Neoprén (polychloroprén) je syntetická guma široko používaná v mostových elastomérových ložiskách, kompresných tesneniach škár a ložiskových podložkách vďaka svojej odolnosti voči poveternostným vplyvom, ozónu, olejom a miernym teplotám. Starnutie neoprénu — praskanie, stvrdnutie, trvalá deformácia — je kľúčovým zistením pri prehliadkach. Zahŕňa vlastnosti neoprénu, špecifikácie ložiskových podložiek, mechanizmy degradácie a kritériá prehliadok.
Neoprén je obchodný názov pre polychloroprén (CR) , skupinu syntetických kaučukov vyrábaných emulznou polymerizáciou chloroprénu (2-chlór-1,3-butadiénu). Neoprén, vynájdený vedcami spoločnosti DuPont v roku 1930 ako prvý komerčne úspešný syntetický elastomér, bol vyvinutý v reakcii na potrebu alternatívy kaučuku odolnej voči olejom. Molekulárna štruktúra polychloroprénu obsahuje atóm chlóru naviazaný na každú monomérnu jednotku, čo materiálu poskytuje jeho charakteristické vlastnosti chemickej odolnosti. Polymérny reťazec obsahuje prevažne trans-1,4-polychloroprénové konfiguračné jednotky, pričom atómy chlóru vytvárajú polaritu, ktorá znižuje reaktivitu materiálu s ozónom a uhľovodíkovými olejmi.
Fyzikálne a mechanické vlastnosti neoprénu ho robia výnimočne vhodným pre aplikácie v mostových ložiskách. Neoprénové zmesi používané v mostových ložiskách typicky vykazujú tvrdosť Shore A medzi 50 a 70, ako špecifikujú normy AASHTO M251 a ASTM D4014. Tento rozsah tvrdosti poskytuje optimálnu rovnováhu medzi nosnosťou a schopnosťou prispôsobiť sa pohybu prostredníctvom šmykovej deformácie. Pevnosť v ťahu neoprénových zmesí pre mostové ložiská sa typicky pohybuje od 17,2 MPa (2 500 psi) do 20,7 MPa (3 000 psi) pri testovaní podľa normy ASTM D412. Minimálna ťažnosť pri pretrhnutí je pre neoprénové zmesi po tepelnom starnutí stanovená na 350 percent, čo zabezpečuje, že si materiál zachováva dostatočnú ťažnosť počas celej svojej životnosti.
Šmykový modul (G) neoprénu je kritickým konštrukčným parametrom pre ložiskové podložky. AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, časť 14.7.5.2, definujú rozsah šmykového modulu pre elastomérové ložiská ako 0,55 MPa (80 psi) až 1,38 MPa (200 psi) pri teplote 73 °F (23 °C). Najčastejšie špecifikovanou hodnotou pre návrh mostových ložísk je 0,90 MPa (130 psi) pri 73 °F, čo poskytuje rovnováhu medzi tuhosťou pre vertikálnu nosnosť a flexibilitou pre horizontálne pohyby. Šmykový modul je ovplyvnený teplotou — neoprén pri nízkych teplotách stvrdne a pri zvýšených teplotách mäkne. Teplotný korekčný faktor pre šmykový modul neoprénu je približne 0,2 percenta na stupeň Fahrenheita nad alebo pod referenčnú teplotu 73 °F, čo znamená, že ložisko pri 0 °F (−18 °C) môže mať šmykový modul o 15 percent vyšší ako pri izbovej teplote.
Neoprén vykazuje vynikajúcu odolnosť voči ozónu a poveternostným vplyvom, čo je hlavný dôvod jeho dominancie v aplikáciách mostových ložísk. Ozón (O₃) je prítomný v atmosfére v koncentráciách typicky medzi 0,01 a 0,10 dielov na milión (ppm) vo vidieckych oblastiach a až 0,50 ppm v mestskom prostredí s fotochemickým smogom. Molekuly ozónu sú vysoko reaktívne a napádajú nenasýtené dvojité väzby uhlík-uhlík v polymérnych reťazcoch elastomérov. Atómy chlóru v molekulárnej štruktúre neoprénu znižujú elektrónovú hustotu dvojitých väzieb, čím ich robí menej náchylnými na napadnutie ozónom v porovnaní s prírodným kaučukom alebo styrén-butadiénovým kaučukom (SBR). Urýchlené testovanie odolnosti voči ozónu podľa ASTM D1149 vyžaduje, aby vzorky neoprénu nevykazovali praskanie po 168 hodinách vystavenia 50 ppm ozónu pri 20-percentnom pretvorení, čo je test, ktorý prírodný kaučuk typicky zlyhá v priebehu niekoľkých hodín.
Prevádzkový teplotný rozsah pre neoprén v mostových aplikáciách siaha od približne −40 °F (−40 °C) do 200 °F (93 °C). Teplota skleného prechodu (Tg) polychloroprénu je približne −45 °C (−49 °F), pod ktorou polymér prechádza z pružného elastomérneho stavu do tuhého sklovitého stavu. Teplota krehkosti podľa ASTM D2137 je typicky medzi −35 °C a −45 °C v závislosti od konkrétneho zloženia zmesi. Na hornom konci teplotného rozsahu začína neoprén podliehať tepelnej oxidácii pri trvalých teplotách nad 250 °F (121 °C), hoci táto teplota sa v prevádzke mostových ložísk vyskytuje len zriedka. Prevádzkový teplotný rozsah je preto dostatočný pre všetky okrem najextrémnejších studených klimatických lokalít mostov, kde môžu byť špecifikované špeciálne nízkoteplotné neoprénové zmesi alebo alternatívne materiály.
Neoprén vykazuje dobrú odolnosť voči olejom, mazivám a chemikáliám bežne sa vyskytujúcim na mostných konštrukciách. Zahŕňa to odolnosť voči hydraulickým kvapalinám, mazacím olejom, naftovému palivu, benzínu, cestnej soli (roztoky chloridu sodného a chloridu vápenatého) a zriedeným kyselinám. Objemové napučanie správne compoundovaného neoprénu po ponorení do oleja ASTM č. 1 (IRM 901) počas 70 hodín pri 212 °F (100 °C) je obmedzené na maximálne 10 percent podľa ASTM D471. Po ponorení do oleja ASTM č. 3 (IRM 903) je objemové napučanie obmedzené na maximálne 35 percent. Táto odolnosť voči olejom je nevyhnutná pre mostové ložiská umiestnené v oblastiach, kde dochádza k únikom vozidlových kvapalín, napríklad nad cestami alebo v parkovacích štruktúrach.
