Кафки геополимерии асосёфта ба партови гранит маводи сохтмонии ковокии алюмосиликатӣ мебошад, ки дар натиҷаи ба реаксия даровардани партови саноатии гранити аз кремний ва алюминий ғанӣ бо фаъолкунандаҳои қавии ишқорӣ ва дар ин таҳқиқот татбиқ намудани сахтшавӣ/синтеркунии бо энергияи микромавҷ тезонидашуда ҳосил шудааст. Дар таҳқиқот панҷ таркиб бо номи G1–G5 омода гардиданд, ки дар онҳо ҳиссаи хокаи гранит аз рӯи масса аз %70 то %78 зиёд ва ҳиссаи маҳлули ишқорӣ аз %28 то %20 кам карда шуд; барои ҳар як таркиб се намуна истеҳсол гардид.

Намунаҳо аввал дар қувваи тақрибан 650 W микромавҷ барои 3 дақиқа коркард шуда, ба мустаҳкамии ибтидоие расонда шуданд, ки аз қолаб баровардан имкон диҳад; пас аз баровардан аз қолаб боз 3 дақиқа коркарди микромавҷӣ гузаронда шуд. Баъдан пеш аз озмоиши механикӣ дар шароити муҳит 24 соат устуворсозӣ анҷом дода шуд. Бо вуҷуди ин, натиҷаҳои асосии мустаҳкамии фишорӣ, ки дар мақола оварда шудаанд, ба намунаҳои 28-рӯза тааллуқ доранд; бинобар ин қиматҳои 13–20 MPa набояд ҳамчун “мустаҳкамии ниҳоии фишорӣ, ки дар 6 дақиқа ба даст омадааст” тафсир шаванд.

Мувофиқи Ҷадвали 3-и манбаъ, мустаҳкамии фишорӣ барои G1 13 MPa, G2 14 MPa, G3 15 MPa, G4 18,34 MPa ва G5 20 MPa мебошад. G5 ҳамчунин бо 1,49 g/cm³ bulk density, 1,79 g/cm³ apparent density ва индекси ҷабби оби %2,02 таркиби барҷастаи силсила мебошад. G1 бошад, ҳангоми 24 соат дар об ғӯтондан пора шуда, бинобар ин қимати миқдории ҷабби об барои он гирифта нашуд.

Дар таҳлили FTIR кӯчиши банди Si–O–Si/Al, ки бо скелети геополимер алоқаманд аст, аз минтақаи тақрибан 1000 cm⁻¹ дар прекурсори гранит ба минтақаи 900–860 cm⁻¹ дар намунаҳои геополимерӣ бо азнавташкилёбии шабакаи алюмосиликат пас аз фаъолсозии ишқорӣ иртибот дода шудааст. Масоҳати интегралии банди Si–O–T аз 41.900 a.u. дар G1 то 44.680 a.u. дар G5 афзудааст. Дар таҳлили XRF таносуби молярии Si/Al аз 6,50 барои G1 то 11,4 барои G5 боло рафтааст.

Тасвирҳои SEM нишон медиҳанд, ки аз G2 то G5 гузариш аз сохтори кушода ва гетерогении ковок ба матритсаи зичтар ва якхелатари геополимерӣ вуҷуд дорад. Муҳаққиқон афзоиши мустаҳкамии фишориро танҳо бо тағйири ковокии умумӣ шарҳ намедиҳанд, балки онро ҳамзамон бо морфологияи ковокҳо, якхелагии матритса ва рушди шабакаҳои Si–O–Si / Al–O–Si тавзеҳ медиҳанд.

Таҳқиқот изҳор мекунад, ки равиши коркарди микромавҷӣ метавонад энергияи фаъоли равандро нисбат ба сахткунии анъанавии гармӣ зиёда аз %90 кам кунад. Аммо ин натиҷа ба арзёбии муфассали давраи ҳаёт ё аудити мустақими энергияи саноатӣ асос наёфтааст. Илова бар ин, дар худи ҳисоби энергия дар манбаъ номувофиқӣ вуҷуд дорад: дар бахши усул коркарди 650 W × 6 дақиқа ҳамчун 1,08 Wh навишта шудааст, дар ҳоле ки дар бахши натиҷаҳо тақрибан 0,065 kWh/batch оварда мешавад. Қимати дуюм ба ҳисоби андозагирии 650 W барои 6 дақиқа мувофиқ аст.

Масъалаи асосии таҳқиқот

Саноати буридан ва коркарди гранит миқдори назарраси партови майдадона ҳосил мекунад. Таҳқиқоти манбаъ қайд мекунад, ки тақрибан %20–25 истеҳсоли ҷаҳонии гранит метавонад ба партов табдил ёбад ва хокаи нозуки гранит ҳангоми омехта шудан бо об партови коллоидӣ ҳосил карда, ба хок ва обҳои зеризаминӣ фишори экологӣ расонад.

Аз тарафи дигар, истеҳсоли анъанавии семент, сафол ва хишт метавонад ҳарорати баланд, вақти дарози раванд ва воридоти назарраси энергияро талаб кунад. Технологияи геополимерӣ равиши алтернативии мавод мебошад, ки ҳадаф дорад аз фаъолсозии ишқории минералҳо ё партовҳои саноатии дорои кремнезем ва алюмина шабакаҳои пайвасткунандае созад, ки ба сементи Portland асос намеёбанд.

