Utafiti huu unachunguza sifa za hali mpya za tope la kinga lenye kiwango kikubwa cha majivu ya kuruka, linalokusudiwa kutumika dhidi ya mmomonyoko wa ndani wa sakafu ya bahari unaotokea kuzunguka misingi ya nguzo moja, yaani monopile, ya turbine za upepo baharini, huku likiwa na uwezo wa kustahimili kutawanyika chini ya maji. Tope la HFSP lililotengenezwa linajumuisha saruji ya kawaida ya Portland, majivu ya kuruka, hydroxypropyl methylcellulose na myeyusho wa sodium silicate. Watafiti walijaribu kubainisha uwiano kati ya uwezo wa nyenzo kusogea ndani ya bomba la pampu na uwezo wake wa kubaki mahali baada ya kuwekwa majini bila kuvunjika wala kupoteza chembe zake ngumu.

Katika majaribio, kiwango cha saruji kilibadilishwa kuwa %4, %8, %12 na %16; kiwango cha hydroxypropyl methylcellulose kuwa %0,1, %0,2, %0,3 na %0,4; na kiwango cha myeyusho wa sodium silicate kuwa %1, %2, %3 na %4. Ndani ya awamu kuu ngumu inayoundwa na saruji na majivu ya kuruka, kiwango cha majivu ya kuruka kilibaki takriban kati ya %84-%96 kulingana na kiwango cha saruji. Katika michanganyiko yote, uwiano wa maji/kitu kigumu uliwekwa thabiti katika 0,7 na jumla ya michanganyiko 16 ya majaribio ya orthogonal iliandaliwa.

Matokeo yalionyesha kuwa kiambato kikuu kinachoamua rheolojia ya tope jipya na kutawanyika kwake chini ya maji ni hydroxypropyl methylcellulose. Kiwango cha kiungio hiki kilipoongezwa kutoka %0,10 hadi %0,40, kipenyo cha wastani cha kuenea kilipungua kutoka 214 mm hadi 148,5 mm, yaani tope likawa zito zaidi. Kwa upande mwingine, ukungu wa kioevu cha juu ulipungua kutoka 442 NTU hadi chini ya 30 NTU, na kiasi cha chembe ngumu kilichotawanyika majini kilipungua kwa kiasi kikubwa. Mabadiliko haya yanaonyesha kuwa kiwango kikubwa cha kiungio huhifadhi mshikamano chini ya maji, lakini wakati huo huo kinaweza kupunguza uwezo wa kusukumwa kwa pampu.

Tope zote katika majaribio zilionyesha tabia ya kupungua kwa mnato kadiri shear inavyoongezeka. Kwa maneno mengine, tope lilipokabiliwa na kiwango kikubwa cha shear ndani ya bomba la pampu, mnato wake unaoonekana ulipungua; katika hali za shear ndogo, lilionyesha upinzani mkubwa zaidi wa ndani. Mifano ya Bingham, Bingham iliyorekebishwa na Herschel-Bulkley ilipolinganishwa, mfano wa Herschel-Bulkley ulitoa ulinganifu bora zaidi katika vikundi vyote vya majaribio, ukiwa na thamani ya R² zaidi ya 0,999.

Watafiti pia walitengeneza milinganyo mitatu yenye vigezo vingi ya kutabiri mkazo wa mavuno, mgawo wa uthabiti na kielezo cha rheolojia kutokana na viwango vya saruji, sodium silicate na hydroxypropyl methylcellulose. Katika ulinganifu na data za majaribio, thamani za R² za milinganyo hii zilikuwa zaidi ya 0,995 na mipaka ya makosa ilikuwa takriban ndani ya ±%3. Hata hivyo, inaonekana kwamba majaribio hayo hayo 16 yalitumika kwa ajili ya kujenga mfano na kutathmini ulinganifu; hakuna michanganyiko huru ya uthibitishaji wala cross-validation iliyotolewa.

Kwa mtazamo wa Türkiye: Utafiti huu una thamani ya utafiti kwa maendeleo ya tope la madini linaloweza kusukumwa na lisilotawanyika majini kwa matumizi katika misingi ya turbine za upepo baharini, nguzo za bandari, miundo ya pwani na ukarabati wa misingi chini ya maji nchini Türkiye. Kabla ya matumizi, utofauti wa kikemia na ukubwa wa chembe za majivu ya kuruka yanayopatikana Türkiye unapaswa kubainishwa; mchanganyiko ubuniwe upya kwa saruji na sodium silicate za ndani; athari za chumvi na joto zipimwe katika maji halisi ya bahari; majaribio ya njia ya mawimbi na mikondo, majaribio ya mmomonyoko wa nguvu kuzunguka monopile, majaribio makubwa ya kusukuma kwa pampu, nguvu za awali na za muda mrefu, uvujaji wa metali nzito na usalama wa mfumo ikolojia wa bahari yafanywe. Kutokana na utafiti huu haiwezi kuhitimishwa kuwa kuna fomula tayari ya kutumia moja kwa moja katika mradi wa upepo baharini nchini Türkiye, ulinganifu wa moja kwa moja na vipimo vilivyopo, faida ya kibiashara ya gharama au mafanikio ya kinga dhidi ya mmomonyoko katika kiwango cha uwanjani.