Nasledujúca tabuľka sumarizuje kľúčové fyzikálne a mechanické vlastnosti neoprénu pre aplikácie v mostových ložiskách:
| Vlastnosť | Typická hodnota | Testovacia metóda | Požiadavka AASHTO M251 |
|---|---|---|---|
| Tvrdosť Shore A | 50 – 70 | ASTM D2240 | 60 ± 5 |
| Pevnosť v ťahu (min) | 17,2 MPa (2 500 psi) | ASTM D412 | 15,0 MPa (2 175 psi) |
| Ťažnosť pri pretrhnutí (min) | 400 % | ASTM D412 | 350 % po starnutí |
| Trvalá deformácia v tlaku (max) | 25 % | ASTM D395 Metóda B | max. 35 % po 22 h pri 212 °F |
| Šmykový modul G pri 73 °F | 0,55 – 1,38 MPa (80 – 200 psi) | ASTM D4014 | Podľa konštrukčnej špecifikácie |
| Odolnosť voči ozónu | Bez trhlín | ASTM D1149 | Bez trhlín po 168 h pri 50 pphm |
| Krehkosť pri nízkej teplote | < −40 °F | ASTM D2137 | Bez zlyhania pri −40 °F |
| Odolnosť voči olejom (olej č. 1) | < 10 % napučanie | ASTM D471 | Podľa zmluvnej špecifikácie |
Výber neoprénu oproti prírodnému kaučuku pre mostové ložiská a tesnenia škár je určený zásadne odlišnými charakteristikami chemickej odolnosti a starnutia týchto dvoch elastomérov. Prírodný kaučuk (NR) — polyizoprén získavaný z latexu stromov Hevea brasiliensis — má molekulárnu štruktúru pozostávajúcu z opakujúcich sa izoprénových jednotiek (C₅H₈) s cis-1,4 konfiguráciou. Táto štruktúra obsahuje dvojité väzby uhlík-uhlík v polymérnom reťazci, ktoré sú vysoko náchylné na napadnutie ozónom, tepelnú oxidáciu a UV degradáciu. Neoprén nahrádza metylovú skupinu na izoprénovej jednotke atómom chlóru, čím vytvára polymér, ktorý prirodzene odoláva oxidačnému a ozónovému napadnutiu pri zachovaní elastomérnych vlastností.
Odolnosť voči ozónu je najdôležitejším rozlišovacím faktorom medzi neoprénom a prírodným kaučukom v mostových aplikáciách. Atmosférické koncentrácie ozónu už od 0,01 ppm môžu spôsobiť viditeľné praskanie prírodného kaučuku v priebehu niekoľkých hodín, keď je kaučuk pod ťahovým napätím — čo je stav, ktorý vždy existuje v zaťažených mostových ložiskách. Neoprén naopak vydrží nepretržité vystavenie 0,50 ppm ozónu počas dlhších období bez praskania. FHWA (Federal Highway Administration) odporúča neoprén pre všetky vonkajšie mostové ložiskové aplikácie práve kvôli tejto výhode v odolnosti voči ozónu. Ložiská z prírodného kaučuku chránené voskom alebo chemickými antiozonačnými prísadami môžu poskytnúť primeranú životnosť, ale ochranné prísady sa časom vyčerpávajú volatilizáciou, vylúhovaním a chemickou spotrebou, čo zanecháva kaučuk zraniteľný po vyčerpaní ochrannej vrstvy.
Porovnanie odolnosti voči poveternostným vplyvom a UV žiareniu ďalej zvýhodňuje neoprén. Atómy chlóru v neopréne absorbujú ultrafialové žiarenie v rozsahu vlnových dĺžok 300 – 340 nm, pričom energiu rozptýlia ako teplo namiesto toho, aby umožnili rozbitie polymérnych väzieb. Prírodný kaučuk túto schopnosť absorbovať UV žiarenie nemá a pri vystavení priamemu slnečnému žiareniu rýchlo degraduje na povrchu. Povrchová fotooxidácia prírodného kaučuku vytvára tvrdú, krehkú kôru, ktorá praská pri ohybových pohyboch mostových ložísk, čím vznikajú miesta iniciácie trhlín, ktoré sa šíria do podkladového materiálu. Mostové ložiská na spodnej strane mostných konštrukcií dostávajú rôzne úrovne UV žiarenia v závislosti od orientácie mosta, hĺbky nosníka a zemepisnej šírky — neoprén poskytuje spoľahlivý výkon bez ohľadu na podmienky UV žiarenia.
Odolnosť voči olejom a chemikáliám výrazne zvýhodňuje neoprén pre mostové aplikácie. Mostové ložiská a tesnenia škár sú vystavené unikajúcim kvapalinám z vozidiel, chemickým rozmrazovacím prostriedkom a atmosférickým znečisťujúcim látkam. Prírodný kaučuk vykazuje slabú odolnosť voči minerálnym olejom, benzínu a naftovému palivu — absorpcia týchto kvapalín spôsobuje výrazné napučanie (až 100-percentný nárast objemu u prírodného kaučuku oproti menej než 10 percentám u neoprénu), čo znižuje modul a rozmerovú stabilitu ložiska. Napučanie v dôsledku absorpcie oleja môže spôsobiť, že ložiskové podložky z prírodného kaučuku expandujú za svoju usadzovaciu plochu a extrudujú, čím sa ohrozí schopnosť ložiska znášať vertikálne zaťaženie. Roztoky cestnej soli (NaCl, CaCl₂, MgCl₂) urýchľujú degradáciu prírodného kaučuku osmotickými účinkami a chemickou reakciou s polymérom, zatiaľ čo neoprén si zachováva svoje vlastnosti pri nepretržitom ponorení do slanej vody.
Mechanické vlastnosti ukazujú, že prírodný kaučuk má určité výhody, ktoré možno využiť v chránených vnútorných aplikáciách. Prírodný kaučuk vykazuje vyššiu pevnosť v ťahu (typicky 27,6 MPa alebo 4 000 psi oproti 20,7 MPa alebo 3 000 psi pre neoprén), vyššiu odolnosť proti roztrhnutiu a nižšiu hysteréziu (menšie vnútorné zahrievanie pri cyklickom zaťažení). Prírodný kaučuk si tiež zachováva lepšiu pružnosť pri nízkych teplotách s teplotou skleného prechodu približne −60 °C (−76 °F) oproti −45 °C pre neoprén. Výhoda pevnosti v ťahu prírodného kaučuku však nie je potrebná v aplikáciách mostových ložísk, pretože návrhové napätia v ložiskách sú obmedzené úvahami o šmykovom pretvorení, nie pevnosťou v ťahu. Výhoda pružnosti pri nízkych teplotách prírodného kaučuku je relevantná pre mosty v arktických a subarktických klimatických podmienkach, ale vynikajúca odolnosť neoprénu voči starnutiu z neho aj v týchto prostrediach robí preferovanú voľbu.
Cenové aspekty ukazujú, že neoprén je približne 1,5 až 2,5-krát drahší ako prírodný kaučuk na základe nákladov na surovinu. Keď sa však zohľadnia celkové životné náklady — vrátane nákladov na prehliadku, údržbu a výmenu počas 75-ročnej konštrukčnej životnosti mosta — neoprénové ložiská sú výrazne ekonomickejšie. Typická životnosť neoprénového mostového ložiska v miernom podnebí je 30 až 50 rokov, v porovnaní s 10 až 25 rokmi pre ložiská z prírodného kaučuku v rovnakom prostredí. Predĺžená životnosť neoprénu eliminuje potrebu nákladných operácií výmeny ložísk, ktoré si vyžadujú zdvíhanie mostnej konštrukcie a narušenie dopravy.
