Жез байытуу калдыгынын геополимер бетону (Copper Tailings Geopolymer Concrete, CT-GPC), щёлочь менен активдештирилген алюмосиликаттык байланыштыргыч системасы жана жез казып алуу/байытуу калдыктары бетон ичинде пайдаланылган геополимер бетон түрү. Бул эксперименттик изилдөө өндүрүлгөн кумдун массасы боюнча %0, %5, %10, %15 жана %20 бөлүгүн жез байытуу калдыгынын куму менен алмаштыруу CT-GPCнин бир октуу жана чыныгы үч октуу кысуудагы бекемдигине, деформациясына, бузулуу формасына жана микротүзүлүшүнө кандай таасир этерин изилдейт. Беш аралашма 100 mm куб үлгүлөр түрүндө даярдалып, 28 күн катырылып, \((\sigma_2,\sigma_3)\) = (4,2), (6,2), (8,2), (8,4), (8,6) жана (12,6) MPa болгон алты тең эмес каптал чыңалуу айкалышында сыналган.

Бир октуу кысуу бекемдиги %0 CT куму тобунда 39,81 MPa болсо, %5 алмаштырууда 45,36 MPaга жогорулаган; %10, %15 жана %20 алмаштырууларда тиешелүүлүгүнө жараша 42,46, 41,83 жана 39,44 MPa өлчөнгөн. Ошентип, каралган %0–20 аралыкта эң жогорку бир октуу бекемдик %5 алмаштырууда алынган. Чыныгы үч октуу кысууда болсо бардык аралашмалардын чоку бекемдиги өзүнүн бир октуу бекемдигинен жогору болуп, бекемдиктин өсүү коэффициенти \(K_t\) 1,237–2,094 аралыгында өзгөргөн.

%5 топ каралган алты чыныгы үч октуу чыңалуу шарттарынын баарында эң жогорку абсолюттук чоку октук чыңалууну жараткан. Ал эми %20 топ CT куму камтылган аралашмалардын ичинде өзүнүн бир октуу бекемдигине салыштырмалуу эң көрүнүктүү салыштырмалуу каптал кысуу пайдасын көрсөткөн. Бул эки жыйынтык карама-каршы эмес: абсолюттук бекемдик менен нормалдаштырылган бекемдик өсүү коэффициенти бир эле чоңдук эмес.

Каптал кысуу жогорулаган сайын октук чыңалуу–деформация ийри сызыгынын чокудан кийинки төмөндөшү жайыраак болуп, үлгүлөр бир октуу кысууга салыштырмалуу жакшыраак бүтүндүк жана ачыгыраак ийкемдүүлүк көрсөткөн. Бузулуу маалыматтары октаэдрдик нормалдык жана жылышуу чыңалуулары аркылуу моделденген; салыштырылган бузулуу ыкмаларынын ичинен Bresler–Pister тибиндеги экинчи даражадагы байланыш колдонулуп, беш алмаштыруу тобу үчүн \(R^2=0,9954–0,9989\) дал келүүлөр алынган. Толук октук чыңалуу–деформация ийри сызыктары Popovics тибиндеги чокуга чейинки бутак менен Guo Zhenhai тибиндеги чокудан кийинки бутак бириктирилген бөлүктүү модель аркылуу берилген; 30 ийри сызыкты дал келтирүүдө \(R^2=0,9789–0,9991\) аралыгы билдирилген.

SEM изилдөөлөрүндө тандалган сүрөт аймактарында %5 топтун катуу фаза түзүлүшү салыштырмалуу үзгүлтүксүз көрүнгөн, ал эми %0 жана %20 топтордо узунураак ачык жаракалар байкалган. Изилдөөчүлөр бул жүрүм-турумду ылайыктуу өлчөмдөгү өтө майда CT куму өндүрүлгөн кумдун гранулометриясындагы боштуктарды толтура алышы; жогорураак кошулмаларда болсо толтуруу пайдасы каныгуу чекке жакындашы жана алсыз интерфейстер менен боштуктар көбөйүшү мүмкүн экендиги менен байланыштырышат. Ошол эле учурда изилдөө лабораториялык масштабда жүргүзүлгөн; конструкция масштабындагы талаа жүрүм-туруму, узак мөөнөттүү чыдамдуулук жана жашоо циклиндеги көмүртектин түз азайышы бул эксперименттерде сыналган эмес.

Жез байытуу калдыгынын геополимер бетону эмне үчүн изилденет?

Изилдөөнүн негизинде ресурстарды пайдаланууга байланышкан эки өзүнчө көйгөй биригет. Биринчиси — кадимки Portland цементин өндүрүүнүн энергия жана көмүртек сыйымдуулугу. Экинчиси — жез рудасын байытуу процесстеринде пайда болгон чоң көлөмдөгү калдыктарды узак убакыт сактоо. Булак изилдөө Кытайда 1950–2020-жылдары топтолгон жез байытуу калдыгы адабиятта 5,56 миллиард тоннадан ашканы маалымдалганын көрсөтөт. CT-GPC ыкмасы бир жагынан Portland цементине көз карандылыкты азайтууну көздөгөн щёлочь-активдештирилген байланыштыргыч системаларды, экинчи жагынан жез калдыгын байланыштыргыч жана майда толтургуч курамдарында пайдаланууну бириктирет.

