نئوپرن (بالشتک الاستومری)

نئوپرن چیست؟ هر یک از مصالح به کار رفته در سازه‌های مختلف، به نوعی نقشی اساسی در ایمنی آن‌ها ایفا می‌کنند. یکی از این موارد، بالشتک الاستومری است. بالشتک لرزه گیر در محل اتصال هر دو قطعه نصب می‌شود. وظیفۀ این بالشتک‌ها در سازه‌های بتنی و فولادی، خنثی کردن حرکات نوسانی عمودی، افقی و چرخشی است. این ضربه گیر ها رایج ترین ابزارهای جداسازی برای پل‌ها به شمار می روند. چرا که با پشتیبانی از زیرسازه بار نقطه ای، قابلیت حرکت و چرخش چند جهته نیز دارد. بالشتک ضربه گیر نئوپرن معمولا در زیر تیرهای بتنی پیش‌ساخته، تیرهای فولادی و در نقاط مختلف دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. بالشتک الاستومری شرکت افزیر، با بالاترین کیفیت نئوپرن ساخته می‌شود. تکیه گاه از یک ترکیب لاستیکی طبیعی با فرمولی خاص ساخته شده است که با فولاد تقویت شده اند تا به عملکرد مطلوبی برسند. صفحات تقویت کننده در این تکیه‌گاه‌ها به طور شیمیایی به الاستومر متصل می‌شوند. این موضوع سبب می شود تا از هرگونه حرکت نسبی بین فولاد/ الاستومر جلوگیری شود. لاستیک طبیعی در برابر تغییر دما و سایر پارامترها مانند ازن، اشعه ماورا بنفش و برخی مواد شیمیایی دیگر مقاومت خوبی دارد.

تکیه گاه‌های الاستومری تقویت‌شده فولادی به هدف برآورده‌ سازی محدودیت‌های نهایی طراحی شده‌اند. اگر بالشتک‌ها برای بارهایی بیشتر از 4000 کیلو نیوتن طراحی شوند، ابعاد آن‌ها بزرگ‌تر می‌شود. ضخامت کلی چنین تکیه گاهی به میزان چرخش و انتقال بستگی دارد. زیرا این موارد با تغییر شکل الاستومر به دست می‌آیند و قطعات لغزنده کاملاً نادیده گرفته می‌شوند. همواره باید توزیع مناسبی از سختی فشاری، برشی و چرخشی در تکیه گاه‌های پل وجود داشته باشد. فاکتور طرح و شکل، با انتخاب میزان صحیحی از ضخامت برای الاستومر داخلی، نقش مهمی را در کنترل تنش در تقویت کننده‌ها و کرنش در الاستومر ایفا می‌کند. تکیه گاه الاستومری پل‌های بزرگراهی و راه‌آهن نیز مناسب است. چرا که انتقال و چرخش ممکن است حول هر یک از محورهایی که برای انتقال تعریف نشده اند، رخ دهند.

از دیگر مشخصات و مزایای نئوپرن (بالشتک الاستومری) شرکت افزیر می‌توان به نقش لرزه گیر و ضربه گیر بودن آن‌ها در سیستم سازه ای پل جهت میرا کردن ارتعاشات لرزه‌ای و ضربات احتمالی وارده بر آن، تحمل و نگهداری بارهای افقی و عمودی، قابلیت انعطاف پذیری در یک زمان و در دو جهت مختلف، تحمل همزمان تاب در سه محور، قابلیت چرخش و تغییر شکل حول محورهای مختلف، افزایش قابل توجه عمر سازه و تقلیل هزینه‌های مربوط به تعمیر و ساخت مجدد سازه، قیمت مناسب و اقتصادی بودن (با مقایسه قیمت‌ فروش لاستیک نئوپرن شرکت افزیر با قیمت نئوپرن شرکت‌های دیگر می‌توان به این موضوع پی برد)، کیفیت و دوام بالا در شرایط سخت جوی، مجهز به نیروی بازگرداننده و تامین میرایی حدود 3-5 درصد و تولید بالا جهت فروش نئوپرن اشاره کرد. نئوپرن شرکت افزیر قابل کاربرد برای شرایط دمایی 40- تا 70 بوده و مدول برشی آن طبق استاندارد اروپایی EN 1337-3 و تست‌‌ها و آزمایش‌های صورت گرفته در دانشگاه صنعتی امیرکبیر، پژوهشگاه پلیمر، آزمایشگاه شرکت مهندسی و تحقیقات صنایع لاستیک و آزمایشگاه مرکز متالوژی رازی، G=0.90 N/mm² می‌باشد. این نئوپرن‌ها همچنین سایر ضوابط اشاره شده در آیین نامه‌ها و استانداردهایی نظیر AASHTO را برآورده می‌کنند. 