Масъалаи хоси ин таҳқиқот ду саволро дар як тарҳи таҷрибавӣ муттаҳид мекунад:

• Оё партови коркарди гранит метавонад мустақиман ҳамчун прекурсори алюмосиликатӣ ба кафки геополимерӣ табдил дода шавад?
• Оё ҳангоми истифодаи коркарди чанддақиқаинаи микромавҷӣ ба ҷойи сахткунии дарозмуддати анъанавӣ устувории кофии механикӣ, физикӣ ва гармӣ ба даст меояд?

Кафки Геополимерӣ Чист ва Дар Ин Таҳқиқот Чӣ Гуна Ҳосил Шудааст?

Кафки геополимерӣ дар ин таҳқиқот матритсаи ковокии алюмосиликатӣ мебошад, ки аз фаъолсозии фазаҳои дорои Si ва Al дар партови майдашудаи гранит дар муҳити қавии ишқории дорои 14 M NaOH ва силикати натрий, сипас тезонидани реаксия бо энергияи микромавҷӣ ба вуҷуд меояд. Сохтори “кафк” ковок аст; аммо бо зиёд шудани таркиб шабакаи ковокҳо зичтар ва якхелатар мегардад.

Таркиби оксидии партови гранит, ки ҳамчун ашёи хом истифода шудааст

Бартарии SiO₂ ва Al₂O₃ асоси асосии химиявии арзёбии партови гранит ҳамчун прекурсори алюмосиликатие мебошад, ки метавонад намудҳои зарурии кремний ва алюминийро барои геополимеризатсия таъмин кунад.

Таркибҳои G1–G5

Матни усули манбаъ инчунин гидроксиди натрийро %7 ва силикати натрийро %18 аз рӯи масса муайян мекунад. Аммо дар ҳоле ки ин ду қимат ҳамагӣ %25 мешаванд, миқдори умумии маҳлули ишқорӣ барои G1–G5 аз %28 то %20 тағйир меёбад. Мақола дақиқ шарҳ намедиҳад, ки ин қиматҳои собити %7/%18 бо фоизҳои тағйирёбандаи умумии маҳлули ишқорӣ чӣ гуна пурра мутобиқ карда шудаанд. Аз ин рӯ, дар матни Verianla ин таносубҳо аз нав тафсир нашуда, ду маълумоти дар манбаъ овардашуда ҷудогона нигоҳ дошта шудаанд.

Раванди омодасозии намуна

Омодасозии хокаи гранит

Партови гранит аз корхонаи маҳаллии коркарди мармар дар Lahore, Punjab ҷамъоварӣ шудааст. Мавод аввал бо TECHTONGDA 100 × 60 Mini Jaw Crusher майда карда шуда, сипас дар осиёби тӯбдор бо хусусиятҳои 6′ × 48′ андоза, 4 тонна/соат иқтидор, 200 mesh, 26 rpm ва 70 HP, ки дар манбаъ оварда шудаанд, осиёб шудааст.

Хокаи осиёбшуда дар асоси ASTM C136/C136M-19 бо ларзонандаи электрикии элак элак карда шуда, зарраҳои 50–200 µm истифода шудаанд.

Қолабҳо ва шумораи такрорҳо

Қолабҳои силиндрии Teflon диаметри 32 mm ва баландии 46 mm доранд. Барои осон кардани баровардани намуна ва истифодаи такрорӣ, қолабҳо аз дарозӣ ба ду қисм ҷудо ва бо навори пайвасткунанда якҷо карда шудаанд.

Барои ҳар як таркиби G1–G5 се намуна (n=3) омода карда шуд. Бо вуҷуди ин, мақола дар ҷадвалҳои натиҷаҳо омори тафсирии муфассал ба монанди инҳирофи стандартӣ, фосилаи эътимод ё p-арзишро гузориш намедиҳад. Гарчанде дар Расми 6-и манбаъ хатҳои хато дида мешаванд, қиматҳои ададӣ ва навъи хатои онҳо дар матн равшан нишон дода нашудаанд.

Коркарди Микромавҷӣ Дар Ҳақиқат То Чӣ Андоза Зуд Аст?

Мувофиқи усули манбаъ, коркарди аввалини 3-дақиқаинаи микромавҷӣ бо қувваи тақрибан 650 W ба намуна мустаҳкамии ибтидоӣ додааст, ки аз қолаб баровардан имкон диҳад; пас аз баровардан аз қолаб намуна боз 3 дақиқа коркарди микромавҷӣ гирифтааст; вақти фаъоли микромавҷӣ дар маҷмӯъ 6 дақиқа аст. Сипас пеш аз санҷиш 24 соат устуворсозӣ дар шароити муҳит анҷом дода шудааст. Бо ин ҳол, мустаҳкамиҳои фишории 13–20 MPa ба намунаҳои 28-рӯза тааллуқ доранд; бинобар ин бартарии “6 дақиқа” барои истеҳсол/баровардан аз қолабро бо натиҷаҳои “санҷиши ниҳоии механикии 28-рӯза” омехта кардан набояд.