Nasledujúca tabuľka poskytuje kvantitatívne porovnanie vlastností neoprénu a prírodného kaučuku pre mostové aplikácie:
| Vlastnosť | Neoprén (CR) | Prírodný kaučuk (NR) | Výhoda |
|---|---|---|---|
| Odolnosť voči ozónu (50 pphm, 20 % pretvorenie) | Bez praskania > 168 h | Praskanie v priebehu hodín | Neoprén |
| Pevnosť v ťahu (MPa) | 17,2 – 20,7 | 24,1 – 31,0 | Prírodný kaučuk |
| Ťažnosť pri pretrhnutí (%) | 400 – 600 | 500 – 700 | Prírodný kaučuk |
| Odolnosť voči olejom (napučanie v oleji č. 3, %) | < 35 | > 100 | Neoprén |
| Teplota nepretržitého používania (°C) | −40 až 93 | −55 až 70 | Neoprén |
| Odolnosť voči UV žiareniu | Výborná | Slabá | Neoprén |
| Odolnosť proti roztrhnutiu | Dobrá | Výborná | Prírodný kaučuk |
| Relatívne materiálové náklady | 1,5 – 2,5× | 1,0× | Prírodný kaučuk |
| Typická životnosť mosta (roky) | 30 – 50 | 10 – 25 | Neoprén |
Plné neoprénové ložiskové podložky — tiež nazývané nevystužené elastomérové ložiskové podložky — pozostávajú z pevného obdĺžnikového bloku neoprénovej gumy používaného pod mostnými nosníkmi a trámami na prispôsobenie sa malým pohybom a rotáciám pri roznášaní vertikálnych zaťažení. Tieto podložky sú špecifikované pre konštrukcie s relatívne nízkym vertikálnym zaťažením, obmedzenými požiadavkami na pohyb a tam, kde je ložisko prístupné na prehliadku a výmenu. Plné podložky fungujú tak, že sa vertikálne stláčajú pod zaťažením a horizontálne šmykajú, aby prispôsobili tepelnej dilatácii a kontrakcii mostnej konštrukcie. Návrh plných neoprénových ložiskových podložiek sa riadi ustanoveniami AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, časť 14.7.5, a AASHTO M251.
Vertikálna nosnosť plnej neoprénovej ložiskovej podložky je riadená dovoleným tlakovým napätím, ktoré je obmedzené, aby sa zabránilo nadmernému vydutiu a tečeniu. AASHTO LRFD časť 14.7.5.3.2 obmedzuje priemerné tlakové napätie v plných elastomérových podložkách na 1 000 psi (6,9 MPa) pre ložiská vystavené kombinovanému stálemu a premennému zaťaženiu, s ďalším znížením na 800 psi (5,5 MPa), keď sa uvažuje iba stále zaťaženie plus časť premenného zaťaženia. Tvarový faktor (S) plnej ložiskovej podložky — definovaný ako pomer zaťaženej plochy k ploche voľnej na vydutie — riadi tlakovú tuhosť. Pre obdĺžnikovú podložku so šírkou W, dĺžkou L a celkovou hrúbkou elastoméru T sa tvarový faktor vypočíta ako:
S = (W × L) / (2 × T × (W + L))
Vyšší tvarový faktor indikuje väčšie obmedzenie bočného vydutia a teda vyššiu tlakovú tuhosť. AASHTO M251 vyžaduje, aby tvarový faktor pre plné ložiskové podložky bol aspoň 3,0, aby podložka fungovala efektívne. Hrúbka plných podložiek sa typicky pohybuje od 1/4 palca (6 mm) do 2 palcov (51 mm), pričom hrubšie podložky poskytujú väčšiu pohybovú kapacitu, ale nižšiu vertikálnu tuhosť. Horizontálna pohybová kapacita plnej podložky je obmedzená šmykovým pretvorením elastoméru, ktoré AASHTO obmedzuje na maximálne 50 percent hrúbky elastoméru v medznom stave použiteľnosti. To znamená, že 1-palcová hrubá plná podložka môže prispôsobiť až 0,5 palca (13 mm) horizontálneho pohybu z tepelnej dilatácie, dotvarovania a zmrašťovania.
Konštrukčné kritériá pre hrúbku plnej podložky sú stanovené požiadavkami na pohyb. AASHTO LRFD časť 14.7.5.3.4 vyžaduje, aby celková hrúbka elastoméru (T) spĺňala:
T ≥ 2 × Δₛ
kde Δₛ je maximálny horizontálny pohyb v ložisku pri medznom stave použiteľnosti. To zaručuje, že šmykové pretvorenie γ = Δₛ/T nepresiahne 0,50 (50 percent). Tlaková deformácia plných podložiek je obmedzená na 7 percent hrúbky podložky pri stálom zaťažení plus časti premenného zaťaženia a na 10 percent pri všetkých zaťaženiach kombinovane. Nadmerná tlaková deformácia indikuje, že podložka je prepätá alebo že elastomérna zmes má nedostatočnú tvrdosť.
Nestabilita plnej podložky je konštrukčným problémom pre hrubé, úzke podložky. AASHTO LRFD časť 14.7.5.3.5 poskytuje požiadavku na stabilitu založenú na štíhlostnom pomere podložky. Podložka musí spĺňať:
T ≤ (W/3) alebo T ≤ (L/3)
aby bola podložka považovaná za stabilnú proti vybočeniu pri vertikálnom zaťažení. Ak táto podmienka nie je splnená, dovolené tlakové napätie musí byť znížené pomocou súčiniteľa zníženia stability. V praxi má väčšina plných mostových ložiskových podložiek pomer šírky k hrúbke aspoň 5:1, aby sa zabezpečila stabilita a zabránilo prevráteniu pri kombinovanom vertikálnom a horizontálnom zaťažení.
Oceľovo laminované elastomérové ložiská používajú striedajúce sa vrstvy neoprénu vulkanizované na tenké oceľové lamely, aby dramaticky zvýšili vertikálnu nosnosť pri zachovaní horizontálnej flexibility. Oceľové laminácie bránia bočnému vydutiu elastoméru pri vertikálnom stláčaní, čím efektívne obmedzujú gumu a zvyšujú jej tlakovú tuhosť. Návrh laminovaných ložísk sa riadi AASHTO LRFD časťou 14.7.6 a AASHTO M251.
Každá vnútorná elastomérna vrstva v laminovanom ložisku funguje ako individuálna plná podložka obmedzená oceľovými lamelami na svojom hornom a dolnom povrchu. Tvarový faktor pre každú jednotlivú elastomérnu vrstvu v laminovanom ložisku sa vypočíta pomocou rovnakého vzorca ako pre plné podložky, ale s použitím hrúbky jednotlivej vrstvy (Tᵢ) namiesto celkovej hrúbky podložky. AASHTO vyžaduje, aby tvarový faktor pre každú vnútornú vrstvu bol aspoň 5,0 a tvarový faktor pre hornú a spodnú kryciu vrstvu (ktoré majú iba jednu spojenú plochu) bol aspoň 3,0. Hrúbka jednotlivej vrstvy je typicky 3/8 palca (9,5 mm) až 1/2 palca (12,7 mm), pričom 1/2 palca je najbežnejšia. Tenšie vrstvy vytvárajú vyššie tvarové faktory a vyššiu tlakovú tuhosť, ale zvyšujú výrobné náklady a znižujú pohybovú kapacitu.
Dovolené tlakové napätie v laminovaných ložiskách je podstatne vyššie ako v plných podložkách. AASHTO LRFD časť 14.7.6.3.2 obmedzuje priemerné tlakové napätie na 1 200 psi (8,3 MPa) pre ložiská, ktoré nie sú vystavené rotácii, a na 1 500 psi (10,3 MPa) pre ložiská, ktoré sa môžu voľne otáčať (čapové alebo valcové spoje). Vyššie dovolené napätie pre ložiská voľné na rotáciu odráža rovnomernejšie rozloženie napätia, ktoré nastáva, keď je ložisko schopné prispôsobiť koncovú rotáciu nerovnomerným stláčaním elastomérnych vrstiev.
