Utafiti huu unaonyesha kwamba katika kabonishaji wa zege, halijoto si sababu ya kimazingira ya mwelekeo mmoja inayoharakisha mwitikio pekee; athari yake inaweza kubadilika kulingana na hidrati ipi inayodhibiti mwitikio na kabonishaji uko katika hatua ipi ya muda. Ili kuondoa kwa kiwango kikubwa athari ya usafirishaji wa dioksidi kaboni ndani ya zege, watafiti walisaga pastes za saruji za N zinazotegemea ordinary Portland cement na BB yenye 45% slag ya tanuru ya mlipuko iliyosagwa hadi chembe ndogo kuliko 63 µm; sampuli zilikabonishwa hadi saa 24 katika 5% CO₂, 60% unyevu jamaa na 10, 20, 30 au 60 °C.

Katika Awamu ya I, inayofunika saa mbili za kwanza za kabonishaji, kasi ya mwitikio iliongezeka kadiri halijoto ilivyoongezeka. Hasa katika 60 °C, mwitikio wa mwanzo ulikuwa wa haraka sana; hata hivyo, katika hali hii ongezeko la uzito lilipungua kwa kiasi kikubwa baada ya takribani saa mbili. Kinyume chake, katika halijoto za chini kabonishaji ulianza polepole zaidi lakini uliendelea kwa muda mrefu. Watafiti walifafanua saa 2–6 kuwa Awamu ya II ya mpito na saa 6–24 kuwa Awamu ya III. Katika hatua ya baadaye, mabadiliko ya ziada katika kiasi cha Ca(OH)₂ yalikuwa madogo sana huku kabonishaji wa C-S-H ukiendelea; hivyo walihitimisha kwamba kidhibiti kikuu cha mwitikio wa muda mrefu kwa halijoto ni C-S-H zaidi kuliko portlandite.

Calcite na vaterite ziliundwa katika mifumo yote miwili ya saruji. Aragonite ilionekana wazi katika mfumo wa N pekee na ikawa dhahiri zaidi katika halijoto za juu. Sampuli za BB zilihifadhi C-S-H zaidi baada ya kabonishaji kuliko N, zikaonyesha uundaji hafifu zaidi wa calcite na uundaji mkubwa zaidi wa vaterite. Matokeo haya yanaonyesha kwamba kuongeza slag ya tanuru ya mlipuko hubadilisha si tu kasi ya kabonishaji bali pia mgawanyo wa awamu za CaCO₃ zinazoundwa.

Kwa mtazamo wa Türkiye, utafiti huu unaonyesha kwamba makadirio ya maisha ya kabonishaji katika miundo ya zege iliyoimarishwa yanaweza kutotosha ikiwa yanategemea tu dhana kwamba “kadiri halijoto inavyoongezeka, kabonishaji huharakishwa”. Hata hivyo, kwa kuwa majaribio yalifanywa katika mazingira yaliyoharakishwa yenye 5% CO₂ na kwenye pasta ya saruji iliyosagwa, matokeo haya hayawezi kubadilishwa moja kwa moja kuwa kina cha kabonishaji cha miundo halisi ya zege nchini Türkiye. Uthibitishaji wa shambani unahitajika kwa kutumia maeneo tofauti ya hali ya hewa nchini Türkiye, kiwango cha asili cha CO₂ ya angahewa, mvua, mizunguko ya unyevu jamaa, unene wa kifuniko cha zege, nyufa, uwiano wa maji/kifungamanishi na miundo ya saruji ya ndani.

Swali kuu la utafiti ni nini?

Wakati wa kabonishaji wa zege, CO₂ huyeyuka katika myeyusho wa vinyweleo na kuitikia na hidrati za saruji ili kuunda misombo ya kabonati. Mchakato huu unaweza kupunguza alkali nyingi ya zege na kuweka mazingira ya kuvurugika kwa tabaka pasivu linalolinda chuma cha kuimarisha katika miundo ya zege iliyoimarishwa. Kwa hiyo kabonishaji ni mojawapo ya taratibu muhimu katika kutathmini uimara wa muda mrefu wa miundo ya zege iliyoimarishwa.

Lakini maendeleo halisi ya kabonishaji ndani ya zege ni matokeo ya pamoja ya makundi mawili tofauti ya michakato:

• Usafirishaji na kuyeyuka kwa CO₂ kupitia vinyweleo vya zege
• Miwitikio ya kikemia ya kabonishaji ya Ca(OH)₂, C-S-H na hidrati nyingine

Katika majaribio ya kawaida ya kina cha kabonishaji, athari hizi mbili haziwezi kutenganishwa kwa urahisi. Halijoto ya juu inaweza kuathiri kwa wakati mmoja usafirishaji wa CO₂, unyevu wa vinyweleo, uhamaji wa ioni na miitikio ya kikemia. Kwa hiyo kuongezeka kwa kina cha kabonishaji kilichopimwa kutoka uso wa zege hakuthibitishi peke yake kwamba mwitikio wa kikemia wa hidrati fulani umeharakishwa na halijoto.

Lengo kuu la utafiti ni kupunguza tatizo hili na kulenga moja kwa moja miitikio ya hidrati. Sampuli zilibadilishwa kuwa unga laini, na hivyo umbali wa usambaaji wa CO₂ ndani ya zege kwa kiwango kikubwa ukaondolewa. Utafiti unatafuta hasa jibu la swali hili: Kasi za kabonishaji za Ca(OH)₂ na C-S-H hubadilikaje kwa muda wa mwitikio katika halijoto tofauti?