Изилдөөдө “CT”нин эки башка колдонулушу бири-биринен айырмаланышы керек. CT порошогу, байланыштыргыч фазадагы баштапкы материалдардын бири болуп, реактивдүүлүгүн жогорулатуу үчүн 200 mesh электен өткөрүлгөндөн кийин 800 °Cде кальцинацияланган. CT куму болсо майдалык модулу 0,17 болгон өтө майда толтургуч фракциясы жана өндүрүлгөн кумдун %0–20 бөлүгүнүн ордуна колдонулган. Макаладагы “алмаштыруу үлүшү” жыйынтыктары CT кумунун өндүрүлгөн кумдун ордуна колдонулуу үлүшүн билдирет.

Щёлочтук активатор жана толтургучтар

Щёлочтук активатор аналитикалык тазалыктагы натрий гидроксидинин гранулдары жана натрий силикат эритмесинен даярдалган. Булакта берилген натрий силикат эритмесинин SiO₂ курамы %27,30, Na₂O курамы %8,54, Baumé даражасы 38,5 °Bé, модулу 3,30, катуу зат курамы %35,5 жана pH аралыгы 10–13.

Майда толтургучтар CT куму жана өндүрүлгөн кумдан турат. CT кумунун майдалык модулу 0,17 жана булакта “extra-fine tailings sand” деп классификацияланган. Өндүрүлгөн кумдун майдалык модулу 2,7, көрүнмө тыгыздыгы 2620 kg/m³. Ири толтургуч 5–16 mm үзгүлтүксүз гранулометриялуу майдаланган таш жана көрүнмө тыгыздыгы 2680 kg/m³. Поликарбоксилат негизиндеги суперпластификатордун сууну азайтуу үлүшү %28, аба курамы %5,0, тыгыздыгы 1,06 g/cm³, pH мааниси 6,1 жана катуу зат курамы %39,5 деп берилген. Жайлатуучу катары тазалыгы %99,6 дан жогору сахароза колдонулган.

Үлгүлөр кантип даярдалган?

Өндүрүлгөн кумдун массасы боюнча %0, %5, %10, %15 жана %20 бөлүгү CT куму менен алмаштырылып, жалпы майда толтургуч массасы туруктуу кармалган. Бардык үлгүлөр 100 × 100 × 100 mm куб түрүндө. Алгач NaOH кошумча сууда эритилген; эритме бөлмө температурасына чейин муздагандан кийин натрий силикат кошулган. Сахароза жана суперпластификатор үчүн өзүнчө эритмелер даярдалган. Ири толтургуч, майда толтургуч, шлак порошогу, учма күл жана CT порошогу аралаштыргычта 3 мүнөт кургак/катуу компоненттердин аралашмасы катары аралаштырылган; даярдалган үч суюк эритме андан кийин кезеги менен кошулуп, аралаштыруу дагы 8 мүнөт улантылган.

Жаңы бетон ажыраткыч колдонулган 100 mm куб калыптарга куюлуп, тыгыздоо үчүн вибрацияланган жана андан кийин 28 күн бою 20 ± 2 °C температурада жана кеминде %95 салыштырмалуу нымдуулукта стандарттык катуулатуу жүргүзүлгөн. Ар бир аралашма үчүн негизги эксперимент программасында 21 үлгү даярдалган: үчөө бир октуу кысуу үчүн, 18 үлгү болсо алты TTC шартында ар бир шартка үч үлгүдөн. Даярдоо, катуулатуу жана сыноо учурунда жоготуу же анормалдуу натыйжа мүмкүнчүлүгүнө каршы ар бир аралашмага кошумча 3–7 резервдик үлгү даярдалган.

Чыныгы Үч Октуу Кысуу Сыноосу Эмне Үчүн Салттуу Үч Октуу Сыноого Караганда Көбүрөөк Маалымат Берет?

Салттуу үч октуу сыноодо эки каптал башкы чыңалуу тең \((\sigma_2=\sigma_3)\); чыныгы үч октуу кысууда болсо үч башкы чыңалуу өз алдынча башкарылгандыктан, \(\sigma_2\) менен \(\sigma_3\)түн бекемдикке, каптал кеңейүүгө жана бузулууга ар башка таасири түз ажыратылышы мүмкүн.

Бул изилдөөдө чыңалуу тартиби \(\sigma_1>\sigma_2>\sigma_3\) деп аныкталган. \(\sigma_1\) — z багытындагы эң чоң башкы кысуу чыңалуусу. \(\sigma_2\) жана \(\sigma_3\) тиешелүүлүгүнө жараша күчтүүрөөк жана алсызыраак эки каптал кысууну билдирет.