Oceľovo laminované elastomérové ložiská — tiež označované ako laminované elastomérové ložiská alebo vystužené elastomérové ložiská — sú najpoužívanejším typom mostových ložísk v modernej cestnej výstavbe. Tieto ložiská pozostávajú z viacerých vrstiev neoprénovej gumy spojených vulkanizáciou s vnútornými oceľovými výstužnými doskami (lamelami). Oceľové laminácie sú typicky vyrábané z valcovanej uhlíkovej ocele v súlade s ASTM A36 alebo A1011, s minimálnou hrúbkou 14 gauge (0,075 palca, 1,9 mm) a maximálnou hrúbkou 1/8 palca (3,2 mm) podľa AASHTO M251. Oceľové lamely sú úplne zapuzdrené neoprénom — guma presahuje cez okraje každej lamely s minimálnym okrajovým krytím 1/8 palca (3 mm), aby sa zabránilo korózii ocele.
Štrukturálna mechanika laminovaného ložiska je zásadne odlišná od plnej podložky. Pri vertikálnom stláčaní sa neoprénové vrstvy pokúšajú bočne vydúvať (Poissonov jav). Oceľové lamely, ktoré sú v rovine lamely oveľa tuhšie ako guma, obmedzujú toto bočné vydutie. Toto obmedzenie vytvára stav trojosej tlakovej napätosti v elastoméri — tlak vo vertikálnom smere plus dvojosový tlak v horizontálnej rovine — čo dramaticky zvyšuje efektívny tlakový modul gumy. Laminované ložisko s vnútornými vrstvami s tvarovým faktorom 7,5 môže mať tlakový modul 50 až 100-krát väčší ako šmykový modul rovnakej gumovej zmesi. To umožňuje laminovaným ložiskám znášať veľmi vysoké vertikálne zaťaženia pri zachovaní nízkej šmykovej tuhosti potrebnej na prispôsobenie horizontálnemu pohybu.
Horizontálny pohyb je prispôsobený prostredníctvom šmykovej deformácie celého ložiska — všetky elastomérne vrstvy sa šmykajú paralelne, pričom oceľové lamely zostávajú navzájom rovnobežné, keď sa horná a dolná časť ložiska voči sebe posúvajú. Šmyková tuhosť laminovaného ložiska je rovnaká ako pre plnú podložku rovnakej celkovej hrúbky elastoméru, pretože oceľové lamely nekladú šmyku odpor. Celková kapacita šmykovej deformácie je súčtom šmykových kapacít všetkých jednotlivých elastomérnych vrstiev. AASHTO LRFD časť 14.7.6.3.4 obmedzuje šmykové pretvorenie na 0,50 (50 percent) pri prevádzkovom zaťažení a na 0,70 (70 percent) pri extrémnych udalostiach, ako sú zemetrasenia.
Rotácia mostnej konštrukcie v ložisku je prispôsobená nerovnomerným stláčaním jednotlivých elastomérnych vrstiev — guma sa stláča viac na jednej strane ložiska ako na druhej, čo umožňuje hornému a dolnému povrchu ložiska rotovať voči sebe. Kapacita rotácie laminovaného ložiska je určená počtom a hrúbkou vnútorných elastomérnych vrstiev. AASHTO obmedzuje rotáciou indukované tlakové pretvorenie na okraji akejkoľvek vnútornej vrstvy na 50 percent hrúbky vrstvy, čo efektívne obmedzuje maximálnu rotáciu, ktorú môže ložisko prispôsobiť. Kapacita rotácie vyjadrená v radiánoch je približne:
θ_max = 0,5 × n × Tᵢ / (L/2)
kde n je počet vnútorných elastomérnych vrstiev, Tᵢ je hrúbka jednotlivej vrstvy a L je dĺžka ložiska v smere rotácie.
Stabilita proti vybočeniu je kritickým konštrukčným hľadiskom pre laminované ložiská. AASHTO LRFD časť 14.7.6.3.5 poskytuje kritérium stability založené na štíhlostnom pomere a tvarovom faktore ložiska. Kritické vybočovacie zaťaženie laminovaného ložiska je funkciou šmykového modulu, tlakového modulu (určeného tvarovým faktorom) a celkových rozmerov ložiska. AASHTO vyžaduje, aby aplikované tlakové napätie nepresiahlo kritické vybočovacie napätie delené bezpečnostným faktorom 3,0. Pre typické proporcie mostových ložísk — kde je celková výška menšia ako najmenší pôdorysný rozmer — nie je stabilita rozhodujúcou konštrukčnou podmienkou.
Krycie vrstvy sú poskytnuté na hornej a dolnej strane laminovaných ložísk na ochranu najkrajnejších oceľových lamiel pred koróziou a na zabezpečenie rovnomerného kontaktného povrchu s mostným nosníkom a spodnou stavbou. AASHTO M251 vyžaduje minimálnu hrúbku krycej vrstvy 1/4 palca (6,4 mm) na hornom a dolnom povrchu. Tieto krycie vrstvy nie sú spojené s oceľou na svojich vonkajších povrchoch, takže ich tvarový faktor sa vypočíta inak — majú polovičný tvarový faktor v porovnaní s ekvivalentnou spojenou vnútornou vrstvou, pretože sa môžu voľne vydúvať z nespojeného vonkajšieho povrchu.
Výrobné tolerancie pre laminované ložiská sú špecifikované v AASHTO M251. Celková tolerancia výšky je ±1/16 palca (1,6 mm) pre ložiská do hrúbky 2 palcov (51 mm) a ±3/32 palca (2,4 mm) pre hrubšie ložiská. Tolerancia pôdorysných rozmerov je ±1/8 palca (3,2 mm) pre ložiská do 12 palcov (305 mm) v každom rozmere a ±3/16 palca (4,8 mm) pre väčšie ložiská. Oceľové lamely musia byť rovinné v rozmedzí 1/16 palca po dĺžke lamely a hotové ložisko nesmie vykazovať žiadne viditeľné chyby vrátane pľuzgierov, pórovitosti alebo povrchových trhlín.
Neoprén v mostových ložiskách a tesneniach dilatačných škár podlieha počas svojej životnosti niekoľkým odlišným mechanizmom degradácie. Pochopenie týchto mechanizmov je nevyhnutné pre mostných inšpektorov na presné posúdenie stavu komponentov a predpovedanie zostávajúcej životnosti. Päť primárnych spôsobov degradácie ovplyvňujúcich neoprénové mostové komponenty sú ozónové praskanie, stvrdnutie (zatvrdnutie), trvalá deformácia (deformácia v tlaku), delaminácia a chemická degradácia.
Ozónové praskanie je najcharakteristickejším a vizuálne najvýraznejším spôsobom degradácie neoprénových mostových komponentov. Ozón (O₃) je vysoko reaktívna alotropická modifikácia kyslíka prítomná v nižšej atmosfére v koncentráciách od 0,01 do 0,50 dielov na milión (ppm). Ozón napáda nenasýtené polymérne reťazce — konkrétne dvojité väzby uhlík-uhlík zostávajúce v polychloroprénovej kostre po vulkanizácii. Reakčný mechanizmus zahŕňa vkladanie molekúl ozónu do štruktúry dvojitej väzby a štiepenie polymérneho reťazca, čo vytvára štiepenie reťazca. Miesta štiepenia sa potom šíria ako povrchové trhliny orientované kolmo na smer maximálneho ťahového napätia v gume.
Charakteristiky ozónového praskania v neopréne sú výrazné: trhliny sú jenné a s ostrými hranami, typicky 0,1 až 1,0 mm na šírku, a prebiehajú v priamych alebo mierne zakrivených líniách kolmo na smer ťahového napätia. V mostových ložiskách je ťahové napätie na povrchu ložiska spôsobené Poissonovým javom — keď je ložisko vertikálne stláčané, materiál sa pokúša laterálne expandovať, čím vytvára ťahové pretvorenia v horizontálnom smere. Výsledné ozónové trhliny preto prebiehajú vertikálne na bočných plochách mostových ložiskových podložiek, najmä v blízkosti stredu bočnej plochy, kde je laterálna expanzia maximálna.