چرا از نئوپرن در پل ها استفاده می کنیم؟

در ابتدا پل‌ها با مصالحی مانند سنگ یا الوار ساخته می‌شدند. ماهیت این سازه ها امکان مستقیما قرار دادن آن‌ها در عناصر نگهدارنده یا حتی خود خاک را فراهم می‌کند. علاوه بر این، در آن زمان آگاهی و دانشی که امروزه در مورد عملکرد لرزه ای سازه‌ها داریم، وجود نداشت. به لطف مصالح جدید و مخصوص و با توجه به نیاز همیشگی به حفاظت از سازه‌ها در برابر حوادثی مانند زلزله، استفاده از تکیه گاه‌های سازه ای آغاز شد و در حال حاضر انواع زیادی از لاستیک ضربه گیر نئوپرن پل، برای پل‌های مختلف طراحی شده اند. از بین تمام تکیه گاه‌های سازه‌ای، بالشتک الاستومری اغلب عنصری است که برای حمایت از روسازی‌های بتنی و انتقال بارها به زیرسازه‌ها استفاده می‌شود. بالشتک الاستومری در سایر انواع مصالح و سازه‌ها نیز رفتار مناسبی از خود نشان داده اند.

انعطاف پذیری پل در درجه اول از طریق قطعه ای به نام بالشتک الاستومری پل یا  حاصل می‌شود. بالشتک ضربه گیر الاستومری پل معمولاً از یک ماده قوی و انعطاف پذیر مانند نئوپرن که نوعی ورق لاستیکی صنعتی سنگین است، ساخته می‌شود. همانطور که در ابتدای مطلب نیز گفته شد، این بالشتک‌ها در بین روسازی‌هایی مانند تیر پل و زیرسازی‌هایی مانند برخی تکیه گاه‌های عمودی به نام پایه، قرار می‌گیرند. وظیفه اصلی آن‌ها توزیع بارهای روبنا به زیر سازه و اجازه دادن به روبنا برای انجام حرکات لازم در شرایط محیطی نامنظم بدون ایجاد هرگونه تنش مضر است که ممکن است یکپارچگی ساختاری پل را به خطر بیندازد. هنگامی که یکپارچگی ساختاری پل به خطر بیفتد، پل ممکن است فرو بریزد.

جلوگیری از فروپاشی تنها فایدۀ استفاده از بالشتک الاستومری نیست. بالشتک الاستومری با کاهش اصطکاک و جلوگیری از گسستگی مصالح پل، عمر پل‌ها را افزایش می‌دهد. درواقع استفاده از بالشتک الاستومری در ساخت پل‌ها، به دولت‌ها کمک می‌کند تا با به تعویق انداختن تعویض پل‌ها، در هزینه‌های خود صرفه جویی کنند. درست به همان شکل که کفش ها به انسان‌ها اجازه می دهند مسافت‌های طولانی را طی نمایند.

ویژگی و مشخصات نئوپرن چیست؟

مهمترین و تأثیرگذارترین ویژگی نئوپرن، پایایی بالا و مقاومت زیاد در برابر ارتعاشات و بارهای ثقلی می‌باشد. ویژگی اشاره شده نئوپرن که مقاومت بالای آن در برابر ارتعاشات می‌باشد، کاربرد‌های آن را به شدت افزایش داده و باعث شده جهت مقاوم سازی و جذب ارتعاش در اکثر سازه‌ها استفاده شود. یکی دیگر از مشخصات لاستیک نئوپرن، مقاومت فشاری بالای آن می‌باشد که قابلیت استفاده از آن را در سازه‌های سنگین همانند پل‌های بتنی امکان پذیر نموده است. شایان ذکر است که اصل اساسی استفاده از یک محصول در دسترس بودن و اقتصادی بودن آن محصول می‌باشد. خوشبختانه شرکت افزیر در رابطه با بالشتک زیرسری پل گام‌های قابل قبولی برداشته و مشتریان و پیمانکاران با یک تماس می‌توانند میزان مصالح مورد نیاز برای خرید و قیمت لاستیک نئوپرن را از کارشناسان شرکت افزیر استعلام بگیرند.

