و نیروگاه های هسته ای برای به حداقل رساندن آسیب بارهای دینامیکی مانند زلزله استفاده می شود.
قیمت خرید انواع نئوپرن در بازار جهانی
قیمت انواع مصالح ساختمانی به مواد اولیه آن وابستگی بسیار زیادی دارد در مورد انواع نئوپرن نیز به همین شکل است، مواد اولیه نئوپرنها ممکن است از صمغ کائوچو باشد و یا اینکه از فرآورده‌های پتروشیمی تشکیل شده باشد. قیمت این مواد اولیه نیز می تواند تحت تاثیر فاکتورهای مختلفی در بازار جهانی باشد و ممکن است تحت تاثیر بازار جهانی در یک بازه زمانی خاص ارزان تر یا گرانتر شود
مثلا همان کائوچوی استفاده شده در ساختمان یک نئوپرن می توان افزایش قیمت زیادی برای این مصالح به همراه داشته باشد. یا به عنوان مثال برای نئوپرن های هسته سربی، قیمت نهایی بیشتر برآورد خواهد شد. به هر حال تعریف ساده درباره قیمت نئوپرن ها این است که هر چقدر نئوپرن با کیفیت تر و مقاوم تر باشد، لیست قیمت گران تری خواهد داشت. در علم مهندسی همواره مطلوب ما دسترسی به بهترین کیفیت با بهینه ترین روش هاست که دوام و مقاومت کافی را تامین کند.
