Сементи фосфати магний-калий (magnesium potassium phosphate cement, MKPC) пайвандкунандаи ғайриорганикӣ мебошад, ки тавассути реаксияи безараргардонии кислота–асос байни MgO ва ҷузъҳои фосфатӣ зуд сахт шуда, метавонад мустаҳкамии хеле баланди барвақтӣ ва часпиши қавӣ таъмин намояд. Ин таҳқиқот таъсири модификатсияи MKPC бо nano-Fe₂O₃ (NF) ва nano-SiO₂ (NS)-ро ба рафтори гидрататсия, рушди фазаҳо, сохтори ковокӣ, микросохтор, хосиятҳои механикии маҳаллӣ ва мустаҳкамии макроскопӣ ба таври муқоисавӣ омӯхтааст. Самти нави таҷрибавӣ NF-MKPC мебошад; маълумоти NS-MKPC дар ҳамон маъракаи таҷрибавӣ ба даст омадааст, аммо аз натиҷаҳои қаблан нашршуда барои муқоиса ба таҳқиқот ворид карда шудааст.

Дар таҳқиқот тарҳи ортогоналии омехтаи чоромила ва сесатҳа; озмоишҳои мустаҳкамии фишорӣ ва хамишӣ; калориметрияи изотермӣ; дифраксияи рентгенӣ (XRD); спектроскопияи инфрасурх бо табдили Фурйе (FTIR); таҳлили термогравиметрӣ ва калориметрияи дифференсиалии сканерӣ (TG/DTG–DSC); микроскопияи электронии сканерӣ, спектроскопияи рентгении энергодисперсионӣ ва тасвиргирӣ бо электронҳои қафопароканда (SEM/EDS–BSE); порозиметрияи интрузияи симоб (MIP); харитасозии Raman ва наноиндентатсия якҷоя истифода шуданд.

Дар шароити омӯхташуда NF/M = %4 бар асоси таҳлили диапазон ва миёна ҳамчун вояи афзалиятноки NF интихоб шуд. Мустаҳкамии фишории NF-MKPC дар 3 соат ба 38,63 MPa ва дар 28 рӯз ба 81,26 MPa расид; дар MKPC-и холис ҳамин арзишҳо 27,5 ва 57,2 MPa мебошанд. Мустаҳкамии хамишии 28-рӯзаи NF-MKPC 11,22 MPa буд, дар ҳоле ки MKPC-и холис дар 8,32 MPa монд.

Калориметрия нишон дод, ки NF-MKPC тақрибан дар 0,1 соат бо 148 mW/g дар байни се система барвақттарин ва баландтарин қуллаи ҷараёни гармиро додааст. Натиҷаҳои XRD, FTIR ва Raman низ нишон медиҳанд, ки иловаи NF бо гидрататсияи барвақтии тезтар ва ташаккули бештар рушдёфтаи маҳсулоти кристаллии гидрататсия алоқаманд аст. Бо вуҷуди ин, дар таҳқиқот нуклеатсияи гетерогенӣ мустақим чен карда нашудааст; аз ин рӯ нуклеатсия механизми ягонаи исботшудаи NF нест, балки яке аз саҳмҳои эҳтимолӣ мебошад, ки бо маҷмӯи маълумот мувофиқат мекунад.

MIP нишон дод, ки дар NF-MKPC макроковокиҳои >100 nm аз тақрибан %26, аз 3 соат оғоз намуда, то %11 дар 28 рӯз коҳиш ёфтаанд. Дар натиҷаҳои наноиндентатсия NF-MKPC дар 28 рӯз бо сахтии тақрибан 4,94 GPa ва модули чандирии 88,8 GPa баландтарин ҷавобҳои механикии маҳаллиро дар байни системаҳои омӯхташуда нишон дод.

Тафсири асосии таҳқиқот ин аст, ки таъсири мустаҳкамкунандаи NF аз як ҳодисаи ягона сар намезанад. Гидрататсияи барвақтии тезшуда, нуклеатсияи эҳтимолии гетерогенӣ, таъсири пуркунии физикии нанозарраҳо, камшавии ковокиҳои калон, тақсимшавии пайвастатари маҳсулоти гидрататсия ва афзоиши ҳамҷинсии микромеханикӣ зоҳиран якҷоя нақш мебозанд.

