Бетони геополимерии партови ғанигардонии мис (Copper Tailings Geopolymer Concrete, CT-GPC), як навъи бетони геополимерист, ки дар он низоми пайвандгари алюмосиликатии бо ишқор фаъолшуда ва партовҳои истихроҷ/ғанигардонии мис дар таркиби бетон истифода мешаванд. Ин таҳқиқоти таҷрибавӣ меомӯзад, ки иваз кардани %0, %5, %10, %15 ва %20 аз массаи реги истеҳсолшуда бо реги партови ғанигардонии мис ба мустаҳкамӣ, деформатсия, шакли шикаст ва микросохтори CT-GPC зери фишуриши якмеҳварӣ ва фишуриши ҳақиқии семеҳварӣ чӣ гуна таъсир мерасонад. Панҷ омехта ҳамчун намунаҳои кубии 100 mm омода шуда, 28 рӯз нигоҳдорӣ шудаанд ва дар шаш таркиби нобаробари шиддати паҳлӯӣ, яъне \((\sigma_2,\sigma_3)\) = (4,2), (6,2), (8,2), (8,4), (8,6) ва (12,6) MPa, озмуда шудаанд.

Мустаҳкамии фишуриши якмеҳварӣ дар гурӯҳи %0 реги CT 39,81 MPa буд ва ҳангоми ивазкунии %5 то 45,36 MPa афзуд; дар ивазкуниҳои %10, %15 ва %20 мутаносибан 42,46, 41,83 ва 39,44 MPa чен шуд. Ҳамин тавр, дар фосилаи санҷидашудаи %0–20 баландтарин мустаҳкамии якмеҳварӣ дар ивазкунии %5 ба даст омад. Зери фишуриши ҳақиқии семеҳварӣ бошад, мустаҳкамии қуллавии ҳамаи омехтаҳо аз мустаҳкамии якмеҳварии худ зиёд шуд ва коэффисиенти афзоиши мустаҳкамӣ \(K_t\) дар ҳудуди 1,237–2,094 тағйир ёфт.

Гурӯҳи %5 дар ҳамаи шаш ҳолати шиддати ҳақиқии семеҳварии санҷидашуда баландтарин шиддати мутлақи қуллавии меҳвариро ба вуҷуд овард. Баръакс, гурӯҳи %20 дар байни омехтаҳои дорои реги CT нисбат ба мустаҳкамии якмеҳварии худ барҷастатарин афзоиши нисбии фишуриши паҳлӯиро нишон дод. Ин ду натиҷа мухолиф нестанд: мустаҳкамии мутлақ ва коэффисиенти нормализатсияшудаи афзоиши мустаҳкамӣ як бузургӣ нестанд.

Бо зиёд шудани фишуриши паҳлӯӣ, пастшавии пас аз қуллаи каҷи шиддат–деформатсияи меҳварӣ сусттар шуд ва намунаҳо нисбат ба фишуриши якмеҳварӣ якпорчагии бештар ва чандирии равшантар нишон доданд. Маълумоти шикаст тавассути шиддатҳои нормалӣ ва буришии октаэдрӣ моделсозӣ шуд; дар байни равишҳои муқоисашудаи шикаст муносибати дараҷаи дуюми навъи Bresler–Pister истифода шуда, барои панҷ гурӯҳи ивазкунӣ мутобиқати \(R^2=0,9954–0,9989\) ба даст омад. Каҷҳои пурраи шиддат–деформатсияи меҳварӣ бо модели қисм-қисм, ки шохаи пеш аз қуллаи навъи Popovics ва шохаи пас аз қуллаи навъи Guo Zhenhai-ро муттаҳид мекунад, ифода шуданд; барои мутобиқсозии 30 каҷ фосилаи \(R^2=0,9789–0,9991\) гузориш шуд.

Дар таҳқиқоти SEM, дар минтақаҳои интихобшудаи тасвир сохтори фазаи сахти гурӯҳи %5 нисбатан пайвастатар менамуд, дар ҳоле ки дар гурӯҳҳои %0 ва %20 тарқишҳои кушодаи дарозтар мушоҳида шуданд. Муҳаққиқон ин рафторро бо он мепайванданд, ки миқдори мувофиқи реги ултра-майдаи CT метавонад холигиҳои гранулометрияи реги истеҳсолшударо пур кунад; ҳангоми иловаҳои бештар бошад, фоидаи пуркунӣ ба сершавӣ наздик шуда, интерфейсҳои заиф ва холигиҳо метавонанд зиёд шаванд. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот дар миқёси лабораторӣ аст; рафтори саҳроӣ дар миқёси иншоот, устувории дарозмуддат ва коҳиши мустақими карбон дар давраи ҳаёт дар ин озмоишҳо санҷида нашудаанд.

Чаро бетони геополимерии партови ғанигардонии мис таҳқиқ мешавад?

Дар заминаи таҳқиқот ду мушкили ҷудогонаи истифодаи захираҳо ба ҳам меоянд. Якум, энергияталабӣ ва карбонталабии истеҳсоли сементи оддии Portland аст. Дуюм, нигоҳдории дарозмуддати миқдори зиёди партовҳое мебошад, ки дар равандҳои ғанигардонии маъдани мис ба вуҷуд меоянд. Таҳқиқоти манбаъ қайд мекунад, ки дар адабиёт гузориш шудааст, ҳаҷми партови ғанигардонии мис, ки дар Чин дар солҳои 1950–2020 ҷамъ шудааст, аз 5,56 миллиард тонна гузаштааст. Равиши CT-GPC аз як тараф низомҳои пайвандгари бо ишқор фаъолшударо, ки кам кардани вобастагӣ аз сементи Portland-ро ҳадаф мегиранд, ва аз тарафи дигар истифодаи партови мисро дар ҷузъҳои пайвандгар ва пуркунандаи майда муттаҳид мекунад.