Kwa nini mmomonyoko kuzunguka misingi ya monopile ni muhimu?

Moja ya suluhisho za msingi zinazozingatiwa kwa mapana katika turbine za upepo baharini ni mfumo wa nguzo moja yenye kipenyo kikubwa, au monopile, iliyozamishwa ndani ya sakafu ya bahari. Mikondo na mawimbi yanapokutana na kipengele hiki cha wima cha silinda, muundo wa mtiririko huvurugika; mbele ya nguzo hutokea mtiririko unaoelekea chini na vorteksi yenye umbo la kiatu cha farasi, pembeni hutokea mtiririko wenye kasi zaidi, na nyuma hutokea vorteksi zinazotengana.

Mchoro 1 wa utafiti unaonyesha kwa mpangilio uwanja huu wa mtiririko wa vipimo vitatu kuzunguka monopile na shimo la mmomonyoko wa ndani. Kuongezeka kwa mkazo wa shear wa sakafu ya bahari kuzunguka nguzo kunaweza kuhamisha chembe za sakafu ya bahari na kupunguza urefu wa nguzo uliopachikwa ardhini. Hali hii inaweza kubadilisha ugumu wa msingi, uwezo wa kubeba mzigo na tabia ya mienendo ya mfumo mzima wa turbine ya upepo.

Kwa ujumla, kinga dhidi ya mmomonyoko hushughulikiwa kwa njia mbili:

• Kinga hai: Matumizi ya vipengele vinavyobadilisha muundo wa mtiririko na vorteksi kuzunguka nguzo.
• Kinga tulivu: Matumizi ya mawe, tabaka, mikeka, sindano za nyenzo au tope linaloweza kuganda ili kuongeza upinzani wa sakafu ya bahari dhidi ya mmomonyoko.

Katika mifumo ya kawaida ya kujaza mawe, matatizo kama kuhamishwa kwa mawe, mmomonyoko kwenye ukingo wa tabaka la kinga na kuvunjika kwa mshikamano katika hali ya sakafu inayosogea yanaweza kutokea. Katika mbinu ya tope linaloganda, nyenzo husukumwa kwa pampu ndani ya shimo la mmomonyoko au kuzunguka nguzo, huhifadhi mshikamano wake chini ya maji na kuganda, kwa lengo la kuunda muundo wa kinga ulio endelevu zaidi.

Kwa nini kiwango kikubwa cha majivu ya kuruka kilitumika?

Vipengele vikuu vigumu vilivyotumika katika utafiti ni saruji ya kawaida ya Portland na majivu ya kuruka. Majivu ya kuruka ni bidhaa ya pembeni ya viwandani yenye chembe ndogo inayotokana na uzalishaji wa nishati ya joto. Watafiti wanaeleza kuwa umbo la mviringo au karibu mviringo la chembe za majivu ya kuruka linaweza kurahisisha mwendo wa tope, chembe ndogo zinaweza kujaza nafasi tupu, na baada ya muda zinaweza kushiriki katika athari za pozzolanic.

Kuweka kiwango kikubwa cha majivu ya kuruka ni muhimu kwa kupunguza kiasi cha saruji na kuunda nyenzo ya kujaza chini ya maji yenye ujazo mkubwa. Hata hivyo, kiwango kikubwa cha majivu ya kuruka kinaweza kuchelewesha maendeleo ya nguvu za mapema. Kwa sababu hii, katika utafiti myeyusho wa sodium silicate ulitumika kama kiungio cha kuharakisha athari za mapema, huku hydroxypropyl methylcellulose ikitumika kama kiungio cha kudhibiti uthabiti na kutawanyika chini ya maji.

Katika utafiti huu, faida ya kutumia kiwango kikubwa cha majivu ya kuruka kwa upande wa uzalishaji wa kaboni, gharama za kiuchumi au mzunguko wa maisha haikupimwa. Kwa hiyo, kiwango kikubwa cha majivu ya kuruka pekee hakithibitishi kuwa nyenzo ni bora zaidi kimazingira.

Nyenzo zilizotumika

Muundo wa kikemia wa saruji na majivu ya kuruka

Viwango vya oksidi kuu vilivyopimwa kwa uchanganuzi wa X-ray fluorescence ni kama ifuatavyo:

Mchoro 2 unaonyesha usambazaji wa ukubwa wa chembe wa saruji na majivu ya kuruka uliopimwa kwa leza. Mikunjo inaonyesha kuwa nyenzo hizi mbili hazina usambazaji sawa wa ukubwa wa chembe. Hata hivyo, katika maandishi makuu, viashiria vya nambari vya ukubwa wa chembe kama D10, D50 au D90 havijaripotiwa kando.

Muundo wa majaribio

Utafiti ulitumia mpangilio wa majaribio ya orthogonal wenye vipengele vitatu na viwango vinne kwa kila kipengele, ukiwa na jumla ya michanganyiko 16.

