Mis zənginləşdirmə tullantısı geopolimer betonu (Copper Tailings Geopolymer Concrete, CT-GPC), qələvi ilə aktivləşdirilmiş alüminosilikat bağlayıcı sisteminin və mis mədənçiliyi/zənginləşdirmə tullantılarının beton daxilində qiymətləndirildiyi geopolimer beton növüdür. Bu eksperimental tədqiqat istehsal olunmuş qumun kütlə üzrə %0, %5, %10, %15 və %20 hissəsinin mis zənginləşdirmə tullantısı qumu ilə əvəz edilməsinin CT-GPC-nin təkyönlü və həqiqi üçoxlu sıxılma altında möhkəmliyinə, deformasiyasına, qırılma formasına və mikrostrukturuna necə təsir etdiyini araşdırır. Beş qarışıq 100 mm kub nümunələr şəklində hazırlanmış, 28 gün bərkidilmiş və \((\sigma_2,\sigma_3)\) = (4,2), (6,2), (8,2), (8,4), (8,6) və (12,6) MPa olmaqla altı qeyri-bərabər yanal gərginlik kombinasiyasında sınaqdan keçirilmişdir.

Bir oxlu sıxılma möhkəmliyi %0 CT qumu qrupunda 39,81 MPa olduğu halda %5 əvəzləmədə 45,36 MPa-a yüksəlmiş; %10, %15 və %20 əvəzləmələrdə müvafiq olaraq 42,46, 41,83 və 39,44 MPa ölçülmüşdür. Beləliklə, araşdırılan %0–20 intervalında ən yüksək bir oxlu möhkəmlik %5 əvəzləmədə əldə edilmişdir. Həqiqi üçoxlu sıxılma altında isə bütün qarışıqların pik möhkəmliyi öz bir oxlu möhkəmliklərini üstələmiş və möhkəmlik artımı əmsalı \(K_t\) 1,237–2,094 arasında dəyişmişdir.

%5 qrupu araşdırılan altı həqiqi üçoxlu gərginlik şəraitinin hamısında ən yüksək mütləq pik oxboyu gərginliyi yaratmışdır. Buna qarşılıq %20 qrupu, CT qumu olan qarışıqlar arasında öz bir oxlu möhkəmliyinə nisbətən ən nəzərəçarpan nisbi yanal sıxılma qazancını göstərmişdir. Bu iki nəticə ziddiyyətli deyil: mütləq möhkəmlik və normallaşdırılmış möhkəmlik artımı əmsalı eyni kəmiyyət deyil.

Yanal sıxılma artdıqca oxboyu gərginlik–deformasiya əyrisinin pikdən sonrakı enişi daha yavaş olmuş və nümunələr bir oxlu sıxılma ilə müqayisədə daha yüksək bütövlük və daha aydın süneklik göstərmişdir. Qırılma məlumatları oktaedrik normal və kəsici gərginliklər əsasında modelləşdirilmiş; müqayisə edilən qırılma yanaşmaları içində Bresler–Pister tipli ikinci dərəcəli əlaqədən istifadə olunmuş və beş əvəzləmə qrupu üçün \(R^2=0,9954–0,9989\) uyğunluqları əldə edilmişdir. Tam oxboyu gərginlik–deformasiya əyriləri isə Popovics tipli pikdən əvvəlki qol ilə Guo Zhenhai tipli pikdən sonrakı qolun birləşdirildiyi hissə-hissə modellə təmsil edilmiş; 30 əyrinin uyğunlaşdırılmasında \(R^2=0,9789–0,9991\) intervalı bildirilmişdir.

SEM araşdırmalarında seçilmiş görüntü sahələrində %5 qrupunun bərk faza quruluşu nisbətən daha davamlı görünərkən, %0 və %20 qruplarında daha uzun açıq çatlar müşahidə edilmişdir. Tədqiqatçılar bu davranışı uyğun miqdarda ultra-incə CT qumunun istehsal olunmuş qumun qranulometrik boşluqlarını doldura bilməsi; daha yüksək əlavələrdə isə doldurma faydasının doyma həddinə yaxınlaşması və zəif interfeyslərlə boşluqların arta bilməsi ilə əlaqələndirirlər. Bununla belə, tədqiqat laboratoriya miqyasındadır; konstruksiya miqyasında sahə davranışı, uzunmüddətli dayanıqlıq və birbaşa həyat dövrü karbon azalması bu təcrübələrdə sınaqdan keçirilməmişdir.

Mis zənginləşdirmə tullantısı geopolimer betonu niyə araşdırılır?

Tədqiqatın fonunda iki ayrı resurs istifadəsi problemi birləşir. Birincisi adi Portland sementi istehsalının enerji və karbon tutumluluğudur. İkincisi isə mis filizinin zənginləşdirilməsi proseslərində yaranan böyük miqdarda tullantının uzun müddət saxlanmasıdır. Mənbə tədqiqat Çində 1950–2020 arasında toplanmış mis zənginləşdirmə tullantısının ədəbiyyatda 5,56 milyard tonu keçdiyinin bildirildiyini qeyd edir. CT-GPC yanaşması bir tərəfdən Portland sementindən asılılığı azaltmağı hədəfləyən qələvi-aktivləşdirilmiş bağlayıcı sistemləri, digər tərəfdən mis tullantısının bağlayıcı və incə aqreqat komponentlərində istifadəsini birləşdirir.

