Гранит калдыгына негизделген геополимер көбүк — кремний жана алюминийге бай гранит өнөр жай калдыгын күчтүү щелочтуу активаторлор менен реакцияга киргизип, бул изилдөөдө микротолкун энергиясы менен тездетилген катуулатуу/синтерлөө колдонулгандан кийин алынган көңдөйлүү алюмосиликат курулуш материалы. Изилдөөдө гранит порошогунун үлүшү салмак боюнча %70 тен %78 ге көбөйтүлүп, щелочтуу эритменин үлүшү %28 ден %20 га азайтылган G1–G5 деп аталган беш курам даярдалган; ар бир курам үчүн үчтөн үлгү чыгарылган.

Үлгүлөр болжол менен 650 W микротолкун кубатында адегенде 3 мүнөт иштетилип, калыптан чыгарууга жетиштүү баштапкы бекемдикке жеткирилген, калыптан чыгарылгандан кийин дагы 3 мүнөт микротолкундук иштетүүгө алынган. Андан кийин механикалык сыноого чейин бөлмө шартында 24 сааттык турукташтыруу жүргүзүлгөн. Бирок макалада берилген негизги кысуу бекемдигинин жыйынтыктары 28 күндүк үлгүлөргө таандык; демек 13–20 MPa аралыгындагы бекемдик маанилерин “6 мүнөттө алынган акыркы кысуу бекемдиги” деп чечмелөөгө болбойт.

Булактагы 3-таблицага ылайык кысуу бекемдиги G1де 13 MPa, G2де 14 MPa, G3тө 15 MPa, G4тө 18,34 MPa жана G5те 20 MPa. G5 мындан тышкары 1,49 g/cm³ bulk density, 1,79 g/cm³ apparent density жана %2,02 суу сиңирүү индекси менен катардагы өзгөчө курам болуп саналат. G1 болсо 24 саат сууга чөмүлтүү учурунда майдаланып кеткендиктен сандык суу сиңирүү мааниси алынган эмес.

FTIR анализинде геополимер каркасына байланыштуу Si–O–Si/Al тилкесинин гранит прекурсорундагы болжол менен 1000 cm⁻¹ аймагынан геополимер үлгүлөрүндө 900–860 cm⁻¹ аймагына жылышы щелочтук активдештирүүдөн кийин алюмосиликат тармагынын кайра уюшулушу менен байланыштырган. Si–O–T тилкесинин интегралдык аянты G1де 41.900 a.u.дан G5те 44.680 a.u.га чейин өскөн. XRF анализинде Si/Al молярдык катышы G1 үчүн 6,50 дөн G5 үчүн 11,4 кө чейин жогорулаган.

SEM сүрөттөрү G2ден G5ке чейин ачык жана гетерогендүү көңдөйлүү түзүлүштөн тыгызыраак жана бир тектүү геополимер матрицага өтүү болгонун көрсөтөт. Изилдөөчүлөр кысуу бекемдигинин жогорулашын жалпы көңдөйлүүлүктөгү өзгөрүү менен гана эмес, көңдөй морфологиясы, матрицанын бир тектүүлүгү жана Si–O–Si / Al–O–Si тармагынын өнүгүшү менен бирге түшүндүрүшөт.

Изилдөө микротолкундук иштетүү ыкмасы салттуу жылуулук менен катуулатууга салыштырганда активдүү иштетүү энергиясын %90 дан ашык азайтышы мүмкүн деп эсептейт. Бирок бул жыйынтык деталдуу жашоо циклин баалоого же түздөн-түз өнөр жайлык энергия аудитине негизделген эмес. Мындан тышкары, булактын өзүндө энергия эсептөөсү боюнча дал келбестик бар: ыкма бөлүмүндө 650 W × 6 мүнөт иштетүү 1,08 Wh деп жазылса, жыйынтыктар бөлүмүндө болжол менен 0,065 kWh/batch берилген. Экинчи маани 650 W кубатты 6 мүнөт иштетүүнүн өлчөмдүк эсебине шайкеш келет.

Изилдөөнүн негизги көйгөйү

Гранитти кесүү жана иштетүү өнөр жайы олуттуу көлөмдө майда бүртүкчөлүү калдык чыгарат. Булак изилдөө дүйнөлүк гранит өндүрүшүнүн болжол менен %20–25 и калдыкка айланышы мүмкүн экенин жана майда гранит порошогу суу менен кошулганда коллоиддик калдык түзүп, топуракка жана жер астындагы сууларга экологиялык басым жаратышы мүмкүн экенин билдирет.

Башка жагынан, салттуу цемент, керамика жана кирпич өндүрүшү жогорку температураны, узак процесс убакыттарын жана олуттуу энергия киргизүүнү талап кылышы мүмкүн. Геополимер технологиясы кремнезем жана глинозем камтыган минералдык же өнөр жай калдыктарын щелочтук активдештирүү аркылуу Portland цементине негизделбеген байланыштыруучу тармактарды түзүүгө багытталган альтернативдүү материалдык ыкма.