Kiwango cha OPC kilipoongezeka, kiwango cha majivu ya kuruka kilipunguzwa kwa kiasi sawa. Kwa hiyo, katika awamu kuu ngumu ya saruji-majivu ya kuruka, kiwango cha majivu ya kuruka kilibadilika takriban kutoka %96 hadi %84.

Saruji kavu, majivu ya kuruka na HPMC vilichanganywa kwanza pamoja. Hatua hii ilifanywa ili kupunguza kutengeneza mabonge kwa HPMC inapogusana na maji kwa mara ya kwanza. Myeyusho wa sodium silicate uliyeyushwa mapema katika maji ya kuchanganyia, na awamu ya kioevu ikaongezwa kwenye viambato vikavu chini ya uchanganyaji endelevu.

Maandishi makuu yanaeleza viwango vya vipengele na kuwepo kwa majaribio 16, lakini hayatoi jedwali wazi la mchanganyiko wa L16 linaloonyesha muundo kamili wa kila nambari ya jaribio. Ingawa kuna vikundi vilivyopewa nambari 1-16 katika michoro, ni vigumu kwa msomaji kuunda upya moja kwa moja muundo kamili wa vikundi hivyo. Hili ni pengo muhimu la uripoti linalopunguza uwezekano wa kurudia majaribio.

Uwezo wa kutiririka ulipimwaje?

Jaribio la uwezo wa kutiririka lilifanywa kwa mujibu wa kiwango cha GB/T 8077-2023. Koni iliyokatwa iliyotumika ilikuwa na:

• Kipenyo cha chini 60 mm,
• Kipenyo cha juu 36 mm,
• Urefu 60 mm.

Tope jipya lilijazwa kwenye mold, uso wa juu ukasawazishwa na mold ikainuliwa kwa wima. Kipenyo kikubwa zaidi cha tope lililoenea kilirekodiwa kwa milimita kama thamani ya uwezo wa kutiririka. Vipimo vitatu vilifanywa kwa kila tope na thamani ya wastani ikatumika.

Kiwango cha HPMC kilipoongezwa kutoka %0,10 hadi %0,40, kipenyo cha wastani cha kuenea kilipungua kutoka 214 mm hadi 148,5 mm. Hii ni sawa na kupungua kwa takriban %30,6. Watafiti wanaeleza mabadiliko haya kwa mifumo miwili:

• Vikundi vya hydroxyl vya HPMC hufunga maji huru.
• Minyororo mirefu ya polima huunda mtandao wa vipimo vitatu unaozuia mwendo wa chembe ngumu.

Kuongeza kiwango cha sodium silicate kutoka %1 hadi %4 kulipunguza thamani ya wastani ya kuenea kutoka 186,5 mm hadi 172,7 mm. Katika utafiti, mwelekeo huu unaelezwa kwa myeyusho kuingiliana na ioni za kalsiamu na kuharakisha uundaji wa mapema wa gel ya C-S-H.

Kiwango cha OPC kilionyesha athari ndogo zaidi kwenye kuenea ndani ya mipaka iliyochunguzwa. Hata hivyo, uundaji wa C-S-H au muundo wa mtandao wa polima haukuonyeshwa moja kwa moja katika utafiti huu kwa microscopy, spectroscopy au vipimo vya joto la hydration. Tafsiri za kimitambo zimefanywa kutokana na mielekeo ya rheolojia iliyopimwa na fasihi ya awali.

Upinzani dhidi ya kutawanyika chini ya maji ulijaribiwaje?

Ili kutathmini mshikamano chini ya maji, 50 mL ya tope jipya iliwekwa kwenye sindano na ncha ya sindano ikawekwa chini ya uso wa maji wakati tope likiingizwa kwenye chombo kilichojaa maji. Baada ya kudunga, 30 mL ya kioevu ilichukuliwa kutoka sehemu thabiti iliyo 80 mm juu ya sakafu ya chombo na kuchambuliwa kwa kifaa cha kupima ukungu WGZ-1BW.

Thamani ndogo ya ukungu inaonyesha kuwa chembe ndogo chache zimetoka kwenye tope kwenda majini na upinzani wa kutawanyika katika hali tuli ni mkubwa zaidi.

Kiwango cha HPMC kilipokuwa %0,10, ukungu wa wastani ulipimwa kuwa 442 NTU. Kiwango cha HPMC kilipoongezwa hadi %0,40, thamani ilishuka hadi chini ya 30 NTU. Mabadiliko haya ni sawa na kupungua kwa ukungu kwa angalau takriban %93.

Katika sehemu ya picha ya Mchoro 5, mchanganyiko wenye HPMC kidogo unaonyesha chembe zinazoning’inia na ukungu mkubwa katika maji ya juu, wakati mchanganyiko wenye HPMC nyingi unaonyesha maji ya juu yaliyo safi zaidi na wingi wa tope ulio na mshikamano zaidi katika sehemu ya chini.

Jaribio hili linaonyesha “upinzani wa kutawanyika katika hali tuli”. Kwa kuwa hakuna mawimbi, mikondo, mtikisiko au kuvutwa kwa sakafu ya bahari vilivyoundwa, matokeo hayana maana sawa na upinzani wa mmomonyoko wa nguvu au upotevu wa kuoshwa katika hali halisi ya baharini.