Чыныгы үч октуу жүктөө протоколу

Чыныгы үч октуу сыноо системасы X жана Y багыттарында 2000 kN, Z багытында 3000 kN максималдуу жүк көтөрүмдүүлүгүнө ээ. Үлгү менен жүктөө плиталарынын ортосундагы сүрүлүүнү азайтуу үчүн полиэтилен пленка жана майлоочу май колдонулган. Каптал кысуу берилгенде X жана Y багыттарындагы жүктөр 1 kN/s, Z багытындагы кармоо жүгү 2 kN/s ылдамдыкта көбөйтүлгөн. \(\sigma_2\) жана \(\sigma_3\) максаттуу маанилерге жеткенде чыңалуулар 30 секунд туруктуу кармалып; андан кийин Z багыты 0,3 mm/мүнөт жылышуу менен башкарылуучу жүктөөгө өткөрүлгөн. Үч багыттагы жылышуулар LVDTлер менен бир убакта көзөмөлдөнгөн.

Бир октуу сыноо түзүлүшү

Бир октуу кысуу сыноосунда максималдуу кубаттуулугу 2000 kN болгон электр серво-башкарылуучу кысуу машинасы колдонулган. Жылышуу 0,001 mm тактык жана 100 mm өлчөө аралыгына ээ LVDT менен өлчөнгөн. Жүктөө ылдамдыгы GB/T 50081-2019 стандартына ылайык 5 kN/s болуп тандалган.

Бир октуу кысуу бекемдигинде %5 алмаштыруу эмне үчүн өзгөчөлөнөт?

Булакта %5 алмаштыруу тобунда бекемдик %0 топко салыштырмалуу болжол менен %13,94 өскөнү көрсөтүлгөн. Жогорураак алмаштыруу үлүштөрүндө бекемдик кайра төмөндөйт. Изилдөөнүн микротүзүлүш боюнча түшүндүрмөсү CT кумунун өтө майда данчалары өндүрүлгөн кумдун гранулометриясын толуктап, боштуктарды толтура алышы ылайыктуу төмөн алмаштыруу деңгээлинде пайдалуу болушу мүмкүн деген пикирде. CT өлчөмү дагы көбөйгөндө толтуруунун таасири каныгуу чекке жакындашы, көбүрөөк боштук жана алсыз интерфейс түзүлүшү, сууга болгон муктаждык жана кургатуудагы жыйрылуунун өсүшү сыяктуу таасирлер бекемдик артыкчылыгын азайтышы мүмкүн.

Эмне Үчүн %5 Топ Эң Жогорку Бекемдикти Берсе да, %20 Топ Жогорку Салыштырмалуу Кысуу Пайдасын Көрсөтүшү Мүмкүн?

Анткени %5 топтун баштапкы бир октуу бекемдиги ансыз да эң жогорку; \(K_t\) болсо чыныгы үч октуу чоку чыңалуусун ошол эле топтун өзүнүн \(f_c\) маанисине бөлгөн өлчөмсүз катыш. Ошондуктан баштапкы бекемдиги төмөнүрөөк %20 топ каптал кысуудан салыштырмалуу көбүрөөк пайда алса да, абсолюттук чоку чыңалуусунда %5 топтон ашпай калышы мүмкүн.

Бекемдиктин өсүү коэффициенти

Теңдеме (1)де \(\sigma_{1,p}\) чыныгы үч октуу кысууда өлчөнгөн октук чоку чыңалуу; \(f_c\) ошол CT кумунун алмаштыруу үлүшүнүн бир октуу кысуу бекемдиги. Эки чоңдук тең MPa менен берилет жана катыш болгондуктан \(K_t\) өлчөмсүз. \(K_t=1\) үч октуу чоку бекемдиги бир октуу бекемдикке барабар экенин; \(K_t>1\) болсо каптал кысууда жогорураак чоку бекемдик алынганын көрсөтөт.

Мисалы, эң жогорку кысуу шарты болгон \((12,6)\) MPaда %5 топтун абсолюттук чоку чыңалуусу 86,3212 MPa менен эң жогорку; бирок \(K_t=1,903\). %20 топтун чоку чыңалуусу төмөн, 82,5728 MPa болгонуна карабай, баштапкы бир октуу бекемдиги болгону 39,44 MPa болгондуктан \(K_t=2,094\)кө жетет. Ошентип, “эң жогорку бекемдик” менен “эң чоң салыштырмалуу кысуу пайдасынын” айырмасы түз көрүнөт.

Аралык башкы чыңалуу σ₂ эмне кылды?