Бартарии ҳадафшудаи равиши микромавҷӣ

Дар истеҳсоли анъанавии геополимер барои он ки намунаҳо дар қолаб мустаҳкамии кофии ибтидоӣ пайдо кунанд, вақти тӯлонии сахтшавӣ лозим шуда метавонад. Манбаъ мегӯяд, ки дар усули анъанавӣ баровардан аз қолаб метавонад ҳадди ақал ҳафт рӯз тӯл кашад ва бо усули худ вақти ишғоли қолаб то дақиқаҳо кам шудааст.

Интизории 24-соата дар муҳит аз ҷониби муаллифон ҳамчун раванди фаъол не, балки давраи устуворсозие арзёбӣ шудааст, ки таҷҳизот ё энергия талаб намекунад. Аз ин рӯ, иддаои мақола дар бораи “коҳиш додани вақти коркард то 24 соат” маънои онро надорад, ки микромавҷ 24 соат пайваста кор мекунад.

Усулҳои тавсифкунонӣ

FTIR дар бораи геополимеризатсия чӣ нишон дод?

Банди ларзиши скелетии Si–O–Si/Al, ки дар гранити хом тақрибан дар 1000 cm⁻¹ ҷой дошт, дар геополимерҳои G1–G5 ба минтақаи тақрибан 900–860 cm⁻¹ кӯчидааст. Манбаъ ин кӯчишро бо азнавташкилёбии муҳити пайванд ҳангоми фаъолсозии ишқорӣ ва ташаккули шабакаи аморфии бештар геополимерӣ алоқаманд мекунад.

Бандҳои тақрибан 3650 cm⁻¹ ва 1640 cm⁻¹ мутаносибан бо ларзишҳои кашиш ва хамиши –OH ва инчунин бо оби ҷаббшуда/пайвастшуда дар сохтор алоқаманд шудаанд. Кам шудани ин бандҳо дар ҳиссаҳои баландтари гранит бо поликонденсатсияи давомдор тафсир шудааст.

Банди минтақаи тақрибан 1470 cm⁻¹ бошад, бо намудҳои карбонатие алоқаманд карда шудааст, ки метавонанд аз реаксияи ионҳои изофии ишқорӣ бо CO₂-и атмосфера ба вуҷуд оянд.

Чаро Таркиби G5 Қавитарин Намунаи Таҳқиқот Аст?

Мувофиқи тафсири манбаъ, G5 баландтарин ҳиссаи прекурсори гранит (%78), баландтарин таносуби Si/Al (11,4), баландтарин масоҳати интегралии банди FTIR Si–O–T (44.680 a.u.) ва баландтарин мустаҳкамии фишорӣ (20 MPa)-ро дар силсила дорад; мушоҳидаҳои SEM ҳам матритсаи G5-ро зичтар ва якхелатар нишон медиҳанд. Аммо гуфтан, ки G5 дар ҳар параметри физикӣ мутлақан беҳтарин аст, дуруст нест; дар Ҷадвали 3-и манбаъ ковокии умумии G4 %17,22 мебошад, ки аз қимати %18,58 барои G5 камтар аст.

Тағйири Si/Al ва Na/Al бо XRF

Манбаъ изҳор мекунад, ки дар G1 ва G2 миқдори баландтари маҳлули ишқорӣ нисбат ба прекурсор дастрасии кремнеземи реактивӣ ва пайвастагии шабакаро маҳдуд кардааст; дар G3–G5 зиёд шудани миқдори кремнезем ба ташаккули скелети сеандозаи пешрафтаи алюмосиликатӣ мусоидат кардааст.

Дараҷаи геополимеризатсия

Масоҳати интегралии банди кашишии Si–O–T дар FTIR ҳамчун нишондиҳандаи миқдории “дараҷаи геополимеризатсия” истифода шудааст. Қимат аз 41.900 a.u. барои G1 то 44.680 a.u. барои G5 афзудааст.

Мувофиқи манбаъ, афзоиши бузургтарин байни G1 ва G3 рух медиҳад ва пас аз G3 болоравӣ суст мешавад. Афзоишҳои охирин ба самти G4 ва G5 мутаносибан тақрибан 120 ва 60 a.u. нишон дода шудаанд. Муаллифон ин рафтори платоро бо он шарҳ медиҳанд, ки гранити бештар дигар аз ҷониби маҳлули мавҷудаи ишқорӣ пурра фаъол карда намешавад.

Микросохтори SEM

Панели SEM дар саҳифаи 11-и манбаъ намунаҳои G2, G3, G4 ва G5-ро дар калонкуниҳои гуногун нишон медиҳад. Азбаски ин тасвирҳои воқеии микроскопӣ мушоҳидаи илмӣ мебошанд, дар Verianla тасвири қалбакии SEM тавлид нашудааст.

Тафсири манбаъ чунин аст: дар G2 шабакаи ковокҳои кушодатар ва ба ҳам пайваст, гели қисман ташаккулёфтаи геополимерӣ ва зарраҳои гранити реаксиянакарда мавҷуданд; дар G3 матритса қисман зич мешавад; дар G4 ва махсусан G5 шабакаи алюмосиликатии компакттар, якхелатар ва пешрафта дида мешавад.

Ин зичшавии микросохтор бо афзоиши мустаҳкамии фишорӣ ва кам шудани ҷабби об якҷоя тафсир шудааст.