Дар таҳқиқот ду истифодаи гуногуни “CT” бояд аз ҳам ҷудо карда шаванд. Хокаи CT, яке аз маводи ибтидоии фазаи пайвандгар буда, барои зиёд кардани реактивнокӣ пас аз гузаронидан аз элаки 200 mesh дар 800 °C калсинатсия шудааст. Реги CT бошад, фраксияи ултра-майдаи пуркунанда бо модули нозукӣ 0,17 аст ва ба ҷойи %0–20 реги истеҳсолшуда истифода шудааст. Натиҷаҳои “таносуби ивазкунӣ” дар мақола таносуби истифодаи реги CT ба ҷойи реги истеҳсолшударо ифода мекунанд.

Фаъолкунандаи ишқорӣ ва пуркунандаҳо

Фаъолкунандаи ишқорӣ аз гранулаҳои гидроксиди натрий бо тозагии таҳлилӣ ва маҳлули силикати натрий омода шудааст. Дар манбаъ миқдори SiO дар маҳлули силикати натрий₂ %27,30, Na₂ва миқдори O %8,54, дараҷаи Baumé 38,5 °Bé, модул 3,30, миқдори моддаи сахт %35,5 ва фосилаи pH 10–13 дода шудааст.

Пуркунандаҳои майда аз реги CT ва реги истеҳсолшуда иборатанд. Модули нозукии реги CT 0,17 аст ва дар манбаъ ҳамчун “extra-fine tailings sand” гурӯҳбандӣ шудааст. Модули нозукии реги истеҳсолшуда 2,7 ва зичии намоёни он 2620 kg/m³ аст. Пуркунандаи калон санги майдашудаи 5–16 mm бо гранулометрияи пайваста ва зичии намоёни 2680 kg/m³ аст. Барои суперпластификатори асоси поликарбоксилат таносуби камкунии об %28, миқдори ҳаво %5,0, зичӣ 1,06 g/cm³, pH 6,1 ва миқдори моддаи сахт %39,5 дода шудааст. Ҳамчун сусткунанда сахароза бо тозагии зиёда аз %99,6 истифода шудааст.

Намунаҳо чӣ гуна омода шуданд?

%0, %5, %10, %15 ва %20 аз массаи реги истеҳсолшуда бо реги CT иваз карда шуда, массаи умумии пуркунандаи майда доимӣ нигоҳ дошта шуд. Ҳамаи намунаҳо кубҳои 100 × 100 × 100 mm мебошанд. Аввал NaOH дар оби иловагӣ ҳал карда шуд; пас аз сард шудани маҳлул то ҳарорати хона силикати натрий илова гардид. Барои сахароза ва суперпластификатор маҳлулҳои ҷудогона омода шуданд. Пуркунандаи калон, пуркунандаи майда, хокаи шлак, хокистари парвозӣ ва хокаи CT дар миксер 3 дақиқа ҳамчун омехтаи ҷузъҳои хушк/сахт омехта шуданд; се маҳлули моеъи омодашуда баъдан пайдарпай илова гардида, омехтакунӣ боз 8 дақиқа идома ёфт.

Бетони тару тоза ба қолабҳои кубии 100 mm, ки бо моддаи ҷудокунанда коркард шуда буданд, рехта, барои зичкунӣ ларзонда шуд ва сипас 28 рӯз дар ҳарорати 20 ± 2 °C ва намии нисбии на камтар аз %95 нигоҳдории стандартӣ гузашт. Барои ҳар омехта дар барномаи асосии таҷриба 21 намуна омода шуд: се адад барои фишуриши якмеҳварӣ ва 18 адад барои шаш шароити TTC, ҳар шароит се намуна. Барои эҳтимоли талафот ё натиҷаи ғайримуқаррарӣ ҳангоми омодасозӣ, нигоҳдорӣ ва озмоиш барои ҳар омехта боз 3–7 намунаи эҳтиётӣ омода карда шуд.

Чаро Озмоиши Фишуриши Ҳақиқии Семеҳварӣ Нисбат ба Озмоиши Анъанавии Семеҳварӣ Маълумоти Бештар Медиҳад?

Дар озмоиши анъанавии семеҳварӣ ду шиддати асосии паҳлӯӣ баробаранд \((\sigma_2=\sigma_3)\); дар фишуриши ҳақиқии семеҳварӣ бошад, азбаски се шиддати асосӣ мустақилона идора мешаванд, таъсирҳои гуногуни \(\sigma_2\) ва \(\sigma_3\) ба мустаҳкамӣ, васеъшавии паҳлӯӣ ва шикаст мустақиман ҷудо карда мешаванд.

Дар ин таҳқиқот тартиби шиддатҳо ҳамчун \(\sigma_1>\sigma_2>\sigma_3\) муайян шудааст. \(\sigma_1\) шиддати асосии калони фишуриш дар самти z мебошад. \(\sigma_2\) ва \(\sigma_3\) мутаносибан ду фишуриши паҳлӯии қавитар ва заифтарро ифода мекунанд.