Бул изилдөөнүн өзгөчө көйгөйү бир эксперименттик долбоордо эки суроону бириктирет:

• Гранит иштетүү калдыгын түздөн-түз алюмосиликат прекурсору катары геополимер көбүккө айландырууга болобу?
• Узакка созулган салттуу катуулатуунун ордуна бир нече мүнөттүк микротолкундук иштетүү колдонулганда жетиштүү механикалык, физикалык жана жылуулук туруктуулугуна жетүүгө болобу?

Геополимер Көбүк Деген Эмне жана Бул Изилдөөдө Кантип Даярдалган?

Бул изилдөөдөгү геополимер көбүк — майдаланган гранит калдыгындагы Si жана Al камтыган фазаларды 14 M NaOH жана натрий силикаты камтылган күчтүү щелочтук чөйрөдө активдештирип, андан соң реакцияны микротолкун энергиясы менен тездетүүнүн натыйжасында пайда болгон көңдөйлүү алюмосиликат матрица. “Көбүк” түзүлүшү көңдөйлүү; бирок курам көбөйгөн сайын көңдөйлөрдүн тармагы тыгызыраак жана бир тектүүрөөк болуп калат.

Чийки зат катары колдонулган гранит калдыгынын оксиддик курамы

SiO₂ жана Al₂O₃ басымдуулук кылышы гранит калдыгын геополимерлешүү үчүн зарыл болгон кремний жана алюминий түрлөрүн бере ала турган алюмосиликат прекурсору катары баалоонун негизги химиялык себеби.

G1–G5 курамдары

Булактагы ыкма тексти натрий гидроксидин салмак боюнча %7 жана натрий силикатты %18 деп да сүрөттөйт. Бирок бул эки маанинин суммасы %25 болгону менен, G1–G5 үчүн жалпы щелочтуу эритменин көлөмү %28 ден %20 га чейин өзгөрөт. Макала туруктуу %7/%18 маанилери менен өзгөрмө жалпы щелочтуу эритме пайыздары кантип так шайкеш келтирилгенин деталдуу түшүндүрбөйт. Ошондуктан Verianla текстинде катыштар кайра чечмеленген эмес, булакта берилген эки маалымат өзүнчө сакталган.

Үлгү даярдоо процесси

Гранит порошогун даярдоо

Гранит калдыгы Lahore, Punjabдагы жергиликтүү мрамор иштетүү ишканасынан чогултулган. Материал алгач TECHTONGDA 100 × 60 Mini Jaw Crusher менен майдаланып, андан соң булакта 6′ × 48′ өлчөм, 4 тонна/саат кубаттуулук, 200 mesh, 26 rpm жана 70 HP мүнөздөмөлөрү берилген шар тегирменде майдаланган.

Майдаланган порошок ASTM C136/C136M-19 негизинде электр элеги чайкагыч менен эленип, 50–200 µm аралыгындагы бөлүкчөлөр колдонулган.

Калыптар жана кайталоо саны

Цилиндр түрүндөгү Teflon калыптардын диаметри 32 mm жана бийиктиги 46 mm. Калыптар үлгүнү чыгарууну жана кайра колдонуу мүмкүнчүлүгүн жеңилдетүү үчүн узунунан эки бөлүккө ажыратылып, жабыштыруучу тасма менен бириктирилген.

Ар бир G1–G5 курамы үчүн үч үлгү (n=3) даярдалган. Бирок макала жыйынтык таблицаларында стандарттык четтөө, ишеним аралыгы же p-маани сыяктуу деталдуу инференциалдык статистиканы билдирбейт. Булактагы 6-сүрөттө ката тилкелери көрүнгөнү менен, алардын сандык маанилери жана ката түрү текстте ачык берилген эмес.

Микротолкундук Иштетүү Чынында Канчалык Тез?

Булак ыкмасына ылайык болжол менен 650 W кубаттагы биринчи 3 мүнөттүк микротолкундук иштетүү үлгүгө калыптан чыгарууга жетиштүү баштапкы бекемдик берген, үлгү чыгарылгандан кийин дагы 3 мүнөт микротолкундук иштетүүгө алынган; активдүү микротолкун убактысы жалпысынан 6 мүнөт. Андан кийин сыноого чейин 24 саат бөлмө шартында турукташтыруу жүргүзүлгөн. Бирок көрсөтүлгөн 13–20 MPa кысуу бекемдиктери 28 күндүк үлгүлөргө таандык; ошондуктан “6 мүнөт” өндүрүш/калыптан чыгаруу артыкчылыгын “28 күндүк акыркы механикалык сыноо” жыйынтыктары менен аралаштырбоо керек.

Микротолкун ыкмасынын көздөлгөн артыкчылыгы

Салттуу геополимер өндүрүшүндө үлгүлөр калыпта жетиштүү баштапкы бекемдикке жетиши үчүн узак катуулатуу убактысы талап кылынышы мүмкүн. Булак салттуу ыкмада калыптан чыгаруу кеминде жети күнгө созулушу мүмкүн экенин билдирип, өз ыкмасы менен калыптын бошобой турган убактысы мүнөттөргө чейин кыскарганын айтат.

24 сааттык бөлмө шартындагы күтүү авторлор тарабынан активдүү процесс эмес, жабдуу же энергия талап кылбаган турукташуу убактысы катары бааланган. Ошондуктан макаланын “иштетүү убактысын 24 саатка чейин кыскартуу” деген билдирүүсү микротолкун 24 саат бою иштеген дегенди билдирбейт.