سایر ویژگی‌های بارز نئوپرن‌های شرکت افزیر شامل انعطاف پذیری بالا، پایداری و مقاومت شیمیایی خوب، جذب بالای ارتعاشات در برابر ضربات احتمالی، قابلیت انعطاف پذیری در یک زمان و در دو جهت مختلف، قابلیت چرخش و تغییر شکل حول محورهای مختلف، مقاومت مناسب در برابر اسیدها و مواد نفتی و مناسب برای شرایط دمایی 40- تا 70 که طیف گسترده‌ای از مناطق کشور ایران می‌باشد.

به علت توانایی بالای نئوپرن‌ها در شرایط جوی سخت، در طیف وسیعی از مناطق می‌تواند کاربرد داشته باشد. نئوپرن‌ها به علت مقاومت فشاری بالا و مقاومت زیاد در برابر ارتعاشات موارد استفاده و کاربرد فراوانی دارند و به همین دلیل از نئوپرن در مکان‌های مختلفی از جمله زیر عرشه پل‌ها و زیر فونداسیون‌ و پدستال سازه‌های مختلف و ساختمان‌ها استفاده می‌شود. همچنین استفاده از نئوپرن‌ها تنها محدود به استفاده در سازه‌ها و پل‌های نو ساز نمی‌باشد بلکه استفاده از نئوپرن برای مقاوم سازی لرزه ای پل‌ها و سازه های قدیمی بسیار مرسوم است.

مزایای نئوپرن (بالشتک الاستومری) چیست؟

بالشتک الاستومری به عنوان صفحات باربری کارآمد برای تیرهای بتنی یا فولادی پیش تنیده در پل ها و ساختمان ها استفاده می‌شود. بالشتک های نئوپرن تولید شده توسط شرکت افزیر، امکان انتقال بی نقص و یکنواخت بار از تیر به زیرسازه را فراهم می‌کنند و به تیرها اجازه می‌دهد تا با توجه به زاویه اتساع موجود در جان آن‌ها، بچرخند. جان تیر تحت بار بیشتر امکان حرکت جانبی و طولی تیر، ناشی از نیروهای حرارتی را نیز فراهم می‌کند. بالشتک‌های نئوپرن هیچ قسمت متحرکی ندارند و انبساط و انقباض حرارتی با قابلیت برش موجود در بالشتک جذب می‌شوند. هیچ حرکت لغزشی‌ ای بین بالشتک الاستومری و تیر و یا بین بالشتک و تکیه گاه وجود ندارد.

بازار و قیمت خرید و فروش نئوپرن (بالشتک الاستومری)

ارزش بازار نئوپرن در سال 2018 بیش از 1.95 میلیارد دلار بود و پیش بینی شده است که در طول زمان شاهد 2.3% CAGR خواهد بود. از لحاظ میزان تولید، ورق لاستیک نئوپرن بیشترین تعداد قطعه تولید شده را در سال 2018 به خود اختصاص داده بود. همچنین انتظار می‌رود که این تسلط را در طول یک دوره پیش‌بینی شده، از 2019 تا 2025 حفظ کند.

رشد سریع در صنعت ساختمان و ساخت و ساز احتمالاً تقاضا و خرید لاستیک نئوپرن را در طول این دوره پیش بینی شده افزایش می‌دهد. مشارکت رو به رشد دولت در توسعه زیرساخت‌های خصوصی و عمومی یکی از عوامل کلیدی منتسب به تقاضای رو به رشد این محصول است. نئوپرن خواصی مانند مقاومت عالی در برابر آب، هوا و ازن از خود نشان می‌دهد. علاوه بر این مقاومت کششی آن نیز فوق العاده است که هر دوی این ویژگی‌ها آن را برای استفاده در مهر و موم پل به گزینۀ مناسبی تبدیل می‌کند. همین سبب افزایش میزان خرید و فروش ضربه گیر نئوپرن شده است. 