Hĺbka a hustota ozónového praskania postupuje s dobou vystavenia. V ranom štádiu (typicky 3 až 10 rokov prevádzky v miernom podnebí) sú povrchové trhliny viditeľné len pri dôkladnej vizuálnej prehliadke s pomôckou na zväčšenie a sú hlboké menej ako 1 mm. V miernom štádiu (10 až 20 rokov) sú trhliny viditeľné voľným okom a môžu prenikať 2 až 5 mm do prierezu ložiska. V pokročilom štádiu (20+ rokov) môžu trhliny prenikať viac ako 10 mm hlboko a na povrchoch ložiska sa vyvíjajú viacnásobné pretínajúce sa systémy trhlín. V tomto štádiu môžu trhliny odkryť oceľové lamely v laminovaných ložiskách, čím vytvárajú koróznu cestu pre vlhkosť k výstužnej oceli. Správa FHWA o kritériách prehliadok mostových ložísk identifikuje hĺbku praskania presahujúcu 6 mm (1/4 palca) ako kritické zistenie vyžadujúce vyhodnotenie výmeny.
Stvrdnutie (zatvrdnutie) neoprénu nastáva prostredníctvom pokračujúceho zosieťovania polymérnych reťazcov počas prevádzky. Vulkanizačný proces najprv vytvorí sieť zosieťovania, ale zosieťovanie pokračuje pomaly v priebehu času prostredníctvom zvyškových vytvrdzovacích činidiel a tepelnej aktivácie. Dodatočné zosieťovanie prostredníctvom tepelnej oxidácie vytvára nové uhlík-uhlíkové a uhlík-kyslíkové priečne väzby medzi susednými polymérnymi reťazcami, čo postupne znižuje molekulárnu mobilitu gumy. To sa prejavuje ako merateľné zvýšenie tvrdosti Shore A a šmykového modulu. Výskum FHWA naznačuje, že neoprénové mostové ložiská môžu zaznamenať zvýšenie tvrdosti Shore A o 5 až 15 bodov počas 20 až 30 rokov prevádzky.
Účinky stvrdnutia na výkon ložiska sú významné. Stvrdnuté ložisko má zvýšený tlakový modul, čo znamená, že prenáša vyššie sily na spodnú stavbu pri danom tepelnom pohybe a spôsobuje väčšie obmedzenie mostnej konštrukcie. Zvýšená tuhosť môže viesť k vyšším napätiam v mostných nosníkoch a spojoch spodnej stavby, ktoré neboli zohľadnené v pôvodnom návrhu. Ložisko, ktoré pôvodne malo šmykový modul 0,90 MPa (130 psi), môže po rozsiahlom stvrdnutí vyvinúť šmykový modul presahujúci 1,55 MPa (225 psi), čím sa potenciálne zdvojnásobia horizontálne sily prenášané na spodnú stavbu pri plnom návrhovom pohybe.
Trvalá deformácia — tiež nazývaná deformácia v tlaku — je ireverzibilné zníženie hrúbky ložiska v dôsledku toho, že elastická obnova polyméru nie je po uvoľnení tlakového zaťaženia úplná. Deformácia v tlaku nastáva, pretože polymérne reťazce pri trvalom stláčaní podliehajú viskoelastickej relaxácii — segmenty reťazca sa postupne prestavujú, aby sa prispôsobili stlačenému stavu, čím sa znižuje hnacia sila na obnovu po uvoľnení zaťaženia. AASHTO M251 obmedzuje deformáciu v tlaku na maximálne 35 percent (merané po 22 hodinách pri 212 °F podľa ASTM D395 Metóda B) pre nový materiál, ale deformácia v tlaku v prevádzke môže túto hodnotu časom prekročiť, keď polymér ďalej starne.
Dôsledky nadmernej trvalej deformácie zahŕňajú stratu rozloženia vertikálneho zaťaženia — ložisko, ktoré sa trvalo stlačilo, už nemusí byť v úplnom kontakte s mostným nosníkom alebo spodnou stavbou, čo vytvára koncentrácie napätia v miestach kontaktu. Pre mostové ložiská podopierajúce viacnosníkové polia môže rozdielna trvalá deformácia medzi ložiskami na susedných nosníkoch preniesť zaťaženie z jedného nosníka na druhý, čím sa preťažia viac zaťažené prvky. Trvalá deformácia presahujúca 10 percent pôvodnej hrúbky ložiska, najmä v kombinácii s viditeľným praskaním, sa všeobecne považuje za hranicu pre výmenu.
Delaminácia sa vzťahuje na oddelenie neoprénovej gumy od oceľových lamiel v laminovaných ložiskách. Tento spôsob zlyhania je spôsobený stratou adhézneho spoja medzi gumou a oceľou, ktorý vzniká počas vulkanizácie kombináciou chemického spájania (sírové priečne väzby medzi gumou a mosadzou alebo zinkom pokovovaným oceľovým povrchom) a mechanického zakliesnenia na zdrsnenom oceľovom povrchu. Delaminácia môže byť iniciovaná koróziou oceľových lamiel (ktorá narúša spojené rozhranie), nadmernými cyklickými šmykovými pretvoreniami presahujúcimi pevnosť spoja alebo výrobnými chybami, kde spoj nebol správne vytvorený.
Detekcia delaminácie počas vizuálnej prehliadky je náročná, pretože vonkajšia gumová krycia vrstva môže zostať neporušená, aj keď došlo k vnútornému zlyhaniu spoja. Známky možnej delaminácie zahŕňajú lokálne vydutie alebo pľuzgiere na bočných povrchoch ložiska, viditeľné medzery medzi gumou a oceľou na rezných hranách (hoci rezné hrany nie sú typicky prítomné v hotových ložiskách) a počuteľné duté zvuky pri poklepaní ložiska inšpekčným kladivom — technika prevzatá z ozvučovania betónu. Pokročilé inšpekčné metódy, ako je ultrazvukové testovanie (UT) alebo infračervená termografia, môžu detekovať vnútornú delamináciu, ktorá nie je viditeľná na povrchu. Akákoľvek potvrdená delaminácia je dôvodom na okamžitú výmenu, pretože ložisko stratilo svoju štrukturálnu integritu a už nemôže spoľahlivo prenášať vertikálne zaťaženie.
Chemická degradácia zahŕňa niekoľko ďalších mechanizmov degradácie. Vyčerpanie antiozonantov nastáva, keď sú chemické antiozonanty (typicky deriváty p-fenyléndiamínu pridané do neoprénovej zmesi počas formulácie) spotrebované reakciou s ozónom alebo vylúhované z povrchu dažďovou vodou. Keď hladiny antiozonantov klesnú, guma je čoraz zraniteľnejšia voči napadnutiu ozónom. Strata extrahovateľných materiálov zahŕňa postupné vyčerpanie zmäkčovadiel, spracovateľských olejov a iných nepolymérnych zložiek, ktoré boli pridané na kontrolu tvrdosti a spracovateľských charakteristík zmesi. Hydrolýza — chemický rozklad polyméru vodou — je v neopréne pomerne zriedkavá, ale môže nastať za podmienok nepretržitého ponorenia do vody pri zvýšených teplotách.