Kwa nini mifumo ya saruji ya N na BB ililinganishwa?

Mifumo miwili tofauti ya kifungamanishi ilitumika. N inawakilisha mfumo unaotegemea ordinary Portland cement, huku BB ikiwakilisha mfumo wa blast-furnace slag cement Type B. Mchanganyiko wa BB uliundwa kwa 55% saruji ya Portland na 45% slag ya tanuru ya mlipuko iliyosagwa kwa uzito.

Muundo wa kikemia wa BB unatofautiana wazi na N. Maudhui ya CaO katika N ni 64,96%, wakati katika BB ni 41,44%. Kwa upande mwingine, maudhui ya SiO₂ katika BB ni 33,03%, Al₂O₃ ni 14,82% na MgO ni 6,51%; katika N, thamani hizi ni 20,94%, 5,45% na 1,50% mtawalia. Tofauti hii ya muundo inaweza kuathiri mgawanyo wa awali wa hidrati na ni awamu zipi za CaCO₃ zitakazoundwa baada ya kabonishaji.

Kwa nini sampuli ziligeuzwa kuwa unga?

Chaguo muhimu la kimetodolojia la utafiti lilikuwa kusaga sampuli kabla ya kabonishaji. Katika sampuli ya kawaida ya zege au pasta ya saruji, CO₂ inayosonga kutoka uso wa nje kwenda ndani hupungua kasi kwa muda kutokana na upinzani wa usafirishaji katika muundo wa vinyweleo. Katika hali hii, kasi ya kabonishaji inayopimwa ni matokeo ya pamoja ya mwitikio wa kikemia na usambaaji wa CO₂.

Katika utafiti huu, kwanza chembe za takribani 5 mm zilipatikana; baada ya kusimamisha miitikio ya uhidratishaji, sampuli zilisagwa kwa kinu cha agate ndani ya kisanduku cha glavu chenye angahewa ya nitrojeni na kupitishwa katika ungo wa 63 µm. Kwa njia hii, hitaji la CO₂ kusafiri kupitia njia ndefu ya vinyweleo lilipunguzwa na lengo lilikuwa kuhusisha mabadiliko ya uzito yaliyopimwa hasa na mwitikio wa kabonishaji.

Njia hii ni imara kwa kutenga kinetiki ya mwitikio, lakini kwa sababu hiyo hiyo haiwakilishi moja kwa moja tabia ya zege halisi. Katika kipengele halisi cha muundo, usafirishaji wa CO₂ ndani ya kifuniko cha zege, mgawanyo wa unyevu na muundo wa vinyweleo ni sehemu muhimu za kabonishaji.

Uhidratishaji ulisimamishwaje kabla ya jaribio?

Sampuli zilizamishwa katika asetoni kwa saa 24, kisha zikakaushwa kwa saa nne katika 40 °C ili kuondoa asetoni. Baadaye, ukaushaji kwa kugandisha chini ya utupu ulifanywa kwa saa 24 na sampuli zikahifadhiwa katika desiccator iliyosafishwa kwa nitrojeni.

Baada ya mchakato huu, usagaji pia ulifanywa katika kisanduku cha glavu kilichojazwa nitrojeni. Lengo lilikuwa kupunguza kadiri iwezekanavyo mwitikio usiotakiwa na CO₂ ya angahewa pamoja na uhidratishaji unaoendelea kabla ya jaribio la kabonishaji.

Ni hali gani za jaribio la kabonishaji?

Kabonishaji ulifanywa kwa kutumia kichanganuzi cha gravimetric water vapor sorption. Kielelezo 1 kwenye ukurasa wa 10 kinaonyesha mizani ndogo, udhibiti wa halijoto, humidifier, vihisi vya unyevu jamaa na halijoto, njia za gesi kavu na yenye unyevu pamoja na kidhibiti cha mtiririko wa wingi zikifanya kazi ndani ya mfumo mmoja.

Mwanzoni sampuli iliwekwa katika kifaa chini ya angahewa ya nitrojeni na usawa wa halijoto-unyevu ukaanzishwa kwa nitrojeni kavu yenye usafi wa 99,99%. Usawazishaji ulionekana wa kutosha wakati kasi ya mabadiliko ya uzito iliposhuka chini ya 0,001 mg/dakika. Kwa kuwa mabadiliko yaliyopimwa wakati wa maandalizi haya yalibaki chini ya 1,25 × 10^-4 uzito%/dakika, athari ya uhidratishaji ilidhaniwa kuwa ndogo kiasi cha kupuuzwa.

Baada ya kusawazisha, gesi ya nitrojeni ilibadilishwa na mchanganyiko wenye 5% CO₂. Mkengeuko wa mkusanyiko wa gesi kutoka thamani lengwa uliwekwa ndani ya ±0,1%.

Je, halijoto ya juu zaidi daima ilizalisha kabonishaji zaidi baada ya saa 24?