 انواع نئوپرن از نظر شکل و ساختار

این محصول از نظر شکل و ساختار به گونه‌های مختلفی تقسیم بندی می‌گردند. شرکت افزیر علاوه بر تولید و تامین انواع نئوپرن‌ها، ارائه کننده خدمات فنی و مهندسی در زمینه طراحی و محاسبات مورد نیاز نئوپرن نیز می‌باشد. نئوپرن‌ها از نوعی لاستیک ساخته می‌شوند که به دو نوع بالشتک‌های لاستیکی با میرایی زیاد و کم تقسیم می‌شوند. لاستیک استفاده شده در این سیستم‌های لرزه‌گیر نیز، لاستیک طبیعی (Natural Rubber) و یا الاستومر کائوچوی مصنوعی (نئوپرن مصنوعی کلروپرن Chloroprene Rubber Elastomeric Bearings) است.

نئوپرن ساخته شده از کائوچوی مصنوعی که با نام اختصاری “نئوپرن” شناخته می‌شود و در بالا به آن مفصل اشاره شد، مقاومت و مانایی بیشتری نسبت به نئوپرن با لاستیک طبیعی دارد. عملکرد میرایی نه کاملا به صورت ویسکوز و نه هیسترتیک است و معمولا به صورت شکل‌های مختلف دایره، مستطیل و مربع و با ابعاد متنوع (که مناسب نوع پروژه و شرایط و نیاز کارفرما) قابل تولید می‌باشند. در مجموع بهترین نوع نئوپرن‌ها از لحاظ اشکالی، شکل دایره‌ای می‌باشد چون باعث کاهش تغییر شکل‌های کلی در همه جهات می‌شود و در نتیجه کاهش تنش‌های نقطه ای را باعث می‌شود. نئوپرن با میرایی ‌کم در برابر نیروهای جانبی و بارهای لرزه‌ای عکس العمل مناسبی از خود نشان نمی‌دهد که این نقص را با افزودن یک یا چند هسته سربی در وسط و یا گوشه‌ها می‌توان جبران کرد. میله سربی به همراه لاستیک اثر بارهای جانبی را به دلیل میرایی بالا کاهش می‌دهد. در نئوپرن با میرایی بالا نیز از نوعی لاستیک مخصوص استفاده می‌گردد که میرایی بحرانی آن کمتر است و نیازی به هسته سربی نیست.

انواع مختلف تیپ‌های نئوپرن از نظر شکل و ساختار به صورت زیر دسته‌بندی می‌گردند.

• نئوپرن و بالشتک الاستومری تقویت نشده
• نئوپرن و بالشتک الاستومری مسلح لایه‌ای
• جداگرهای لرزه‌ای – نئوپرن هسته سربی
• نئوپرن تفلونی

نئوپرن مصنوعی کلروپرن مسلح نشده

همان الاستومر کائوچوی مصنوعی می‌باشد که به صورت غیر مسطح است. با دانش بر اینکه تمامی سازه ها از جمله پل ها به دلایل محیطی دچار ارتعاش، لرزش و جابه‌جایی می‌گردند، نیاز به راهکاری برای مقاوم و ایمن کردن این سازه ها در برابر جابه‌جایی وجود دارد. راه حل مورد نظر را در نئوپرن‌ها می‌توان یافت که یکی از راهه حل‌های مقرون به صرفه و اقتصادی می‌باشد. یکی از انواع نئوپرن‌های پرکاربرد، نئوپرن پلی‌کلروپرن اصلاح شده شرکت افزیر با کیفیت خوب همراه با فولاد تقویت شده می‌باشد که در تولید آن تمامی ضوابط و حداقل‌های استاندارد ASTM رعایت شده است. در قسمت های بالا به صورت مفصل در مورد این نئوپرن‌ها بحث شده است.