Tədqiqatda “CT”nin iki fərqli istifadəsi bir-birindən ayrılmalıdır. CT tozu, bağlayıcı fazadakı başlanğıc materiallardan biridir və reaktivliyini artırmaq məqsədilə 200 mesh ələkdən keçirildikdən sonra 800 °C-də kalsinasiya edilmişdir. CT qumu isə incəlik modulu 0,17 olan ultra-incə aqreqat fraksiyasıdır və istehsal olunmuş qumun %0–20 hissəsinin yerinə istifadə edilmişdir. Məqalədəki “əvəzləmə nisbəti” nəticələri CT qumunun istehsal olunmuş qum yerinə istifadə nisbətini ifadə edir.

Qələvi aktivator və aqreqatlar

Qələvi aktivator analitik təmizlikdə natrium hidroksid pelletləri və natrium silikat məhlulundan hazırlanmışdır. Mənbədə verilən natrium silikat məhlulunun SiO₂ tərkibi %27,30, Na₂O tərkibi %8,54, Baumé dərəcəsi 38,5 °Bé, modulu 3,30, bərk maddə tərkibi %35,5 və pH intervalı 10–13-dür.

İncə aqreqatlar CT qumu və istehsal olunmuş qumdan ibarətdir. CT qumunun incəlik modulu 0,17-dir və mənbə tərəfindən “extra-fine tailings sand” kimi təsnif edilmişdir. İstehsal olunmuş qumun incəlik modulu 2,7, görünən sıxlığı 2620 kg/m³-dür. İri aqreqat 5–16 mm fasiləsiz qranulometrili qırmadaşdır və görünən sıxlığı 2680 kg/m³-dür. Polikarboksilat əsaslı superplastifikatorun suazaltma nisbəti %28, hava tərkibi %5,0, sıxlığı 1,06 g/cm³, pH dəyəri 6,1 və bərk maddə tərkibi %39,5 göstərilmişdir. Ləngidici kimi təmizliyi %99,6-dan yüksək olan saxaroza istifadə edilmişdir.

Nümunələr necə hazırlandı?

İstehsal olunmuş qumun kütlə üzrə %0, %5, %10, %15 və %20 hissəsi CT qumu ilə əvəz edilmiş, ümumi incə aqreqat kütləsi sabit saxlanmışdır. Bütün nümunələr 100 × 100 × 100 mm kub formasındadır. Əvvəlcə NaOH əlavə suda həll edilmiş; məhlul otaq temperaturuna soyuduqdan sonra natrium silikat əlavə edilmişdir. Saxaroza və superplastifikator üçün ayrıca məhlullar hazırlanmışdır. İri aqreqat, incə aqreqat, şlak tozu, uçucu kül və CT tozu mikserdə 3 dəqiqə quru/bərk komponent qarışığı kimi qarışdırılmış; hazırlanmış üç maye məhlul daha sonra ardıcıllıqla əlavə edilmiş və qarışdırma daha 8 dəqiqə davam etdirilmişdir.

Təzə beton ayırıcı tətbiq olunmuş 100 mm kub qəliblərə tökülmüş, sıxlaşdırma üçün vibrasiya edilmiş və sonra 28 gün ərzində 20 ± 2 °C temperaturda və ən azı %95 nisbi rütubətdə standart bərkimə tətbiq edilmişdir. Hər qarışıq üçün əsas sınaq proqramında 21 nümunə hazırlanmışdır: üçü bir oxlu sıxılma, 18-i isə altı TTC şəraitində hər şəraitə üç nümunə üçün. Hazırlama, bərkimə və sınaq zamanı itki və ya anomal nəticə ehtimalına qarşı hər qarışıq üçün əlavə 3–7 ehtiyat nümunə hazırlanmışdır.

Həqiqi Üçoxlu Sıxılma Sınağı Niyə Ənənəvi Üçoxlu Sınaqdan Daha Çox Məlumat Verir?

Ənənəvi üçoxlu sınaqda iki yanal baş gərginlik bərabərdir \((\sigma_2=\sigma_3)\); həqiqi üçoxlu sıxılmada isə üç baş gərginlik müstəqil idarə oluna bildiyi üçün \(\sigma_2\) ilə \(\sigma_3\)-ün möhkəmlik, yanal genişlənmə və qırılma üzərindəki fərqli təsirləri birbaşa ayrışdırıla bilər.

Bu tədqiqatda gərginlik sırası \(\sigma_1>\sigma_2>\sigma_3\) kimi təyin edilmişdir. \(\sigma_1\), z istiqamətindəki böyük baş sıxılma gərginliyidir. \(\sigma_2\) və \(\sigma_3\), müvafiq olaraq daha güclü və daha zəif iki yanal sıxılmanı təmsil edir.