Hapana. Hii ni mojawapo ya matokeo muhimu zaidi ya utafiti. Kielelezo 2 kwenye ukurasa wa 14 kinaonyesha ongezeko la uzito la sampuli za N na BB. Katika halijoto zote nne, ongezeko la jumla la uzito baada ya saa 24 linakaribia takribani 8%, na hakuna mpangilio rahisi wa halijoto wa mwelekeo mmoja katika ongezeko la mwisho la uzito.

Hata hivyo, maumbo ya mikunjo ni tofauti sana. Katika 60 °C, kabonishaji huendelea kwa kasi sana ndani ya saa mbili za kwanza na baadaye ongezeko la uzito hushuka hadi kiwango cha chini sana. Katika 10 na 20 °C, mwanzo ni wa polepole zaidi lakini mwitikio huendelea hadi saa 24. Watafiti wanaeleza kuwa katika halijoto za chini kabonishaji huenda ukaendelea hata baada ya saa 24.

Kwa hiyo, ongezeko la mwisho la uzito linalokaribiana linaweza kufikiwa kupitia njia tofauti za kinetiki. Kutafsiri athari ya halijoto kwa kuangalia tu thamani ya mwisho ya uzito katika saa ya 24 huficha utaratibu wa mwitikio.

Kwa nini mwitikio huanza kwa kasi katika halijoto ya juu kisha hupungua?

Utafiti unapendekeza kwamba halijoto ya juu huharakisha miitikio ya C-S-H na Ca(OH)₂ katika hatua ya kwanza. Kuongezeka kwa halijoto kunaweza kuongeza uhamaji wa ioni na kinetiki ya mwitikio. Hata hivyo, halijoto ya juu ina athari mbili zinazoweza kuzuia:

• Kupungua kwa mumunyiko wa CO₂ katika maji
• Bidhaa za kabonishaji kuziba vinyweleo au nyuso za mwitikio na hivyo kuzuia mwitikio unaofuata

Hasa, mkusanyiko wa bidhaa za CaCO₃ katika maeneo ya mwitikio unaweza kuunda tabaka la kinga au linalojifunga dhidi ya mwitikio zaidi. Kwa hiyo, hali ya 60 °C inaweza kuonyesha mwitikio wa haraka zaidi mwanzoni lakini baadaye ikabaki nyuma ya halijoto za chini katika muda mrefu.

Kwa nini kabonishaji uligawanywa katika awamu tatu?

Watafiti walibaini kwamba kasi ya ongezeko la uzito, matokeo ya TG-DTA na FT-IR hayakuonyesha tabia sawa kwa muda, hivyo wakagawa mchakato wa kabonishaji katika sehemu tatu:

Kwa kuwa Awamu ya II haikuonyesha utegemezi wazi wa halijoto, watafiti hawakujumuisha utaratibu wa eneo hili katika tathmini ya kina ya halijoto na walieleza kwamba unapaswa kuchunguzwa tofauti katika siku zijazo.

Halijoto iliathirije Awamu ya I?

Vielelezo 14 na 15 kwenye kurasa 35 na 36 vinaonyesha kasi ya kabonishaji iliyohesabiwa kwa kuchukua derivativi ya mkunjo wa ongezeko la uzito katika vipindi vya saa 0,1. Katika Awamu ya I, kwa N na BB, kasi ya awali ya kabonishaji iliongezeka kadiri halijoto ilivyoongezeka. Mikunjo ya 30 na 60 °C hasa inaonyesha thamani kubwa za mwanzo.

Ingawa kasi katika 60 °C huanza ikiwa kubwa sana, hupungua kwa ghafla ndani ya muda mfupi. Tabia hii inaonyesha wazi kwamba mtazamo rahisi wa “mazingira yenye joto zaidi = kasi kubwa ya mwitikio katika kipindi chote cha kabonishaji” si sahihi.

Ni nini kilibadilika katika Awamu ya III?

Katika hatua ya baadaye, athari ya halijoto ni tofauti na ile ya hatua ya mwanzo. Katika grafu ya sampuli ya N, inaonekana wazi kwamba halijoto za chini hudumisha kasi ya kabonishaji kwa muda mrefu zaidi. Mkunjo wa 60 °C unakaribia karibu sifuri unapokaribia saa 24.

Kwa BB, kuna kutolingana katika maandishi ya chanzo. Katika Sehemu ya 4.2, mpangilio wa halijoto umeandikwa “60 °C > 30 °C > 10 °C > 20 °C”. Kinyume chake, mikunjo ya Kielelezo 15 katika sehemu kubwa ya Awamu ya III inaonyesha takribani mpangilio wa 20 °C > 10 °C > 30 °C > 60 °C, na sehemu ya hitimisho ya makala pia inasema kwamba “katika Awamu ya III, halijoto za chini zilisababisha kasi kubwa zaidi inayoonekana ya kabonishaji”. Kwa hiyo kutolingana kwa maandishi na grafu ndani ya chanzo hakupaswi kupuuzwa.

Je, Ca(OH)₂ ilikabonishwa kabisa?

Hapana. Mojawapo ya matokeo ya msingi ya TG-DTA ni kwamba sehemu muhimu ya portlandite ilibaki katika sampuli licha ya kufichuliwa kwa 5% CO₂ kwa saa 24.

Katika 30 na 60 °C, kupungua kidogo kwa kiasi cha Ca(OH)₂ kulionekana ndani ya saa ya kwanza, lakini matumizi yalipungua sana au karibu kusimama katika saa zilizofuata. Kinyume chake, kiasi cha CaCO₃ kiliendelea kuongezeka.