نئوپرن مسلح شده

به طور کلی صفحات به صورت یک در میان لاستیک و فولاد هستند. کار ورق های فولادی تحمل بارهای عمودی و تحمل نیروهای افقی می‌باشد که در بارهای عمودی، صفحات فولادی از تغییرشکل لاستیک‌ها جلوگیری کرده و سختی ضربه گیر نئوپرن مسلح را به مقدار زیادی افزایش می‌دهد در صورتی که هیچ تأثیری بر سختی نشیمن ندارد. از آنجایی که مهمترین عامل در طراحی سیستم نئوپرن پل‌ها یا ضربه گیر نئوپرن زیر سری پل، تغییر مکان عرشه پل است و عضو تعیین کننده در این موضوع نئوپرن‌ها مورد استفاده می‌باشند، بنابراین محاسبه واقعی تغییر شکل و جابجایی برای جلوگیری از برخورد عرشه پل با یکدیگر و یا با کوله پل موضوع مهمی است. با توجه به اینکه نئوپرن‌ها مقاومت فشاری بالایی دارد و در مقابل نیروهای کششی مقاومت کمتری از خود نشان می‌دهد، برای رفع این نقیصه در ساخت نئوپرن، الاستومرها با صفحات فولادی تقویت و مسلح می‌گردد. روش انجام این امر به این صورت است که ابتدا صفحات فولادی به شکل موازی در میان الاستومر قرار داده می‌شود. با استفاده از این روش نئوپرن با مقاومت کششی بالا تولید می‌گردد.

انواع نئوپرن‌های تقویت شده افزیرشامل 4 نوع می‌باشند که شامل نئوپرن نوع یک است که دارای لایه‌های فشرده لاستیک بوده و فقط با یک لایه فولاد مقاوم شده دارد.نوع دو که این نوع از نئوپرن‌ها دارای دو لایه الاستومری می‌باشد و به طور کامل در مقطع خود قرار دارد. نوع 3 که در این نوع نئوپرن علاوه بر صفحات لاستیکی با صفحات فلزی خارجی، تقویت صورت گرفته است. نوع 4 که همان نئوپرن نوع 2 است و در آن یک سری صفحات تخت به آن افزوده شده است.

نئوپرن لاستیکی هسته سربی

در طراحی برخی سازه‌ها که در آن‌ها نیاز به استفاده از نئوپرن توصیه شده است و نیاز به وجود نئوپرنی با قابلیت باربری بیشتر وجود دارد، معمولاً استفاده از نئوپرن هسته سربی یکی از بهترین گزینه‌ها به حساب می‌آید. روش تهیه‌ این محصول به این گونه است که هسته‌ای از سرب را در داخل نئوپرن قرار می‌دهند. سرب با دارا بودن مشخصات فیزیکی منحصر به فرد خود عملکرد نئوپرن را به سمت مثبتی سوق می‌دهد به همین سبب مقاومت فشاری و عمل انتقال نیرو به صورت بهتری انجام می‌گیرد. از خصوصیاتی که سرب با خود برای نئوپرن همراه می‌آورد می‌توان به مقاومت برشی اولیه بالا، مقاومت در مقابل جاری شدن، رفتار الاستو پلاستیک کامل و خصوصیات عدم خستگی مطلوب در سیکل های پلاستیک اشاره کرد. مزایای ذکر شده سبب می‌شود نئوپرن های لاستیکی سربی دارای سختی قابل توجهی در برابر بارهای افقی و میرایی انرژی بالا در برابر نیروهای لرزه‌ای قوی را دارا باشند. نئوپرن‌های لاستیکی سربی در تنش برشی حدود 10 مگاپاسگال تغییر شکل فیزیکی داده و سبب ایجاد یک رفتار دو خطی در محل مورد نظر می‌شوند. به صورت جمع بندی می‌توان گفت که زمانی می‌توان از این نئوپرن‌ها به عنوان نشیمن گاه‌ های لرزه ای در برابر زلزله استفاده کرد که یک سیستم مستهلک کننده ثانویه برای تأمین میرایی لازم در کنار آنها وجود داشته باشد. تعویض نئوپرن‌های الاستومری با نئوپرن‌های الاستومری سربی از جنس الاستومر طبیعی با طول عمر زیاد می‌تواند یکی از راهکارهای مناسب برای نگهداری لرزه‌ای پل‌های کشور باشد. این امر سبب سالم ماندن نشیمن گاه پل ها در مواقع بروز زمین لرزه خواهد بود.