Jaribio la rheometer lilifanywaje?

Vipimo vya rheolojia vilifanywa kwa kifaa cha Brookfield RST Soft Solids Tester. Ili kusawazisha hali ya awali ya sampuli kadiri iwezekanavyo, mpango ufuatao wa upakiaji ulitumika:

1. Pre-shear kwa kiwango cha shear cha 500 s^-1 kwa sekunde 60.
2. Kupumzika kwa sekunde 30.
3. Kupunguza kiwango cha shear kutoka 500 s^-1 hadi 40 s^-1.
4. Kupungua kwa 20 s^-1 katika kila hatua na muda wa kipimo wa sekunde 20.

Mchoro 3 unaonyesha rheometer iliyotumika na mpango wa hatua kwa hatua wa kiwango cha shear. Mpango unasonga tu kutoka kiwango kikubwa cha shear kwenda kiwango kidogo. Kwa kuwa mzunguko wa shear wa kwenda juu na chini, eneo la hysteresis au urejeshaji wa muundo baada ya kupumzika havikupimwa, tathmini kamili ya thixotropy haiwezi kutolewa kutokana na utafiti.

Mifano ya rheolojia iliyolinganishwa

Mfano wa Bingham:

\[ \tau=\tau_0+\mu\dot{\gamma} \]

Mfano wa Herschel-Bulkley:

\[ \tau=\tau_0+K\dot{\gamma}^{n} \]

Mfano wa Bingham uliorekebishwa:

\[ \tau=\tau_0+\mu\dot{\gamma}+c\dot{\gamma}^{2} \]

Hapa:

• \(\tau\): mkazo wa shear, Pa.
• \(\tau_0\): mkazo wa mavuno, Pa.
• \(\mu\): mnato wa plastiki, Pa·s.
• \(\dot{\gamma}\): kiwango cha shear, s^-1.
• \(K\): mgawo wa uthabiti, Pa·sⁿ.
• \(n\): kielezo cha rheolojia.
• \(c\): mgawo wa daraja la pili wa mfano wa Bingham uliorekebishwa.

Kwa kuwa mfano wa Herschel-Bulkley hautoi moja kwa moja mnato wa plastiki, mnato wa plastiki unaolingana ulihesabiwa kwa mlinganyo ufuatao:

\[ \mu'=\frac{3K}{n+2}\dot{\gamma}_{\max}^{\,n-1} \]

Katika utafiti, kiwango cha juu zaidi cha shear kilichukuliwa kuwa \(\dot{\gamma}_{\max}=500\ \mathrm{s^{-1}}\).

Kupungua kwa mnato kwa shear kunamaanisha nini?

Katika mfano wa Herschel-Bulkley, kuwa na \(n<1\) kunaonyesha tabia ya kupungua kwa mnato kadiri kiwango cha shear kinavyoongezeka. Katika michanganyiko yote ya utafiti, thamani ya \(n\) ilikuwa chini ya 1.

Tabia hii kwa nadharia ni faida kwa kusukuma kwa pampu. Viwango vikubwa vya shear ndani ya pampu na karibu na ukuta wa bomba vinaweza kupunguza mnato unaoonekana wa tope na kurahisisha usafirishaji wake. Baada ya nyenzo kutoka kwenye bomba na mzigo wa shear kupungua, uthabiti mkubwa zaidi unaweza kusaidia tope kubaki kwenye sakafu ya bahari bila kutawanyika.

Utafiti unaeleza kuwa mtandao wa HPMC unaweza kujijenga upya baada ya kusukuma kwa pampu kusimama. Hata hivyo, kasi ya urejeshaji wa muundo haikupimwa moja kwa moja kwa jaribio la thixotropy la vipindi vitatu, rheolojia ya oscillation au mzunguko wa pili wa shear baada ya kupumzika. Kwa hiyo, kujijenga upya kwa haraka si matokeo yaliyothibitishwa kikamilifu kwa majaribio, bali ni tafsiri ya utaratibu inayotegemea kupungua kwa mnato kwa shear kulikopimwa na fasihi.

Ni mfano gani wa rheolojia uliofanikiwa zaidi?

Michoro 6, 7 na 8 inaonyesha ulinganifu wa tope 16 kwa mifano ya Bingham, Herschel-Bulkley na Bingham iliyorekebishwa, mtawalia.

Katika viwango vya chini vya HPMC, mifano yote mitatu ilitoa ulinganifu mkubwa. Kiwango cha HPMC kilipoongezeka hadi %0,3 na %0,4, mikunjo ilianza kuondoka kwenye umbo la mstari na kupungua kwa mnato kwa shear kukawa dhahiri zaidi. Katika hali hizi:

• Mfano wa Bingham ulikadiria mkazo wa mavuno kuwa juu zaidi kwa sababu ya dhana yake ya mstari.
• Mfano wa Bingham uliorekebishwa uliwakilisha kwa sehemu tabia isiyo ya mstari kwa kutumia kigezo cha daraja la pili.
• Mfano wa Herschel-Bulkley ulitoa matokeo thabiti zaidi katika viwango vyote vya HPMC kutokana na kigezo cha \(n\).