Kuonekana kwa matokeo haya mawili kwa pamoja kunaonyesha kwamba CaCO₃ yote iliyoundwa haiwezi kutokana na kabonishaji wa portlandite pekee. Watafiti walihitimisha kwamba hasa kabonishaji wa C-S-H una jukumu muhimu katika uundaji wa kabonati iliyobaki.

Kwa nini C-S-H iko katikati ya utafiti?

C-S-H ni mojawapo ya awamu kuu za kufungamanisha katika saruji ya Portland iliyohidratishwa. Wakati wa kabonishaji, kalsiamu huondolewa kutoka C-S-H; kwa maneno mengine, decalcification hutokea. Kalsiamu inayotolewa hubadilika kuwa awamu za kabonati huku muundo wa silicate ukibadilika kuelekea muundo wa gel ya silica iliyopolimerishwa zaidi.

Katika matokeo ya FT-IR ya utafiti, bendi ya kupinda ya Si-O-Si ya takribani 670 cm^-1 na bendi ya kunyosha ya Si-O ya takribani 970 cm^-1 zilizohusishwa na C-S-H kabla ya kabonishaji zilifuatiliwa. Kadiri kabonishaji ulivyoendelea, bendi ya C-S-H ilipungua huku bendi pana inayohusiana na gel ya silica katika eneo la takribani 1020–1070 cm^-1 ikawa dhahiri zaidi.

Kupungua sana kwa bendi ya C-S-H kuanzia saa ya kwanza katika 60 °C na kuwa dhaifu sana ndani ya saa chache kunaonyesha kwamba halijoto ya juu huharakisha sana kabonishaji wa mapema wa C-S-H.

Ni tofauti gani ilionekana kati ya N na BB kwa upande wa C-S-H?

Matokeo ya FT-IR na Rietveld yanaonyesha kwamba BB ilihifadhi C-S-H zaidi baada ya kabonishaji kuliko N. Hasa katika hali za halijoto ya juu, upotevu wa C-S-H katika N ni dhahiri zaidi.

Katika sehemu ya hitimisho ya utafiti, inaelezwa kwamba C-S-H iliyobaki bado ipo katika BB hata baada ya 60 °C, na inatafsiriwa kwamba slag ya tanuru ya mlipuko hupunguza kasi inayoonekana ya kabonishaji wa C-S-H.

Matokeo haya hayathibitishi moja kwa moja kwamba BB ni “zege linalostahimili kabonishaji zaidi” kwa maana zote. Jaribio linachunguza kinetiki ya mwitikio kwenye kifungamanishi kilichosagwa; usambaaji wa CO₂, porosity ya kapilari na tabia ya kifuniko cha zege katika zege halisi lazima zitathminiwe tofauti.

Ni awamu gani za calcium carbonate zilizoundwa?

Katika uchambuzi wa XRD, polimofu tatu kuu za fuwele za CaCO₃ zilifuatiliwa:

• Calcite
• Vaterite
• Aragonite

Calcite na vaterite ziliundwa katika sampuli zote za N na BB. Aragonite ilitambuliwa katika sampuli za N lakini haikugunduliwa wazi katika mfumo wa BB.

Katika michoro ya XRD kwenye kurasa 17 na 18, inaonekana kwamba vilele vya portlandite vinadhoofika na vilele vya calcite na vaterite vinaimarika kadiri kabonishaji unavyoendelea. Katika sampuli ya N, vilele vya aragonite vilikuwa dhahiri zaidi katika halijoto ya juu.

BB ilionyesha ishara dhaifu zaidi za calcite na ishara dhahiri zaidi za vaterite kuliko N. Tofauti hii inaonyesha kwamba kuongeza slag ya tanuru ya mlipuko hubadilisha si tu kasi ya mwitikio bali pia mgawanyo wa awamu za fuwele za kabonati zinazoundwa.

Uchambuzi wa Rietveld ulionyesha nini?

Vielelezo 6 na 7 kwenye ukurasa wa 25 vinaonyesha mgawanyo wa awamu kulingana na muda wa kabonishaji katika sampuli za N na BB. Mabadiliko ya jamaa ya calcite, vaterite, aragonite, Ca(OH)₂, maudhui ya amorphous/C-S-H na awamu nyingine yalilinganishwa.

Hasa katika 60 °C, vaterite huonekana haraka katika hatua ya mapema. Maandishi ya chanzo yanaeleza kwamba vaterite inaweza kuonekana ndani ya saa ya kwanza katika 60 °C, wakati katika halijoto za chini inaweza kuchukua saa tatu au zaidi kuwa dhahiri.

Uchambuzi pia unaunga mkono kiwango kikubwa zaidi cha C-S-H iliyobaki katika BB.

Jaribio la adsorption ya mvuke wa maji lilionyesha nini?

Kwa sababu mabadiliko ya muundo wa vinyweleo wakati wa kabonishaji yanaweza kuathiri vipimo vya uzito, majaribio ya adsorption ya mvuke wa maji yalifanywa. Katika ulinganisho uliowasilishwa, sampuli ya N isiyokabonishwa na sampuli za N zilizokabonishwa kwa saa 24 katika 20 na 30 °C zilitathminiwa.