\(\sigma_3=2\) MPa туруктуу кармалганда \(\sigma_2\) 4 MPaдан 8 MPaга жогорулатылганда бардык топтордо \(K_t\) үзгүлтүксүз өскөн. Жалпы өсүү топко жараша 0,202–0,262 аралыгында өзгөргөн. Булакта өзгөчө 6→8 MPa аралыгындагы өсүү 4→6 MPa аралыгындагы өсүүдөн чоң экени белгиленет. Бул жыйынтык каралган чыңалуу аралыгында аралык башкы чыңалуунун бекемдикке күчөтүүчү таасири сөзсүз сызыктуу жана туруктуу ылдыйышта болбой турганын көрсөтөт.

Эң кичине башкы чыңалуу σ₃ эмне кылды?

\(\sigma_2=8\) MPa туруктуу болгондо \(\sigma_3\) 2→4→6 MPaга көтөрүлгөндө \(K_t\) дагы өскөн; бирок өсүүнүн көлөмү азайган. Беш топтун орточосунда \(\sigma_3\)түн 2 MPaдан 4 MPaга жогорулашы \(K_t\)ни болжол менен 0,189 көбөйтсө, 4 MPaдан 6 MPaга ошол эле 2 MPa өсүш болгону болжол менен 0,093 орточо өсүш берген. Бул эң кичине башкы кысуу чыңалуусунун күчөтүүчү таасири каралган аралыкта азайган маржиналдык пайда көрсөтүшү мүмкүн экенин билдирет.

Бузулуу формалары кантип өзгөрдү?

Бир октуу жүктөөдө бардык аралашмалар мүнөздүү морт жарылуу жүрүм-турумун көрсөткөн. Акыркы жүктүн болжол менен %70–80 чегине жеткенде адегенде кырлар жана бурчтарда микро жаракалар байкалган; жүк өскөн сайын бул жаракалар тез өнүгүп, биригип, тик негизги жаракаларды жана жергиликтүү бөлүк түшүүсүн жараткан. Акыркы баскычта үлгүлөр бир нече блокко бөлүнүп, олуттуу пластикалык деформация өнүккөн эмес.

Чыныгы үч октуу кысууда үлгүлөр жалпысынан бир октуу үлгүлөргө караганда бүтүнүрөөк калган. x бетинде майда жарака, жарылуу жана оорураак шарттарда жарылуу–түшүү формалары байкалган. y бетинде бир кыр же эки каптал кыр боюнча огуна болжол менен параллелдүү жарылуу үстөмдүк кылган. z бетинде болсо эки каптал багыттагы кысуунун айынан борбордук кысуу аймагы бүтүнүрөөк калып, жаракалар көбүнчө жүктөө плитасынын контакт аймагынын тегерегинде өнүккөн.

Чыңалуу–деформация ийри сызыгынын үч баскычы

Кысуу белгиси оң деп алынган. \(\varepsilon_1\), \(\varepsilon_2\) жана \(\varepsilon_3\) тиешелүүлүгүнө жараша z, y жана x багыттарындагы башкы деформацияларды билдирет. \(\sigma_1-\varepsilon_1\) ийри сызыктары жалпысынан үч аймакка бөлүнгөн: болжол менен сызыктуу өсүүчү баштапкы бөлүк, сызыктуу эмес өсүүчү чокуга чейинки аймак жана чокудан кийинки жумшаруу.

Каптал басым өскөн сайын чокудан кийинки төмөндөөнүн ылдыйышы азайган. Айрыкча (8,6) жана (12,6) MPa шарттарында чоку айланасындагы ийрилик жумшагыраак болуп, жогорку октук чыңалуу кеңири деформация аралыгында сакталган. Бул жыйынтык тең эмес үч октуу кысуу бир октуу жүктөөдөгү морт жумшарууну олуттуу өзгөртүп, чокудан кийинки ийкемдүүрөөк жооп түзөрүн көрсөтөт.

Көпчүлүк үлгүлөрдө \(\sigma_2>\sigma_3\) болгондуктан, алсызыраак кысылган багыттагы каптал деформация чоңдугу чоңураак чыккан: жалпы тенденция \(|\varepsilon_3|>|\varepsilon_2|\) түрүндө. Чокудан кийин \(|\varepsilon_3|\)түн өнүгүү ылдамдыгы да көп учурда \(|\varepsilon_2|\)ден жогору. Физикалык түшүндүрмө: жогорураак \(\sigma_2\) өз багытындагы каптал кеңейүүнү күчтүүрөөк басат, ал эми төмөнүрөөк \(\sigma_3\) азыраак чектөө берет.

Октаэдрдик чыңалуулар эмне үчүн эсептелди?

Үч өзүнчө башкы чыңалуунун таасирин жалпыраак көп октуу бузулуу аныктамасына өткөрүү үчүн эксперименттик чоку чекиттери октаэдрдик нормалдык чыңалуу \(\sigma_{oct}\), октаэдрдик жылышуу чыңалуусу \(\tau_{oct}\) жана Lode бурчу \(\theta\) түрүнө айландырылган. Кысуу оң деп алынган.