Натиҷаҳо дар миқёси лабораторӣ мебошанд. Яхбандӣ–обшавӣ, таъсири сулфат, таъсири дарозмуддати об, татбиқ дар миқёси саҳроӣ ва устувории дарозмуддат мустақим озмоиш нашудаанд. Аз ин рӯ таҳқиқот барои NF-MKPC потенсиали муҳандисиро нишон медиҳад, аммо кори онро дар саҳро тасдиқ намекунад.

Чаро MKPC системаи махсуси сементӣ аст?

MKPC сементи фосфатии зудсахтшавандаест, ки химияи гидрататсияи он аз сементи анъанавии Portland фарқ мекунад. Манбаъ қайд мекунад, ки ин мавод метавонад дар давоми 1 соат мустаҳкамии фишории зиёда аз 20 MPa инкишоф диҳад ва дар 28 рӯз одатан ба диапазони 40–80 MPa бирасад.

Тибқи адабиёти манбаъ, часпиши MKPC ба сатҳҳое чун пӯлод ё санг низ метавонад аз сементи оддии Portland чанд маротиба баландтар бошад. Ин хосиятҳо барои таъмири босуръати роҳ, таъмири сатҳи бетон, рӯйпӯши муҳофизатӣ, баъзе татбиқҳои иммобилизатсияи партовҳо ва таъмирҳои махсуси муҳандисӣ муҳиманд.

Бо вуҷуди ин, рушди босуръати мустаҳкамӣ маънои онро надорад, ки микросохтор бенуқсон аст. Дар MKPC-и сахтшуда метавонанд ковокиҳои ба ҳам пайваст, фосилаҳои байни кристаллҳои қабатии struvite-K, минтақаҳои гели фосфати аморфӣ ва зарраҳои MgO-и реаксиянакарда ҳамзамон вуҷуд дошта бошанд. Ин сохтори гетерогенӣ метавонад гузариши ионҳо ва мушкилоти устувории дарозмуддатро осон кунад.

Ҳадафи нано-модификатсия чист?

Ғояи асосии иловаҳои наномиқёсӣ ин аст, ки зарраҳои хурдтар метавонанд фосилаҳои байни донаҳои калонро пур кунанд, сатҳҳои васеъеро таъмин намоянд, ки дар онҳо маҳсулоти нави гидрататсия ба вуҷуд омада метавонанд, ва тақсимшавии фазоии маҳсулоти гидрататсияро тағйир диҳанд.

Аммо ҳамаи нанозарраҳо яксон рафтор намекунанд. Nano-SiO₂ аз сабаби масоҳати баланди сатҳ ва реактивияти химиявӣ дар системаҳои сементӣ васеъ омӯхта шудааст; вале он метавонад дар муҳити фосфатии турш дар реаксияҳо иштирок кунад ва рафтори дисперсия/агломератсия ба натиҷаҳо таъсир расонад.

Nano-Fe₂O₃ бошад, аз сабаби устувории химиявӣ ва андозаи хурди зарраҳояш метавонад роҳи дигареро барои модификатсия пешниҳод кунад. Саволи асосии ин таҳқиқот он аст, ки NF дар MKPC танҳо ҳамчун пуркунандаи холигӣ амал мекунад ё не, оё гидрататсияро низ метезонад ва ин тағйирот бо мустаҳкамии макроскопӣ чӣ гуна алоқаманданд.

Nano-Fe₂O₃ MKPC-ро Чӣ Гуна Мустаҳкам Мекунад?

Тибқи натиҷаҳои манбаъ, мустаҳкамшавӣ бо nano-Fe₂O₃-ро ба як механизми ягона нисбат додан мумкин нест; иловаи NF ҳамроҳ бо қуллаи барвақттари гармии гидрататсия, шабакаи бештар рушдёфтаи маҳсулоти гидрататсияи фосфатӣ, камшавии ковокиҳои калон, матритсаи зичтар ва ҷавоби механикии маҳаллии ҳамҷинстар мушоҳида мешавад, аммо саҳмҳои ҷудогонаи нуклеатсияи гетерогенӣ ва пуркунии физикӣ мустақиман ба таври миқдорӣ чен карда нашудаанд.