Мустаҳкамии фишорӣ

Мустаҳкамии фишорӣ аз G1 то G5 пайваста зиёд мешавад. Манбаъ инро на танҳо бо афзоиши фоизи гранит, балки бо дараҷаи геополимеризатсия ва микросохтори якхелатар алоқаманд мекунад.

Маҳдудияти муҳими вақт вуҷуд дорад: ин мустаҳкамиҳои фишорӣ дар матни манбаъ барои намунаҳои 28-рӯза гузориш шудаанд. Набояд хулоса кард, ки фавран пас аз микромавҷ мустаҳкамии 20 MPa чен шудааст.

Ҷабби об ва устуворӣ дар об

Намунаи G1 ҳангоми 24 соат дар об ғӯтондан пора шуда, бинобар ин ба ҳисоби миқдории ҷабби об дохил карда нашуд.

Ҷабби об барои G2 %3,10, барои G3 %2,33, барои G4 %2,06 ва барои G5 %2,02 гузориш шудааст. Ҷабби бештари об аз ҷониби манбаъ бо миқдори бештари ковокҳои кушода алоқаманд карда шудааст.

Манбаъ қиматҳои тақрибан %2 ҷабби об дар G4 ва G5-ро бо скелети зичтари алюмосиликатӣ ва ковокии кушодаи камтар алоқаманд мекунад.

Ҳисоби математикии зичӣ ва ковокӣ

Дар манбаъ apparent density дар асоси пикнометр чунин дода шудааст:

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

Дар ин ҷо \(m_1\) массаи пикнометр + об; \(m_2\) массаи об + пикнометр + намунаи берун аз он; \(m_3\) массаи об + пикнометр + намунаи дохили он ва \(\rho_w\) зичии обро ифода мекунад.

Ковокии умумӣ:

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

бо ин ифода ҳисоб шудааст. Bulk density ҳаҷми умумии намуна, яъне маводи сахт бо ковокҳои кушода ва пӯшидаро дар бар мегирад, дар ҳоле ки true density танҳо ҳаҷми фазаи сахтро ифода мекунад. Аз ин рӯ, ҳар қадар фарқи байни ду зичӣ зиёд шавад, ҳиссаи ҳисобшудаи ковокии умумӣ ҳам зиёд мешавад.

Ковокии пӯшида:

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

ва ковокии кушода:

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

дода шудааст.

Муодилаи ҷабби об

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

Дар ин ҷо \(W_1\) массаи намунаи хушк ва \(W_2\) массаи намунаи тар мебошад. Муодила ҳисоб мекунад, ки намуна нисбат ба массаи ибтидоии хушкаш чанд фоиз об гирифтааст.

Натиҷаҳои TGA

Таҳлили термогравиметрӣ тағйири массаи намуна бо зиёд шудани ҳароратро пайгирӣ мекунад. Мувофиқи тафсири манбаъ, талафоти масса тақрибан дар 100 °C бо намӣ, тағйирот дар 90–200 °C бо хориҷшавии пайвастагиҳои бухоршаванда, минтақаи 200–500 °C бо хориҷшавии оби кристаллӣ ва минтақаи тақрибан 500–590 °C бо баъзе равандҳои карбоншавӣ алоқаманд карда шудаанд.

Намунаи G2 бо миқдори баландтари маҳлули ишқорӣ талафоти бештари масса нишон додааст; G4 ва G5 бо миқдори камтари маҳлули ишқорӣ талафоти умумии камтари масса нишон додаанд.

Натиҷаҳои DTA

Дар каҷҳои Таҳлили Дифференсиалии Гармӣ ҳодисаҳои эндотермӣ дар минтақаи тақрибан 123–130 °C бо десорбсияи об алоқаманд карда шудаанд. Манбаъ минтақаи поён аз 120 °C-ро бо оби озоди гигроскопӣ, 120–300 °C-ро бо оби аз ҷиҳати физикӣ пайваст ва тағйироти болои 300 °C-ро бо таҷзияи намудҳои қавитар пайвастшуда иртибот медиҳад.

Оё Иддаои Сарфаи Энергия Таҳлили Муфассали Изҳои Карбон Аст?

Не. Дар таҳқиқот арзёбии пурраи давраи ҳаёт, ҳисоби муфассали изи карбон ё аудити системавии энергия анҷом дода нашудааст. Бартарии энергетикӣ ба муқоисаи қувваи номиналии микромавҷ ва вақти фаъоли коркард бо шароити дарозмуддати сахткунии танӯрии лабораторӣ дар адабиёт асос ёфтааст; коҳиши CO₂ бошад ҳамчун натиҷаи эҳтимолии талаботи камтари энергия тафсир шудааст.

Муқоисаи энергия дар манбаъ

Дар бахши усул гуфта мешавад, ки сахткунии анъанавии геополимерӣ дар танӯр метавонад дар 60–80 °C барои 24–48 соат ва бо танӯри лаборатории 1000–2000 W тақрибан 24–96 kWh масраф кунад. Барои хиштҳои анъанавии пухта ҳамчунин ҳарорати 900–1100 °C барои чанд соат ва масрафи тақрибан 2–3 MJ/kg зикр мешавад.

Системаи микромавҷӣ бошад, дар тақрибан 650 W ду даври 3-дақиқаинаро истифода мебарад.