Протоколи боргузории ҳақиқии семеҳварӣ

Низоми озмоиши ҳақиқии семеҳварӣ дар самтҳои X ва Y иқтидори максималии бор 2000 kN ва дар самти Z 3000 kN дорад. Барои кам кардани соиш байни намуна ва плитаҳои боргузорӣ плёнкаи полиэтиленӣ ва равғани молиданӣ истифода шудааст. Ҳангоми татбиқи фишуриши паҳлӯӣ борҳо дар самтҳои X ва Y бо суръати 1 kN/s ва бори нигоҳдоранда дар самти Z бо суръати 2 kN/s зиёд шуданд. Вақте \(\sigma_2\) ва \(\sigma_3\) ба арзишҳои ҳадаф расиданд, шиддатҳо 30 сония доимӣ нигоҳ дошта шуданд; сипас дар самти Z ба боргузории идорашавандаи ҷойивазкунӣ бо 0,3 mm/дақиқа гузаштанд. Ҷойивазкуниҳо дар се самт ҳамзамон бо LVDT назорат шуданд.

Тарҳи озмоиши якмеҳварӣ

Дар озмоиши фишуриши якмеҳварӣ мошини фишуриши барқии сервоидорашаванда бо иқтидори максималии 2000 kN истифода шуд. Ҷойивазкунӣ бо LVDT бо дақиқии 0,001 mm ва фосилаи ченаки 100 mm чен шуд. Суръати боргузорӣ мувофиқи стандарти GB/T 50081-2019 ба 5 kN/s интихоб гардид.

Чаро ивазкунии %5 дар мустаҳкамии фишуриши якмеҳварӣ фарқ мекунад?

Дар манбаъ гуфта мешавад, ки мустаҳкамӣ дар гурӯҳи ивазкунии %5 нисбат ба гурӯҳи %0 тақрибан %13,94 афзудааст. Дар таносубҳои баландтари ивазкунӣ мустаҳкамӣ боз кам мешавад. Тафсири микросохтории таҳқиқот ин аст, ки донаҳои ултра-майдаи реги CT метавонанд гранулометрияи реги истеҳсолшударо пурра карда, холигиҳоро дар сатҳи мувофиқи пасти ивазкунӣ пур намоянд. Бо зиёд шудани миқдори CT, таъсири пуркунӣ ба сершавӣ наздик шуда, холигиҳо ва интерфейсҳои заиф бештар шуда, талаботи об ва коҳиши ҳангоми хушкшавӣ зиёд шуда метавонанд ва бартарии мустаҳкамӣ кам мешавад.

Чаро Гурӯҳи %5 Баландтарин Мустаҳкамиро Медиҳад, Аммо Гурӯҳи %20 Метавонад Афзоиши Нисбии Бештари Фишуришро Нишон Диҳад?

Зеро мустаҳкамии ибтидоии якмеҳварии гурӯҳи %5 аллакай баландтарин аст; \(K_t\) бошад таносуби бемиқёсест, ки шиддати қуллавии ҳақиқии семеҳвариро ба \(f_c\)-и худи ҳамон гурӯҳ тақсим мекунад. Аз ин рӯ, гурӯҳи %20 бо мустаҳкамии ибтидоии пасттар метавонад аз фишуриши паҳлӯӣ нисбатан бештар фоида гирад, вале дар шиддати мутлақи қуллавӣ аз гурӯҳи %5 нагузарад.

Коэффисиенти афзоиши мустаҳкамӣ

Дар муодилаи (1), \(\sigma_{1,p}\) шиддати қуллавии меҳварӣ мебошад, ки зери фишуриши ҳақиқии семеҳварӣ чен шудааст; \(f_c\) мустаҳкамии фишуриши якмеҳварии ҳамон таносуби ивазкунии реги CT аст. Ҳар ду бузургӣ бо MPa ифода мешаванд ва азбаски нисбат гирифта мешаванд, \(K_t\) бемиқёс аст. \(K_t=1\) маънои онро дорад, ки мустаҳкамии қуллавии семеҳварӣ ба мустаҳкамии якмеҳварӣ баробар аст; \(K_t>1\) бошад нишон медиҳад, ки зери фишуриши паҳлӯӣ мустаҳкамии қуллавии баландтар ба даст омадааст.

Масалан, дар баландтарин шароити фишуриш \((12,6)\) MPa шиддати мутлақи қуллавии гурӯҳи %5 бо 86,3212 MPa баландтарин аст; аммо \(K_t=1,903\). Гарчанде шиддати қуллавии гурӯҳи %20 пасттар, 82,5728 MPa аст, азбаски мустаҳкамии ибтидоии якмеҳварии он танҳо 39,44 MPa мебошад, \(K_t=2,094\)-ро мерасад. Ҳамин тавр, фарқи байни “баландтарин мустаҳкамӣ” ва “калонтарин афзоиши нисбии фишуриш” мустақиман дида мешавад.

Шиддати асосии миёна σ₂ чӣ кард?

Ҳангоми доимӣ нигоҳ доштани \(\sigma_3=2\) MPa ва баланд кардани \(\sigma_2\) аз 4 MPa то 8 MPa, \(K_t\) дар ҳамаи гурӯҳҳо пайваста афзуд. Афзоиши умумӣ вобаста ба гурӯҳ 0,202–0,262 буд. Дар манбаъ махсусан қайд мешавад, ки афзоиш дар фосилаи 6→8 MPa аз афзоиш дар фосилаи 4→6 MPa калонтар аст. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки дар фосилаи шиддати санҷидашуда таъсири тақвиятдиҳандаи шиддати асосии миёна ба мустаҳкамӣ ҳатман хаттӣ ва дорои нишебии доимӣ нест.