\(\sigma_{oct}\) үч башкы чыңалуунун орточосу жана MPa менен берилет. Ал көп октуу абалдагы орточо кысуу деңгээлин көрсөтөт.

\(\tau_{oct}\) башкы чыңалуулардын айырмаларынан келип чыккан девиатордук/жылышуу компонентинин октаэдрдик тегиздиктеги чоңдугун билдирет жана MPa менен берилет. Үч башкы чыңалуу бири-бирине жакындаган сайын айырма мүчөлөрү кичирейет; чыңалуу абалы гидростатикалык абалга жакындаганда \(\tau_{oct}\) азаят.

Lode бурчу \(\theta\) девиатордук чыңалуу абалындагы башкы чыңалуулардын салыштырмалуу ордун аныктайт. Булактагы 9-таблицада бурч градус менен берилген. Ошентип, орточо кысуу жана жылышуу деңгээли гана эмес, \(\sigma_2\) менен \(\sigma_3\) бири-биринен канчалык айырмаланары да бузулуу аныктамасына киргизилиши мүмкүн.

Өлчөмсүз бузулуу координаттары

\(X\) жана \(Y\) — октаэдрдик чыңалуулардын ошол эле аралашманын бир октуу кысуу бекемдиги \(f_c\) менен нормалдаштырылган түрлөрү. Алым жана бөлүм MPa болгондуктан, эки чоңдук тең өлчөмсүз. Бул нормалдаштыруу беш аралашманын баштапкы бекемдиктери ар башка болсо да көп октуу бузулуу жүрүм-турумун жалпы координата системасында салыштырууга мүмкүндүк берет.

Салыштырылган бузулуу критерийлери

Булак адегенде басымга сезгич сызыктуу Drucker–Prager түрүн караган:

Андан кийин бузулуу Poisson катышына негизделген көп октуу бетон бекемдиги ыкмасы бааланган:

Бул жерде \(a_1,a_2,a_3,a_4\) кысуу аймагы үчүн дал келтирүү параметрлери. Бул ыкма гидростатикалык басым жана Lode бурчунун таасирин бузулуу катышы аркылуу көрсөтүүгө аракет кылат. Бирок изилдөөнүн акыркы тандоосу бул модель эмес.

Бул Изилдөөдө Bresler–Pister Бузулуу Критерийи Эмне Үчүн Тандалды?

Эксперименттик бузулуу чекиттерин салыштырмалуу дал келтирүүдө экинчи даражадагы Bresler–Pister түрү изилдөө маалыматтарына эң ылайыктуу ийри сызыкты бергендиктен, изилдөөчүлөр беш CT кумунун алмаштыруу үлүшүнүн бузулуу кабыктарын ушул модель менен өз-өзүнчө регрессиялашкан.

Экинчи даражадагы \(CX^2\) мүчөсү сызыктуу Drucker–Prager түрүнө салыштырмалуу орточо чыңалуу–жылышуу байланышын ийри кылат. \(A\), \(B\) жана \(C\) эксперименттик регрессия параметрлери.

Теңдеме (12) — изилдөөдө колдонулган акыркы өлчөмсүз бузулуу кабыгы. Ар бир алмаштыруу үлүшү үчүн алты эксперименттик бузулуу чекити өзүнчө регрессияга киргизилген. Ошондуктан бир топтун \(A\), \(B\) жана \(C\) коэффициенттери башка топтун коэффициенттери менен алмаштырылбашы керек.

\(R^2\) маанилеринин 0,9954–0,9989 аралыгында болушу моделдин бул эксперименттердеги алты бузулуу чекитин абдан жакын чагылдырганын көрсөтөт. Ошол эле учурда жогорку \(R^2\) модель эксперименттен тышкаркы чыңалуу деңгээлдеринде же башка CT-GPC аралашмаларында автоматтык түрдө жарактуу экенин далилдебейт. Булактын жыйынтык бөлүмү да бузулуу байланыштарын изилдөөдө сыналган чыңалуу аралыгы менен ачык чектейт.

Толук чыңалуу–деформация ийри сызыгы кантип нормалдаштырылды?

\(\varepsilon_{1p}\) чоку чыңалууга туура келген октук деформация; \(\sigma_p\) ошол эле экспериментте өлчөнгөн чоку чыңалуу. Ошентип, чоку чекити болжол менен \(x=1,\;y=1\) абалына жылдырылат. \(x\) жана \(y\) өлчөмсүз жана ар башка чыңалуу шарттарындагы ийри формаларды жалпы масштабда салыштырууга мүмкүндүк берет.

Эмне үчүн бир классикалык бетон модели түз колдонулган жок?

Булак Hognestad, Kent–Park, Popovics жана Guo Zhenhai тибиндеги туюнтмаларды баалаган. Hognestad ыкмасы чокуга чейин туруктуу баштапкы катуулук катышын кабыл алып, чокудан кийинки бөлүктү сызыктуу сүрөттөгөнү; Kent–Park ыкмасы пассивдүү хомут менен чектөө үчүн иштелип чыккан эмпирикалык параметрлерге жана сызыктуу чокудан кийинки бутакка таянганы тең эмес активдүү каптал басымдагы CT-GPCнин ийри формасын түз чагылдыруу үчүн чектөөчү деп табылган.