Мүнөздөмөлөө ыкмалары

FTIR геополимерлешүү жөнүндө эмнени көрсөттү?

Чийки гранитте болжол менен 1000 cm⁻¹де жайгашкан Si–O–Si/Al каркас термелүү тилкеси G1–G5 геополимерлеринде болжол менен 900–860 cm⁻¹ аймагына жылган. Булак бул жылышты щелочтук активдештирүү учурунда байланыш чөйрөсүнүн кайра уюшулушу жана көбүрөөк аморфтук геополимер тармагынын пайда болушу менен байланыштырат.

Болжол менен 3650 cm⁻¹ жана 1640 cm⁻¹ тилкелери тиешелүүлүгүнө жараша –OH созулуу жана ийилүү термелүүлөрү, ошондой эле түзүлүштөгү сиңген/байланган суу менен байланыштырылган. Гранит үлүшү жогорулаганда бул тилкелердин азайышы уланып жаткан поликонденсация менен түшүндүрүлгөн.

Болжол менен 1470 cm⁻¹ аймагындагы тилке ашыкча щелоч иондорунун атмосфералык CO₂ менен реакциясынан пайда болушу мүмкүн болгон карбонат түрлөрү менен байланыштырылган.

Эмне Үчүн G5 Курамы Изилдөөнүн Эң Бекем Үлгүсү?

Булактын чечмелөөсүнө ылайык G5 катардагы эң жогорку гранит прекурсор үлүшүнө (%78), эң жогорку Si/Al катышына (11,4), эң жогорку FTIR Si–O–T интегралдык тилке аянтына (44.680 a.u.) жана эң жогорку кысуу бекемдигине (20 MPa) ээ; SEM байкоолору да G5 матрицасын тыгызыраак жана бир тектүү көрсөтөт. Бирок G5 ар бир физикалык параметрде абсолюттук оптимум деп айтууга болбойт; булактагы 3-таблицада G4түн жалпы көңдөйлүүлүгү %17,22 болуп, G5тин %18,58 маанисинен төмөн.

XRF аркылуу Si/Al жана Na/Al өзгөрүшү

Булак G1 жана G2де прекурсорго салыштырмалуу щелочтуу эритменин жогору көлөмү реакцияга жөндөмдүү кремнийдин жеткиликтүүлүгүн жана тармактын байланыштуулугун чектегенин; G3–G5те кремнийдин көбөйүшү өнүккөн үч өлчөмдүү алюмосиликат каркасына салым кошконун билдирет.

Геополимерлешүү даражасы

FTIRдеги Si–O–T созулуу тилкесинин интегралдык аянты “геополимерлешүү даражасы” үчүн сандык көрсөткүч катары колдонулган. Маани G1 үчүн 41.900 a.u.дан G5 үчүн 44.680 a.u.га чейин жогорулаган.

Булакка ылайык эң чоң өсүш G1 менен G3 ортосунда болот, G3төн кийин өсүү жайлайт. G4 жана G5 тараптагы акыркы өсүштөр тиешелүүлүгүнө жараша болжол менен 120 жана 60 a.u. деп көрсөтүлгөн. Авторлор бул плато жүрүм-турумун көбүрөөк граниттин жеткиликтүү щелочтуу эритме тарабынан толук активдештирилбей башташы менен түшүндүрүшөт.

SEM микротүзүлүшү

Булактын 11-бетиндеги SEM панели G2, G3, G4 жана G5 үлгүлөрүн ар кандай чоңойтууда көрсөтөт. Бул чыныгы микроскопия сүрөттөрү илимий байкоо болгондуктан Verianla ичинде жасалма SEM сүрөтү чыгарылган эмес.

Булак чечмелөөсү боюнча G2де ачыгыраак жана өз ара байланышкан көңдөй тармагы, жарым-жартылай өнүккөн геополимер гели жана реакцияга кирбеген гранит бөлүкчөлөрү бар; G3тө матрица жарым-жартылай тыгыздалган; G4тө жана өзгөчө G5те дагы компакттуу, бир тектүү жана өнүккөн алюмосиликат тармагы байкалган.

Бул микротүзүлүштүк тыгыздалуу кысуу бекемдигинин өсүшү жана суу сиңирүүнүн азайышы менен бирге чечмеленген.

Кысуу бекемдиги

Кысуу бекемдиги G1ден G5ке чейин туруктуу өсөт. Булак муну гранит пайызынын өсүшү менен гана эмес, геополимерлешүү даражасы жана бир тектүүрөөк микротүзүлүш менен байланыштырат.

Маанилүү убакыт чеги бар: бул кысуу бекемдиги булак текстинде 28 күндүк үлгүлөр үчүн берилген. Микротолкундан чыгар замат 20 MPa бекемдик өлчөндү деген жыйынтык чыгарууга болбойт.

Суу сиңирүү жана сууда туруктуулук

G1 үлгүсү 24 саат сууга чөмүлтүү учурунда майдаланып кеткен жана ошондуктан сандык суу сиңирүү эсебине киргизилген эмес.

G2 үчүн суу сиңирүү %3,10, G3 үчүн %2,33, G4 үчүн %2,06 жана G5 үчүн %2,02 деп көрсөтүлгөн. Жогорку суу сиңирүү булак тарабынан көбүрөөк ачык көңдөйлөр менен байланыштырылган.