Шиддати асосии хурдтарин σ₃ чӣ кард?

Ҳангоми доимӣ будани \(\sigma_2=8\) MPa ва афзоиши \(\sigma_3\) ба 2→4→6 MPa, \(K_t\) боз афзуд; вале ҳаҷми афзоиш кам шуд. Ба ҳисоби миёнаи панҷ гурӯҳ, баланд шудани \(\sigma_3\) аз 2 MPa то 4 MPa \(K_t\)-ро тақрибан 0,189 зиёд кард, дар ҳоле ки ҳамин афзоиши 2 MPa аз 4 MPa то 6 MPa танҳо тақрибан 0,093 афзоиши миёна дод. Ин нишон медиҳад, ки таъсири тақвиятдиҳандаи хурдтарин шиддати асосии фишуриш дар фосилаи санҷидашуда метавонад фоидаи маржиналии коҳишёбанда нишон диҳад.

Шаклҳои шикаст чӣ гуна тағйир ёфтанд?

Дар боргузории якмеҳварӣ ҳамаи омехтаҳо рафтори маъмулии шикасти мӯрт нишон доданд. Вақте бор ба тақрибан %70–80 бори ниҳоӣ расид, аввал дар канорҳо ва кунҷҳо микротарқишҳо мушоҳида шуданд; бо зиёд шудани бор ин тарқишҳо зуд пеш рафта, муттаҳид шуданд ва тарқишҳои асосии амудӣ ва кандашавии маҳаллии қисмҳоро ба вуҷуд оварданд. Дар марҳилаи охир намунаҳо ба якчанд блок ҷудо шуданд ва деформатсияи назарраси пластикӣ инкишоф наёфт.

Дар фишуриши ҳақиқии семеҳварӣ намунаҳо умуман нисбат ба намунаҳои якмеҳварӣ якпорчатар монданд. Дар сатҳи x тарқишҳои майда, ҷудошавӣ ва дар шароити сахттар шаклҳои ҷудошавӣ–резиш мушоҳида шуданд. Дар сатҳи y ҷудошавӣ дар баробари як канор ё ду канори паҳлӯӣ тақрибан мувозӣ ба меҳвар бартарӣ дошт. Дар сатҳи z бошад, аз сабаби фишуриш дар ду самти паҳлӯӣ минтақаи марказии фишуриш якпорчатар монд; тарқишҳо бештар дар атрофи минтақаи тамоси плитаи боргузорӣ инкишоф ёфтанд.

Се марҳилаи каҷи шиддат–деформатсия

Аломати фишуриш мусбат қабул шудааст. \(\varepsilon_1\), \(\varepsilon_2\) ва \(\varepsilon_3\) мутаносибан деформатсияҳои асосиро дар самтҳои z, y ва x ифода мекунанд. Каҷҳои \(\sigma_1-\varepsilon_1\) умуман ба се минтақа ҷудо шудаанд: оғози тақрибан хаттии болораванда, минтақаи ғайрихаттии болоравандаи пеш аз қулла ва нармшавии пас аз қулла.

Бо зиёд шудани фишори паҳлӯӣ нишебии пастшавии пас аз қулла кам шуд. Хусусан дар шароити (8,6) ва (12,6) MPa каҷӣ дар атрофи қулла мулоимтар гардид ва шиддати баланди меҳварӣ дар фосилаи васеътари деформатсия нигоҳ дошта шуд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки фишуриши нобаробари семеҳварӣ нармшавии мӯртро дар боргузории якмеҳварӣ ба таври назаррас тағйир дода, ҷавоби чандиртари пас аз қулларо ба вуҷуд меорад.

Дар аксари намунаҳо азбаски \(\sigma_2>\sigma_3\), бузургии деформатсияи паҳлӯӣ дар самти заифтар фишурдашуда бештар буд: тамоюли умумӣ \(|\varepsilon_3|>|\varepsilon_2|\) мебошад. Пас аз қулла суръати рушди \(|\varepsilon_3|\) низ дар аксари ҳолатҳо аз \(|\varepsilon_2|\) бештар аст. Тавзеҳи физикӣ ин аст, ки \(\sigma_2\)-и баландтар васеъшавии паҳлӯиро дар самти худ бештар маҳдуд мекунад, дар ҳоле ки \(\sigma_3\)-и пасттар маҳдудияти камтар медиҳад.

Чаро шиддатҳои октаэдрӣ ҳисоб карда шуданд?

Барои интиқоли таъсири се шиддати асосии ҷудогона ба тавсифи умумитари шикасти бисёрмеҳварӣ, нуқтаҳои қуллавии таҷрибавӣ ба шиддати нормалии октаэдрӣ \(\sigma_{oct}\), шиддати буришии октаэдрӣ \(\tau_{oct}\) ва кунҷи Lode \(\theta\) табдил дода шуданд. Фишуриш мусбат қабул шудааст.

\(\sigma_{oct}\) миёнаи се шиддати асосӣ аст ва бо MPa ифода мешавад. Он сатҳи миёнаи фишуришро дар ҳолати бисёрмеҳварӣ нишон медиҳад.