Kiasi cha maji yaliyoadsorbishwa kiliongezeka kwa utaratibu hadi takribani 80% unyevu jamaa, na juu ya 80% ongezeko lilikuwa kali zaidi. Watafiti walihusisha hali hii na kubana au kuporomoka kwa vinyweleo vikubwa kiasi wakati wa kabonishaji.

Kwa kuwa tofauti ya adsorption kati ya kabonishaji katika 20 na 30 °C ilikuwa ndogo ikilinganishwa na mabadiliko kabla na baada ya kabonishaji, ilihitimishwa kwamba athari ya halijoto kwenye tabia ya adsorption ilikuwa ndogo.

Kwa nini jaribio la phenolphthalein halikulingana kikamilifu na uchambuzi wa kikemia?

Phenolphthalein ni mojawapo ya viashiria vya pH vinavyotumika sana katika tathmini ya kabonishaji wa zege shambani na maabara. Hata hivyo, utafiti unaonyesha kwamba mabadiliko ya rangi hayafanyiki kila mara sambamba na maendeleo halisi ya kabonishaji wa kikemia.

Sampuli za unga zilizokabonishwa kwa saa 24 zilinyunyiziwa 1% phenolphthalein na rangi ikapimwa baada ya dakika 1, dakika 30, saa 1, saa 3 na saa 24. Rangi ilitathminiwa kwa kiasi kwa kutumia a*, sehemu nyekundu katika mfumo wa L*a*b*.

Matokeo ya kuvutia zaidi yalionekana katika halijoto za juu. Kwa mfano, katika sampuli ya N-60 °C thamani ya rangi ilikuwa 4,02 tu dakika moja baada ya kunyunyiziwa, lakini iliongezeka hadi 49,84 baada ya dakika 30. Katika sampuli ya BB-60 °C, thamani ya awali ilikuwa -1,17 na hata baada ya dakika 30 ilifikia 12,03 tu.

Kuchelewa huku kunaonyesha kwamba tathmini ya kuona inayofanywa mara tu phenolphthalein inaponyunyiziwa, hasa katika hali za kabonishaji zilizoharakishwa kwa joto, inaweza kuwakilisha mabadiliko halisi ya kikemia kwa upungufu au kwa njia tofauti.

Je, kutokuwa na rangi kwa phenolphthalein kunamaanisha portlandite imepotea kabisa?

Hapana. Katika utafiti, baadhi ya sampuli za halijoto ya juu zilionyesha rangi kidogo sana kwa phenolphthalein, lakini uchambuzi wa TG-DTA na XRD bado ulionyesha kuwepo kwa kiasi kikubwa cha Ca(OH)₂.

Kwa hiyo mpaka unaoonyeshwa na kiashiria cha pH cha phenolphthalein si mpaka mkali wa kikemia unaomaanisha hidrati zote zimekabonishwa kikamilifu. Utafiti unaonyesha kwamba hasa katika hali za halijoto ya juu, mbele ya pH inayoonekana na maendeleo ya kabonishaji wa kikemia yanaweza kutengana.

Ni matokeo gani ya msingi yanayoungwa mkono na utafiti?

• Utegemezi wa kabonishaji kwa halijoto si wa kudumu katika kipindi chote cha mwitikio.
• Katika saa 0–2 za kwanza, halijoto ya juu ilizalisha kasi kubwa zaidi ya kabonishaji.
• Katika 60 °C, mwitikio ulianza kwa kasi sana lakini ulipungua mapema zaidi.
• Ca(OH)₂ haikutumika kabisa baada ya saa 24.
• Baada ya mwitikio wa Ca(OH)₂ kusimama kwa kiasi kikubwa, kabonishaji wa C-S-H uliendelea.
• Ilihitimishwa kwamba udhibiti mkuu wa tabia ya halijoto katika kipindi cha baadaye ni kabonishaji wa C-S-H.
• Iliripotiwa kwamba katika Awamu ya I, kasi ya kabonishaji wa C-S-H ilikuwa takribani mara nne zaidi ya kasi ya kabonishaji wa Ca(OH)₂.
• Calcite na vaterite ziliundwa katika N na BB.
• Aragonite ilionekana katika N lakini haikutambuliwa wazi katika BB.
• BB ilihifadhi C-S-H zaidi baada ya kabonishaji kuliko N.
• Ukuaji wa rangi ya phenolphthalein ulionyesha ucheleweshaji dhidi ya mwitikio wa kikemia, hasa katika halijoto za juu.

Ni matokeo gani ambayo utafiti haujathibitisha?

• Haijaonyeshwa kwamba 60 °C daima itazalisha kina cha chini zaidi au cha juu zaidi cha kabonishaji katika miundo halisi.
• Kasi za mwitikio katika sampuli za unga haziwezi kubadilishwa moja kwa moja kuwa kina cha kabonishaji cha zege.
• Haijathibitishwa kwamba mpangilio wa miitikio katika mazingira ya 5% CO₂ utatokea vilevile katika hali ya asili ya CO₂ ya angahewa.
• Haijaonyeshwa kwamba BB ina upinzani mkubwa zaidi wa kabonishaji kuliko N katika zege zote halisi.
• Haijaonyeshwa kwamba njia ya phenolphthalein kwa ujumla si halali; utafiti unaonyesha hasa kikomo cha tafsiri katika halijoto ya juu na hali zilizoharakishwa.
• Haijathibitishwa moja kwa moja kwamba bidhaa zote za mwitikio wa kabonishaji hutokana tu na Ca(OH)₂ na C-S-H.
• Athari za mvua ya asili, kukauka-kulowa, nyufa na mabadiliko ya msimu ya halijoto katika mazingira ya nje hazikutathminiwa.