Булак G4 жана G5теги болжол менен %2 суу сиңирүүнү тыгызыраак алюмосиликат каркасы жана төмөн ачык көңдөйлүүлүк менен байланыштырат.

Тыгыздык жана көңдөйлүүлүктүн математикалык эсеби

Булакта пикнометрге негизделген apparent density төмөнкүдөй берилген:

\[ \rho_{a}=\rho_{w}\times\frac{m_2-m_1}{m_2-m_3} \tag{1} \]

Бул жерде \(m_1\) пикнометр + суу массасын; \(m_2\) суу + пикнометр + сырттагы үлгүнүн массасын; \(m_3\) суу + пикнометр + ичиндеги үлгүнүн массасын жана \(\rho_w\) суунун тыгыздыгын билдирет.

Жалпы көңдөйлүүлүк:

\[ P_{\mathrm{toplam}} = \left( 1-\frac{\rho_{\mathrm{bulk}}}{\rho_{\mathrm{true}}} \right)\times100 \tag{2} \]

формуласы менен эсептелген. Bulk density үлгүнүн жалпы көлөмүн, башкача айтканда катуу материал менен кошо ачык жана жабык көңдөйлөрдү камтыйт, ал эми true density катуу фазаны гана билдирет. Ошондуктан эки тыгыздыктын айырмасы көбөйгөн сайын эсептелген жалпы көңдөй үлүшү өсөт.

Жабык көңдөйлүүлүк:

\[ P_{\mathrm{kapalı}} = \left( 1-\frac{\rho_{\mathrm{apparent}}}{\rho_{\mathrm{true}}} \right)\times100 \tag{3} \]

жана ачык көңдөйлүүлүк:

\[ P_{\mathrm{açık}} = P_{\mathrm{toplam}}-P_{\mathrm{kapalı}} \tag{4} \]

деп берилген.

Суу сиңирүү теңдемеси

\[ WA= \frac{W_2-W_1}{W_1}\times100 \tag{5} \]

Бул жерде \(W_1\) кургак үлгүнүн массасы, \(W_2\) ным үлгүнүн массасы. Теңдеме үлгү кургак баштапкы массасына салыштырмалуу канча суу сиңиргенин пайыз менен эсептейт.

TGA жыйынтыктары

Термогравиметриялык анализ температура жогорулаган сайын үлгүнүн массасынын өзгөрүшүн көзөмөлдөйт. Булак чечмелөөсүнө ылайык болжол менен 100 °C аймагындагы масса жоготуусу ным менен, 90–200 °C аралыгындагы өзгөрүүлөр учуучу кошулмалардын бөлүнүшү менен, 200–500 °C аралыгы кристаллдык суунун чыгышы менен жана болжол менен 500–590 °C аймагы айрым карбондошуу процесстери менен байланыштырылган.

G2 үлгүсү щелочтуу эритменин жогорку курамы менен бирге көбүрөөк масса жоготуусун көрсөткөн; G4 жана G5 төмөн щелочтуу эритме курамы менен төмөн жалпы масса жоготуусун көрсөткөн.

DTA жыйынтыктары

Дифференциалдык Термикалык Анализ ийри сызыктарында болжол менен 123–130 °C аймагындагы эндотермиялык окуялар суу десорбциясы менен байланыштырылган. Булак 120 °Cден төмөн аймакты гигроскопиялык эркин суу, 120–300 °C аралыгын физикалык байланышкан суу жана 300 °Cден жогорку өзгөрүүлөрдү күчтүүрөөк байланышкан түрлөрдүн бузулушу менен байланыштырат.

Энергия Үнөмдөө Жөнүндөгү Доомат Толук Көмүртек Изин Талдообу?

Жок. Изилдөөдө толук жашоо циклин баалоо, деталдуу көмүртек изин эсептөө же системалуу энергия аудити жүргүзүлгөн эмес. Энергия артыкчылыгы микротолкундун номиналдык кубаты жана активдүү иштетүү убактысы менен адабиятта көрсөтүлгөн узак лабораториялык меште катуулатуу шарттарын салыштырууга негизделет; CO₂ азайышы болсо төмөн энергия талабынан күтүлгөн натыйжа катары чечмеленген.

Булакта берилген энергия салыштыруусу

Ыкма бөлүмүндө салттуу геополимер меште катуулатуу 60–80 °Cде 24–48 саат жана 1000–2000 W лабораториялык меш менен болжол менен 24–96 kWh керектеши мүмкүн экени айтылат. Салттуу бышырылган кирпичтер үчүн мындан тышкары 900–1100 °C температурада бир нече саат жана болжол менен 2–3 MJ/kg энергия керектөө берилген.

Микротолкун системасы болсо болжол менен 650 Wта эки 3 мүнөттүк циклди колдонот.

Энергия эсептөөсүндөгү булак ичиндеги дал келбестик

Булактын ыкма бөлүмүндө мындай айтылат:

“6 min × 650 W = 3900 J = 1.08 Wh per sample.”