\(\tau_{oct}\) бузургии ҷузъи девиаторӣ/буриширо дар ҳамвории октаэдрӣ, ки аз фарқияти байни шиддатҳои асосӣ ба вуҷуд меояд, ифода мекунад ва бо MPa дода мешавад. Ҳар қадар се шиддати асосӣ ба ҳам наздик шаванд, ҳадҳои фарқ хурд мешаванд; вақте ҳолати шиддат ба ҳолати гидростатикӣ наздик мешавад, \(\tau_{oct}\) кам мегардад.

Кунҷи Lode \(\theta\) мавқеи нисбии шиддатҳои асосиро дар ҳолати шиддати девиаторӣ муайян мекунад. Дар Ҷадвали 9-и манбаъ кунҷ бо дараҷа гузориш шудааст. Ҳамин тавр, на танҳо сатҳи миёнаи фишуриш ва буриш, балки то чӣ андоза аз ҳам фарқ кардани \(\sigma_2\) ва \(\sigma_3\) низ дар тавсифи шикаст инъикос карда мешавад.

Координатаҳои бемиқёси шикаст

\(X\) ва \(Y\) шаклҳои нормализатсияшудаи шиддатҳои октаэдрӣ бо мустаҳкамии фишуриши якмеҳварии \(f_c\)-и ҳамон омехта мебошанд. Азбаски сурат ва махраҷ бо MPa мебошанд, ҳар ду бузургӣ бемиқёсанд. Ин нормализатсия имкон медиҳад, ки ҳатто агар мустаҳкамии ибтидоии панҷ омехта гуногун бошад, рафтори шикасти бисёрмеҳварӣ дар як низоми координата муқоиса шавад.

Меъёрҳои муқоисашудаи шикаст

Манбаъ аввал шакли хаттии ба фишор ҳассоси Drucker–Prager-ро баррасӣ кардааст:

Сипас равиши мустаҳкамии бетони бисёрмеҳварӣ, ки ба таносуби Poisson-и осеб асос ёфтааст, арзёбӣ шудааст:

Дар ин ҷо \(a_1,a_2,a_3,a_4\) параметрҳои мутобиқсозӣ барои минтақаи фишуриш мебошанд. Ин равиш мекӯшад таъсирҳои фишори гидростатикӣ ва кунҷи Lode-ро тавассути таносуби осеб ифода кунад. Аммо интихоби ниҳоии таҳқиқот ин модель нест.

Чаро Меъёри Шикасти Bresler–Pister Дар Ин Таҳқиқот Интихоб Шуд?

Азбаски дар мутобиқсозии муқоисавии нуқтаҳои таҷрибавии шикаст шакли дараҷаи дуюми Bresler–Pister каҷи мувофиқтаринро ба маълумоти таҳқиқот дод, муҳаққиқон қишрҳои шикасти панҷ таносуби ивазкунии реги CT-ро бо ин модель алоҳида регрессия карданд.

Ҳади дараҷаи дуюми \(CX^2\) нисбат ба шакли хаттии Drucker–Prager ба муносибати шиддати миёна–буриш каҷӣ медиҳад. \(A\), \(B\) ва \(C\) параметрҳои регрессияи таҷрибавӣ мебошанд.

Муодилаи (12) қишри ниҳоии бемиқёси шикаст аст, ки дар таҳқиқот истифода шудааст. Барои ҳар таносуби ивазкунӣ шаш нуқтаи таҷрибавии шикаст алоҳида ба регрессия ворид карда шуданд. Аз ин рӯ, коэффисиентҳои \(A\), \(B\) ва \(C\)-и як гурӯҳ набояд бо коэффисиентҳои гурӯҳи дигар иваз карда шаванд.

Дар ҳудуди 0,9954–0,9989 будани арзишҳои \(R^2\) нишон медиҳад, ки модель шаш нуқтаи шикастро дар ин озмоишҳо хеле наздик ифода мекунад. Бо вуҷуди ин, \(R^2\)-и баланд исбот намекунад, ки модель дар сатҳҳои шиддати берун аз озмоиш ё дар дигар омехтаҳои CT-GPC худкор дуруст аст. Қисми натиҷаҳои манбаъ низ равшан маҳдуд мекунад, ки муносибатҳои шикаст ба фосилаи шиддати дар таҳқиқот санҷидашуда мувофиқанд.

Каҷи пурраи шиддат–деформатсия чӣ гуна нормализатсия шуд?

\(\varepsilon_{1p}\) деформатсияи меҳвариест, ки ба шиддати қуллавӣ мувофиқ меояд; \(\sigma_p\) бошад шиддати қуллавии ченшудаи ҳамон озмоиш аст. Ҳамин тавр, нуқтаи қулла тақрибан ба мавқеи \(x=1,\;y=1\) гузаронда мешавад. \(x\) ва \(y\) бемиқёсанд ва имкон медиҳанд шаклҳои каҷ дар шароити гуногуни шиддат дар миқёси умумӣ муқоиса шаванд.

Чаро як модели классикии бетон мустақиман истифода нашуд?

Манбаъ ифодаҳои навъи Hognestad, Kent–Park, Popovics ва Guo Zhenhai-ро арзёбӣ кардааст. Он ки равиши Hognestad пеш аз қулла таносуби доимии сахтии ибтидоиро фарз мекунад ва қисми пас аз қулларо хаттӣ муайян мекунад; инчунин он ки равиши Kent–Park ба параметрҳои таҷрибавии барои маҳдудкунии пассивии арматура таҳияшуда ва шохаи хаттии пас аз қулла такя мекунад, барои ифодаи мустақими шакли каҷи CT-GPC зери фишори фаъоли нобаробари паҳлӯӣ маҳдудкунанда ҳисобида шудааст.