Thamani ya R² ya mfano wa Herschel-Bulkley ilibaki zaidi ya 0,999 katika vikundi vyote vya majaribio. Kwa hiyo, utafiti unapendekeza mlinganyo wa Herschel-Bulkley kama mfano mkuu wa kutumia katika usanifu na hesabu za kusukuma tope la HFSP.

Athari ya HPMC kwenye mkazo wa mavuno na mnato

Kiwango cha HPMC kilipoongezeka, mkazo wa mavuno na mnato wa plastiki unaolingana viliongezeka kwa kiasi kikubwa. Kulingana na mfano wa Herschel-Bulkley, kati ya viwango vya HPMC:

• Mnato wa plastiki uliongezeka takriban mara nane.
• Mkazo wa mavuno uliongezeka takriban mara nne.
• Mgawo wa uthabiti \(K\), uliongezeka kutoka 0,0797 hadi 5,1553 Pa·sⁿ.
• Kielezo cha rheolojia \(n\) kilipungua na kupungua kwa mnato kwa shear kukawa na nguvu zaidi.

Mchoro 9 unalinganisha thamani za mkazo wa mavuno na mnato wa plastiki zilizopatikana kutoka kwa mifano mitatu ya rheolojia. Mchoro 11 unaonyesha athari za wastani za OPC, sodium silicate na HPMC kwenye \(K\) na \(n\). Mabadiliko katika mikunjo ya HPMC ni makubwa zaidi kuliko mabadiliko ya viambato vingine viwili.

Athari za OPC na sodium silicate

Kiwango cha OPC kilipoongezeka, ongezeko dogo lilionekana katika mkazo wa mavuno na mnato wa plastiki. Watafiti wanahusisha hili na kuwepo kwa C₃S na C₂S nyingi zaidi, kutolewa kwa ioni za kalsiamu na uundaji wa mapema wa C-S-H. Hata hivyo, kwa kuwa majaribio yalifanywa muda mfupi baada ya kuchanganya na uwiano wa maji/kitu kigumu ulikuwa mkubwa, inadhaniwa kuwa mtandao endelevu wa hydration haukuundwa kwa muda mfupi.

Viwango vya kati vya sodium silicate viliongeza kidogo upinzani wa mtiririko. Kwa upande mwingine, kiwango kilipoongezeka kutoka %3 hadi %4, mkazo wa mavuno ulipungua katika baadhi ya mifano. Utafiti unaeleza hili kwa uwezekano kwamba ioni za silicate zilizozidi zinaweza kusababisha msukumo wa kielektroni badala ya kuunda madaraja kati ya chembe.

Kwa kuwa zeta potential, mkusanyiko wa ioni au nguvu kati ya chembe hazikupimwa moja kwa moja, maelezo haya si utaratibu wa kolloidi uliothibitishwa, bali ni tafsiri inayotegemea mwelekeo wa majaribio.

Mikunjo ya mnato unaoonekana

Mikunjo ya mnato unaoonekana katika Mchoro 10 inaonyesha kuwa mnato hupungua kadiri kiwango cha shear kinavyoongezeka katika michanganyiko yote 16. Tofauti kati ya viwango vya HPMC ni kubwa zaidi katika viwango vya chini vya shear na ndogo zaidi katika viwango vya juu vya shear.

Katika vikundi vyenye %0,1 HPMC, mnato unaoonekana ulibaki kwa kiasi fulani thabiti katika eneo la chini ya 100 s^-1. Katika vikundi vyenye %0,4 HPMC, mnato uliendelea kupungua katika safu nzima ya kiwango cha shear. Matokeo haya yanaashiria kuwa katika kiwango kikubwa cha HPMC mtandao wa polima-chembe unaweza kuwa na nguvu zaidi lakini pia kuvunjika zaidi chini ya shear.

Milinganyo ya utabiri iliyotengenezwa

Watafiti walitengeneza milinganyo mitatu ya regression ili kutabiri vigezo vya Herschel-Bulkley kutokana na viwango vya mchanganyiko. Hapa \(X_1\) inawakilisha OPC, \(X_2\) sodium silicate na \(X_3\) kiwango cha HPMC. Milinganyo inapaswa kutathminiwa tu ndani ya viwango vya asilimia na mipaka ya majaribio iliyotumika katika utafiti.

