تعيين مشخصات ارتجاعي سبك‌دانه‌هاي مصنوعي شيل و رس منبسط‌شده‌‌ي ايران

Determining the Elastic Properties of Lightweight Expanded Shale and Clay Aggregates of Iran

پژوهش‌هاي انجام‌شده در ايران بر روي سنگ‌دانه‌هاي مصنوعي، تاكنون بيشتر بر پايه‌ي سبك‌دانه‌هاي رس منبسط‌شده انجام شده است. اين در حالي است كه سنگ‌دانه‌هاي شيل منبسط‌شده يا لياپور به‌دليل عدم شناخت مهندسان كشور كمتر مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش از آنجايي كه استانداردي براي تعيين مستقيم مشخصات ارتجاعي اين سبك‌دانه‌ها به ‌دليل عدم وجود سنگ مادر وجود ندارد، از تركيب روش آزمايشگاهي با روش تيوري مواد مركب، براي اولين بار خواص مكانيكي هر دو سبك‌دانه‌ي ليكا و لياپور ساخت كشور به‌دست آمده و با سبك‌دانه‌هاي توليدي ساير كشورها مقايسه شده است. در بخش آزمايشگاهي با تركيب سبك‌دانه‌ها با ماتريس ماسه‌ي سيمان و ساخت نمونه‌هاي استوانه‌‌يي مركب، مشخصات ارتجاعي ماده‌ي زمينه و ماده‌ي مركب تعيين شده است. سپس در بخش تيوري مواد مركب، با استفاده از روش ميكرومكانيك و معكوس مدل‌همگن‌سازي موري-تاناكا، به تعيين مشخصات ارتجاعي سبك‌دانه براساس ويژگي ماده‌ي زمينه و ماده‌ي مركب پرداخته شده است. نتايج آزمايش‌ها بيان‌گر افزايش نمايي مدول ارتجاعي نسبت به افزايش وزن مخصوص دانه‌‌يي و افزايش خطي مدول ارتجاعي نسبت به افزايش مقاومت خردشدگي سبك‌دانه‌هاي مورد استفاده است. همچنين نتايج نشان مي‌دهند كه سنگ‌دانه‌هاي شيل منبسط‌شده، مدول ارتجاعي و مقاومت خردشدگي به مراتب بيشتري نسبت به دانه‌هاي رس منبسط‌شده دارند و حتي دانه‌هاي ريز آن باعث افزايش سختي ماتريس ملات ماسه‌سيمان مي‌شود.

Due to application of artificially lightweight aggregates in various industries, the property of these aggregates is very important. According to their physical nature and the lack of bedrock, the elastic properties of artificially lightweight aggregates have a special complexity. At present, lightweight expanded shale aggregates or Liapor and expanded clay aggregates or LECA are the most important artificially lightweight aggregate in Iran. Expanded shale or Liapor is produced using expansible shale by a dry process, and expanded clay or Leca is produced using expansible clay by a wet process and by cooking in horizontal rotary kilns. The major difference between these two types of aggregate production is in the method of their agglomeration, which causes significant differences in the final product. Products often contain zero to 25 mm diameters, increase porosity by increasing diameter, and their densities are reduced. Since the standard for the direct determination of the elastic properties of the aggregate is absent, a combination of experimental methods and a theory of composite materials are used to determine these parameters. In the section of the theory of composite materials, using the micromechanical method and the inverse Mori-Tanaka homogenization model, the elastic properties of the inclusion of the according to matrix and composite material properties are determined. Paying attention to nature of the aggregates, their shape is assumed to be a complete sphere in this research. In the laboratory work, two groups of quaternary ordinary and structural Leca, and one group of trinary Liapor aggregates, each group being produced under identical conditions, are used. By a combination of each type of aggregate with cement sand mortar, and by building standard cylindrical samples of composite materials, the elastic properties of the matrix and composite samples are determined. Then, using experimental results and relations obtained from the Mori-Tanaka model, the elastic properties of the aggregate are determined. The results show an exponential relation between the elastic modulous and particle density, and a linear relation between the elastic modulous and the crushing resistance for LECA and Liapor aggregates.