Бул өзгөртүү математикалык жактан туура эмес. Кубат жана убакыт бирдиктерин түз эсептөө:

\[ 650\,W\times\frac{6}{60}\,h=65\,Wh=0.065\,kWh \]

жана джоуль менен:

\[ 650\,J/s\times360\,s=234\,000\,J \]

натыйжасын берет.

Макаланын жыйынтыктар бөлүмү да болжол менен 0,065 kWh/batch маанисин берет. Ошондуктан Verianla булактагы 1,08 Wh маанисин туура деп кайра жазуунун же үнсүз өзгөртүүнүн ордуна, эки маанинин дал келбегенин ачык белгилейт.

Бул дал келбестик микротолкундук иштетүүнүн салттуу 24–96 kWh лабораториялык меш сценарийине салыштырмалуу кыйла кыска жана төмөн активдүү энергия киргизүүсүнө ээ деген жалпы багытты жокко чыгарбайт; бирок так энергия үнөмдөө катышы үчүн системалуу кубат өлчөөсү жана аныкталган система чеги керек.

CO₂ жана туруктуулук чечмелөөсү

Булак төмөн активдүү энергия талабын төмөн CO₂ эмиссиясынын потенциалы менен байланыштырып, ыкманы SDG 7, SDG 12 жана SDG 13 менен байланыштырат. Жыйынтыктар бөлүмүндө SDG 9 жана SDG 11 байланыштары да талкууланат.

Бирок макала деталдуу жашоо цикли инвентаризациясын, электр тармагынын эмиссия коэффициентин, щелочтуу активаторлорду өндүрүүнүн изин, гранит калдыгын ташууну же өнөр жайлык микротолкун масштабын чоңойтуунун энергия жоготууларын камтыган толук LCA жүргүзгөн эмес.

Ошондуктан изилдөө түздөн-түз колдогон билдирүү “микротолкундун активдүү иштетүү убактысы жана эсептелген энергия киргизүүсү салттуу катуулатуу сценарийинен төмөн” деген формада. “Өнүм бүт жашоо циклинде сөзсүз төмөн көмүртектүү” деген жыйынтык бул изилдөө менен далилденген эмес.

G5ти башка курулуш материалдары менен салыштыруу

Булактагы 11-сүрөттө G5 цемент негизиндеги көбүк кирпич, autoclaved aerated concrete (AAC), салттуу термикалык катуулатылган геополимер көбүк жана учма күл геополимер көбүк менен беш нормалдаштырылган көрсөткүч боюнча салыштырылган: кысуу бекемдиги, жеңилдик индекси, сууга туруктуулук, энергия эффективдүүлүгү жана курама туруктуулук упайы.

Булакта G5тин 20 MPa кысуу бекемдиги адабиятта AAC үчүн берилген 2,5–6 MPa жана цемент негизиндеги көбүк кирпичтер үчүн 9,6–13 MPa маанилери менен салыштырылат. Бирок AACнин 400–700 kg/m³ аралыгындагы өтө төмөн тыгыздыгынан улам жеңилдик жагынан артыкчылыктуу экени да белгиленет.

G5тин %2,02 суу сиңирүү мааниси булакта адабияттан алынган цемент негизиндеги көбүк кирпичтердин %20–30 жана AACнин %50–65 суу сиңирүү маанилеринен төмөн деп берилген.

Бирок радар графигиндеги нормалдаштырылган курама туруктуулук упайынын так эсептөө формуласы деталдуу берилбегендиктен Verianla тарабынан жаңы радар графиги түзүлгөн эмес.

Жылуулук изоляциясынын натыйжалуулугу түз өлчөнгөнбү?

Жок. Макала TGA жана DTA аркылуу термикалык туруктуулукту изилдеп, геополимер көбүк изоляциялык колдонмолорго ылайыктуу болушу мүмкүн экенин талкуулайт; бирок булакта түз жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти, жылуулук каршылыгы же ушуга окшош сандык изоляция өлчөөсү берилген эмес. Ошондуктан “жылуулук изоляция материалы” деген билдирүү түз өлчөнгөн натыйжа катары берилбеши керек.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Гранит өнөр жай калдыгы NaOH жана натрий силикат активдештирүүсү аркылуу микротолкун жардамындагы геополимер көбүккө айландырылган.
• G1–G5 катарында гранит үлүшү көбөйгөн сайын кысуу бекемдиги 13 MPaдан 20 MPaга өскөн.
• G5, %2,02 менен өлчөөгө мүмкүн болгон үлгүлөрдүн ичинен эң төмөн суу сиңирүү маанисине ээ.
• G1 сууга чөмүлтүү учурунда майдаланган.
• Si/Al катышы G1ден G5ке 6,50 дөн 11,4 кө өскөн.
• FTIR Si–O–T интегралдык тилке аянты G1ден G5ке өскөн жана булак муну геополимерлешүүнүн өсүшү менен байланыштырат.
• SEM сүрөттөрү гранит курамы көбөйгөн сайын тыгызыраак жана бир тектүү микротүзүлүшкө өзгөрүүнү көрсөтөт.
• Микротолкундук иштетүү калыптан чыгарууга керектүү активдүү процесс убактысын мүнөттөргө чейин азайткан.
• Булактын салыштырма энергия эсеби микротолкун ыкмасы салттуу меште катуулатууга караганда кыйла төмөн активдүү энергия талабына ээ болушу мүмкүн экенин көрсөтөт.