Neoprén je prevažujúcim materiálom pre mostové dilatačné škárové tesnenia, konkrétne v prefabrikovaných kompresných tesneniach a pásových tesniacich systémoch dilatačných škár. Tieto tesnenia sú inštalované v medzere medzi susednými segmentmi mostnej dosky na prispôsobenie tepelnej dilatácii a kontrakcii pri zabránení prenikaniu vody, chemických rozmrazovacích prostriedkov a nečistôt k spodnej stavbe mosta a ložiskám nižšie. Požiadavky na výkonnosť neoprénových tesnení škár sú špecifikované v AASHTO M297 (Standard Specification for Preformed Elastomeric Bridge Joint Seals) a ASTM D2628 (Standard Specification for Preformed Polychloroprene Elastomeric Joint Seals for Bridges).
Prefabrikované kompresné tesnenia — tiež nazývané kompresné škárové tesnenia — sú extrudované neoprénové profily s komplexným dizajnom prierezu obsahujúcim viacero vnútorných dutín alebo stien. Tieto tesnenia sa inštalujú stlačením do správne pripravenej škárovej drážky. Tesnenie je držané na mieste vlastnou elastickou obnovou — prierez je o 20 až 40 percent väčší v porovnaní so škárovou medzerou, takže tesnenie vyvíja nepretržitú tlakovú silu proti bočným stenám škárovej drážky. Vnútorná geometria stien je navrhnutá tak, aby poskytovala vodotesnú bariéru a zároveň umožňovala tesneniu expandovať a kontrahovať, keď sa škárová medzera mení s teplotou. Bežné profily kompresných tesnení zahŕňajú činkový, viacstenný a krabicový dizajn, každý navrhnutý pre špecifické rozsahy pohybu a inštalačné podmienky.
Inštalačný proces pre kompresné tesnenia vyžaduje presnú prípravu škáry. Škárová drážka musí mať čisté, rovnobežné betónové plochy s povrchovou hladkosťou takou, aby nerovnosti nepresahovali 1/8 palca (3 mm) na 10 stôp (3 m). Škára je typicky vytvorená kovovou priečkou počas ukladania betónu alebo rezaná na presné rozmery po vytvrdnutí betónu. Spojovacie lepidlo — typicky dvojzložková epoxidová alebo polysulfidová zlúčenina — sa nanáša na bočné steny škáry bezprostredne pred inštaláciou tesnenia, aby sa tesnenie zaistilo na mieste a zabránilo migrácii vody pozdĺž rozhrania guma-betón. Tesnenie sa potom stlačí pomocou špeciálneho inštalačného nástroja (valčekového alebo pákového kompresného nástroja) a vloží sa do škáry. Inštalačný nástroj musí byť dimenzovaný na stlačenie tesnenia na 50 až 70 percent jeho voľnej šírky pre správnu inštaláciu.
Pohybová kapacita kompresných tesnení je určená dizajnom prierezu tesnenia a stupňom počiatočného stlačenia. Pre typické 2-palcové (51 mm) široké kompresné tesnenie inštalované v 1,5-palcovej (38 mm) širokej škárovej medzere je pohybová kapacita približne ±50 percent inštalovanej šírky, čo znamená, že škára sa môže otvoriť na 2,25 palca (57 mm) a zatvoriť na 0,75 palca (19 mm). AASHTO M297 klasifikuje kompresné tesnenia podľa pohybovej schopnosti v kategóriách od ±25 percent do ±75 percent inštalovanej šírky. Tesnenie musí byť navrhnuté tak, aby fungovalo v celom rozsahu tepelných pohybov bez straty kontaktu s bočnými stenami škáry (čo by vytvorilo netesnosť) a bez extrudovania z drážky škáry (čo by vytvorilo dopravné nebezpečenstvo).
Pásové dilatačné škáry — tiež nazývané elastomérové pásové tesnenia — predstavujú pokročilejšiu technológiu tesnenia škár, ktorá poskytuje väčšiu pohybovú kapacitu a zlepšenú vodotesnosť. Pásový tesniaci systém pozostáva z extrudovaného neoprénového profilu s centrálnou baňovitou alebo skladacou časťou, ktorá prispôsobuje pohyb, po stranách s kotevnými baňami, ktoré sú mechanicky uzamknuté do oceľových okrajových líšt. Oceľové okrajové lišty sú zaliate do betónovej dosky na každej strane dilatačnej medzery. Neoprénový pásový tesniaci profil je navrhnutý tak, aby bol vymeniteľný bez narušenia betónu — kotevné bane sú vtlačené do oceľových líšt a možno ich vytiahnuť pomocou špeciálneho sťahovacieho nástroja, keď je potrebná výmena.
Pásové tesnenia poskytujú pohybové kapacity od 2 palcov (51 mm) do 6 palcov (152 mm) alebo viac, v závislosti od dizajnu profilu a rozstupu medzi oceľovými okrajovými lištami. Neoprénová zmes použitá v pásových tesneniach musí spĺňať rovnaké materiálové požiadavky ako kompresné tesnenia podľa AASHTO M297, s dodatočnými požiadavkami na odolnosť kotvy proti vytrhnutiu — sila potrebná na odstránenie tesnenia z oceľovej lišty musí presahovať 50 libier na lineárny palec (87,5 N/cm), aby sa zabezpečilo, že tesnenie zostane na svojom mieste pri dopravou indukovaných vibráciách a tepelnom cyklovaní.
Degradácia neoprénových tesnení škár nasleduje rovnaké mechanizmy ako boli opísané pre ložiská — ozónové praskanie, stvrdnutie a trvalá deformácia — ale s niekoľkými aplikačne špecifickými rozdielmi. Tesnenia škár sú vystavené priamemu UV žiareniu (na mostoch s otvorenou doskou), kontaktu s pneumatikami vozidiel (ktorý spôsobuje abráziu a cyklické stláčanie), postreku chemickými rozmrazovacími prostriedkami a abrazívnym nečistotám (piesok, štrk, častice soli abradované dopravou). Ozónové praskanie v kompresných tesneniach typicky začína na vonkajšej ploche tesnenia v miestach maximálneho ťahového pretvorenia — zvyčajne v rohoch prierezu, kde geometria vytvára koncentrácie pretvorenia.
Strata adhézie tesnenia škáry — oddelenie tesnenia od betónovej bočnej steny škáry — je bežným spôsobom zlyhania odlišným od mechanizmov degradácie materiálu. Strata adhézie je spôsobená:
Keď kompresné tesnenie stratí adhéziu na jednej strane, môže sa čiastočne uvoľniť zo škáry, čo vytvára nebezpečenstvo zakopnutia pre chodcov, zdroj nárazového poškodenia pneumatík pre vozidlá a otvorenú cestu pre vodu k spodnej stavbe mosta.
Mostná prehliadka neoprénových komponentov sa riadi všeobecným rámcom stanoveným National Bridge Inspection Standards (NBIS) (23 CFR 650, Subpart C) a FHWA Bridge Inspector’s Reference Manual (BIRM) (Publication No. FHWA NHI 12-049). Hodnotenie stavu neoprénových ložísk a tesnení škár je súčasťou rutinného (24-mesačného) inšpekčného cyklu pre všetky cestné mosty v Spojených štátoch. Protokol prehliadky neoprénových komponentov zahŕňa vizuálnu prehliadku, meranie degradácie, funkčné hodnotenie a dokumentáciu zistení pomocou štandardných systémov hodnotenia stavu.
