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M. Tech. (Civil Engineering, Faculty of Engineering and Technology), Vaal University of Technology) / Modified asphalt concrete is one of the important construction materials for flexible pavements. The addition of polymers and natural hydrocarbon modifiers to enhance the properties of asphalt concrete over a wide temperature range in paving applications has been the common practice. Currently these modified asphalt mixtures are relatively expensive. However, recycled polymers and rubber added to asphalt have also shown similar results in improving the performance of road pavements. In this study, an attempt has been made to use low density polyethylene (LDPE) obtained from plastic waste and crumb rubber obtained from worn out vehicle tyres. The aim was to optimise the proportions of LDPE in the bitumen binder using the ‘wet process’ and crumb rubber aggregates in the hot mix asphalt (HMA) using the ‘dry process’. The Marshall method of bituminous mix design was carried out for varying percentages of LDPE namely 2%, 4%, 6%, 8% and 10% by weight of bitumen binder and 1%, 2%, 3%, 4% and 5% crumb rubber by volume of the mineral aggregates. The characteristics of bitumen modified with LDPE were evaluated. The modified asphalt mix was also evaluated to determine the different mix characteristics. The results from laboratory studies in terms of the rheological properties of the LDPE modified bitumen binder showed an increase in viscosity, softening point and stiffness of the binder. The optimum Marshall stability values for HMA mixtures containing 2% crumb rubber tyre and 4% LDPE were found to be 30% higher than the conventional asphalt concrete mix. The wheel tracking test done at 50ºC was 9.81mm rut depth showing a good rutting resistance of the optimized mixture compared to the conventional asphalt mixes. The Modified Lottman test gave a Tensile Strength Ratio value of 0.979 which indicates a low degree of moisture susceptibility of the modified asphalt mix. The above results showed improved properties of the asphalt mixture. The economic assessment done using the present worth of costs indicated a reduction in maintenance cost due to the extended service life of the modified asphalt pavement.

Dès la conquête de la Cochinchine en 1862, l’Administration coloniale et des particuliers français exploitèrent l’agriculture locale et y développèrent l’économie. Ils tentèrent de faire l’essai et d’introduire diverses cultures, en particulier des arbres à caoutchouc. L’année 1897 marqua le début de l’hévéaculture de Cochinchine, lorsqu’on planta avec succès près de deux mille hévéas brasiliensis. La superficie de l’hévéaculture en Cochinchine se développait prodigieusement, allant de cent hectares à la fin du XIXème siècle à près de cent mille hectares au début des années trente, grâce d’une part à des capitaux provenant de la Métropole et, d’autre part à des mesures d’encouragement du Gouvernement colonial. Les plantations d’hévéa attirèrent les travailleurs locaux, surtout en provenance du Tonkin et de l’Annam, à raison d’une dizaine de mille, parfois une vingtaine de mille par an.Parallèlement à l’extension des superficies plantées, la production du caoutchouc de la colonie s’accrut rapidement, allant d’un peu plus d’une tonne en 1908 à plus de soixante mille tonnes en 1939. Les plantations d’hévéa devinrent l’une des cultures les plus importantes de Cochinchine à l’époque coloniale française. Non seulement elles apportèrent la fortune aux planteurs de la colonie, mais elles assurèrent une partie, et depuis 1938, la totalité des besoins de caoutchouc de l’industrie métropolitaine. Les plantations d’hévéa de Cochinchine représentaient un symbole de la colonisation agricole française, mais aussi hélas l’une des pages noires de l’histoire du colonialisme français au Vietnam par l’exploitation brutale des planteurs envers les travailleurs vietnamiens. / As early as the conquest of Cochinchina in 1862, the colonial administration and French individuals exploited the local agriculture and developed the economy there. They tried to experiment and introduce various crops, especially rubber trees. The year of 1897 marked the beginning of the rubber plantation of Cochinchina, when two thousand rubber trees brasiliensis were successfully planted. The area of rubber tree plantation in Cochinchina grew tremendously, ranging from one hundred hectares at the end of the 19th century to nearly one hundred thousand hectares in the early 1930s, because of, on the one hand, the capital invested from the metropolis, and, on the other hand, the measures of encouragement taken by the colonial Government. The rubber plantations attracted local workers, mainly from Tonkin and Annam, at a rate of about 10.000, sometimes 20.000 persons a year. In parallel with the extension of the area of rubber plantation, the colonial rubber production rapidly increased from just over one tonne in 1908 to more than 60.000 tons in 1939.The rubber tree plantation became one of the most important crops of Cochinchina during the French colonial era. Not only they brought fortune to the planters of the colony, but they secured a part, and since 1938, the whole of the rubber demands of the metropolitan industries. The Cochinchina rubber plantations represented a symbol of French agricultural colonization and, unfortunately, one of the black pages of the history of French colonialism in Vietnam by the brutal exploitation of Vietnamese workers by rubber planters.