Изилдөө колдобогон жалпылоолор

• 20 MPa бекемдик 6 мүнөттүк микротолкундук иштетүүдөн дароо кийин алынганы көрсөтүлгөн эмес; бул маани 28 күндүк кысуу сыноосуна таандык.
• Өнөр жайлык масштабда ошол эле энергия керектөө сакталары далилденген эмес.
• Толук жашоо циклинин көмүртек изи эсептелген эмес.
• Түз жылуулук өткөрүмдүүлүк өлчөнгөн эмес.
• Узак мөөнөттүү тоңуу–эрүү, туз, сульфат, карбондошуу же жылдар бою ачык чөйрөдөгү чыдамдуулук көрсөтүлгөн эмес.
• Чыгарылган компакт кирпич үлгүсү үчүн толук масштабдуу курулуш стандарты же коммерциялык продукт жарамдуулук сыноосу берилген эмес.
• Лабораториялык үлгүлөрдүн түз көтөрүүчү курулуш материалы катары сертификатталгандыгы көрсөтүлгөн эмес.
• G5 бардык физикалык касиеттерде үзгүлтүксүз оптималдуу деп айтууга болбойт; булактагы 3-таблицада G4түн жалпы көңдөйлүүлүгү төмөн.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Щелочтуу эритмени даярдоо

Булакта 14 M NaOH эритмеси 560 g NaOH грануласын бир литр сууга эритүү менен даярдалганы айтылат. Колдонулган NaOH %99,9 тазалыкта. Натрий силикат суюктугунун салыштырма салмагы 2,13 g/cm³ жана силика модулу 2,1 деп берилген.

NaOH эритмесинин жогорку реактивдүүлүгүнөн улам даярдалган эритме полиэтилен пакет менен жабылган.

Аралаштыруу жана куюу

G1–G5 үчүн өлчөнгөн гранит жана щелочтук система болжол менен 2 мүнөт иштөөгө жарактуу паста пайда болгонго чейин стаканда аралаштырылган. Зарыл болгондо иштетүүгө ыңгайлуулукту жогорулатуу үчүн өтө аз суу кошулган.

Пасталар дароо Teflon калыптарга куюлуп, боштук/агып кетүүнү азайтуу үчүн калыптар кол менен акырын тапталып жайгаштырылган.

Микротолкун циклдери

1. Болжол менен 650 W, орто-жогорку режимде 3 мүнөт микротолкундук иштетүү.
2. Баштапкы бекемдик пайда болгондон кийин калыптан чыгаруу.
3. Болжол менен 650 Wта 3 мүнөт кошумча микротолкундук синтерлөө.
4. 24 саат бөлмө температурасында турукташтыруу.
5. Мүнөздөмөлөө жана механикалык баалоо.

Булак ошондой эле ошол эле жылытуу жана синтерлөө шарттарын колдонуп, кошумча басым астында компакт кирпич түрүндөгү үлгү даярдалганын билдирет. Бул эксперимент коммерциялык колдонуу мүмкүнчүлүгүн изилдөө үчүн жүргүзүлгөн; бирок компакт кирпич үчүн өзүнчө деталдуу механикалык көрсөткүчтөр таблицасы берилген эмес.

Кысуу бекемдиги–көңдөйлүүлүк мамилеси

G1 3-таблицадагы эң жогорку жалпы көңдөйлүүлүккө (%33,33) жана эң төмөн кысуу бекемдигине (13 MPa) ээ. G3тө жалпы көңдөйлүүлүк %21,23 кө түшүп, бекемдик 15 MPaга өскөн. G4 булактагы 3-таблицада %17,22 көңдөйлүүлүк жана 18,34 MPa бекемдик берет. G5 болсо 20 MPa менен эң жогорку бекемдикти берет.

Бул жыйынтык жалпысынан компакттуу матрица менен жогорку механикалык көрсөткүч бирге өнүгөрүн колдойт. Бирок G5тин 3-таблицадагы көңдөйлүүлүгү %18,58 болуп, G4түн %17,22 маанисинен бир аз жогору. Ошондуктан бекемдикти жалпы көңдөйлүүлүккө гана түшүрүүгө болбойт деген булак жыйынтыгы маанилүү; көңдөй түрү, матрицанын байланыштуулугу жана алюмосиликат тармагынын сапаты да роль ойнойт.

Булак ичиндеги көңдөйлүүлүк дал келбестиги

Ошондуктан Verianla макаласында эсептөө же кайра баалоо аркылуу жалгыз “туура” көңдөйлүүлүк мааниси тандалган эмес. Булактагы 3-таблицанын сандары негизги сандык таблица катары сакталып, кийинки тексттеги айырма өзүнчө белгиленген.

XRF жана тармак химиясы

XRF элементтик анализинде чийки гранит калдыгында болжол менен %28,3 Si жана %5,9 Al билдирилген. Үлгү катарында эсептелген Si/Al катышы туруктуу өскөн.

G5теги жогорку Si/Al катышы жана өнүккөн FTIR Si–O–T тилкеси булак тарабынан жакшыраак байланышкан алюмосиликат каркасынын белгиси катары чечмеленет.