Həqiqi üçoxlu yükləmə protokolu

Həqiqi üçoxlu sınaq sistemi X və Y istiqamətlərində 2000 kN, Z istiqamətində 3000 kN maksimum yük tutumuna malikdir. Nümunə ilə yükləmə lövhələri arasındakı sürtünməni azaltmaq üçün polietilen plyonka və sürtkü yağı istifadə edilmişdir. Yanal sıxılma tətbiq edilərkən X və Y istiqamətlərindəki yüklər 1 kN/s, Z istiqamətindəki saxlama yükü 2 kN/s sürətlə artırılmışdır. \(\sigma_2\) və \(\sigma_3\) hədəf dəyərlərə çatdıqda gərginliklər 30 saniyə sabit saxlanmış; sonra Z istiqamətində 0,3 mm/dəqiqə yerdəyişmə ilə idarə olunan yükləməyə keçilmişdir. Üç istiqamətdəki yerdəyişmələr LVDT-lərlə eyni vaxtda izlənmişdir.

Bir oxlu sınaq quruluşu

Bir oxlu sıxılma sınağında maksimum tutumu 2000 kN olan elektrik servo-idarə olunan sıxılma maşını istifadə edilmişdir. Yerdəyişmə 0,001 mm dəqiqliyə və 100 mm ölçmə intervalına malik LVDT ilə ölçülmüşdür. Yükləmə sürəti GB/T 50081-2019 standartına uyğun olaraq 5 kN/s seçilmişdir.

Bir oxlu sıxılma möhkəmliyində %5 əvəzləmə niyə önə çıxır?

Mənbədə %5 əvəzləmə qrupunda möhkəmliyin %0 qrupa nisbətən təxminən %13,94 artdığı bildirilir. Daha yüksək əvəzləmə nisbətlərində möhkəmlik yenidən azalır. Tədqiqatın mikrostruktur şərhi, CT qumunun ultra-incə dənələrinin istehsal olunmuş qumun qranulometrisini tamamlayaraq boşluqları doldurmasının uyğun aşağı əvəzləmə səviyyəsində faydalı ola biləcəyi istiqamətindədir. CT miqdarı daha da artdıqda doldurma təsirinin doyma həddinə yaxınlaşması, daha çox boşluq və zəif interfeysin yaranması, su tələbatı və quruma büzülməsinin artması kimi təsirlər möhkəmlik üstünlüyünü azalda bilər.

Niyə %5 Qrupu Ən Yüksək Möhkəmliyi Verərkən %20 Qrupu Daha Yüksək Nisbi Sıxılma Qazancı Göstərə Bilər?

Çünki %5 qrupunun başlanğıc bir oxlu möhkəmliyi onsuz da ən yüksəkdir; \(K_t\) isə həqiqi üçoxlu pik gərginliyi eyni qrupun öz \(f_c\) dəyərinə bölən ölçüsüz nisbətdir, buna görə başlanğıc möhkəmliyi daha aşağı olan %20 qrupu yanal sıxılmadan nisbi olaraq daha çox faydalansa da mütləq pik gərginlikdə %5 qrupunu keçməyə bilər.

Möhkəmlik artımı əmsalı

Tənlik (1)-də \(\sigma_{1,p}\), həqiqi üçoxlu sıxılma altında ölçülən oxboyu pik gərginlikdir; \(f_c\) eyni CT qumu əvəzləmə nisbətinin bir oxlu sıxılma möhkəmliyidir. Hər iki kəmiyyət MPa ilə ifadə olunur və nisbətləndirildiyi üçün \(K_t\) ölçüsüzdür. \(K_t=1\), üçoxlu pik möhkəmliyin bir oxlu möhkəmliklə eyni olduğunu; \(K_t>1\) isə yanal sıxılma altında daha yüksək pik möhkəmliyin əldə edildiyini göstərir.

Məsələn, ən yüksək sıxılma şəraiti olan \((12,6)\) MPa-da %5 qrupunun mütləq pik gərginliyi 86,3212 MPa ilə ən yüksəkdir; lakin \(K_t=1,903\)-dür. %20 qrupunun pik gərginliyi daha aşağı, 82,5728 MPa olsa da, başlanğıc bir oxlu möhkəmliyi yalnız 39,44 MPa olduğundan \(K_t=2,094\)-ə çatır. Beləliklə, “ən yüksək möhkəmlik” ilə “ən böyük nisbi sıxılma qazancı” arasındakı fərq birbaşa görünür.

Aralıq baş gərginlik σ₂ nə etdi?

\(\sigma_3=2\) MPa sabit saxlanarkən \(\sigma_2\) 4 MPa-dan 8 MPa-a yüksəldildikdə bütün qruplarda \(K_t\) davamlı artmışdır. Ümumi artım qrupdan asılı olaraq 0,202–0,262 arasında dəyişmişdir. Mənbədə xüsusən 6→8 MPa intervalındakı artımın 4→6 MPa intervalındakından daha böyük olduğu qeyd edilir. Bu nəticə araşdırılan gərginlik intervalında aralıq baş gərginliyin möhkəmlik üzərində gücləndirici təsirinin xətti və sabit meylli olmaq məcburiyyətində olmadığını göstərir.