The friction process occurs in most structures, especially in contact between two faces with relative motion. The process of friction and abrasion affects the productivity and performance of equipment. In this study, the simulations and experimentations are formed to understand the friction and wear properties of hydraulic rubber seals. The tribometer test rig is developed to investigate rubber samples' friction and abrasion properties with different contact conditions. An observation structure to measure the contact area of the rubber sample also was constructed. The experiments are performed with different contact conditions (dry contact, wet contact, mud contact), different geometry of sample (half-cylinder, half-sphere), quite different contact directions (sliding direction axial and sliding direction lateral), fillet radius, contact angle or rubber material with different sliding velocities and normal forces. In addition, the contact process of rubber seals is simulated and equations for seal wear for the specific experimental conditions are formulated.:CHAPTER 1 Introduction .....................................................................................1 1.1 Motivation and objectives of the thesis…………….………..…..….........…….1 1.2 Structure of the dissertation.........................................................................3 CHAPTER 2 State of the Art………………………………………………...………....4 2.1 Water hydraulic seal.....................................................................................4 2.2 Fundamental tribology..................................................................................7 2.3 Experimental Investigation...........................................................................15 2.4 Simulation....................................................................................................19 CHAPTER 3 Test setup........................................................................................21 3.1 Tribometer test rig........................................................................................21 3.2 Setup for experimental investigation with rubber block……….........………...24 3.3 Setup for experimental investigation with a hydraulic seal………........……..32 3.4 Setup for Simulation………………………………………………..…................37 CHAPTER 4 Friction characteristics of the rubber block………………..…...….38 4.1 Influences on friction characteristic…………………………….…...........…….39 4.2 Test configuration and analysis of measured data…………………..............42 4.3 Results of experiments................................................................................44 4.4 Summary ……………………………………………….……………..............….58 CHAPTER 5 Experimental investigation with hydraulic seals……………….…..60 5.1 Test configuration…………………………………………………….................60 5.2 Result of experimental investigation ………………………….............………64 5.3 Summary…………………………………………………………..............…..….82 CHAPTER 6 Simulation…………………………………………….......……….…..83 6.1 Contact model………………………………………………….............………..83 6.2 Results of simulation……………………………………….…….............….…..85 6.3 Wear equation………………………………………………….............……...…94 6.4 Summary ………………………………………………………...............………102 CHAPTER 7 Conclusions and Recommendations …………….…………………..104 7.1 Summary and conclusion ……………………………………..................……104 7.2 Recommendations…………………….………………………............…….….108 References………………………………………………...…………….....……...…..109

Les objectifs de cette thèse consistent à identifier les morphologies adoptées par des mélanges d’élastomères chargés en noir de carbone, à étudier l’influence de l’introduction de charges sur ces morphologies mais aussi de détecter la localisation de la charge dans ces mélanges. Dans une dernière partie, l’impact de ces différentes structures sur les défauts d’extrusion est abordé. Ces travaux concernent l’étude des coupages caoutchouc naturel / styrene-butadiene rubber (NR / SBR) et polybutadiène / styrene-butadiene rubber (BR / SBR) non vulcanisés. Dans un premier temps, les morphologies adoptées par ces mélanges non chargés ont été identifiées grâce à plusieurs protocoles expérimentaux. L’influence de