Kwa nini utafiti ni muhimu kwa miundo ya uimara?

Miundo mingi ya kihandisi inategemea mbinu za majaribio zinazohusisha kina cha kabonishaji na mzizi wa mraba wa muda. Katika miundo kama hiyo, athari za pamoja za halijoto, unyevu, CO₂, muundo wa vinyweleo na miitikio ya hidrati zinaweza kuakisiwa katika mgawo mmoja wa kabonishaji.

Utafiti huu unaonyesha kwamba athari ya halijoto hubadilika kulingana na utaratibu wa mwitikio. Halijoto ya juu huharakisha mwitikio wa awali, lakini katika kipindi kinachofuata kasi inaweza kupungua kwa ghafla kutokana na uundaji wa bidhaa za mwitikio na matumizi ya C-S-H.

Kwa hiyo, miundo inayobadilisha majaribio ya kabonishaji yaliyoharakishwa kuwa maisha halisi ya muundo huenda ikahitaji kuzingatia si tu kina cha jumla cha kabonishaji bali pia aina ya hidrati, hatua ya mwitikio, kiwango cha CO₂ na hali ya unyevu.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Maandalizi ya sampuli

• Uwiano wa maji/kifungamanishi kwa N na BB ni 55%.
• Kifungamanishi cha BB kina 55% saruji ya Portland na 45% slag ya tanuru ya mlipuko iliyosagwa.
• Mchanganyiko ulifanywa kwa mashine kwa dakika 1, na ili kupunguza maji ya bleeding, uchanganyaji wa mkono kila saa ulifanywa katika saa 6 za kwanza.
• Sampuli zilitolewa kwenye mould baada ya saa 24.
• Ukomavu wa maji wa siku 28 ulifuatiwa na ukomavu wa hewa wa siku 28.
• Nguvu ya kubana ya siku 56 ilikuwa 38,07 N/mm² kwa N na 30,63 N/mm² kwa BB.
• Sampuli tatu zilitumika katika kila kipimo cha nguvu.
• Sampuli zilivunjwa kwanza hadi ukubwa wa chembe wa takribani 5 mm, kisha baada ya kusimamisha uhidratishaji zilisagwa hadi <63 µm.

Miundo kuu ya kikemia

Mpangilio wa kabonishaji

Kifaa cha gravimetric water vapor sorption kilitumika kudhibiti kwa wakati mmoja uzito wa sampuli, halijoto, unyevu na usambazaji wa gesi. Kabla ya kabonishaji, usawazishaji ulifanywa kwa N₂ kavu, kisha mchanganyiko wenye 5% CO₂ ukatumika.

Kipimo cha adsorption ya mvuke wa maji

• Masafa ya shinikizo jamaa P/P₀: 0,05–0,35.
• Eneo la sehemu ya msalaba la molekuli ya maji: 0,114 nm².
• Halijoto ya kipimo: 20 °C.
• Hatua ya unyevu jamaa: 5%.
• Mtiririko wa nitrojeni kavu: 50–150 sccm.
• Ukaushaji kwa kugandisha chini ya utupu kabla ya uchambuzi: saa 24.

Katika isotherm za adsorption zilizowasilishwa, tabia katika eneo la unyevu jamaa wa juu ilibadilika baada ya kabonishaji; watafiti walihusisha hili na kubana au kuporomoka kwa vinyweleo vikubwa kiasi kutokana na kabonishaji.

Uchambuzi wa XRD na Rietveld

Katika uchambuzi wa kiasi, awamu nyingi za fuwele zilipimwa, ikiwa ni pamoja na calcite, vaterite, aragonite, ettringite, alite, belite, awamu ya aluminate, awamu ya ferrite, corundum, portlandite, gypsum ya hemihydrate na dihydrate, hydrocalumite, periclase na quicklime. Kwa kuwa C-S-H ni amorphous, haikutathminiwa moja kwa moja kama awamu ya fuwele bali kwa njia isiyo ya moja kwa moja kwa kutumia mbinu ya kiwango cha ndani.

Uchambuzi wa TG-DTA

• Masafa ya halijoto: 20–1000 °C.
• Kasi ya kupasha joto: 10 °C/dakika.
• Malengo makuu: kubaini kiasi cha Ca(OH)₂ na CaCO₃.
• Mbinu ya upimaji wa kiasi: pointi za mgeuko katika mkunjo wa DTA na upotevu wa uzito wa TG zilitumika.

Uchambuzi ulionyesha kwamba sehemu kubwa ya Ca(OH)₂ bado ilikuwepo baada ya saa 24. Licha ya hayo, ongezeko kubwa la kiasi cha CaCO₃ linaonyesha umuhimu wa kabonishaji wa hidrati nyingine kama C-S-H.

Uchambuzi wa FT-IR

Kadiri kabonishaji ulivyoendelea, bendi ya C-S-H ya takribani 970 cm^-1 ilidhoofika na bendi ya gel ya silica karibu na 1020–1070 cm^-1 ikawa dhahiri zaidi. Mabadiliko haya yanaunga mkono decalcification ya C-S-H.