Ən kiçik baş gərginlik σ₃ nə etdi?

\(\sigma_2=8\) MPa sabitkən \(\sigma_3\) 2→4→6 MPa yüksəldildikdə \(K_t\) yenə artmışdır; lakin artım miqdarı azalmışdır. Beş qrupun ortalamasında \(\sigma_3\)-ün 2 MPa-dan 4 MPa-a yüksəlməsi \(K_t\)-ni təxminən 0,189 artırarkən, 4 MPa-dan 6 MPa-a eyni 2 MPa-lıq artım yalnız təxminən 0,093 orta artım təmin etmişdir. Bu hal ən kiçik baş sıxılma gərginliyinin gücləndirici təsirinin araşdırılan intervalda azalan marjinal qazanc göstərə bildiyini ortaya qoyur.

Qırılma formaları necə dəyişdi?

Bir oxlu yükləmədə bütün qarışıqlar tipik kövrək yarılma davranışı göstərmişdir. Son yükün təxminən %70–80-nə çatdıqda əvvəlcə kənar və bucaqlarda mikroçatlaqlar müşahidə edilmiş; yük artdıqca bu çatlaqlar sürətlə irəliləyib birləşərək şaquli əsas çatlar və yerli qopmalar yaratmışdır. Son mərhələdə nümunələr bir neçə bloka ayrılmış və əhəmiyyətli plastik deformasiya inkişaf etməmişdir.

Həqiqi üçoxlu sıxılmada nümunələr ümumiyyətlə bir oxlu nümunələrdən daha bütöv qalmışdır. x səthində incə çatlama, yarılma və daha ağır şəraitlərdə yarılma–qopma formaları müşahidə edilmişdir. y səthində bir kənar boyunca və ya iki yan kənar boyunca oxa təxminən paralel yarılma üstünlük təşkil etmişdir. z səthində isə iki yanal istiqamətdəki sıxılma səbəbindən mərkəzi sıxılma sahəsi daha bütöv qalmış; çatlar daha çox yükləmə lövhəsinin təmas sahəsinin ətrafında inkişaf etmişdir.

Gərginlik–deformasiya əyrisinin üç mərhələsi

Sıxılma işarəsi müsbət qəbul edilmişdir. \(\varepsilon_1\), \(\varepsilon_2\) və \(\varepsilon_3\) müvafiq olaraq z, y və x istiqamətlərindəki baş deformasiyaları ifadə edir. \(\sigma_1-\varepsilon_1\) əyriləri ümumilikdə üç sahəyə bölünmüşdür: təxminən xətti yüksələn başlanğıc, qeyri-xətti yüksələn pikdən əvvəlki sahə və pikdən sonrakı yumşalma.

Yanal təzyiq artdıqca pikdən sonrakı enişin meyli azalmışdır. Xüsusilə (8,6) və (12,6) MPa şəraitlərində pik ətrafındakı əyrilik daha yumşaq olmuş və yüksək oxboyu gərginlik daha geniş deformasiya intervalında qorunmuşdur. Bu nəticə qeyri-bərabər üçoxlu sıxılmanın bir oxlu yükləmədəki kövrək yumşalmanı əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirərək daha sünek pikdən sonrakı reaksiya yaratdığını göstərir.

Əksər nümunələrdə \(\sigma_2>\sigma_3\) olduğuna görə daha zəif sıxılmış istiqamətdə yanal deformasiya böyüklüyü daha çox olmuşdur: ümumi meyl \(|\varepsilon_3|>|\varepsilon_2|\) şəklindədir. Pikdən sonra \(|\varepsilon_3|\)-ün inkişaf sürəti də əksər hallarda \(|\varepsilon_2|\)-dən böyükdür. Fiziki izah budur ki, daha yüksək \(\sigma_2\) öz istiqamətində yanal genişlənməni daha güclü məhdudlaşdırır; daha aşağı \(\sigma_3\) isə daha az məhdudiyyət təmin edir.

Oktaedrik gərginliklər niyə hesablandı?

Üç ayrı baş gərginliyin təsirini daha ümumi çoxoxlu qırılma tərifinə daşımaq üçün eksperimental pik nöqtələri oktaedrik normal gərginlik \(\sigma_{oct}\), oktaedrik kəsici gərginlik \(\tau_{oct}\) və Lode bucağı \(\theta\) formasına çevrilmişdir. Sıxılma müsbət qəbul edilmişdir.

\(\sigma_{oct}\), üç baş gərginliyin ortalamasıdır və MPa ilə ifadə olunur. Çoxoxlu vəziyyətdə orta sıxılma səviyyəsini təmsil edir.

\(\tau_{oct}\), baş gərginliklər arasındakı fərqlərdən yaranan deviatorik/kəsici komponentin oktaedrik müstəvidəki böyüklüyünü ifadə edir və MPa ilə göstərilir. Üç baş gərginlik bir-birinə yaxınlaşdıqca fərq terminləri kiçilir; gərginlik vəziyyəti daha hidrostatik hala yaxınlaşdıqda \(\tau_{oct}\) azalır.