l’introduction de noir de carbone ainsi que l’étude de la localisation de la charge dans ces mélanges ont constitué une seconde étape dans ces travaux. Aucune localisation préférentielle de la charge n’a été détectée pour ces mélanges. Un système ségrégé a donc été réalisé par la suite. Enfin, le comportement en extrusion de ces mélanges a été simulé par rhéométrie capillaire et des observations de défauts d’aspect ont été faites. La ségrégation du noir de carbone ne semble pas entraîner la création de défauts d’aspect, sauf dans le cas d’une localisation dans la matrice / The purpose of this project is to investigate the morphology of elastomeric blends filled with carbon black, the localization of the filler in these blends and the structure impact on their processing. This work concerns uncured natural rubber / styrene-butadiene rubber (NR / SBR) blends and butadiene rubber / styrene-butadiene rubber (BR / SBR) blends. Firstly, the morphology of these blends unfilled was described by different experimental procedures over the entire composition range. Secondly, the impact of the filler on the morphology and the localization of it on the blends were studied. No preferential localization was observed in our case. Another blend with a segregation was realized. And finally, the processing of these elastomeric blends was simulated by capillary rheology to detect the formation of flow instabilities. Few melt fractures were observed, except when the filler is localized in the matrix

The aim of this study is concentrated on the experimental investigation of wear resistance of rubber powder modified rubber blends. Styrene-Butadiene-Rubber (SBR) blends applied for conveying belt top covers have been modified by ground rubber (rubber powder) based on SBR. We theoretically described the rubber wear mechanism due to loading conditions occurring at conveyor belts in the field, to simulate wear behavior of top cover rubber materials. An own developed testing equipment based on gravimetric determination of mass loss of rubber test specimen was used investigating dynamic wear with respect to fracture properties of top cover materials. Furthermore we investigated fatigue crack growth (FCG) data over a broad range of tearing energy by Tear Analyzer to characterize crack propagation behavior of rubber powder modified rubber blends. Thus, we demonstrate the influence of rubber powder on resistance against occurrence of fracture as well as dynamic wear as a function of the rubber powder content in rubber blends applied for conveying belt top covers.

Elastomer seals are used in a variety of industries that require flow isolation. The characterization of the behavior of these seals remains largely unexplored and hence, this study is focused on simulating and validating the axial-compressive behavior of an annular rubber seal constrained concentrically in a pipe. The elastomer material composing the seal, was experimentally characterized for its mechanical, frictional, and viscoelastic properties and modelled using models developed by Yeoh, Thirion, and Prony respectively. A 2D axisymmetric finite-element model was developed using ANSYS 16 and used alongside the material models to simulate an axial load versus displacement curve, a contact pressure distribution, and a pipe hoop strain gradient. The results for quasi-static loading and viscoelastic effects agreed within 7% and 18% of the experimental results, respectively. It was observed that pipe geometry, rubber chemistry, frictional properties, and viscoelastic effects have significant effect on the compressive behavior of the seal. / October 2016