Номувофиқии дохилии манбаъ дар ҳисоби энергия

Бахши усули манбаъ чунин ифодаро истифода мекунад:

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

Ин табдил аз ҷиҳати математикӣ мувофиқ нест. Ҳисоби мустақими воҳидҳои қувва ва вақт:

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

ва бо ҷул:

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

натиҷа медиҳад.

Бахши натиҷаҳои мақола ҳам қимати тақрибан 0,065 kWh/batch-ро медиҳад. Аз ин рӯ, Verianla ба ҷойи дубора овардани қимати 1,08 Wh ҳамчун дуруст ё ислоҳи хомӯшона, ошкоро қайд мекунад, ки ду қимат мувофиқ нестанд.

Ин номувофиқӣ самти умумиро, ки коркарди микромавҷӣ нисбат ба сенарияи танӯри лаборатории 24–96 kWh вақти хеле кӯтоҳтар ва воридоти фаъоли энергияаш камтар аст, аз байн намебарад; аммо барои таносуби дақиқи сарфаи энергия ченкунии системавии қувва ва сарҳади муайяни система лозим аст.

Тафсири CO₂ ва устуворӣ

Манбаъ талаботи камтари энергияи фаъолро бо потенсиали пасттари партоби CO₂ алоқаманд карда, равишро ба SDG 7, SDG 12 ва SDG 13 мепайвандад. Дар бахши натиҷаҳо ҳамчунин робитаҳо бо SDG 9 ва SDG 11 баррасӣ мешаванд.

Бо вуҷуди ин, мақола LCA-и пурраеро, ки инвентаризатсияи муфассали давраи ҳаёт, коэффисиенти партоби шабакаи барқ, изи истеҳсоли фаъолкунандаҳои ишқорӣ, интиқоли партови гранит ё талафоти энергияи калонкунии саноатии микромавҷро дар бар гирад, анҷом надодааст.

Аз ин рӯ, баёни мустақиман дастгиришаванда чунин аст: “вақти фаъоли коркарди микромавҷ ва воридоти ҳисобшудаи энергия аз сенарияи сахткунии анъанавӣ камтар аст.” Хулосаи “маҳсулот дар тамоми давраи ҳаёт ҳатман карбони камтар дорад” бо ин таҳқиқот исбот нашудааст.

Муқоисаи G5 бо дигар маводи сохтмонӣ

Дар Расми 11-и манбаъ G5 бо хишти кафкии сементӣ, autoclaved aerated concrete (AAC), кафки геополимерии бо гармӣ сахтшудаи анъанавӣ ва кафки геополимерии хокистари парвозӣ дар панҷ меҳвари нормализатсияшуда муқоиса мешавад: мустаҳкамии фишорӣ, индекси сабукӣ, муқовимат ба об, самаранокии энергия ва холи таркибии устуворӣ.

Дар манбаъ мустаҳкамии фишории 20 MPa барои G5 бо 2,5–6 MPa барои AAC ва 9,6–13 MPa барои хиштҳои кафкии сементӣ аз адабиёт муқоиса шудааст. Ҳамзамон қайд мешавад, ки AAC бо сабаби зичии хеле пасти 400–700 kg/m³ аз ҷиҳати сабукӣ бартарӣ дорад.

Қимати ҷабби оби %2,02 барои G5 дар манбаъ аз қиматҳои %20–30 барои хиштҳои кафкии сементӣ ва %50–65 барои AAC, ки аз адабиёт гирифта шудаанд, пасттар нишон дода шудааст.

Аммо азбаски формулаи дақиқи ҳисобкунии холи таркибии нормализатсияшудаи устуворӣ дар диаграммаи радарӣ муфассал дода нашудааст, Verianla диаграммаи нави радарӣ эҷод накардааст.

Оё иҷрои изолятсияи гармӣ мустақиман чен шудааст?

Не. Мақола рафтори устувории гармиро бо TGA ва DTA меомӯзад ва мувофиқ будани кафки геополимерӣ барои истифодаҳои изолятсионӣ муҳокима мешавад; аммо коэффисиенти мустақими гузаронандагии гармӣ, муқовимати гармӣ ё ченкунии дигари миқдории изолятсия дар манбаъ гузориш нашудааст. Аз ин рӯ, ибораи “маводи изолятсияи гармӣ” набояд ҳамчун натиҷаи мустақими ченшуда пешниҳод шавад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Партови саноатии гранит бо фаъолсозии NaOH ва силикати натрий ба кафки геополимерии бо микромавҷ дастгиришуда табдил дода шудааст.
• Дар силсилаи G1–G5 бо зиёд шудани ҳиссаи гранит мустаҳкамии фишорӣ аз 13 MPa то 20 MPa афзудааст.
• G5 бо %2,02 дар байни намунаҳои ченшаванда пасттарин ҷабби обро дорад.
• G1 ҳангоми ғӯтондан дар об пора шудааст.
• Таносуби Si/Al аз G1 то G5 аз 6,50 то 11,4 афзудааст.
• Масоҳати интегралии банди FTIR Si–O–T аз G1 то G5 афзуда, манбаъ инро бо зиёд шудани геополимеризатсия алоқаманд кардааст.
• Тасвирҳои SEM бо зиёд шудани миқдори гранит гузариш ба микросохтори зичтар ва якхелатарро нишон медиҳанд.
• Коркарди микромавҷӣ вақти фаъоли лозим барои баровардан аз қолабро то сатҳи дақиқаҳо кам кардааст.
• Ҳисоби муқоисавии энергияи манбаъ нишон медиҳад, ки равиши микромавҷӣ метавонад нисбат ба сахткунии анъанавии танӯрӣ талаботи хеле камтари энергияи фаъол дошта бошад.