Lode bucağı \(\theta\), deviatorik gərginlik vəziyyətində baş gərginliklərin nisbi mövqeyini müəyyən edir. Mənbə Cədvəl 9-da bucaq dərəcə ilə bildirilmişdir. Beləliklə, yalnız orta sıxılma və kəsici gərginlik səviyyəsi deyil, \(\sigma_2\) ilə \(\sigma_3\)-ün bir-birindən nə qədər fərqləndiyi də qırılma tərifinə əks etdirilə bilər.

Ölçüsüz qırılma koordinatları

\(X\) və \(Y\), oktaedrik gərginliklərin eyni qarışığın bir oxlu sıxılma möhkəmliyi \(f_c\) ilə normallaşdırılmış formalarıdır. Surət və məxrəc MPa olduğuna görə hər iki kəmiyyət ölçüsüzdür. Bu normallaşdırma beş qarışığın başlanğıc möhkəmlikləri fərqli olsa belə çoxoxlu qırılma davranışlarını ortaq koordinat sistemində müqayisə etməyə imkan verir.

Müqayisə edilən qırılma meyarları

Mənbə əvvəlcə təzyiqə həssas xətti Drucker–Prager formasını nəzərə almışdır:

Daha sonra zədələnmə Poisson nisbətinə əsaslanan çoxoxlu beton möhkəmliyi yanaşması qiymətləndirilmişdir:

Burada \(a_1,a_2,a_3,a_4\) sıxılma sahəsi üçün uyğunlaşdırma parametrləridir. Bu yanaşma hidrostatik təzyiq və Lode bucağının təsirlərini zədələnmə nisbəti vasitəsilə təmsil etməyə çalışır. Tədqiqatın son seçimi isə bu model deyil.

Bresler–Pister Qırılma Meyarı Bu Tədqiqatda Niyə Seçildi?

Eksperimental qırılma nöqtələrinin müqayisəli uyğunlaşdırılmasında ikinci dərəcəli Bresler–Pister forması tədqiqat məlumatlarına ən uyğun əyrini verdiyinə görə tədqiqatçılar beş CT qumu əvəzləmə nisbətinin qırılma zərflərini bu modellə ayrı-ayrılıqda reqressiyaya tabe etmişlər.

İkinci dərəcəli \(CX^2\) termini xətti Drucker–Prager formasına nisbətən orta gərginlik–kəsici gərginlik əlaqəsinə əyrilik verir. \(A\), \(B\) və \(C\) eksperimental reqressiya parametrləridir.

Tənlik (12) tədqiqatda istifadə olunan son ölçüsüz qırılma zərfidir. Hər əvəzləmə nisbəti üçün altı eksperimental qırılma nöqtəsi ayrıca reqressiyaya daxil edilmişdir. Buna görə bir qrupun \(A\), \(B\) və \(C\) əmsalları başqa qrupun əmsalları ilə əvəz edilməməlidir.

\(R^2\) dəyərlərinin 0,9954–0,9989 intervalında olması modelin bu sınaqlardakı altı qırılma nöqtəsini çox yaxından təmsil etdiyini göstərir. Bununla belə, yüksək \(R^2\) modelin sınaqdan kənarda qalan gərginlik səviyyələrində və ya başqa CT-GPC qarışıqlarında avtomatik etibarlı olduğunu sübut etmir. Mənbənin nəticə bölməsi də qırılma əlaqələrinin tədqiqatda sınaqdan keçirilmiş gərginlik intervalına aid olduğunu açıq şəkildə məhdudlaşdırır.

Tam gərginlik–deformasiya əyrisi necə normallaşdırıldı?

\(\varepsilon_{1p}\), pik gərginliyə uyğun gələn oxboyu deformasiya; \(\sigma_p\) isə eyni sınaqda ölçülmüş pik gərginlikdir. Beləliklə, pik nöqtəsi təxminən \(x=1,\;y=1\) mövqeyinə daşınır. \(x\) və \(y\) ölçüsüzdür və fərqli gərginlik şəraitlərində əyri formalarını ortaq miqyasda müqayisə etməyə imkan verir.

Niyə tək bir klassik beton modeli birbaşa istifadə edilmədi?

Mənbə Hognestad, Kent–Park, Popovics və Guo Zhenhai tipli ifadələri qiymətləndirmişdir. Hognestad yanaşmasının pikdən əvvəl sabit başlanğıc sərtliyi nisbəti fərz etməsi və pikdən sonranı xətti təsvir etməsi; Kent–Park yanaşmasının passiv armatur halqası ilə məhdudlaşdırma üçün hazırlanmış empirik parametrlərə və xətti pikdən sonrakı qola əsaslanması, qeyri-bərabər aktiv yanal təzyiq altında CT-GPC-nin əyri formasını birbaşa təmsil etmək üçün məhdudlaşdırıcı hesab edilmişdir.