M. Tech., (Chemical Engineering, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering and Technology Vaal University of Technology| / The methods used to remove potassium sulphate (K2S04) and other impurities contained within Karbochem finishing plant effluent were investigated. Reverse osmosis was explored for this application. The study was conducted in two steps. The first step focuses mainly on the effluent treatment using BW30 flatsheet as well as BW30-2540 spiral-wound reverse osmosis membranes for the rejection of potassium and sulphate ions. The membranes were supplied by Filmtec. The second step reveals the possible use of potassium sulphate obtained from the brine stream in the fertiliser and fertigation industry by a literature search. Reverse osmosis study was conducted on a laboratory scale unit using flat sheet membranes and also on a pilot plant scale using spiral wound membrane modules. The tests were conducted at a feed pressure of 20 bar(g) with the membrane rejections being 98% and 99.1% on flat sheet membrane, and 96.9% and 99.4% on spiral wound membrane for potassium and sulphates respectively. The results show that both membranes have completely desalinated. Significant reduction in the concentrations of all problematic quality parameters, especially of potassium and the sulphate ions was noted. Granular activated carbon (GAC) bed treatment was recommended for pretreatment of the effluent prior to exposure of the membrane to avoid organic fouling of the membrane. GAC treatment was tested to illustrate its effectiveness to adsorb the COD's. / NRF

[pt] As atuais técnicas propostas para a destinação final dos pneus não são 100 por cento eficientes, existindo um grande déficit do material em questão. Um outro material que necessita de uma destinação final é o PET (polietileno tereftalato), que hoje em dia, apesar da grande quantidade reciclada, necessita de mais opções de destinação. O estudo apresentado propõe a utilização da borracha triturada (em forma de fibras e em pó - granulometria inferior a 2mm) em diferentes teores (de 5 por cento e 10 por cento, em relação ao peso seco da bentonita) e do PET triturado (na forma de fibras e em pó), como reforço de uma bentonita, para aumento dos parâmetros de resistência desta. O objetivo da pesquisa consiste em avaliar a possibilidade da utilização da borracha e do PET como melhoramento de bentonita em obras geotécnicas, como por exemplo em camadas impermeabilizantes para aterros sanitários, visto que com a utilização da borracha e do PET em obras geotécnicas seria possível a destinação de um grande volume desses materiais. Para o desenvolvimento do estudo experimental foram realizados ensaios de caracterização física e de caracterização mecânica, como ensaios de cisalhamento direto e adensamento. Com resultados obtidos a partir dos ensaios de cisalhamento direto e ensaio de adensamento, pode se perceber que as misturas B90BF10 e B90PETT10 se mostraram mais favoráveis a utilização como barreira impermeabilizando para aterros sanitários, tendo em vista o aumento nas resistências de Pico, pós pico e residual, além do aumento do coeficiente de adensamento (cv) e redução da permeabilidade (k). / [en] The current techniques proposed for the final destination of the tires are not 100 percent efficient, and there is a great deficit of the material in question. Another material that needs an end destination is the PET (polyethylene terephthalate), which nowadays, despite the large amount recycled, needs more disposal options. the present study proposes the use of crushed rubber (in the form of fibers and powder - granulometry of less than 2 mm) in different contents (5 percent and 10 percent, in relation to the dry weight of bentonite) and crushed PET (in the form of fibers and powder), as reinforcement of a bentonite, to increase the resistance parameters of this one. The objective of the research is to evaluate the possibility of using rubber and PET as an improvement of bentonite in geotechnical works, such as waterproofing layers for sanitary landfills, since with the use of rubber and PET in geotechnical works it would be possible to allocate a large volume of these materials. For the development of the experimental study, physical characterization and mechanical characterization tests were performed, such as direct shear tests and densification. With results obtained from the direct shear tests and the densification test, it can be seen that the mixtures B90BF10 and B90PETT10 were more favorable to use as a waterproofing barrier for sanitary landfills, in view of the increase in peak and residual, besides the increase of the coefficient of densification (cv) and reduction of the permeability (k).