Vizuálna prehliadka začína pozorovaním ložiska alebo tesnenia škáry z diaľky na posúdenie celkového vzhľadu a vyrovnania. Inšpektor sa potom presunie na blízku vzdialenosť (na dosah ruky), aby preskúmal neoprénové povrchy na degradáciu. Kľúčové pozorovania zahŕňajú:
Meranie šmykovej deformácie je kritické funkčné hodnotenie. Inšpektor meria horizontálny posun medzi hornou a dolnou časťou ložiska pomocou pravítka alebo meracieho pásma. Tento posun sa porovnáva s celkovou hrúbkou elastoméru na určenie šmykového pretvorenia. AASHTO obmedzuje šmykové pretvorenie na 50 percent pri prevádzkových podmienkach, takže ložisko s celkovou hrúbkou elastoméru 3 palce (76 mm) by nemalo vykazovať viac ako 1,5 palca (38 mm) horizontálneho posunu. Šmyková deformácia by sa mala merať pri teplote mosta v čase prehliadky a nameraná hodnota by sa mala porovnať s vypočítaným tepelným pohybom na základe teploty v danom čase vo vzťahu k teplote pri inštalácii. Nadmerná šmyková deformácia — najmä ak je pozorovaná bez zodpovedajúceho tepelného pohybu — môže indikovať sklz ložiska alebo stav vysunutia zo sedla.
Hodnotenie rotácie zahŕňa meranie uhla medzi horným a dolným povrchom ložiska. Nadmerná rotácia — kde horný povrch ložiska nie je rovnobežný so spodným povrchom o viac ako je konštrukčná kapacita rotácie — môže indikovať, že ložisko správne nerozdeľuje koncovú rotáciu mostného nosníka. To môže byť spôsobené preťažením, stvrdnutím ložiska (ktoré koncentruje rotáciu do menšieho počtu elastomérnych vrstiev) alebo stratou materiálu ložiska v dôsledku degradácie.
Prehliadka kompresných tesnení sa zameriava na nasledujúce podmienky:
Dokumentácia stavu neoprénových komponentov sa riadi kódovacím systémom prvkov CoRe (Commonly Recognized) používaným v systéme inventarizácie a hodnotenia konštrukcií Národného mostného inventára (NBI) FHWA. Prvok 321 (elastomérové ložisko) a Prvok 323 (elastomérové škárové tesnenie) sú štandardné kódovacie prvky pre neoprénové mostové komponenty. Každému prvku je priradený stavový stupeň od 1 (dobrý stav, žiadna degradácia) do 5 (závažný stav, potrebná výmena) s konkrétnymi kvantitatívnymi kritériami definujúcimi hranicu medzi stavovými stupňami pre každý typ degradácie.
Nasledujúca tabuľka sumarizuje kritériá stavových stupňov pre elastomérové ložiská z AASHTO Manual for Bridge Element Inspection (MBEI):
| Stavový stupeň | Praskanie | Trvalá deformácia | Šmyková deformácia | Stvrdnutie |
|---|---|---|---|---|
| 1 (Dobrý) | Žiadne alebo povrchové | < 5 % pôvodnej hrúbky | < 25 % hrúbky elastoméru | V rámci pôvodnej špecifikácie |
| 2 (Uspokojivý) | Povrchové mikropraskanie, hĺbka < 3 mm | 5 – 10 % pôvodnej hrúbky | 25 – 35 % hrúbky elastoméru | Zvýšenie tvrdosti < 10 bodov |
| 3 (Zlý) | Mierne praskanie hlboké 3 – 6 mm | 10 – 15 % pôvodnej hrúbky | 35 – 50 % hrúbky elastoméru | Zvýšenie tvrdosti o 10 – 20 bodov |
| 4 (Závažný) | Hlboké praskanie > 6 mm | 15 – 20 % pôvodnej hrúbky | > 50 % (s praskaním) | Zvýšenie tvrdosti > 20 bodov |
| 5 (Kritický) | Praskanie v plnej hĺbke alebo odkrytá oceľ | > 20 % pôvodnej hrúbky | > 75 % alebo hroziace prevrátenie | Ložisko už nie je funkčné |
Rozhodnutie o výmene neoprénových mostových ložísk alebo tesnení škár je založené na kvantitatívnych prahových hodnotách stavu v kombinácii s inžinierskym úsudkom o schopnosti komponentu naďalej plniť svoju určenú funkciu. Kritériá výmeny sú odvodené z AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, usmernení FHWA a príručiek údržby štátnych dopravných oddelení (DOT).
Kritériá výmeny neoprénových ložísk zahŕňajú nasledujúce prahové hodnoty, pričom ktorákoľvek z nich môže vyvolať výmenu:
Hĺbka trhliny presahujúca 6 mm (1/4 palca) v primárnej nosnej oblasti alebo prenikanie trhliny presahujúce 50 percent hrúbky krycej vrstvy v laminovaných ložiskách. Táto hranica zodpovedá stavovému stupňu 4 v AASHTO MBEI a indikuje, že štrukturálna integrita ložiska môže byť ohrozená.
Šírka trhliny presahujúca 6 mm (1/4 palca) na povrchu ložiska bez ohľadu na hĺbku. Široké trhliny indikujú pokročilú ozónovú degradáciu a môžu umožniť prenikanie vlhkosti a nečistôt do vnútra ložiska.
Trhliny tiahnuce sa na 50 percent alebo viac šírky ložiska v akomkoľvek smere. To indikuje, že degradácia je systematicky rozložená naprieč ložiskom, nie len lokalizovaná.
Trvalá deformácia presahujúca 10 percent pôvodnej hrúbky ložiska (hranica stavového stupňa 3) v kombinácii s viditeľným praskaním alebo stvrdnutím. Ložiská s viac ako 10-percentnou trvalou deformáciou, ale bez inej degradácie, môžu zostať v prevádzke pri zvýšenej frekvencii prehliadok.
Trvalá deformácia presahujúca 15 percent pôvodnej hrúbky bez ohľadu na inú degradáciu. Na tejto úrovni ložisko stratilo dostatočnú hrúbku, takže rozloženie vertikálneho zaťaženia je ohrozené a koncentrácie napätia v miestach dotyku môžu presiahnuť dovolené limity.
Šmyková deformácia presahujúca 50 percent celkovej hrúbky elastoméru pri prevádzkovej teplote. Pohybová kapacita ložiska bola prekročená a ďalší pohyb by mohol viesť k prevráteniu ložiska alebo jeho vysunutiu zo sedla.
Šmyková deformácia presahujúca 75 percent celkovej hrúbky elastoméru pri akejkoľvek teplote — okamžitá výmena je potrebná, pretože ložisku hrozí katastrofické zlyhanie (prevrátenie alebo extrúzia).
Delaminácia zistená na akomkoľvek mieste v ložisku — okamžitá výmena je potrebná. Delaminované ložisko stratilo kompozitné pôsobenie medzi gumou a oceľou a nemôže spoľahlivo prenášať vertikálne zaťaženie.
Odkryté oceľové lamely v laminovaných ložiskách — ochranný gumový kryt bol narušený a korózia oceľových lamiel sa bude urýchľovať. Ložisko musí byť vymenené, aby sa zabránilo šíreniu korózie lamiel do susedných spojených oblastí.
Vydutie alebo lokalizovaná deformácia bočnej plochy ložiska presahujúca 10 percent pôdorysného rozmeru ložiska — indikatívne pre vnútornú delamináciu alebo degradáciu gumy vyžadujúcu ďalšie vyšetrenie.
Strata kontaktu ložiska — akákoľvek medzera medzi ložiskom a mostným nosníkom alebo medzi ložiskom a spodnou stavbou — vyžaduje okamžité vyhodnotenie. Strata kontaktu indikuje, že ložisko už neposkytuje rovnomernú podporu mostnej konštrukcii.