Popovics funksiyasının pikdən əvvəlki qolu mənbədə bu formada istifadə edilmişdir:

\(n\), pikdən əvvəlki əyriliyi idarə edən forma parametridir. Mənbə Popovics-in normal beton üçün hazırlanmış orijinal empirik \(n\) əlaqəsini birbaşa daşımamış; yalnız funksional formanı istifadə edərək \(n\)-i CT-GPC-nin TTC məlumatlarına yenidən uyğunlaşdırmışdır.

Guo Zhenhai-nin hissə-hissə forması mənbədə belə verilmişdir:

\(\alpha_a\) yüksələn qolu, \(\alpha_d\) isə pikdən sonrakı enişin formasını idarə edir. Tədqiqatçılar eksperimental əyrilər üzrə ən kiçik kvadratlar müqayisəsində pikdən əvvəl Popovics tipli funksiyanın, pikdən sonra isə Guo tipli funksiyanın birlikdə istifadəsinin daha aşağı uyğunlaşdırma xətası verdiyini bildirirlər.

Tədqiqatın təklif etdiyi son hissə-hissə konstitutiv model

Tənlik (17)-də pikdən əvvəlki əyriliyi \(n\), pikdən sonrakı yumşalmanı \(\alpha_d\) idarə edir. Parametrlər hər CT qumu əvəzləmə nisbəti və hər yanal gərginlik kombinasiyası üçün ayrıca qeyri-xətti ən kiçik kvadratlar üsulu ilə Origin proqramında uyğunlaşdırılmışdır. Buna görə bu tədqiqat vahid universal \(n\) və ya \(\alpha_d\) sabiti təklif etmir.

Bütün 30 əyrinin \(R^2\) dəyərləri 0,9789–0,9991 arasında qalmışdır. Bu yüksək uyğunluq hissə-hissə funksiyanın eksperimental əyri formalarını sınaq intervalında yaxşı təmsil etdiyini göstərir. Bununla belə, parametrlərin gərginlik kombinasiyasına görə nəzərəçarpacaq şəkildə dəyişməsi bütün CT-GPC davranışının tək sabit parametr cütü ilə təmsil edilməməli olduğunu da göstərir.

SEM və EDS mikrostruktur araşdırması

Hər CT qumu əvəzləmə nisbətindən üç müxtəlif beton kubunun daxili hissəsindən bir nümunə götürülmüş; beləliklə, cəmi 15 SEM nümunəsi hazırlanmışdır. Hər hissə 1 cm-dən kiçik ölçüdə saxlanmış, quru laboratoriya mühitində bir gün gözlədilmiş və SEM görüntüləməsindən əvvəl qızılla örtülmüşdür. Görüntüləmə ZEISS Sigma 360 skanedici elektron mikroskopunda aparılmışdır.

500× böyütmədə hissəcik–matris interfeys görüntülərində %0 və %20 qruplarının seçilmiş sahələrində hissəcik sərhədi boyunca nisbətən davamlı açıq çatlar görülmüşdür. %5 qrupunda hissəcik kənarlarında yerli boşluqlar və matris çatları olsa da, bu sərhəd açıqlıqları %0 və %20 qruplarında seçilmiş uzun açıqlıqlardan daha kiçikdir. %10 qrupunun seçilmiş görüntüsündə interfeysin böyük hissəsinin nisbətən davamlı olduğu, %15 qrupunda isə bəzi çatların hissəcik sərhədindən matrisə bağlandığı görülmüşdür. Mənbə xüsusilə bu mikrostruktur xüsusiyyətlərinin əvəzləmə nisbəti ilə sadə və monoton şəkildə dəyişmədiyini bildirir.

%5 qrupunun gel matrisi görüntüsündə çoxlu incə dənəvər və torvari/flokulent gel məhsulu, məsamə divarları boyunca davamlılıq və hissəciklər arasında əlaqə müşahidə edilmişdir. Araşdırılan yerli EDS nöqtəsində O, Al və Si cəmi %92,01; Ca %4,65; Na %1,82 olaraq bildirilmiş, az miqdarda Mg və Fe də aşkar edilmişdir. Müəlliflər bu tərkibin kalsium və natrium ehtiva edən alüminosilikat gel məhsulları ilə uyğun olduğunu qiymətləndirirlər. Bu EDS nəticəsi yalnız bir yerli analiz nöqtəsinə aiddir; bütün materialın faza nisbəti və ya orta kimyəvi tərkibi kimi şərh edilməməlidir.

2000× görüntülərdə %0 qrupunun gel matrisi daxilində mikrometrdən kiçik ölçüdən bir neçə mikrometrədək çoxlu məsamə və bəzi yerlərdə 10 μm-ni aşan daha böyük boşluqlar müşahidə edilmişdir. Başqa sahələrdə boşluqları qismən dolduran təxminən 1–2 μm sferik yığıntılar və laylı mineral hissəcikləri görülmüşdür. CT-dəki xlorit, illit və mika qrupu minerallarla əlaqələndirilən laylı hissəciklər arasında açıq boşluq və yerli zəif müstəvi yarada biləcək sahələr olmuşdur.

Mikrostruktur ilə makroskopik möhkəmlik necə əlaqələndirildi?