Умумисозие, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

• Нишон дода нашудааст, ки мустаҳкамии 20 MPa фавран пас аз 6 дақиқа коркарди микромавҷӣ ба даст омадааст; ин қимат ба санҷиши фишории 28-рӯза тааллуқ дорад.
• Исбот нашудааст, ки дар миқёси саноатӣ ҳамон масрафи энергия нигоҳ дошта мешавад.
• Изи муфассали карбонии давраи ҳаёт ҳисоб нашудааст.
• Гузаронандагии мустақими гармӣ чен нашудааст.
• Устувории дарозмуддати яхкунӣ–обшавӣ, намак, сулфат, карбонатшавӣ ё муҳити берунаи чандсола нишон дода нашудааст.
• Барои намунаи хишти компакт стандарти пуррамиқёси сохтмонӣ ё санҷиши мувофиқати маҳсулоти тиҷоратӣ гузориш нашудааст.
• Нишон дода нашудааст, ки намунаҳои лабораторӣ мустақиман ҳамчун маводи борбардори сохтмонӣ сертификат шудаанд.
• Наметавон гуфт, ки G5 дар ҳамаи хосиятҳои физикӣ пайваста оптималӣ аст; дар Ҷадвали 3 ковокии умумии G4 камтар аст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Омодасозии маҳлули ишқорӣ

Дар манбаъ гуфта мешавад, ки маҳлули 14 M NaOH бо ҳал кардани 560 g гранулаи NaOH дар як литр об омода шудааст. NaOH-и истифодашуда %99,9 тозагӣ дорад. Вазни хоси моеъи силикати натрий 2,13 g/cm³ ва модули кремнезем 2,1 оварда шудааст.

Аз сабаби реактивияти баланди маҳлули NaOH, маҳлули омодашуда бо халтаи полиэтиленӣ пӯшонида шудааст.

Омехтакунӣ ва рехтан

Барои G1–G5 гранит ва системаи ишқории тарозушуда тақрибан 2 дақиқа дар стакан омехта карда шуданд, то хамираи коршоям ҳосил шавад. Ҳангоми зарурат барои беҳтар кардани коршоямӣ миқдори хеле ками об илова шудааст.

Хамираҳо фавран ба қолабҳои Teflon рехта шуда, барои кам кардани пайдоиши холигӣ/ихроҷ қолабҳо бо даст сабук кӯфта шудаанд.

Даврҳои микромавҷ

1. Тақрибан 650 W, дар танзими миёна-баланд, 3 дақиқа коркарди микромавҷӣ.
2. Пас аз пайдо шудани мустаҳкамии ибтидоӣ аз қолаб баровардан.
3. Дар тақрибан 650 W, 3 дақиқа синтеркунии иловагии микромавҷӣ.
4. 24 соат устуворсозӣ дар ҳарорати хона.
5. Тавсифкунонӣ ва арзёбии механикӣ.

Манбаъ ҳамчунин мегӯяд, ки бо истифодаи ҳамон шароити гармкунӣ ва синтеркунӣ намунаи компакт дар шакли хишт зери фишори иловагӣ сохта шудааст. Ин таҷриба барои санҷидани қобилияти татбиқи тиҷоратӣ гузаронида шудааст; аммо барои хишти компакт ҷадвали ҷудогонаи муфассали иҷрои механикӣ пешниҳод нашудааст.

Робитаи мустаҳкамии фишорӣ–ковокӣ

G1 баландтарин ковокии умумии Ҷадвали 3 (%33,33) ва пасттарин мустаҳкамии фишорӣ (13 MPa)-ро дорад. Дар G3 ковокии умумӣ ба %21,23 кам шуда, мустаҳкамӣ ба 15 MPa афзудааст. G4 дар Ҷадвали 3-и манбаъ %17,22 ковокӣ ва 18,34 MPa мустаҳкамӣ дорад. G5 бошад, бо 20 MPa баландтарин мустаҳкамиро медиҳад.

Ин натиҷа дар маҷмӯъ аз он пуштибонӣ мекунад, ки матритсаи компакттар бо иҷрои механикии баландтар ҳамзамон инкишоф меёбад. Бо вуҷуди ин, ковокии G5 дар Ҷадвали 3 %18,58 буда, каме аз %17,22 барои G4 баландтар аст. Аз ин рӯ, хулосаи манбаъ, ки мустаҳкамиро танҳо ба ковокии умумӣ нисбат додан мумкин нест, муҳим аст; навъи ковок, пайвастагии матритса ва сифати шабакаи алюмосиликатӣ низ нақш доранд.