Popovics функциясынын чокуга чейинки бутагы булакта төмөнкүдөй колдонулган:

\(n\) чокуга чейинки ийриликти башкарган форма параметри. Булак Popovicsтин кадимки бетон үчүн иштелип чыккан баштапкы эмпирикалык \(n\) байланышын түз колдонбой, функционалдык формасын гана алып, \(n\)ди CT-GPCнин TTC маалыматтарына кайра ылайыкташтырган.

Guo Zhenhaiнин бөлүктүү түрү булакта төмөнкүдөй берилген:

\(\alpha_a\) өсүүчү бутакты, \(\alpha_d\) болсо чокудан кийинки төмөндөөнүн формасын башкарат. Изилдөөчүлөр эксперименттик ийри сызыктар боюнча эң кичине квадраттар салыштыруусунда чокуга чейин Popovics тибиндеги функцияны, чокудан кийин Guo тибиндеги функцияны бирге колдонуу азыраак дал келтирүү катасын бергенин белгилешет.

Изилдөө сунуштаган акыркы бөлүктүү конститутивдик модель

Теңдеме (17)де чокуга чейинки ийриликти \(n\), чокудан кийинки жумшарууну \(\alpha_d\) башкарат. Параметрлер ар бир CT кумунун алмаштыруу үлүшү жана ар бир каптал чыңалуу айкалышы үчүн Origin программасында сызыктуу эмес эң кичине квадраттар ыкмасы менен өзүнчө ылайыкташтырылган. Ошондуктан бул изилдөө бир универсалдуу \(n\) же \(\alpha_d\) туруктуусун сунуштабайт.

Бардык 30 ийри сызыктын \(R^2\) маанилери 0,9789–0,9991 аралыгында калган. Бул жогорку дал келүү бөлүктүү функция эксперименттик ийри формаларды сыноо аралыгында жакшы чагылдырарын көрсөтөт. Ошол эле учурда параметрлердин чыңалуу айкалышына жараша олуттуу өзгөрүшү бүт CT-GPC жүрүм-турумун бир туруктуу параметр жубу менен чагылдыруу туура эмес экенин да көрсөтөт.

SEM жана EDS микротүзүлүш изилдөөсү

Ар бир CT кумунун алмаштыруу үлүшүнөн үч башка бетон кубунун ички бөлүгүнөн бирден үлгү алынган; ошентип жалпы 15 SEM үлгүсү даярдалган. Ар бир бөлүк 1 cmден кичине өлчөмдө кармалып, кургак лабораториялык чөйрөдө бир күн сакталган жана SEM сүрөткө тартуудан мурун алтын менен капталган. Сүрөткө тартуу ZEISS Sigma 360 сканерлөөчү электрондук микроскопунда жүргүзүлгөн.

500× чоңойтуудагы бөлүкчө–матрица интерфейс сүрөттөрүндө %0 жана %20 топтордун тандалган аймактарында бөлүкчө чек арасы боюнча салыштырмалуу үзгүлтүксүз ачык жаракалар көрүнгөн. %5 топто бөлүкчө четтеринде жергиликтүү боштуктар жана матрица жаракалары бар болгону менен, бул чек аралык ачылыштар %0 жана %20 топторунда тандалган узун ачылыштардан кичине. %10 топтун тандалган сүрөтүндө интерфейстин чоң бөлүгү салыштырмалуу үзгүлтүксүз, %15 топто болсо айрым жаракалар бөлүкчө чек арасынан матрицага туташканы көрүнгөн. Булак бул микротүзүлүш өзгөчөлүктөрү алмаштыруу үлүшү менен жөнөкөй жана монотондуу өзгөрбөй турганын өзгөчө белгилейт.

%5 топтун гель матрицасынын сүрөтүндө көп сандагы майда гранулалуу жана торчо/флокуленттик гель продуктулары, көңдөй дубалдары боюнча үзгүлтүксүздүк жана бөлүкчөлөр ортосунда байланыш байкалган. Каралган жергиликтүү EDS чекитинде O, Al жана Si жалпы %92,01; Ca %4,65; Na %1,82 деп билдирилип, аз өлчөмдө Mg жана Fe да табылган. Авторлор бул курам кальций жана натрий камтыган алюмосиликаттык гель продуктуларына шайкеш деп баалашат. Бул EDS жыйынтыгы бир гана жергиликтүү анализ чекитине тиешелүү; бүт материалдын фаза катышы же орточо химиялык курамы катары чечмеленбеши керек.