Müəlliflərin şərhinə görə %5 CT qumu əlavəsi ultra-incə dənə doldurma təsiri ilə istehsal olunmuş qumun qranulometrisini tamamlayaraq bəzi boşluqları azalda bilər. Seçilmiş SEM sahəsində %5 qrupunun daha davamlı bərk quruluşu və uzun açıq çatların görünməməsi makroskopik olaraq ən yüksək sıxılma möhkəmliyi ilə uyğun hesab edilmişdir. Buna qarşılıq %20 qrupunun seçilmiş görüntüsündə hissəcik sərhədindəki açıqlığın qonşu çatlarla birləşməsi yüksək əvəzləmə səviyyəsində zəif interfeyslərin arta biləcəyi şərhini dəstəkləyir.

Bu mikrostruktur izahı səbəbiyyət baxımından ehtiyatla oxunmalıdır. SEM görüntüləri müəyyən və məhdud görüntü sahələrindən gəlir; tədqiqatda bütün həcmi təmsil edən üçölçülü məsamə tomoqrafiyası və ya genişmiqyaslı kəmiyyət çat statistikasına yer verilmir. Buna görə görüntülər makroskopik davranışla uyğun mexanizm dəstəyi verir, lakin bütün möhkəmlik fərqini təkbaşına qəti sübut etmir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Sınaq dizaynının texniki xülasəsi

Əsas eksperimental nəticələr

• %0–20 CT qumu əvəzləmə intervalında bir oxlu sıxılma möhkəmliyi %5-də maksimuma çatmış və daha yüksək əvəzləmələrdə yenidən azalmışdır.
• %5 qrupu altı həqiqi üçoxlu gərginlik kombinasiyasının hamısında ən yüksək mütləq oxboyu pik gərginliyi yaratmışdır.
• Bütün qruplarda TTC pik gərginliyi öz bir oxlu möhkəmliyindən yüksək olmuş; \(K_t\) 1,237–2,094 arasında dəyişmişdir.
• CT qumu ehtiva edən dörd qrup arasında %20 qrupu ən yüksək nisbi sıxılma artımı əmsalını göstərmişdir; bu sıralama mütləq möhkəmlik sıralamasından fərqlidir.
• \(\sigma_3=2\) MPa sabitkən \(\sigma_2\)-nin artması bütün qruplarda \(K_t\)-ni artırmışdır.
• \(\sigma_2=8\) MPa sabitkən \(\sigma_3\)-ün artması da \(K_t\)-ni artırmış, lakin ikinci 2 MPa-lıq artımın orta töhfəsi birinci artımdan daha kiçik olmuşdur.
• Həqiqi üçoxlu nümunələr bir oxlu nümunələrlə müqayisədə qırılmadan sonra daha yaxşı bütövlük göstərmişdir.
• Yanal sıxılma artdıqca pikdən sonrakı oxboyu gərginlik itkisi daha mərhələli olmuşdur.
• Əksər şəraitdə daha zəif yanal sıxılma istiqamətində deformasiya böyüklüyü daha yüksək olmuş və \(|\varepsilon_3|>|\varepsilon_2|\) meyli müşahidə edilmişdir.
• Bresler–Pister tipli ikinci dərəcəli qırılma zərfi üçün \(R^2\) 0,9954–0,9989 intervalındadır.
• Popovics–Guo birləşdirilmiş konstitutiv modelində 30 normallaşdırılmış əyri üçün \(R^2\) 0,9789–0,9991 intervalındadır.
• Seçilmiş SEM sahələri %5 qrupunda daha davamlı bərk quruluş; %0 və %20 qruplarında isə daha nəzərəçarpan açıq çat sahələri göstərmişdir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

Tədqiqat araşdırılan material tərkibi, 100 mm kub nümunələr, 28 günlük bərkimə və müəyyən edilmiş 2–12 MPa yanal gərginlik intervalı daxilində CT qumu nisbətinin həm ilkin bir oxlu möhkəmliyə, həm də çoxoxlu sıxılmaya verilən reaksiyaya təsir etdiyini dəstəkləyir. Bundan əlavə, iki yanal baş gərginliyin bərabər olmadığı şəraitlərdə \(\sigma_2\) və \(\sigma_3\)-ün ayrı təsirlərini ölçməyin vacib olduğunu, yanal sıxılmanın qırılma formasını və pikdən sonrakı deformasiyanı dəyişdirdiyini eksperimental olaraq göstərir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi ümumiləşdirmələr

Nəticələr “%5 CT qumu bütün geopolimer betonlarda universal optimumdur”, “%20 hər şəraitdə daha yaxşı çoxoxlu betondur”, “bu material real konstruksiyalarda qəti şəkildə daha təhlükəsizdir” və ya “CT-GPC-nin karbon izi ənənəvi betondan bu qədər aşağıdır” kimi ümumiləşdirmələri dəstəkləmir. Tədqiqat tək bir material sistemi, məhdud əvəzləmə nisbətləri, altı yanal sıxılma vəziyyəti, 100 mm laboratoriya kubları və 28 günlük bərkimə üzərində aparılmışdır.