Бирок жогорку Si/Al катышын өзүнчө эле жалпы түрдө “жакшы геополимер” деген мааниге чыгаруу туура эмес. Изилдөөнүн жыйынтыгы текшерилген G1–G5 курам аралыгына жана ушул щелочтук активдештирүү/микротолкун шарттарына гана тиешелүү.

XRD эмне үчүн колдонулган жок?

Булак авторлору геополимер матрица негизинен аморфтуу болгондуктан жана XRD негизинен кристалл фазаларды аныктоого кошумча маалымат бермек болгондуктан XRD анализин жүргүзбөгөнүн билдиришет.

Суу сиңирүү сыноосунун чечмелөө чеги

G2–G5 үчүн сандык суу сиңирүү сыноосу жүргүзүлгөн. G1дин майдаланышы курамдын суу алдында начар туруктуулугун түз көрсөтөт.

Бирок бир гана 24 сааттык сууга чөмүлтүү экспериментин узак мөөнөттүү курулуш чыдамдуулугуна теңөөгө болбойт. Изилдөө жыйынтыктар бөлүмүндө узак мөөнөттүү чыдамдуулукту келечектеги изилдөөлөрдө баалоо керек экенин да кабыл алат.

Термикалык анализдердин чечмелөө чеги

TGA жана DTA температура өскөн сайын үлгүнүн масса жоготуусу жана жылуулук агымы жүрүм-турумун көрсөтөт. Бул эксперименттер материалдын термикалык реакцияларын жана туруктуулук аймактарын түшүнүү үчүн маанилүү; бирок имарат кабыгынын түз жылуулук изоляция натыйжалуулугун өлчөбөйт.

Жылуулук өткөрүмдүүлүк үчүн W/(m·K) бирдигиндеги λ-маани берилбегендиктен геополимер көбүктүн чыныгы имараттык изоляция натыйжалуулугу өзүнчө эксперимент аркылуу ырасталышы керек.

Статистикалык баалоонун чеги

Ар бир курамда n=3 үлгү колдонулган. Бирок булак негизги жыйынтык таблицаларында стандарттык четтөө, ишеним аралыгы, ANOVA же башка маанилүүлүк сыноосун билдирбейт.

Ошондуктан G1–G5 ортосундагы сандык тенденциялар экспериментте байкалган орточо/билдирилген маанилер катары чечмелениши керек; статистикалык маанилүүлүк текшерилгендей көрсөтүлбөшү керек.

Изилдөөнүн күчтүү жактары

• Чыныгы өнөр жайлык гранит калдыгынын негизги алюмосиликат прекурсору катары колдонулушу.
• Беш башка прекурсор/щелоч катышынын бир эле процесс шартында салыштырылышы.
• Механикалык, физикалык, химиялык, микротүзүлүштүк жана термикалык мүнөздөмөлөөнүн бир эксперименттик топтомдо бириктирилиши.
• FTIR, XRF жана SEM менен механикалык жыйынтыктардын ортосунда түзүлүштүк байланыштын курулушу.
• Микротолкундук иштетүү калыптын бошобой турган убактысын абдан чоң өлчөмдө азайтат.
• Калдыктарды пайдалуу материалга айлантуу жана цементсиз курулуш материалын иштеп чыгуу ыкмаларынын бирге каралышы.

Негизги чектөөлөр

• Лабораториялык масштабдагы кичинекей цилиндр түрүндөгү үлгүлөр колдонулган.
• Өнөр жайлык микротолкун масштабын чоңойтуу эксперименттери жүргүзүлгөн эмес.
• Энергия керектөө үчүн деталдуу аппараттык өлчөө/энергия аудити билдирилген эмес.
• Булакта энергия бирдиктерин өзгөртүүдө ачык арифметикалык дал келбестик бар.
• Толук жашоо циклин баалоо жүргүзүлгөн эмес.
• Түз жылуулук өткөрүмдүүлүк өлчөнгөн эмес.
• Узак мөөнөттүү экологиялык чыдамдуулук сыноолору чектелүү.
• Ар бир курам үчүн үч гана үлгү колдонулган жана деталдуу инференциалдык статистика берилген эмес.
• Булакта айрым көңдөйлүүлүк маанилери таблица, микрография түшүндүрмөсү жана тексттин ортосунда дал келбейт.
• Толук масштабдуу коммерциялык кирпичтин көрсөткүчү ырасталган эмес.
• Ар түрдүү гранит калдыгы булактарынын химиялык өзгөрмөлүүлүгү процесске кандай таасир этери изилденген эмес.

Келечектеги изилдөө муктаждыктары

Булактын жыйынтыктар бөлүмү келечекте деталдуу энергия анализи, өркүндөтүлгөн көңдөй мүнөздөмөлөө, узак мөөнөттүү чыдамдуулук, өнөр жай масштабын чоңойтуу, чыгым анализи, чийки заттын өзгөрмөлүүлүгү жана толук масштабдуу кирпичтин көрсөткүчүн баалоо керек экенин билдирет.