Uchambuzi wa phenolphthalein na spectrophotometer

• Kirutubisho cha phenolphthalein: 1,0%.
• Nyakati za uchunguzi: dakika 1, dakika 30, saa 1, saa 3 na saa 24.
• Mfumo wa rangi: L*a*b*.
• Kigezo kilichotathminiwa: sehemu nyekundu a*.

Katika halijoto zote, ilionekana kwamba thamani ya a* kwa kawaida ilifikia kiwango cha juu takribani dakika 30 baada ya kunyunyiziwa na kisha kupungua kadiri muda ulivyopita. Ucheleweshaji wa rangi ya awali ulikuwa dhahiri zaidi katika sampuli za halijoto ya juu.

Kinetiki ya kabonishaji kwa awamu

Chanzo hakitoi mlinganyo tofauti wa hisabati uliofungwa kwa kasi ya kabonishaji. Derivativi ya mkunjo wa ongezeko la uzito kwa muda ilichukuliwa katika vipindi vya saa 0,1 ili kuhesabu kasi ya kabonishaji ya papo hapo.

Kwa mujibu wa sehemu ya hitimisho ya makala, katika Awamu ya I kasi ya kabonishaji wa C-S-H ni takribani mara nne ya kasi ya kabonishaji wa Ca(OH)₂. Katika Awamu II na III, kabonishaji wa C-S-H unaendelea ingawa hakuna kupungua zaidi kwa kiasi kikubwa kwa Ca(OH)₂ kulikobainishwa.

Dhana muhimu katika kukokotoa kasi ya C-S-H

Kwa madhumuni ya hesabu, utafiti ulidhani kwamba hidrati za saruji zinajumuisha kabisa Ca(OH)₂ na C-S-H. Kasi ya kupungua kwa C-S-H ilitokana na tofauti kati ya kasi ya uundaji wa CaCO₃ na kasi ya kupungua kwa Ca(OH)₂.

Hii ni mojawapo ya mipaka muhimu ya mbinu. Katika mfumo halisi wa saruji iliyohidratishwa, ettringite, monosulfate na awamu nyingine pia zipo. Kwa kweli, watafiti wanaeleza kwamba hidrati zisizo C-S-H kama monosulfate zinapaswa kuchunguzwa tofauti baadaye ili kueleza baadhi ya tofauti kati ya 10 na 20 °C.

Kutolingana muhimu ndani ya chanzo

Kwa BB, maandishi na grafu hazilingani kikamilifu kuhusu mpangilio wa halijoto katika Awamu ya III. Mpangilio wa “60 °C > 30 °C > 10 °C > 20 °C” katika maandishi unaonekana kutolingana na tafsiri ya utegemezi wa halijoto ulio kinyume katika sehemu hiyo hiyo na mikunjo ya Kielelezo 15. Mikunjo ya kipindi cha baadaye katika Kielelezo 15 inaonyesha kwa takribani kwamba 20 °C ina kasi ya juu zaidi na 60 °C kasi ya chini zaidi. Sehemu ya hitimisho pia inaeleza kwamba kwa Awamu ya III, halijoto za chini zilizalisha kasi kubwa zaidi inayoonekana ya kabonishaji.

Kwa hiyo, hitimisho kuu la kimitambo la utafiti linaweza kuhifadhiwa: athari ya halijoto hubadilika katika kipindi cha mwitikio na katika kipindi cha baadaye tabia ya C-S-H huwa ya kuamua. Hata hivyo, mpangilio kamili wa halijoto wa Awamu ya III kwa BB unapaswa kutathminiwa kwa tahadhari kutokana na kutolingana huku ndani ya chanzo.

Mipaka kuu

• Mkusanyiko wa CO₂ ni 5% na ni hali ya jaribio iliyoharakishwa iliyo juu sana kuliko angahewa ya asili.
• Sampuli ziko katika hali ya unga wa <63 µm; usambaaji wa CO₂ kwa kiwango kikubwa ndani ya zege halisi umeondolewa kimakusudi.
• Matokeo hayapimi moja kwa moja kina cha kabonishaji cha zege.
• Kabonishaji ulifuatiliwa hadi saa 24 pekee.
• Ilielezwa kwamba mwitikio katika sampuli za 10 na 20 °C unaweza kuendelea baada ya saa 24; usawa wa mwisho haukuamuliwa.
• Utaratibu wa Awamu ya II haujaelezwa kwa kina.
• Katika hesabu ya kasi ya C-S-H, dhana rahisi kwamba hidrati zinajumuisha Ca(OH)₂ na C-S-H pekee ilitumika.
• Mchango wa monosulfate na hidrati nyingine haukutenganishwa.
• Mpangilio wa halijoto wa BB katika Awamu ya III hautolingani kati ya maandishi na grafu.
• Katika sehemu ya matokeo ya adsorption iliyowasilishwa, ulinganisho sawa kwa halijoto zote na BB haukuonyeshwa.
• Hakuna hali za mvua ya asili, kulowa-kukauka na mizunguko ya msimu.
• Muundo wa aggregate ya zege, unene wa kifuniko cha zege na athari za nyufa hazimo katika wigo wa jaribio.
• Hakuna ubadilishaji wa moja kwa moja kutoka matokeo kwenda kwenye maisha halisi ya huduma ya muundo.