Номувофиқии дохилии манбаъ дар ковокӣ

Аз ин рӯ, дар мақолаи Verianla бо ҳисоб ё азнавбаҳодиҳӣ як қимати ягонаи “дуруст”-и ковокӣ интихоб нашудааст. Рақамҳои Ҷадвали 3-и манбаъ ҳамчун ҷадвали асосии миқдорӣ нигоҳ дошта шуда, фарқи матни минбаъда алоҳида қайд шудааст.

XRF ва химияи шабака

Дар таҳлили элементии XRF барои партови хоми гранит тақрибан %28,3 Si ва %5,9 Al гузориш шудааст. Дар силсилаи намунаҳо таносуби ҳисобшудаи Si/Al пайваста афзудааст.

Дар G5 таносуби баланди Si/Al ва банди пешрафтаи FTIR Si–O–T аз ҷониби манбаъ ҳамчун аломати скелети беҳтар пайвастшудаи алюмосиликатӣ тафсир мешаванд.

Аммо таносуби баланди Si/Al-ро танҳо ба маънои универсалии “геополимери беҳтар” умумӣ кардан дуруст нест. Натиҷаи таҳқиқот танҳо барои диапазони таркибии G1–G5 ва ҳамин шароити фаъолсозии ишқорӣ/микромавҷӣ эътибор дорад.

Чаро XRD истифода нашуд?

Муаллифони манбаъ мегӯянд, ки матритсаи геополимерӣ асосан аморфӣ аст ва XRD пеш аз ҳама барои муайян кардани фазаҳои кристаллӣ маълумоти иловагӣ медод; бинобар ин таҳлили XRD анҷом дода нашудааст.

Ҳудуди тафсири санҷиши ҷабби об

Барои G2–G5 санҷиши миқдории ҷабби об гузаронида шудааст. Пора шудани G1 мустақиман устувории заифи таркибро дар баробари об нишон медиҳад.

Аммо як санҷиши 24-соатаи ғӯтондан ба устувории дарозмуддати сохтмон баробар нест. Таҳқиқот дар бахши натиҷаҳо низ эътироф мекунад, ки арзёбии устувории дарозмуддат бояд дар таҳқиқоти оянда анҷом дода шавад.

Ҳудуди тафсири таҳлилҳои гармӣ

TGA ва DTA рафтори талафоти масса ва ҷараёни гармиро ҳангоми баланд шудани ҳарорат нишон медиҳанд. Ин таҷрибаҳо барои фаҳмидани реаксияҳои гармӣ ва минтақаҳои устувории мавод муҳиманд; аммо иҷрои мустақими изолятсияи гармии қабати биноро намесанҷанд.

Азбаски барои гузаронандагии гармӣ қимати λ бо воҳиди W/(m·K) гузориш нашудааст, иҷрои воқеии изолятсионии кафки геополимерӣ дар бино бояд алоҳида таҷрибавӣ тасдиқ карда шавад.

Ҳудуди арзёбии оморӣ

Дар ҳар таркиб n=3 намуна истифода шудааст. Аммо манбаъ дар ҷадвалҳои асосии натиҷаҳо инҳирофи стандартӣ, фосилаи эътимод, ANOVA ё дигар санҷиши аҳамиятнокиро гузориш намедиҳад.

Аз ин рӯ, тамоюлҳои ададии байни G1–G5 бояд ҳамчун қиматҳои миёна/гузоришшудаи таҷрибавӣ тафсир шаванд; набояд чунин нишон дода шавад, ки аҳамиятнокии оморӣ санҷида шудааст.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот

• Истифодаи партови воқеии саноатии гранит ҳамчун прекурсори асосии алюмосиликатӣ.
• Муқоисаи панҷ таносуби гуногуни прекурсор/ишқор дар як раванди якхела.
• Якҷо кардани тавсифкунонии механикӣ, физикӣ, химиявӣ, микросохторӣ ва гармӣ дар як маҷмӯи таҷрибавӣ.
• Ташкили робитаи сохторӣ байни натиҷаҳои механикӣ ва FTIR, XRF, SEM.
• Кам кардани хеле зиёди вақти ишғоли қолаб тавассути коркарди микромавҷӣ.
• Баррасии якҷояи арзишмандсозии партов ва рушди маводи сохтмонии ғайрисементӣ.

Маҳдудиятҳои асосӣ

• Намунаҳои хурди силиндрӣ дар миқёси лабораторӣ истифода шудаанд.
• Таҷрибаҳои калонкунии саноатии микромавҷ гузаронида нашудаанд.
• Барои масрафи энергия ченкунии муфассали дастгоҳ/аудити энергия гузориш нашудааст.
• Дар манбаъ номувофиқии равшани арифметикӣ дар табдили воҳиди энергия вуҷуд дорад.
• Арзёбии пурраи давраи ҳаёт анҷом дода нашудааст.
• Гузаронандагии мустақими гармӣ чен нашудааст.
• Санҷишҳои устувории дарозмуддати экологӣ маҳдуданд.
• Барои ҳар таркиб танҳо се намуна истифода шуда, омори муфассали инференсиалӣ дода нашудааст.
• Дар манбаъ баъзе қиматҳои ковокӣ байни ҷадвал, тавзеҳи микрограф ва матн мувофиқ нестанд.
• Иҷрои хишти тиҷоратии пуррамиқёс тасдиқ нашудааст.
• Таъсири тағйирёбии химиявии манбаъҳои гуногуни партови гранит ба раванд омӯхта нашудааст.