Innerhalb der letzten zwei Jahrzehnte ist die Entwaldungsrate auf Sumatra, Indonesien stark gestiegen, dies geht einher mit eine Umwandlung von Tieflandwäldern in Ölpalm- (Elaeis guineensis) und Kautschukmonokulturplantagen (Hevea brasiliensis). Es wurde festgestellt, dass Landnutzungsänderungen in landwirtschaftlichen Systemen die Bodennährstoffbestände sowie die Umsatzrate von Bodennährstoffen senkt, dies kann zu einer Abhängigkeit vom Einsetzen von Düngemitteln führen, die nur eine zeitweise Verfügbarkeit von Nährstoffen gewährleistet. Des Weiteren bedroht die Umwandlung von Wald in Monokulturen die hohe Biodiversität, welche in tropischen Wäldern vorherrscht, was wiederum die Funktionsweise des Ökosystems beeinflusst. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag darin, die Auswirkungen der Landnutzungsänderung auf Bodennährstoffhaushalt und Ökosystemdynamiken festzustellen, sowie die Mechanismen die für die Veränderungen verantwortlich sind zu verstehen. Alle Drei Studien waren Teil eines großen interdisziplinären Projekts welches die ökologischen und sozialen Effekte von tropischen Landnutzungsveränderungen untersucht. Die Probenentnahme für jede Studie erfolgte in der Region von Jambi auf Sumatra, Indonesien – ein Gebiet das früher dicht bewaldet war, aber eine starke Entwaldung erfahren hat. Es wurden zwei Landschaften ausgesucht, die sich über ihre vorherrschende Bodentextur und ihren Bodentyp definieren und die Region natürlich repräsentieren: zum einen waren dies lehmige Acrisole und zum anderem tonige Acrisole. In den beiden Bodenlandschaften wurden vier Systeme untersucht: Tieflandregenwald und regenerierter Wald durchsetz mit Kautschukbäumen (hier benannt als „Jungle-rubber“) sowie Monokulturen von Kautschuk (Sein bis 17 Jahre alt) und Ölpalmen (Neun bis 16 Jahre alt). Das Ziel der ersten Studie war zu bewerten, wie sich die Umsatzrate von Stickstoff (N) im Boden in Bezug auf die Umwandlung von Wald in Kautschuk- und Ölpalmplantagen verändert. Die Bruttoumsatzrate von Stickstoff im Boden wurde mit der 15N-Verdünnungsmethode mit in situ Inkubation der Bodenbohrkerne bestimmt. In den Lehm-Acrisolen, in denen die Bodenfruchtbarkeit gering war, waren auch die mikrobielle Biomasse, die Bruttostickstoffmineralisation und die Immobilisierung von Ammonium (NH4+) gering und es wurden keine signifikanten Veränderungen durch die Landnutzung aufgezeigt. Die Ton-Acrisole welche eine höhere Ausgangsfruchtbarkeit, bezogen auf die Referenzflächen, aufwiesen, waren auch einen höheren Anteil an mikrobielle Biomassen sowie durch höhere NH4+-Umwandlungsraten im Vergleich zu den Lehm-Acrisolen gekennzeichnet. In den Ton-Acrisolen hat die Umwandlung von Wald und Jungle-rubber in Kautschuk- und Ölpalmplantagen zu einer Verringerung der Bodenfruchtbarkeit geführt, was wiederum zu einer Reduzierung der mikrobiellen Biomasse und der NH4+-Umwandlungsraten beigetragen hat. Unsere Ergebnisse lassen annehmen, das je höher die Ausgangsbodenfruchtbarkeit und Stickstoffverfügbarkeit im Boden ist, desto höher ist die Reduktionen durch die Landnutzungsänderungen. Das Ziel der zweiten Studie war es, Veränderungen biochemischer Charakteristika des Bodens sowie des Nährstoffbestandes bis 2 m Bodentiefe in den verschiedenen Landnutzungssystemen zu erfassen und die Proportionen der Gesamtvarianz der biochemischer Bodencharakteristika zu bestimmen, die durch die räumlichen Komponenten in unserem experimentellem Design hervorgerufen werden. Der Tongehalb beeinflusst die Bodenfruchtbarkeit