Maana ya matokeo kwa uhandisi

Matokeo yenye nguvu zaidi ya utafiti ni kwamba athari ya halijoto kwenye kabonishaji haipaswi kutazamwa kama mgawo usiobadilika. Halijoto ileile inaweza kuharakisha mwitikio katika saa zake za kwanza, lakini katika hatua ya baadaye ikasababisha matokeo ya kupungua kwa kasi kwa kiasi kutokana na mwitikio kukamilika mapema.

Utaratibu huu ni muhimu hasa katika kuhamisha matokeo ya majaribio ya kabonishaji yaliyoharakishwa kwenda mazingira ya asili. Mwitikio wa wakati mmoja wa C-S-H na portlandite chini ya 5% CO₂ unaweza kutofautiana na utaratibu wa mwitikio unaoweza kuwa wa hatua zaidi katika viwango vya chini vya CO₂ ya angahewa.

Kwa hiyo katika miundo ya uimara, badala ya kupunguza athari ya halijoto kuwa mgawo mmoja tu wa kuharakisha wa aina ya Arrhenius, huenda ikahitajika kutathmini kwa pamoja aina ya hidrati, hatua ya kabonishaji, mkusanyiko wa CO₂, unyevu na muundo wa vinyweleo.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili la asili la utafiti: Temperature dependence of carbonation kinetics in cement hydrates: the controlling role of C-S-H carbonation

Waandishi na mpangilio wao sahihi: Junho KIM; Kiyofumi NAKADA; Manabu KANEMATSU.

Mwandishi wa kwanza: Junho KIM.

Uandishi wa kwanza wa pamoja: Hakuna taarifa iliyotolewa kuhusu uandishi wa kwanza wa pamoja au mchango sawa.

Mwandishi wa mawasiliano: Junho KIM.

Anwani ya mawasiliano ya mwandishi wa mawasiliano: jh-kim@rs.tus.ac.jp

Mahusiano ya taasisi:

• Junho KIM — Department of Architecture, Faculty of Science and Technology, Tokyo University of Science, 2641 Yamazaki, Noda-shi, Chiba 278-8510, Japani.
• Kiyofumi NAKADA — Department of Building Materials and Components, Building Research Institute, 1 Tachihara, Tsukuba-shi, Ibaraki-ken 305-0802, Japani.
• Manabu KANEMATSU — Department of Architecture, Faculty of Science and Technology, Tokyo University of Science, 2641 Yamazaki, Noda-shi, Chiba 278-8510, Japani.

DOI: 10.2139/ssrn.7199945

Jarida: Kwa toleo hili, jarida lililopitiwa na rika au toleo la mwisho la jarida lililokubaliwa halijathibitishwa.

Jukwaa la uchapishaji: SSRN.

Jukwaa: Jukwaa la SSRN la Elsevier kwa utafiti wa mapema na preprint.

Tarehe ya usajili wa SSRN: 29 Julai 2026.

Mwaka wa uchapishaji: 2026.

Aina ya chanzo: Preprint ya utafiti wa majaribio unaochunguza kinetiki ya kabonishaji inayotegemea halijoto ya hidrati za saruji kwa majaribio yaliyodhibitiwa na kuharakishwa.

Hali ya mapitio ya kitaalamu: Utafiti ni preprint ambayo haijapitia mapitio ya kitaalamu; matokeo yanapaswa kutathminiwa kwa kuzingatia hali hii.

Kiungo rasmi cha utafiti:Ukurasa rasmi wa utafiti wa SSRN

Kiungo cha DOI:https://doi.org/10.2139/ssrn.7199945

Ufadhili: Watafiti walieleza kwamba utafiti haukupokea ruzuku maalum ya utafiti kutoka kwa taasisi za ufadhili za umma, kibiashara au zisizo za faida.

Maelezo haya ya Kiswahili yameandaliwa kwa kutegemea tu maudhui ya kisayansi ya utafiti uliopitiwa. Mabadiliko ya uzito, adsorption, matokeo ya XRD/Rietveld, TG-DTA, FT-IR na phenolphthalein, pamoja na ulinganisho wote wa halijoto na muda wa sampuli za N na BB, yalitathminiwa kwa pamoja. Vyanzo vya nje vilitumika tu kwa uthibitishaji wa kibibliografia wa kichwa, waandishi, DOI, tarehe ya usajili wa SSRN na hali ya uchapishaji/mapitio; hakuna matokeo mapya ya kisayansi yaliyoongezwa kutoka vyanzo vya nje.

Mipaka mikuu ya utafiti ni hali iliyoharakishwa inayotumia 5% CO₂, mbinu ya sampuli ya unga inayolenga kuondoa usafirishaji wa CO₂, muda wa jaribio wa saa 24, dhana rahisi ya hidrati katika hesabu ya kasi ya C-S-H, kutotatuliwa kwa utaratibu wa Awamu ya II na kutolingana ndani ya chanzo kuhusu mpangilio wa halijoto wa Awamu ya III kwa BB. Kwa hiyo matokeo hayapaswi kutafsiriwa moja kwa moja kama kina halisi cha kabonishaji cha zege au maisha ya huduma ya muundo.