Ниёзҳои таҳқиқоти оянда

Бахши натиҷаҳои манбаъ қайд мекунад, ки дар оянда таҳлили муфассали энергия, тавсифкунонии пешрафтаи ковокҳо, устувории дарозмуддат, калонкунии миқёси саноатӣ, таҳлили хароҷот, тағйирёбии ашёи хом ва иҷрои хишти пуррамиқёс бояд арзёбӣ шаванд.

Ин мавзӯъҳо махсусан муҳиманд; зеро дар лаборатория бо чанд дақиқа коркарди микромавҷӣ намуна истеҳсол кардан ва дар миқёси саноатӣ истеҳсоли муттасилу иқтисодӣ ба роҳ мондан як масъалаи муҳандисӣ нест.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

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

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

Corresponding authors: Muhammad Zaka Emad ва Syed Farhan Raza.

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

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

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

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

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

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

Маҷалла: Sustainability.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд / шумора / рақами мақола: Volume 18, Issue 10, Article 4754.

DOI: 10.3390/su18104754.

Санаи пешниҳод: 4 Апрел 2026.

Санаи бозбинӣ: 29 Апрел 2026.

Санаи қабул: 5 Май 2026.

Санаи нашри PDF: 10 Май 2026.

Навъи манбаъ: Таҳқиқоти таҷрибавии маводи аз баррасии ҳамтоён гузашта; синтез ва тавсифкунонии геополимер дар миқёси лабораторӣ.

Литсензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Пайванди расмӣ: https://doi.org/10.3390/su18104754

Ашёи хом: Партови саноатии гранит аз корхонаи маҳаллии коркарди мармар дар Lahore, Punjab, Pakistan.

Шумораи намунаҳо: Панҷ таркиб; барои ҳар таркиб n=3.

Фаъолкунандаи ишқорӣ: 14 M NaOH + Na₂SiO₃.

Шароити микромавҷ: Тақрибан 650 W, 3 дақиқа коркарди аввал + баровардан аз қолаб + 3 дақиқа коркарди дуюм.

Устуворсозӣ дар муҳит: 24 соат.

Синни гузориши мустаҳкамии фишорӣ: 28 рӯз.

Тавсифкунонӣ: FTIR, XRF, SEM, TGA, DTA, санҷиши фишорӣ, зичӣ/ковокӣ ва ҷабби об.

Маблағгузорӣ: Таҳқиқот маблағгузории беруна нагирифтааст.

Кумитаи ахлоқ: Татбиқ намешавад.

Ризоияти огоҳона: Татбиқ намешавад.

Дастрасии маълумот: Саҳмҳои аслӣ дар мақола пешниҳод шудаанд; саволҳои иловагӣ метавонанд ба corresponding author равона карда шаванд.

Сипосгузорӣ: Муаллифон барои дастрасӣ ба иншооти таҳқиқотӣ ба University of Engineering and Technology, Lahore сипосгузорӣ мекунанд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон набудани бархӯрди манфиатҳоро эълон кардаанд.

Саҳми муаллифон: T.S. консептуализатсия, таҳлили маълумот, захираҳо, усул ва тарҳи аввал; F.U.R.K. усул, таҳлили маълумот, навиштан ва таҳқиқот; E.U.H. захираҳо, усул, таҳлили маълумот, навиштан, таҳқиқот ва бозбинӣ/таҳрир; M.Z.E., S.F.R. ва R.M.A.K. дар бозбинӣ ва таҳрир саҳм гузоштаанд.

Номувофиқии дохилии манбаъ 1 — ҳисоби энергия: Ифодаи “6 min × 650 W = 3900 J = 1.08 Wh” дар бахши усул бо табдили қувва-вақт мувофиқ нест. Қимати ~0,065 kWh/batch дар бахши натиҷаҳо бо ҳисоби 650 W × 6 дақиқа мувофиқ аст.

Номувофиқии дохилии манбаъ 2 — ковокии умумӣ: Ҷадвали 3 барои G4 %17,22 ва барои G5 %18,58 медиҳад, дар ҳоле ки тавзеҳҳои минбаъдаи микросохторӣ G5-ро бо тақрибан %17,74 ҳамчун намунаи дорои ковокии ҳадди ақал тавсиф мекунанд.

Ҳудуди тафсири дохилии манбаъ — энергия/CO₂: Аудити муфассали энергия ва арзёбии давраи ҳаёт ба доираи таҳқиқот дохил нестанд. Таъсири пасттари CO₂ бартарии эҳтимолии экологие мебошад, ки аз талаботи пасттари энергияи фаъол бароварда шудааст.

Ҳудуди тафсири дохилии манбаъ — изолятсия: Гарчанде манбаъ мувофиқ будани кафки геополимериро барои истифодаҳои изолятсионӣ баррасӣ мекунад, коэффисиенти мустақими гузаронандагии гармиро гузориш намедиҳад.

Ҳудуди тафсири дохилии манбаъ — татбиқи тиҷоратӣ: Намунаи иловагӣ дар шакли хишт омода шудааст; аммо мувофиқати маҳсулоти тиҷоратии пуррамиқёс, мутобиқат ба кодекси сохтмон ё иҷрои истеҳсолоти саноатӣ тасдиқ нашудааст.