Mfano wa mkazo wa mavuno:

\[ \tau_0=\exp\left( -4{,}7621+0{,}6843\ln X_1+1{,}3257\ln X_2+3{,}9624\ln X_3 -0{,}00812X_1X_2-0{,}1265X_1X_3+0{,}2418X_2X_3 \right) \]

Mfano wa mgawo wa uthabiti:

\[ K=\exp\left( -8{,}4326+0{,}21644X_1-0{,}4872X_2+18{,}6351X_3 -0{,}00741X_1^2+0{,}04221X_2^2-22{,}4713X_3^2 +0{,}0136X_1X_2+0{,}5219X_1X_3-2{,}1364X_2X_3 \right) \]

Mfano wa kielezo cha rheolojia:

\[ n=1{,}0642-0{,}0187X_1-0{,}0641X_2-0{,}7326X_3 +0{,}00032X_1^2+0{,}00416X_2^2+0{,}3152X_3^2 +0{,}00074X_1X_2-0{,}0162X_1X_3+0{,}0483X_2X_3 \]

Mchoro 12 unaonyesha vigezo vilivyotabiriwa na vilivyopimwa ndani ya takriban bendi za makosa za ±%3. Hata hivyo, mfano unatokana na michanganyiko 16 tu ya majaribio, na milinganyo ina vipengele vya mstari, mraba, logarithmic na mwingiliano. Kwa kuwa hakuna seti huru ya majaribio, mchanganyiko mpya wa uthibitishaji au cross-validation iliyotolewa, thamani kubwa za R² hazipaswi kuchukuliwa kuwa ushahidi wa uwezo wa kujumlisha katika kiwango cha uwanjani.

Je, utafiti uliamua mchanganyiko mmoja bora?

Hapana. Utafiti unaonyesha kuwa kuongeza HPMC huongeza upinzani wa kutawanyika, lakini hupunguza kuenea na uwezo wa kusukumwa kwa pampu. Kuongeza sodium silicate kunaweza kuharakisha athari za mapema, lakini kiasi kikubwa kupita kiasi kinaweza kusababisha upotevu wa haraka wa uwezo wa kutiririka. OPC, ingawa ina athari ndogo kwenye rheolojia ya hali mpya, ni muhimu kwa nguvu baada ya kuganda.

Kwa hiyo, mchanganyiko bora hauwezi kuamuliwa kwa ukungu mdogo zaidi au mkazo wa mavuno mkubwa zaidi pekee. Usanifu wa matumizi unapaswa kusawazisha malengo haya matatu kwa pamoja:

• Uwezo wa kusafirishwa katika pampu na bomba.
• Uwezo wa kuwekwa chini ya maji bila kuvunjika na kuoshwa.
• Nguvu ya kutosha ya kimakanika na upinzani wa mmomonyoko baada ya kuganda.

Kwa kuwa nguvu baada ya kuganda haikupimwa katika utafiti, uwiano huu wa malengo matatu haujakamilika na hakuna fomula moja bora ya matumizi ya kihandisi iliyotangazwa.

Ujumbe mkuu wa michoro

• Mchoro 1: Unaonyesha vorteksi yenye umbo la kiatu cha farasi mbele ya monopile, kuongezeka kwa kasi ya mtiririko wa pembeni na utaratibu wa mmomonyoko wa ndani.
• Mchoro 2: Unalinganisha usambazaji wa ukubwa wa chembe wa OPC na majivu ya kuruka.
• Mchoro 3: Unaonyesha rheometer na mpango wa shear unaoshuka kutoka 500 s^-1 hadi 40 s^-1.
• Mchoro 4: Unaonyesha matokeo ya kuenea kulingana na viwango vya OPC, sodium silicate na HPMC.
• Mchoro 5: Unaonyesha vipimo vya ukungu na tofauti ya mwonekano majini kati ya tope lenye HPMC kidogo na lenye HPMC nyingi.
• Mchoro 6: Unaonyesha ulinganifu wa mfano wa Bingham na kupotoka kusiko kwa mstari kunakojitokeza katika HPMC nyingi.
• Mchoro 7: Unaonyesha ulinganifu mkubwa wa mfano wa Herschel-Bulkley katika vikundi vyote vya majaribio.
• Mchoro 8: Unaonyesha ulinganifu wa mfano wa Bingham uliorekebishwa.
• Mchoro 9: Unalinganisha tofauti za mkazo wa mavuno na mnato wa plastiki zilizopatikana kutoka kwa mifano mitatu.
• Mchoro 10: Unaonyesha kuwa mnato unaoonekana hupungua kadiri kiwango cha shear kinavyoongezeka katika vikundi vyote.
• Mchoro 11: Unaonyesha athari kubwa ya HPMC kwenye mgawo wa uthabiti na kielezo cha rheolojia.
• Mchoro 12: Unalinganisha vigezo vya Herschel-Bulkley vilivyotabiriwa kwa milinganyo ya regression na vilivyopimwa katika majaribio.

Nguvu za utafiti

• Unachunguza mfumo maalumu wa tope lenye kiwango kikubwa cha majivu ya kuruka unaolengwa kutumika chini ya maji.
• Unalinganisha athari za saruji, sodium silicate na HPMC katika mpangilio mmoja wa majaribio ya orthogonal.
• Unatathmini kwa pamoja uwezo wa kutiririka, ukungu na vipimo vya rheolojia.
• Unalinganisha utendaji wa mifano mitatu tofauti ya rheolojia kwenye data zile zile za majaribio.
• Unaonyesha kwa kiasi kwamba HPMC ndiyo kiambato kikuu kinachoamua uwiano kati ya kusukumwa kwa pampu na mshikamano chini ya maji.
• Unatoa milinganyo ya utabiri wa vigezo vya Herschel-Bulkley inayohusishwa moja kwa moja na viwango vya mchanganyiko.
• Unaeleza wazi kwamba jaribio la uwezo wa kutiririka lilifanywa mara tatu.