und die größeren Nährstoffbestände wurden in den Referenzflächen der Ton-Acrisolen gefunden. Bewirtschaftungspraktiken in den veränderten Landnutzungssystemen übten den größten Einfluss auf Boden-pH, Basensättigung, extrahierbaren Phosphor und austauschbares Natrium aus. Die Mehrheit der biochemischen Bodencharakteristika und der Nährstoffbestände wurden nicht signifikant durch Landnutzungsänderungen verändert. Basierend auf der Varianzkomponentenanalyse der verschachtelten räumlichen Struktur des experimentellen Designs, wurde die Gesamtvarianz von vielen biochemischen Bodencharakteristika durch die Abweichungen zwischen replizierten Plots und nicht durch die unterschiedliche Landnutzung erklärt. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass wenn man signifikante Effekte von Landnutzungsänderungen auf biochemische Bodencharakteristika feststellen will, die Stichprobenzahl replizierter Plots pro Landnutzungssystem erhöht werden muss. Das Ziel der dritten Studie war es, zwischen direkten Landnutzungseffekten und indirekten „Bottom-up“-Effekten auf ober- und unterirdisch lebende Taxa zu differenzieren. Es wurden allgemeine „Multilevel path“- Modelle (eine Form von Strukturgleichungsmodellen), die eine Berechnung direkter und interaktiver Effekte von Landnutzung mit abiotischen Variablen und „Bottom-up“-Effekten zwischen biotischen Variablen zulassen, auf der Basis von Daten von Pflanzen, Mikroorganismen, Invertebraten der Streuschicht, baumbewohnende Ameisen, Vögeln und Umweltparametern (Boden- und Mikroklimaeigenschaften) entworfen. Die Ergebnisse der „Multilevel path“- Modelle zeigen, dass die Landnutzungsänderungen direkte Effekte auf Pflanzen, unterirdisch lebende Taxa einer niedrigen trophischen Ebene (z.B. Saprobionten und Herbivoren) und baumbewohnende Ameisen haben, fast alle Landnutzungsauswirkungen auf höhere trophische Ebenen von Invertebraten und Vögel waren jedoch „Bottom-up“-kontrolliert. Diese Studie lässt erkennen, dass Landnutzungsveränderungen, direkt und indirekt, ökologische Verschiebungen im großen Rahmen lenken. Die gefundenen Effekte auf höhere trophische Ebenen sind jedoch meistens von den Organismen der darunterliegenden trophischen Ebenen abhängig. Die Stickstoffumsatzraten im Boden und der Umfang der Stickstoffpools, welche in der ersten Studie gemessen wurden, wurden parallel mit Studien zur Stickstoffoxidemission und Stickstoffauswaschung des Bodens durchgeführt, um ein ganzheitliches Bild des Stickstoffhaushaltes in den veränderten Landschaft zu erhalten. Analysen zur Probenoptimierung wurden für die biochemischen Bodencharakteristika der oberen Bodenschicht bis 0,5 m aus der zweiten Studie durchgeführt, um festzustellen was die minimale Anzahl an Replikaten pro Landnutzungstyp ist, um signifikante Unterschiede zwischen den Landnutzungssystemen in unserem experimentellen Design festzustellen. Die Bodenkomponenten die in die „Multilevel path“- Modelle integriert waren, wurden erfasst und direkte Zusammenhänge zwischen diesen Bodeneigenschaften und der Biodiversität des Ökosystems und den Biomassen wurden untersucht, um ein besseres Verständnis davon zu bekommen, welche Rolle Bodennährstoffbeständen für die transformierten Systeme spielen. Insgesamt zeigen die Ergebnisse der drei Studien, dass die Bodennährstoffbestände eine wichtige Komponente des Ökosystems darstellt und Veränderungen der Bodennährstoffbestände durch Landnutzungsänderungen Auswirkungen auf die Biodiversität und die Funktionsweise des Ökosystems haben können.