Шохаи пеш аз қуллаи функсияи Popovics дар манбаъ чунин истифода шудааст:

\(n\) параметри шаклест, ки каҷии пеш аз қулларо идора мекунад. Манбаъ муносибати аслии таҷрибавии \(n\)-ро, ки Popovics барои бетони муқаррарӣ таҳия кардааст, мустақиман нагирифта; танҳо шакли функсионалиро истифода бурда, \(n\)-ро ба маълумоти TTC-и CT-GPC аз нав мутобиқ кардааст.

Шакли қисм-қисми Guo Zhenhai дар манбаъ чунин дода шудааст:

\(\alpha_a\) шохаи болоравандаро, \(\alpha_d\) бошад шакли пастшавии пас аз қулларо идора мекунад. Муҳаққиқон мегӯянд, ки дар муқоисаи камтарин квадратҳо барои каҷҳои таҷрибавӣ истифодаи якҷояи функсияи навъи Popovics пеш аз қулла ва функсияи навъи Guo пас аз қулла хатои мутобиқсозии камтар дод.

Модели ниҳоии қисм-қисми конститутсивие, ки таҳқиқот пешниҳод мекунад

Дар муодилаи (17) каҷии пеш аз қулларо \(n\), нармшавии пас аз қулларо \(\alpha_d\) идора мекунад. Параметрҳо барои ҳар таносуби ивазкунии реги CT ва ҳар таркиби шиддати паҳлӯӣ бо усули камтарин квадратҳои ғайрихаттӣ дар нармафзори Origin алоҳида мутобиқ карда шудаанд. Аз ин рӯ, ин таҳқиқот як собити универсалии \(n\) ё \(\alpha_d\)-ро пешниҳод намекунад.

Арзишҳои \(R^2\) барои ҳамаи 30 каҷ дар фосилаи 0,9789–0,9991 боқӣ монданд. Ин мутобиқати баланд нишон медиҳад, ки функсияи қисм-қисм шаклҳои каҷи таҷрибавиро дар фосилаи санҷиш хуб ифода мекунад. Бо вуҷуди ин, тағйирёбии равшани параметрҳо вобаста ба таркиби шиддат ҳамчунин нишон медиҳад, ки тамоми рафтори CT-GPC набояд бо як ҷуфти параметрҳои собит ифода шавад.

Таҳқиқи микросохтории SEM ва EDS

Аз ҳар таносуби ивазкунии реги CT аз қисми дохилии се куби гуногуни бетон якнафарӣ намуна гирифта шуд; ҳамин тавр, дар маҷмӯъ 15 намунаи SEM омода шуд. Ҳар порча дар андозаи камтар аз 1 cm нигоҳ дошта, як рӯз дар муҳити хушки лабораторӣ монда шуд ва пеш аз тасвирбардории SEM бо тилло пӯшонида шуд. Тасвирбардорӣ бо микроскопи электронии сканерии ZEISS Sigma 360 анҷом ёфт.

Дар тасвирҳои интерфейси зарра–матрица бо калонкунии 500×, дар минтақаҳои интихобшудаи гурӯҳҳои %0 ва %20 дар тӯли сарҳади зарра тарқишҳои кушодаи нисбатан пайваста дида шуданд. Дар гурӯҳи %5 дар канорҳои зарра холигиҳои маҳаллӣ ва тарқишҳои матрица вуҷуд доштанд, аммо ин кушодагиҳои сарҳадӣ аз кушодагиҳои дарози интихобшуда дар гурӯҳҳои %0 ва %20 хурдтар буданд. Дар тасвири интихобшудаи гурӯҳи %10 қисми зиёди интерфейс нисбатан пайваста буд, дар гурӯҳи %15 бошад баъзе тарқишҳо аз сарҳади зарра ба матрица пайваст мешуданд. Манбаъ махсус таъкид мекунад, ки ин хусусиятҳои микросохторӣ бо таносуби ивазкунӣ ба таври сода ва монотонӣ тағйир намеёбанд.

Дар тасвири матритсаи гелии гурӯҳи %5 маҳсулоти зиёди гелии майдадона ва тӯрмонанд/флокулентӣ, пайвастагӣ дар тӯли деворҳои ковокӣ ва робитаи байни зарраҳо мушоҳида шуд. Дар нуқтаи маҳаллии EDS-и санҷидашуда маҷмӯи O, Al ва Si %92,01; Ca %4,65; Na %1,82 гузориш шуд ва миқдори ками Mg ва Fe низ муайян гардид. Муаллифон ин таркибро бо маҳсулоти гелии алюмосиликатии дорои калсий ва натрий мувофиқ мешуморанд. Ин натиҷаи EDS танҳо ба як нуқтаи таҳлили маҳаллӣ дахл дорад; онро ҳамчун таносуби фаза ё таркиби миёнаи химиявии тамоми мавод шарҳ додан лозим нест.