Mapungufu ya utafiti

• Utafiti ni preprint ambayo haijapitia mapitio ya rika.
• Hakuna majaribio ya monopile halisi, sakafu ya bahari, mawimbi au mikondo yaliyofanywa.
• Kina halisi cha mmomonyoko, kasi muhimu ya mtiririko au kiwango cha kupotea kwa nyenzo havikupimwa.
• Jaribio la kutawanyika lilifanywa katika maji tulivu na halikuwakilisha mazingira ya bahari yenye mienendo.
• Haijaelezwa wazi kama maji ya bahari yalitumika katika majaribio.
• Muda wa kuganda, nguvu ya kubana, nguvu ya kuvuta, ushikamano na upinzani wa mmomonyoko havikupimwa.
• Athari ya HPMC kwenye kuingiza hewa na kuchelewesha hydration imejadiliwa, lakini athari hizi hazikupimwa kwa majaribio.
• Uundaji wa mtandao wa polima na uzalishaji wa C-S-H haukuthibitishwa moja kwa moja kwa uchanganuzi wa microstructure.
• Hakuna mzunguko wa shear wa kupanda-kushuka au kipimo cha baada ya kupumzika kilichofanywa kwa ajili ya kurejesha muundo wa thixotropic.
• Mbali na jaribio la uwezo wa kutiririka, idadi ya marudio na error bars za majaribio mengine hazijaelezwa.
• ANOVA, thamani ya p au umuhimu wa kitakwimu wa vipengele haujatolewa.
• Jedwali kamili la mchanganyiko wa vikundi 16 vya majaribio halijaonyeshwa wazi katika maandishi makuu.
• Milinganyo ya regression haijajaribiwa kwa majaribio huru au cross-validation.
• Milinganyo ilitengenezwa tu kwa viwango vya dozi vilivyochunguzwa na uwiano wa maji/kitu kigumu 0,7.
• Shinikizo la bomba kwa kiwango kikubwa, nishati ya pampu, kuziba na kutengana kwa nyenzo havikujaribiwa.
• Athari za chumvi, chloride, sulfate, joto na shinikizo la hydrostatic hazikuchunguzwa.
• Uvujaji wa metali au viambato vingine kutoka kwenye majivu ya kuruka kwenda kwenye maji ya bahari haukuchunguzwa.
• Ecotoxicity, gharama na tathmini ya mzunguko wa maisha hazikufanywa.
• Hakuna fomula moja bora ya matumizi ya uwanjani iliyoamuliwa.

Utafiti unaunga mkono nini?

Utafiti unaunga mkono kwamba rheolojia ya hali mpya ya tope la OPC-majivu ya kuruka lenye kiwango kikubwa cha majivu ya kuruka inaweza kudhibitiwa kwa nguvu kwa kutumia HPMC. Kiwango cha HPMC kinapoongezeka, kutawanyika kwa chembe katika hali tuli chini ya maji hupungua, mkazo wa mavuno na mgawo wa uthabiti huongezeka, na kupungua kwa mnato kwa shear huwa na nguvu zaidi. Matokeo pia yanaonyesha kuwa mfano wa Herschel-Bulkley unawakilisha tope zilizochunguzwa kwa usahihi zaidi kuliko mifano ya Bingham.

Utafiti hauthibitishi nini?

Utafiti hauthibitishi kwamba tope lililotengenezwa limezuia mmomonyoko katika msingi halisi wa turbine ya upepo baharini, limebaki mahali chini ya mawimbi na mikondo, limeunda mshikamano wa kutosha na sakafu ya bahari au limetoa nguvu ya kimuundo ya muda mrefu. Pia haiwezi kuhitimishwa kuwa kiwango kikubwa cha HPMC ndiyo suluhisho bora la uwanjani, kwamba milinganyo ya regression ni halali nje ya mipaka ya majaribio, kwamba nyenzo ni salama kwa mazingira ya bahari au kwamba matumizi ya majivu ya kuruka yanazalisha moja kwa moja suluhisho la kaboni ndogo.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Muhtasari wa vigezo vya majaribio