2000× сүрөттөрдө %0 топтун гель матрицасында субмикрометрден бир нече микрометрге чейинки көптөгөн көңдөйлөр жана айрым жерлерде 10 μmден чоңураак боштуктар байкалган. Башка аймактарда боштуктарды жарым-жартылай толтурган болжол менен 1–2 μm тоголок топтомдор жана катмарлуу минералдык бөлүкчөлөр көрүлгөн. CT ичиндеги хлорит, иллит жана слюда тобундагы минералдар менен байланышкан катмарлуу бөлүкчөлөрдүн арасында ачык боштук жана жергиликтүү алсыз тегиздик түзүшү мүмкүн болгон аймактар табылган.

Микротүзүлүш менен макроскопиялык бекемдик кантип байланыштырылған?

Авторлордун түшүндүрмөсү боюнча %5 CT кумун кошуу өтө майда дан толтуруу таасири аркылуу өндүрүлгөн кумдун гранулометриясын толуктап, айрым боштуктарды азайтышы мүмкүн. Тандалган SEM аймагында %5 топтун үзгүлтүксүзүрөөк катуу түзүлүшү жана узун ачык жаракалардын көрүнбөшү макроскопиялык эң жогорку кысуу бекемдигине шайкеш деп табылган. Ал эми %20 топтун тандалган сүрөтүндө бөлүкчө чек арасындагы ачылыштын коңшу жаракалар менен биригиши жогорку алмаштыруу деңгээлинде алсыз интерфейстер көбөйүшү мүмкүн деген түшүндүрмөнү колдойт.

Бул микротүзүлүш түшүндүрмөсүн себептүүлүк жагынан этият окуу керек. SEM сүрөттөрү белгилүү жана чектелген сүрөт аймактарынан алынат; изилдөөдө бүт көлөмдү көрсөткөн үч өлчөмдүү көңдөй томографиясы же кең масштабдуу сандык жарака статистикасы берилген эмес. Ошондуктан сүрөттөр макроскопиялык жүрүм-турумга шайкеш механизмдик колдоо берет, бирок бардык бекемдик айырмасын өз алдынча так далилдебейт.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Эксперимент дизайнынын техникалык кыскача мазмуну

Негизги эксперименттик жыйынтыктар

• %0–20 CT кумунун алмаштыруу аралыгында бир октуу кысуу бекемдиги %5 деңгээлинде максимумга жетип, жогорураак алмаштырууларда кайра төмөндөгөн.
• %5 топ алты чыныгы үч октуу чыңалуу айкалышынын баарында эң жогорку абсолюттук октук чоку чыңалуусун жараткан.
• Бардык топтордо TTC чоку чыңалуусу өзүнүн бир октуу бекемдигинен жогору болгон; \(K_t\) 1,237–2,094 аралыгында өзгөргөн.
• CT куму камтылган төрт топтун ичинде %20 топ эң жогорку салыштырмалуу кысуу өсүү коэффициентин көрсөткөн; бул тартип абсолюттук бекемдик тартибинен айырмаланат.
• \(\sigma_3=2\) MPa туруктуу болгондо \(\sigma_2\)нин өсүшү бардык топтордо \(K_t\)ни жогорулаткан.
• \(\sigma_2=8\) MPa туруктуу болгондо \(\sigma_3\)түн өсүшү да \(K_t\)ни жогорулаткан, бирок экинчи 2 MPa өсүштүн орточо салымы биринчи өсүштөн кичине болгон.
• Чыныгы үч октуу үлгүлөр бир октуу үлгүлөргө караганда бузулгандан кийин жакшыраак бүтүндүк көрсөткөн.
• Каптал кысуу өскөн сайын чокудан кийинки октук чыңалуу жоготуусу акырындап жүргөн.
• Көпчүлүк шарттарда алсызыраак каптал кысуу багытындагы деформация чоңдугу жогору болуп, \(|\varepsilon_3|>|\varepsilon_2|\) тенденциясы байкалган.
• Bresler–Pister тибиндеги экинчи даражадагы бузулуу кабыгы үчүн \(R^2\) 0,9954–0,9989 аралыгында.
• Popovics–Guo бириккен конститутивдик моделинде 30 нормалдаштырылган ийри сызык үчүн \(R^2\) 0,9789–0,9991 аралыгында.
• Тандалган SEM аймактары %5 топто үзгүлтүксүзүрөөк катуу түзүлүштү; %0 жана %20 топтордо болсо ачыгыраак ачык жарака аймактарын көрсөткөн.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

Изилдөө каралган материал курамы, 100 mm куб үлгүлөр, 28 күндүк катуулоо жана аныкталган 2–12 MPa каптал чыңалуу аралыгында CT кумунун үлүшү баштапкы бир октуу бекемдикке да, көп октуу кысууга болгон жоопко да таасир этерин колдойт. Мындан тышкары, эки каптал башкы чыңалуу тең эмес шарттарда \(\sigma_2\) жана \(\sigma_3\)түн өз-өзүнчө таасирин өлчөө маанилүү экенин, каптал кысуу бузулуу формасын жана чокудан кийинки деформацияны өзгөртөрүн эксперименттик түрдө көрсөтөт.