Дар тасвирҳои 2000× дар дохили матритсаи гелии гурӯҳи %0 ковокиҳои зиёде аз зермакрометрӣ то чанд микрометр ва дар баъзе ҷойҳо холигиҳои калонтар аз 10 μm мушоҳида шуданд. Дар минтақаҳои дигар ҷамъшавиҳои курашакли тақрибан 1–2 μm, ки холигиҳоро қисман пур мекарданд, ва зарраҳои минералии қабатдор дида шуданд. Байни зарраҳои қабатдоре, ки бо минералҳои гурӯҳи хлорит, иллит ва слюда дар CT вобастаанд, минтақаҳое вуҷуд доштанд, ки метавонанд холигии кушода ва ҳамвории заифи маҳаллӣ ба вуҷуд оранд.

Микросохтор бо мустаҳкамии макроскопӣ чӣ гуна пайваст карда шуд?

Тафсири муаллифон ин аст, ки иловаи %5 реги CT метавонад бо таъсири пуркунандаи донаҳои ултра-майда гранулометрияи реги истеҳсолшударо пурра карда, баъзе холигиҳоро кам кунад. Дар минтақаи интихобшудаи SEM сохтори сахти пайвастатари гурӯҳи %5 ва набудани тарқишҳои кушодаи дароз бо баландтарин мустаҳкамии фишуриши макроскопӣ мувофиқ дониста шуд. Баръакс, дар тасвири интихобшудаи гурӯҳи %20 пайваст шудани кушодагии сарҳади зарра бо тарқишҳои ҳамсоя тафсиреро дастгирӣ мекунад, ки дар сатҳи баланди ивазкунӣ интерфейсҳои заиф метавонанд зиёд шаванд.

Ин тавзеҳи микросохториро аз ҷиҳати сабабият бояд бо эҳтиёт хонд. Тасвирҳои SEM аз минтақаҳои муайян ва маҳдуди тасвир ба даст меоянд; дар таҳқиқот томографияи сеченакаи ковокиҳо, ки тамоми ҳаҷмро намояндагӣ кунад, ё омори миқёсии васеи тарқишҳо пешниҳод нашудааст. Аз ин рӯ, тасвирҳо дастгирии механизмеро медиҳанд, ки бо рафтори макроскопӣ мувофиқ аст, вале тамоми фарқи мустаҳкамиро танҳо худашон қатъиян исбот намекунанд.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Хулосаи техникии тарҳи таҷриба

Натиҷаҳои асосии таҷрибавӣ

• Дар фосилаи ивазкунии %0–20 реги CT мустаҳкамии фишуриши якмеҳварӣ дар %5 ба ҳадди максималӣ расид ва дар ивазкуниҳои бештар боз кам шуд.
• Гурӯҳи %5 дар ҳамаи шаш таркиби шиддати ҳақиқии семеҳварӣ баландтарин шиддати мутлақи қуллавии меҳвариро ба вуҷуд овард.
• Дар ҳамаи гурӯҳҳо шиддати қуллавии TTC аз мустаҳкамии якмеҳварии худ баландтар буд; \(K_t\) дар ҳудуди 1,237–2,094 тағйир ёфт.
• Дар байни чор гурӯҳи дорои реги CT гурӯҳи %20 баландтарин коэффисиенти нисбии афзоиши фишуришро нишон дод; ин тартиб аз тартиби мустаҳкамии мутлақ фарқ мекунад.
• Ҳангоми доимӣ будани \(\sigma_3=2\) MPa афзоиши \(\sigma_2\) дар ҳамаи гурӯҳҳо \(K_t\)-ро зиёд кард.
• Ҳангоми доимӣ будани \(\sigma_2=8\) MPa афзоиши \(\sigma_3\) низ \(K_t\)-ро зиёд кард, аммо саҳми миёнаи афзоиши дуюми 2 MPa аз афзоиши аввал хурдтар буд.
• Намунаҳои ҳақиқии семеҳварӣ пас аз шикаст нисбат ба намунаҳои якмеҳварӣ якпорчагии беҳтар нишон доданд.
• Бо зиёд шудани фишуриши паҳлӯӣ талафи шиддати меҳварӣ пас аз қулла тадриҷантар шуд.
• Дар аксари шароитҳо бузургии деформатсия дар самти фишуриши паҳлӯии заифтар баландтар буд ва тамоюли \(|\varepsilon_3|>|\varepsilon_2|\) мушоҳида шуд.
• Барои қишри шикасти дараҷаи дуюми навъи Bresler–Pister, \(R^2\) дар фосилаи 0,9954–0,9989 аст.
• Дар модели муттаҳидаи конститутсивии Popovics–Guo барои 30 каҷи нормализатсияшуда \(R^2\) дар фосилаи 0,9789–0,9991 аст.
• Минтақаҳои интихобшудаи SEM дар гурӯҳи %5 сохтори сахти пайвастатар, дар гурӯҳҳои %0 ва %20 бошад минтақаҳои тарқиши кушодаи равшантарро нишон доданд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

Таҳқиқот дастгирӣ мекунад, ки дар доираи таркиби маводи санҷидашуда, намунаҳои кубии 100 mm, нигоҳдории 28-рӯза ва фосилаи муайяншудаи шиддати паҳлӯии 2–12 MPa, таносуби реги CT ҳам ба мустаҳкамии ибтидоии якмеҳварӣ ва ҳам ба ҷавоб ба фишуриши бисёрмеҳварӣ таъсир мерасонад. Илова бар ин, он таҷрибавӣ нишон медиҳад, ки дар шароите, ки ду шиддати асосии паҳлӯӣ баробар нестанд, чен кардани таъсирҳои ҷудогонаи \(\sigma_2\) ва \(\sigma_3\) муҳим аст ва фишуриши паҳлӯӣ шакли шикаст ва деформатсияи пас аз қулларо тағйир медиҳад.

Умумиятҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

Натиҷаҳо умумиятҳои навъи “%5 реги CT барои ҳамаи бетонҳои геополимерӣ оптимуми универсалӣ аст”, “%20 дар ҳар шароит бетони бисёрмеҳварии беҳтар аст”, “ин мавод дар иншооти воқеӣ ҳатман бехатартар аст” ё “изи карбонии CT-GPC аз бетони анъанавӣ ҳамин қадар пасттар аст”-ро дастгирӣ намекунанд. Таҳқиқот дар як низоми мавод, таносубҳои маҳдуди ивазкунӣ, шаш ҳолати фишори паҳлӯӣ, кубҳои лаборатории 100 mm ва нигоҳдории 28-рӯза анҷом шудааст.

Маҳдудиятҳои методологӣ ва тафсирӣ

Манбаъ қиматҳои мустаҳкамиро ҳамчун миёнаи се намуна медиҳад; аммо дар ҷадвалҳои асосии мустаҳкамӣ каҷравии стандартӣ, фосилаи эътимод ё санҷиши аҳамиятнокии инференсиалӣ гузориш нашудааст. Аз ин рӯ, масалан, аҳамияти омории фарқи ададӣ байни гурӯҳҳои %5 ва %10 аз ин манбаъ бароварда намешавад.

Гарчанде қишри шикаст ва модели конститутсивӣ қиматҳои баланди \(R^2\) нишон медиҳанд, коэффисиентҳо ба маълумоти таҷрибавӣ мутобиқ карда шудаанд. Модель дар андозаҳои гуногуни намуна, минералогияҳои гуногуни CT, таносубҳои гуногуни фаъолкунанда, шароити дигари нигоҳдорӣ ё минтақаҳои шиддати баландтар/пасттар мустақилона аз берун тасдиқ нашудааст.

Таҳлили SEM/EDS минтақаҳои муайяни маҳаллии тасвир ва ченкуниҳои нуқтавии химиявиро ифода мекунад. Таҳқиқот шабакаи миқдории сеченакаи ковокӣ, тақсимоти тарқишҳоро дар тамоми ҳаҷми намуна ё муайянкунии ҳамаҷонибаи миқдории ҳаҷми фазаҳо пешниҳод намекунад.

Таҳқиқот ба рафтори механикии кӯтоҳмуддат равона шудааст. Яхбандӣ-обшавӣ, гузариши хлорид, ҳамлаи сулфат, карбонатсия, хазиш, коҳиши дарозмуддат, хастагӣ, рафтор дар оташ ва муҳлати хизмати саҳроӣ мавзӯи ин барномаи таҷрибавӣ нестанд. Ба ҳамин монанд, гарчанде ангезаи “карбони паст” баррасӣ мешавад, арзёбии давраи ҳаёт ё ҳисоби мустақими эквиваленти CO₂ анҷом нашудааст.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

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

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

Саҳми баробар: Дар PDF-и манбаъ изҳороти саҳми баробар/ҳаммуаллифи аввал вуҷуд надорад.

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

Аффилиатсияҳо: 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.

Навъи манбаъ: Препринти мақолаи таҳқиқоти таҷрибавӣ.

Ҳолати баррасии ҳамтоён: Дар PDF-и манбаъ ба таври равшан “This preprint research paper has not been peer reviewed” навишта шудааст; ин версия аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст.

Платформа: SSRN.

Рақами SSRN: 7624559.

DOI: 10.2139/ssrn.7624559.

Санаи нашр/posted дар SSRN: 17 Октябр 2026.

Маҷалла / ҷилд / шумора: Ин версияи манбаъ сабти нашршудаи version of record-и маҷалла нест; барои препринти манбаъ маълумоти ҷудогонаи маҷалла, ҷилд ё шумора дода нашудааст.

Сабти расмӣ: https://ssrn.com/abstract=7624559

Литсензия: Дар PDF-и баррасишуда ва маълумоти расмии сабти SSRN литсензияи Creative Commons, ки истифодаи дубораро ошкоро иҷозат диҳад, тасдиқ нашудааст. Аз ин рӯ, аксҳои аслӣ, тасвирҳои SEM ва тарҳҳои шаклҳои манбаъ ба HTML-и Verianla нусхабардорӣ нашудаанд; танҳо маълумоти илмӣ ва муносибатҳо бо ҷадвал/SVG-ҳои мустақил аз нав ифода шудаанд.

Саҳмҳои CRediT: 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.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор мекунанд, ки манфиати молиявии рақобаткунанда ё муносибати шахсии маълум, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, вуҷуд надорад.

Маблағгузорӣ: National Natural Science Foundation of China, Project 51678236; инчунин 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.

Дастрасии маълумот: Дар PDF-и манбаъ изҳороти ҷудогонаи “Data Availability” муайян нашудааст.

Маҳдудияти асосии методологӣ: Натиҷаҳо барои намунаҳои кубии 100 mm CT-GPC дар миқёси лабораторӣ, фосилаи ивазкунии %0–20 реги CT ва шаш ҳолати муайяншудаи фишуриши ҳақиқии семеҳварӣ ба даст омадаанд. Меъёри шикаст ва коэффисиентҳои модели конститутсивӣ дар ҳамин фосилаи таҷрибавӣ мутобиқ карда шудаанд; тасдиқи сохторӣ дар миқёси саҳро анҷом нашудааст.