Kritériá výmeny neoprénových kompresných škárových tesnení zahŕňajú:
Strata adhézie na jednej strane tiahnuca sa na viac ako 10 percent dĺžky škáry — tesnenie už nie je vodotesné a je potrebná čiastočná výmena alebo opätovné utesnenie.
Strata adhézie na oboch stranách — tesnenie sa môže uvoľniť a vytvoriť dopravné nebezpečenstvo. Je potrebná okamžitá výmena postihnutej časti.
Extrúzia tesnenia nad povrch dosky presahujúca 1/8 palca (3 mm) — vytvára nebezpečenstvo zakopnutia pre chodcov a zdroj nárazu pneumatík pre vozidlá. Škárová medzera sa uzavrela nad rámec konštrukčného rozsahu tesnenia alebo tesnenie podstúpilo deformáciu v tlaku.
Poklesnutie tesnenia pod povrch dosky presahujúce 1/4 palca (6 mm) — škára sa otvorila nad rámec pohybovej kapacity tesnenia alebo tesnenie podstúpilo ťahovú deformáciu. Hromadenie nečistôt v poklesnutej oblasti obmedzuje pohyb a môže spôsobiť tvorbu mlák.
Praskanie materiálu tesnenia — akákoľvek viditeľná trhlina v celej hrúbke steny tesnenia (priechodné praskanie) vyžaduje okamžitú výmenu, pretože vodotesná bariéra bola narušená.
Roztrhnutie steny tesnenia (vnútorných stien dutín vo viacstenných kompresných tesneniach) — tesnenie podstúpilo ťahové prepätie a stratilo štrukturálnu kontinuitu.
Poškodenie prepichnutím alebo abráziou odkryvajúce vnútorné dutiny — tesnenie už nie je schopné udržať dostatočný tlak proti stenám škáry.
Stvrdnutie vedúce k zvýšeniu tvrdosti o viac ako 20 bodov Shore A oproti pôvodnej špecifikácii — tesnenie už nie je schopné udržať dostatočný tlak proti stenám škáry na zabezpečenie vodotesnosti.
Klasifikácia naliehavosti výmeny ložiska sa riadi tromi kategóriami:
Materiálové, konštrukčné a skúšobné špecifikácie pre neoprén v mostových ložiskách a tesneniach škár sú definované dvoma primárnymi normami v Spojených štátoch: AASHTO M251 (Standard Specification for Plain and Laminated Elastomeric Bridge Bearings) a ASTM D4014 (Standard Specification for Plain and Steel-Laminated Elastomeric Bearings for Bridges). Tieto špecifikácie stanovujú požiadavky na zloženie neoprénovej zmesi, fyzikálne vlastnosti, rozmerové tolerancie, požiadavky na oceľové lamely, integritu spoja a výkonnostné skúšanie.
AASHTO M251, vypracovaná Americkou asociáciou štátnych úradníkov pre diaľnice a dopravu, je riadiacou špecifikáciou pre elastomérové mostové ložiská používané na Národnom diaľničnom systéme a na všetkých federálne financovaných diaľničných projektoch. Špecifikácia pokrýva dva typy neoprénových zmesí: Typ I (chloroprénový polymér s minimálnym obsahom polychloroprénu 50 percent) a Typ II (prírodný kaučuk alebo zmesi). Pre mostové ložiská je Typ I (neoprén) predvolenou špecifikáciou, pričom Typ II (prírodný kaučuk) je povolený len vtedy, ak je špecifikovaný v zmluvných dokumentoch. AASHTO M251 vyžaduje, aby vzorky neoprénovej zmesi spĺňali nasledujúce minimálne požiadavky na fyzikálne vlastnosti po štandardnej vulkanizácii:
| Vlastnosť | Požiadavka | Testovacia metóda |
|---|---|---|
| Pevnosť v ťahu, min (pôvodná) | 15,0 MPa (2 175 psi) | ASTM D412, Die C |
| Pevnosť v ťahu po 70 h pri 212 °F (100 °C) | min. 12,5 MPa (1 800 psi) | ASTM D573 |
| Ťažnosť pri pretrhnutí, min (pôvodná) | 400 % | ASTM D412, Die C |
| Ťažnosť po 70 h pri 212 °F (100 °C) | min. 350 % | ASTM D573 |
| Trvalá deformácia v tlaku, max (22 h pri 212 °F) | 35 % | ASTM D395, Metóda B |
| Odolnosť voči ozónu (50 pphm, 20 % pretvorenie, 168 h) | Bez trhlín | ASTM D1149 |
| Krehkosť pri nízkej teplote | Bez zlyhania pri −40 °F (−40 °C) | ASTM D2137, Metóda B |
| Tvrdosť Shore A | 60 ± 5 | ASTM D2240 |
ASTM D4014 poskytuje špecifikačné požiadavky, ktoré sú v podstate podobné AASHTO M251, ale je normou uznávanou mimo systému federálne financovaných diaľnic. ASTM D4014 definuje rovnaké požiadavky na neoprénovú zmes s malými odchýlkami v odkazoch na testovacie metódy. Špecifikácia pokrýva plné podložky aj oceľovo laminované ložiská, so samostatnými požiadavkami na:
AASHTO M297 (Standard Specification for Preformed Elastomeric Bridge Joint Seals) riadi neoprénové kompresné tesnenia používané v mostových dilatačných škárach. Požiadavky sú paralelné s požiadavkami AASHTO M251, ale sú upravené pre špecifické prevádzkové podmienky škárových tesnení:
Špecifikácie nízkoteplotnej zmesi sa týkajú mostov v oblastiach s chladným podnebím. AASHTO M251 povoľuje použitie špeciálnych nízkoteplotných neoprénových zmesí pre projekty, kde návrhová teplota klesá pod −30 °F (−34 °C). Tieto zmesi sú formulované so zníženým obsahom síry a špecializovanými zmäkčovadlami na zlepšenie pružnosti pri nízkych teplotách bez výrazného ohrozenia odolnosti voči ozónu alebo iných vlastností. Nízkoteplotné zmesi musia spĺňať všetky štandardné požiadavky na fyzikálne vlastnosti plus dodatočné nízkoteplotné testovanie:
Požiadavky na testovanie a zabezpečenie kvality v AASHTO M251 a ASTM D4014 zahŕňajú:
Medzinárodné normy pre neoprénové mostové ložiská zahŕňajú:
Špecifikácie vyžadujú, aby neoprénové mostové komponenty obsahovali trvalé identifikačné označenia indikujúce: názov výrobcu, typ zmesi, dátum výroby (mesiac a rok) a číslo šarže. Tieto označenia musia byť čitateľné počas predpokladanej životnosti komponentu, čo sa typicky dosahuje lisovaným reliéfnym písmom namiesto atramentových pečiatok alebo štítkov, ktoré môžu degradovať.
Zavádzajte komplexné hodnotenie stavu mostových komponentov vrátane hodnotenia neoprénových ložísk a tesnení škár. Chráňte svoje investície do infraštruktúry pomocou profesionálnych noriem prehliadok a plánovania údržby založeného na údajoch.
Predtvarované kompresné tesnenia sú predstlačené elastomérové (neoprénové/polychloroprénové) pásy vkladané do škár cementobetónových vozoviek, ktoré sa roztiahn...
Výstuž z polymérov vystužených vláknami (FRP) pozostáva z vysokopevnostných vlákien (sklo, uhlík, čadič, aramid) uložených v polymérnej matrici, používaná ako n...
Mostové dilatačné škáry sú konštrukčné zariadenia, ktoré umožňujú tepelný pohyb, dotvarovanie, zmrašťovanie a priehyb od zaťaženia premávkou medzi poliami alebo...