Изилдөө колдобогон жалпылоолор

Жыйынтыктар “%5 CT куму бардык геополимер бетондор үчүн универсалдуу оптимум”, “%20 бардык шартта жакшыраак көп октуу бетон”, “бул материал чыныгы курулуштарда сөзсүз коопсузураак” же “CT-GPCнин көмүртек изи салттуу бетондон мынча төмөн” деген жалпылоолорду колдобойт. Изилдөө бир гана материал системасында, чектелген алмаштыруу үлүштөрүндө, алты каптал басым шартында, 100 mm лабораториялык кубдарда жана 28 күндүк катуулоодо жүргүзүлгөн.

Методологиялык жана чечмелөө чектери

Булак бекемдик маанилерин үч үлгүнүн орточосу катары берет; бирок негизги бекемдик таблицаларында стандарттык четтөө, ишеним аралыгы же инференциалдык маанилүүлүк тести билдирилген эмес. Ошондуктан, мисалы, %5 менен %10 топтордун сандык айырмасынын статистикалык маанилүүлүгүн бул булактан чыгарууга болбойт.

Бузулуу кабыгы жана конститутивдик модель жогорку \(R^2\) маанилерин көрсөткөнү менен, коэффициенттер эксперименттик маалыматтарга ылайыкташтырылган. Модель ар башка үлгү өлчөмдөрүндө, ар башка CT минералогияларында, ар башка активатор катыштарында, башка катуулоо шарттарында же жогору/төмөн чыңалуу аймактарында көз карандысыз тышкы текшерүүдөн өткөрүлгөн эмес.

SEM/EDS анализи белгилүү жергиликтүү сүрөт аймактарын жана чекиттик химиялык өлчөөлөрдү билдирет. Изилдөө сандык үч өлчөмдүү көңдөй тармагын, үлгүнүн бүт көлөмүн камтыган жарака бөлүштүрүлүшүн же фазалардын көлөмүн кеңири сандык аныктоону бербейт.

Изилдөө кыска мөөнөттүү механикалык жүрүм-турумга багытталган. Тоңуу-эрүү, хлорид өтүүсү, сульфат чабуулу, карбонатташуу, жылжыма деформация, узак мөөнөттүү жыйрылуу, чарчоо, өрттөгү жүрүм-турум жана талаадагы кызмат мөөнөтү бул эксперименттик программанын темасы эмес. Ошондой эле “төмөн көмүртек” мотивациясы талкууланса да, жашоо циклин баалоо же түз CO₂ эквиваленти боюнча эсеп жүргүзүлгөн эмес.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

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

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

Тең салым: Булак PDFде тең салым/биргелешкен биринчи автор тууралуу билдирүү жок.

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

Аффилиациялар: 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.

Булак түрү: Эксперименттик изилдөө макаласынын препринти.

Рецензиялоо абалы: Булак PDFде түздөн-түз “This preprint research paper has not been peer reviewed” деп жазылган; бул нуска рецензиядан өткөн эмес.

Платформа: SSRN.

SSRN номери: 7624559.

DOI: 10.2139/ssrn.7624559.

SSRN жарыяланган/posted датасы: 17 Октябрь 2026.

Журнал / том / сан: Бул булак нускасы журналдын жарыяланган version of record жазуусу эмес; булак препринт үчүн өзүнчө журнал, том же сан тууралуу маалымат берилген эмес.

Расмий жазуу: https://ssrn.com/abstract=7624559

Лицензия: Каралган PDFде жана расмий SSRN жазуусунда кайра пайдаланууга ачык уруксат берген Creative Commons лицензиясы ырасталган эмес. Ошондуктан түпкү сүрөттөр, SEM көрүнүштөрү жана булак фигураларынын дизайны Verianla HTMLине көчүрүлгөн эмес; илимий маалыматтар жана байланыштар гана көз карандысыз таблица/SVG түзүлүштөрү менен кайра берилген.

CRediT салымдары: 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.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор изилдөөгө таасир этиши мүмкүн болгон белгилүү атаандаш финансылык кызыкчылык же жеке мамиле жок экенин билдиришет.

Каржылоо: National Natural Science Foundation of China, Project 51678236; ошондой эле 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.

Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү: Булак PDFде өзүнчө “Data Availability” билдирүүсү табылган эмес.

Негизги методологиялык чек: Жыйынтыктар лабораториялык масштабдагы 100 mm куб CT-GPC үлгүлөрү, %0–20 CT кумунун алмаштыруу аралыгы жана алты аныкталган чыныгы үч октуу кысуу абалы үчүн алынган. Бузулуу критерийи жана конститутивдик модель коэффициенттери ушул эксперименттик аралыктын ичинде ылайыкташтырылган; талаа масштабында конструкциялык текшерүү жүргүзүлгөн эмес.