خصوصیات نئوپرن‌های با لاستیک طبیعی هسته سربی عبارتند از:

• قابلیت جابه‌جایی در دو جهت
• توانایی تحمل نیروهای وارده در سه جهت
• قدرت منتقل کردن بار همزمان در سه راستا
• خاصیت میرایی و انتقال فشار
• سهولت در نصب بالشتک های الاستومری
• کاهش هزینه تعمیر و نگهداری
• عمر مفید مناسب و دوام بالا

بهسازی لرزه‌ای در سال‌های اخیر با توجه به خسارات وارده در اثر زلزله‌های گذشته در کشور ایران از اهمیت ویژه‌ای برخوردار شده است که در شرایط درست، استفاده از نئوپرن هسته سربی‌ یا نئوپرن با لاستیک طبیعی کمک فراوانی در این راستا خواهد کرد. به طور کلی برای مقابله با نیروی زلزله و نیروی جانبی دو روش وجود دارد. یک روش مرسوم افزایش مقاومت سازه در برابر بارهای جانبی است و روش دیگر رفع نیاز لرزه‌ای سازه است که در آن بتوان از سیستمی استفاده کرد ‌که توانایی کاهش نیروی زلزله ورودی به سازه را مانند جداگرهای لرزه‌ای داشته باشد. جداگرهای لرزه‌ای باعث می‌شود ضریب زلزله پایین آید و در نتیجه باعث کاهش قطر ستون‌ها و حجم میلگردهای مصرفی شده و وزن کلی سازه را نیز کاهش می‌دهد. جداگرهای لرزه‌ای باعث افزایش زمان تناوب طبیعی و میرایی سازه می‌گردد. زلزله در ساختمان های نرم باعث تغییر مکان‌های بسیار بزرگ و در ساختمان‌های سخت باعث شتاب زیاد در طبقات می‌گردد؛ حال آنکه سازه و پل با استفاده ‌از نئوپرن هسته سربی به صورت یک جسم صلب تغییر مکان می‌دهد و اثرات لرزه‌ای به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. در نهایت می‌توان گفت این سیستم از نظر سازه ‌ای باعث بهبود پاسخ سازه و افزایش میرایی در سازه خواهد شد. به کمک این نئوپرن‌ها می‌توان عملکرد لرزه‌ای و ارتعاشی سازه تا لحظه‌ را بالا برد و حتی به کمک لاستیک‌های هدایت‌گر جابه‌جایی ایجاد شده را نیز می‌توان کنترل کرد.

نئوپرن‌های تفلونی

در طراحی‌های صورت گرفته بعضی مواقع نیاز به تکیه گاهی با اصطکاک پایین احساس می‌شود که به سبب وجود آن عرشه پل از آسیب های لرزه‌ای در امان بماند در چنین شرایطی می‌توان از نئوپرن‌های الاستومری استفاده کرد و برای کاهش اصطکاک، سطح نئوپرن موجود را با لایه‌ای از تفلون ‌پوشاند. این ماده با تشکیل سطحی با اصطکاک کم باعث حرکت بهتر عرشه می‌شود و انرژی ورودی را میرا می‌کند.

ویژگی‌های نئوپرن (بالشتک الاستومری)

• مقاومت زیاد در برابر ارتعاشات
• کاهش بار مرده
• مقاومت فشاری بالا
• افزایش عمر سازه
• کاهش قابل توجه هزینه ساخت
• کاهش هزینه تعمیر و نگهداری
• قیمت مناسب و اقتصادی بودن
• کیفیت و دوام بالا در شرایط سخت جوی
• خاصیت لرزه گیری

کاربردهای نئوپرن (بالشتک الاستومری)

• در پل های فولادی، بتنی و کابلی
• پل های پیش ساخته
• تجهیزات و مخازن نگهداری سوخت و پالایشگاه‌ها
• زیر پایه‌های تحتانی ماشین آلات دینامیکی
• سازه‌های صنایع نفت و گاز و پتروشیمی
• سازه های دارای اهمیت بالا
• انواع ساختمان‌ها و انواع سازه‌های بتنی و فولادی
• ورزشگاه‌ها و سالن‌های ورزشی