Muhtasari wa mbinu za majaribio

Matokeo makuu ya kiasi

Athari za kulinganisha za viambato

Uthibitishaji unaohitajika kabla ya matumizi ya uwanjani

• Jedwali kamili la mchanganyiko linapaswa kuchapishwa na majaribio yarudiwe katika maabara huru.
• Milinganyo ya regression inapaswa kufanyiwa uthibitishaji wa nje kwa michanganyiko mipya.
• Maji halisi ya bahari, chumvi tofauti na halijoto tofauti zitumike.
• Majaribio ya mmomonyoko kuzunguka monopile yafanywe ndani ya njia ya mawimbi na mikondo.
• Upotevu wa nyenzo, kipenyo cha kinga, mmomonyoko wa ukingo na kasi muhimu ya mtiririko vipimwe.
• Shinikizo la pampu, kipenyo cha bomba, umbali wa kusafirisha na tabia ya kuziba vibainishwe.
• Mizunguko ya shear ya kupanda-kushuka itumike kupima urejeshaji wa muundo na thixotropy.
• Nguvu ya kubana ya mapema na ya muda mrefu pamoja na tabia chini ya mizigo ya mzunguko vipimwe.
• Athari za chloride, sulfate, kulowa-kukauka na viumbe vya baharini zichunguzwe.
• Uhamaji wa elementi kutoka kwenye majivu ya kuruka kwenda majini na ecotoxicity vitathminiwe.
• Uwekaji chini ya maji kwa kiwango cha majaribio na ufuatiliaji wa muda mrefu uwanjani ufanywe.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Jina kamili la asili la utafiti:Rheological regulation of high-volume fly ash slurry for offshore monopile foundations scour protection

Waandishi na mpangilio wao: Yu Wu; Qingsong Zhang; Shaolong Duan; Yuanshu Jiao.

Taarifa ya waandishi wenye mchango sawa: Utafiti haujaonyesha taarifa kuhusu mchango sawa au uandishi mwenza wa kwanza.

Mwandishi wa mawasiliano: Qingsong Zhang.

Anwani ya barua pepe ya mwandishi wa mawasiliano: zhangqingsong@sdu.edu.cn

Mahusiano ya taasisi:

1. State Key Laboratory for Tunnel Engineering, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China.
2. School of Civil Engineering, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China.

Ulinganifu wa mwandishi na taasisi: Waandishi wote wanne wameonyeshwa kuwa na mahusiano yote mawili ya taasisi.

Aina ya chanzo: Makala ya utafiti wa majaribio ya preprint inayojumuisha uwezo wa kutiririka wa tope jipya, tabia ya kutawanyika chini ya maji katika hali tuli na uundaji wa mifano ya rheolojia.

Eneo la mada: Misingi ya upepo baharini, mmomonyoko wa sakafu ya bahari, nyenzo za sindano chini ya maji, majivu ya kuruka, tope la saruji na rheolojia.

Hali ya mapitio ya rika: Utafiti haujapitia mapitio ya rika. Kila ukurasa wa toleo lililopakiwa una onyo la preprint na mapitio ya rika.

Jukwaa la uchapishaji: SSRN.

Mtoa huduma wa jukwaa: Elsevier SSRN Preprint Services.

Nambari ya usajili ya SSRN: 7194463.

DOI:10.2139/ssrn.7194463

Kiungo rasmi:Ukurasa wa usajili wa SSRN

Mwaka wa uchapishaji: 2026.

Jarida: Haijathibitishwa kuwa imechapishwa katika jarida lililopitia mapitio ya rika.

Mchapishaji asili wa jarida: Hakuna jarida au mchapishaji wa jarida lililopitia mapitio ya rika aliyethibitishwa. SSRN ni jukwaa la preprint na haipaswi kuwasilishwa kama jarida lililopitia mapitio ya rika.

Ufadhili: Hakuna taarifa tofauti ya ufadhili au shukrani katika maandishi makuu.

Mgongano wa maslahi: Waandishi hawajaripoti maslahi ya kifedha yanayojulikana au uhusiano wa kibinafsi ambao unaweza kuathiri utafiti.

Michango ya waandishi: Hakuna taarifa ya kina ya michango ya waandishi kama CRediT iliyotolewa.

Upatikanaji wa data na msimbo: Hakuna kiungo cha hifadhi wazi ya data, data ghafi ya rheometer, jedwali la michanganyiko au msimbo wa regression kilichotolewa.

Kikomo cha uripoti wa majaribio: Ingawa viwango vya vipengele vimeelezwa, jedwali kamili la michanganyiko ya vikundi 16 vya majaribio ya orthogonal halijawasilishwa katika jedwali wazi. Imeelezwa kuwa jaribio la uwezo wa kutiririka lilirudiwa mara tatu; idadi ya marudio na kutokuwa na uhakika wa kitakwimu wa majaribio ya ukungu na rheolojia haujaelezwa.

Maelezo haya ya Kituruki yaliandaliwa kwa kuchunguza maandishi yote makuu ya utafiti uliopakiwa, muundo wa nyenzo, taratibu za majaribio, michoro 12, milinganyo saba, mikunjo ya rheolojia na matokeo ya regression. Maudhui ya kisayansi yamewekewa mipaka ya majaribio na tafsiri zilizotolewa katika utafiti; vyanzo vya nje vilitumika tu kwa uthibitishaji wa kibibliografia wa kichwa, DOI, jukwaa, waandishi na taarifa za taasisi.

Matokeo yanapaswa kutathminiwa kwa kuzingatia kwamba majaribio yamewekewa mipaka ya sifa za hali mpya, hakuna majaribio halisi ya mmomonyoko au ya uwanjani, utendaji wa nyenzo baada ya kuganda haukupimwa, jedwali kamili la mchanganyiko wa orthogonal halijatolewa na mifano ya regression haijathibitishwa kwa data huru.