Metodoloji və şərh sərhədləri

Mənbə möhkəmlik dəyərlərini üç nümunənin ortalaması kimi verir; lakin əsas möhkəmlik cədvəllərində standart sapma, etibar intervalı və ya inferensial əhəmiyyətlilik testi bildirilməmişdir. Buna görə, məsələn, %5 ilə %10 qrupları arasındakı ədədi fərqin statistik əhəmiyyətliliyi bu mənbədən çıxarıla bilməz.

Qırılma zərfi və konstitutiv model yüksək \(R^2\) dəyərləri göstərsə də, əmsallar eksperimental məlumatlar üzərində uyğunlaşdırılmışdır. Modelin fərqli nümunə ölçülərində, fərqli CT mineralogiyalarında, fərqli aktivator nisbətlərində, başqa bərkimə şəraitlərində və ya daha yüksək/aşağı gərginlik sahələrində müstəqil xarici doğrulaması aparılmamışdır.

SEM/EDS analizi müəyyən yerli görüntü sahələrini və nöqtəvi kimyəvi ölçmələri təmsil edir. Tədqiqat kəmiyyət üçölçülü məsamə şəbəkəsi, bütün nümunə həcmini əhatə edən çat paylanması və ya faza miqdarlarının geniş kəmiyyət təyinini təqdim etmir.

Tədqiqat qısamüddətli mexaniki davranışa yönəlmişdir. Donma-ərimə, xlorid keçidi, sulfat hücumu, karbonatlaşma, sürünmə, uzunmüddətli büzülmə, yorulma, yanğın davranışı və sahədə xidmət müddəti bu sınaq proqramının mövzusu deyil. Eyni şəkildə “aşağı karbon” motivasiyası müzakirə olunsa da, həyat dövrünün qiymətləndirilməsi və ya birbaşa CO₂ ekvivalenti hesabı aparılmamışdır.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal tədqiqat: Mechanical behaviour, failure criterion and stress–strain modelling of copper tailings geopolymer concrete under true triaxial compression.

Müəlliflər: Jiajun Xie; Jianwei Chen; Hongwei Ren; Zhongyi Zhou; Xiangbo Ning.

Bərabər töhfə: Mənbə PDF-də bərabər töhfə/birgə birinci müəllif bəyanatı yoxdur.

Məsul müəllif: Jianwei Chen; College of Civil and Architectural Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan, China.

Affiliasiyalar: College of Civil and Architectural Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan, PR China; Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration, Harbin, China; China 22MCC Group Corporation Ltd., Tangshan, Hebei, China.

Mənbə növü: Eksperimental tədqiqat məqaləsinin preprinti.

Rəyçilik statusu: Mənbə PDF açıq şəkildə “This preprint research paper has not been peer reviewed” ifadəsini daşıyır; bu versiya rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmişdir.

Platforma: SSRN.

SSRN nömrəsi: 7624559.

DOI: 10.2139/ssrn.7624559.

SSRN dərc/posted tarixi: 17 Oktyabr 2026.

Jurnal / cild / say: Bu mənbə versiyası bir jurnalın dərc olunmuş version of record qeydi deyil; mənbə preprint üçün ayrıca jurnal, cild və ya say məlumatı verilmir.

Rəsmi qeyd: https://ssrn.com/abstract=7624559

Lisenziya: Araşdırılan PDF və rəsmi SSRN qeyd məlumatında təkrar istifadəni açıq şəkildə icazə verən Creative Commons lisenziyası təsdiqlənməmişdir. Buna görə orijinal fotoşəkillər, SEM görüntüləri və mənbə şəkil dizaynları Verianla HTML-inə köçürülməmiş; yalnız elmi məlumatlar və əlaqələr müstəqil cədvəl/SVG tərtibatları ilə yenidən ifadə edilmişdir.

CRediT töhfələri: Jiajun Xie — Writing – original draft, Writing – review & editing, Supervision, Investigation. Jianwei Chen — Supervision, Validation, Writing – review & editing. Hongwei Ren — Writing – review & editing. Zhongyi Zhou — Formal analysis, Data curation. Xiangbo Ning — Writing – review & editing.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər tədqiqata təsir edə biləcək məlum rəqabətli maliyyə marağı və ya şəxsi münasibət olmadığını bəyan edirlər.

Maliyyələşdirmə: National Natural Science Foundation of China, Project 51678236; həmçinin Shijiazhuang Municipal Industry-University-Research Cooperation Project for Universities Stationed in Hebei – Key R&D Special Program for Universities Stationed in Hebei, Grant No. 2512300503A.

Məlumatların əlçatanlığı: Mənbə PDF-də ayrıca “Data Availability” bəyanatı müəyyən edilməmişdir.

Əsas metodoloji sərhəd: Nəticələr laboratoriya miqyasında 100 mm kub CT-GPC nümunələri, %0–20 CT qumu əvəzləmə intervalı və altı müəyyən edilmiş həqiqi üçoxlu sıxılma vəziyyəti üçün əldə edilmişdir. Qırılma meyarı və konstitutiv model əmsalları bu eksperimental interval daxilində uyğunlaşdırılmışdır; sahə miqyasında konstruktiv doğrulama aparılmamışdır.