مطالعه آزمایشگاهی رفتار مکانیکی مخلوط ماسه و لاستیک

گسترش صنعت خودرو سبب شده است که انباشت حجم لاستیک‌های فرسوده به ‌عنوان زباله‌های شهری به یک مشکل بزرگ اقتصادی، زیست محیطی و اجتماعی تبدیل شود. مخلوط کردن خرده‌های لاستیک با ماسه و استفاده از آن به ‌عنوان مصالح سبک‌ وزن یکی از گزینه‌های ممکن برای جلوگیری از انباشت آنها در محیط زیست می باشد. در این تحقیق برای اولین بار دانه‌های ماسه و خرده‌های لاستیک با منحنی دانه‌بندی یکسان مخلوط شده است. این کار به جهت به حداقل رساندن تفاوت اندازه‌ی بین دانه‌های مخلوط انجام پذیرفته است؛ بنابراین، رفتار مکانیکی مخلوط بدست‌آمده، تنها بر پایه نسبت حجمی آن و ساز و کار داخلی بین دانه‌های لاستیک و ماسه استوارمی باشد. به منظور بررسی رفتار مکانیکی مخلوط، آزمایش‌های سه محوری زهکشی شده فشاری و کششی تحت تنش‌های همه‌جانبه 50، 100 و 200 کیلو پاسکال انجام شده است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که سهم حجم ذرات لاستیک بر رفتار فشاری و کششی مخلوط قابل‌توجه می باشد. درواقع، دانه‌های لاستیک به‌عنوان یک ساز و کار داخلی، پارامترهایی چون؛ حداکثر تنش انحرافی، سختی اولیه نمونه‌ها، مدول الاستیسیته، کرنش شعاعی، زاویه اصطکاک، اتساع و زاویه اتساع نمونه‌ها را کاهش می‌دهند و در عین حال باعث افزایش کرنش متناظر با تنش انحرافی حداکثر، شکل‌پذیری نمونه‌ها، کرنش محوری، چسبندگی، مقادیر cslλ و γcsl و شیبِ خطِ حالتِ بحرانی می‌شوند. رفتار تنشکرنش مخلوط‌های ماسه و لاستیک نشان می‌دهد که با افزایش نسبت اختلاط لاستیک به بیش از 20 درصد، در تمامی تنش‌های همه‌جانبه، نقطه حداکثری مشخصی در نمودار تنشکرنش وجود ندارد. درنهایت چنین بدست آمد که، رفتار مکانیکی مخلوط‌ خرده لاستیک‌های دانه‌ای و ماسه با منحنی دانه‌بندی یکسان برای نسبت اختلاط لاستیک کمتر از 20 درصد، توسط ماسه و برای نسبت اختلاط بیشتر از 30 درصد، توسط لاستیک کنترل می‌شود.

Experimental study on mechanical behavior of sand-rubber mixtures

The number of scrap tires is increasing rapidly in both developed and developing countries due to the steady rise in the number of vehicles. Scrap tires accumulation in the environment causes several social, economical and environmental issues all around the world. Recent studies showed that this material can be considered as an alternative for some conventional materials in construction industries. Scrap tires are used as a whole or in processed pieces in geotechnical engineering to help reducing the disposal effects and improve mechanical characteristics of soils. It is becoming quite common to mix soils and processed rubber particles in different civil and geotechnical constructions like lightweight backfill, road subbase, embankment fills, slopes, asphalt construction, sound barriers, rail construction and foundation reinforcement. However, the employment of these mixtures in real scale projects requires a better understanding of the mechanical performance of the mixtures.The mechanical response of sandrubber mixtures, initial fabric skeleton and interaction mechanism between constituents depend on several factors such as volume proportions of the mixtures, confinement stress and size ratio between constituent rsquo;s grains. The idea of mixing sand and rubber particles with the same particle size distribution was employed in this study to minimize size contrast effect between the grains. Therefore, the mechanical behavior of the mixtures is only based on the volume proportions of the mixtures and internal mechanism between sand and rubber particles. To do so, drained triaxial compression and extension tests were conducted in conventional triaxial apparatus on sandrubber mixtures. The triaxial samples were made using moist tamping method in three successive layers to avoid high segregation between rubber and sand particles.The effect of rubber particles was significant on drained mechanical response of sandrubber mixtures. Peak strength reduction followed by axial strain increase corresponding to the peak strength were observed by increasing the rubber fractions of the mixtures. Consequently the initial elastic modulus of sandrubber mixtures reduces by increasing the rubber proportions of the mixtures. The contribution of volume proportions of the rubber particles inside the mixtures was found to be significant on the deformation behavior of the mixtures. The volumetric response of sandrubber mixtures shows that increasing the rubber proportions of the mixtures increases the compressibility tendency of the mixtures which reduces the dilatancy of the mixtures. The angle of friction and intercept cohesion reduces and increases by increasing the rubber fractions of sandrubber mixtures which are consistent with what have been observed by the previous investigations in the literature. The critical state line parameters of the mixtures were highly dependent on rubber proportions of the mixtures as the slope of critical state line increases by increasing the rubber fraction of the mixtures. The radial strain of the mixtures decreases by increasing the rubber proportions of the mixtures which could be the effect of replacing sand particles by rubber particles in force chains. In general, the mechanical response of sandrubber mixtures was mostly controlled by sand particles where FR le; 20% and by rubber particles where FR > 30%.