Бул темалар өзгөчө маанилүү; анткени лабораторияда бир нече мүнөттүк микротолкундук иштетүү менен үлгү чыгаруу жана өнөр жай масштабында үзгүлтүксүз, экономикалык өндүрүш жүргүзүү бир эле инженердик көйгөй эмес.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпнуска изилдөө: Rapidly Synthesized Microwave-Sintered Geopolymer Foam Utilizing Granite Waste: A Sustainable Approach for High-Performance Construction Materials

Авторлор: Tooba Shafiq; Faseeh U. Rehman Khokhar; Ehsan Ul Haq; Muhammad Zaka Emad; Syed Farhan Raza; Rana Muhammad Asad Khan.

Corresponding authors: Muhammad Zaka Emad жана Syed Farhan Raza.

Corresponding author e-mail даректери: muhammadzaka.emad@kfupm.edu.sa; sf.raza@uet.edu.pk.

Аффилиация 1: Department of Metallurgical and Materials Engineering, University of Engineering and Technology, Lahore, Pakistan.

Аффилиация 2: Department of Mechanical Engineering, Engineering Institute of Technology (EIT), Melbourne, Australia.

Аффилиация 3: College of Petroleum Engineering and Geoscience, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran, Saudi Arabia.

Аффилиация 4: Department of Industrial and Manufacturing Engineering, University of Engineering and Technology, Lahore, Pakistan.

Аффилиация 5: Department of Mineral Resources Engineering, Pak-Austria Fachhochschule Institute of Applied Sciences and Technology, Haripur, Pakistan.

Журнал: Sustainability.

Басмакана: MDPI, Basel, Switzerland.

Том / сан / макала номери: Volume 18, Issue 10, Article 4754.

DOI: 10.3390/su18104754.

Тапшыруу күнү: 4 Апрель 2026.

Ревизия күнү: 29 Апрель 2026.

Кабыл алуу күнү: 5 Май 2026.

PDF жарыяланган күнү: 10 Май 2026.

Булактын түрү: Рецензияланган эксперименттик материалдык изилдөө; лабораториялык масштабдагы геополимер синтези жана мүнөздөмөлөө.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Расмий шилтеме: https://doi.org/10.3390/su18104754

Чийки зат: Lahore, Punjab, Pakistanдагы жергиликтүү мрамор иштетүү ишканасынан алынган гранит өнөр жай калдыгы.

Үлгү саны: Беш курам; ар бир курам үчүн n=3.

Щелочтук активатор: 14 M NaOH + Na₂SiO₃.

Микротолкун шарты: Болжол менен 650 Wта 3 мүнөт биринчи иштетүү + калыптан чыгаруу + 3 мүнөт экинчи иштетүү.

Чөйрөдө турукташтыруу: 24 саат.

Кысуу бекемдигин отчеттоо жашы: 28 күн.

Мүнөздөмөлөө: FTIR, XRF, SEM, TGA, DTA, кысуу сыноосу, тыгыздык/көңдөйлүүлүк жана суу сиңирүү.

Каржылоо: Изилдөө тышкы каржылоо алган эмес.

Этикалык комитет: Колдонулбайт.

Маалымдалган макулдук: Колдонулбайт.

Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү: Түпнуска салымдар макалада берилген; кошумча суроолор corresponding author'га жөнөтүлүшү мүмкүн.

Ыраазычылык: Авторлор изилдөө жабдууларына жетүү үчүн University of Engineering and Technology, Lahore мекемесине ыраазычылык билдиришет.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришкен.

Автордук салымдар: T.S. концептуалдаштыруу, маалымат анализи, ресурстар, ыкма жана биринчи долбоор; F.U.R.K. ыкма, маалымат анализи, жазуу жана изилдөө; E.U.H. ресурстар, ыкма, маалымат анализи, жазуу, изилдөө жана кароо/редакциялоо; M.Z.E., S.F.R. жана R.M.A.K. кароо жана редакциялоого салым кошкон.

Булак ичиндеги дал келбестик 1 — энергия эсеби: Ыкма бөлүмүндөгү “6 min × 650 W = 3900 J = 1.08 Wh” билдирүүсү кубат-убакыт өзгөртүүсүнө шайкеш эмес. Жыйынтыктар бөлүмүндөгү ~0,065 kWh/batch мааниси 650 W × 6 мүнөт эсебине шайкеш келет.

Булак ичиндеги дал келбестик 2 — жалпы көңдөйлүүлүк: 3-таблица G4 үчүн %17,22 жана G5 үчүн %18,58 берсе, кийинки микротүзүлүштүк түшүндүрмөлөр G5ти болжол менен %17,74 менен минималдуу көңдөйлүү үлгү деп сүрөттөйт.

Булак ичиндеги чечмелөө чеги — энергия/CO₂: Деталдуу энергия audit'i жана жашоо циклин баалоо изилдөөнүн алкагына кирбейт. Төмөн CO₂ таасири төмөн активдүү энергия талабынан чыгарылган потенциалдуу экологиялык артыкчылык болуп саналат.

Булак ичиндеги чечмелөө чеги — изоляция: Булак геополимер көбүктүн изоляция колдонмолоруна ылайыктуулугун талкуулаганы менен, түз жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициентин билдирбейт.

Булак ичиндеги чечмелөө чеги — коммерциялык колдонуу: Кирпич формасында кошумча үлгү даярдалган; бирок толук масштабдуу коммерциялык продукт жарамдуулугу, курулуш кодексине шайкештиги же өнөр жай өндүрүшүнүн көрсөткүчү ырасталган эмес.