Қабати якум: тезшавии гидрататсияи барвақтӣ

Дар калориметрияи изотермӣ MKPC-и холис, NS-MKPC ва NF-MKPC дар давоми се соати аввал муқоиса шуданд. Ҳамаи омехтаҳо дар марҳилаи аввал болоравии босуръати ҷараёни гармӣ ва пас аз он коҳишро нишон медиҳанд.

Ҷараёни гармии қуллаи NF-MKPC:

148 mW/g, тақрибан 0,1 соат.

Барои муқоиса:

• MKPC-и холис: тақрибан 110 mW/g;
• NS-MKPC: тақрибан 140 mW/g;
• NF-MKPC: тақрибан 148 mW/g.

Ҳам баланд ва ҳам барвақт будани қуллаи NF нишон медиҳад, ки марҳилаҳои аввали реаксия тез шудаанд. Муҳаққиқон бар онанд, ки ин метавонад бо он вобаста бошад, ки масоҳати баланди махсуси сатҳи нанозарраҳо барои маҳсулоти гидрататсия сатҳҳои иловагии нуклеатсия фароҳам меорад.

Аммо ҳадди ин тафсир муҳим аст: таҳқиқот ташаккули ядроҳоро мустақим тасвир накардааст ё суръати нуклеатсияро бо таҷрибаи алоҳида чен накардааст. Аз ин рӯ ибораи «NF ҳатман тавассути нуклеатсияи гетерогенӣ амал мекунад» аз он чизе, ки манбаъ дастгирӣ мекунад, қавитар мебуд.

Қабати дуюм: пешрафти табдили фаза

Дар дифрактограммаҳои XRD қуллаҳои хоси MgO дар атрофи тақрибан 43° ва 62,3° дар ҳамаи системаҳо бо синни сахтшавӣ коҳиш ёфтаанд; қуллаҳои маҳсулоти гидрататсияи struvite-K дар атрофи тақрибан 21°, 30° ва 32° қавитар шудаанд.

NF-MKPC дар синну солҳои муқоисашаванда қуллаҳои пасттари MgO ва қуллаҳои равшантари struvite-K нишон дод. Дар намунаҳои дорои NF инчунин дар атрофи тақрибан 24° сигнали заифе мушоҳида шуд, ки ба Fe₂O₃ нисбат дода мешавад.

Ин мушоҳида бо тафсире мувофиқ аст, ки MgO-и ибтидоӣ ба дараҷаи бештар ба маҳсулоти гидрататсия табдил ёфтааст; аммо XRD танҳо ҳамаи роҳҳои реаксияро муайян намекунад.

Қабати сеюм: FTIR ва таҳлили гармӣ

Дар спектрҳои FTIR ларзишҳои O–H дар атрофи тақрибан 2931 ва 1675 cm⁻¹, гурӯҳҳои фосфатӣ дар атрофи тақрибан 1016 cm⁻¹, ларзишҳои Mg–O дар атрофи тақрибан 568 cm⁻¹ мушоҳида шуданд.

Дар NF-MKPC дар атрофи тақрибан 428 cm⁻¹ банди иловагӣ ёфт шуд, ки ба Fe–O нисбат дода мешавад. Манбаъ ин бандро бештар ҳамчун нишонаи хоси фазаи иловашудаи nano-Fe₂O₃, на маҳсулоти нави гидрататсия, тафсир мекунад.

Дар таҳлили TG/DTG талафоти асосии масса дар поёни 200 °C, талафоти дуюми сусттар байни 200–800 °C рух додааст. Дар DSC дар диапазони 100–150 °C ҳодисаи равшани эндотермӣ ва дар ҳароратҳои баландтар ҳодисаҳои иловагии гармӣ мушоҳида мешаванд.

Муаллифон ба таври возеҳ қайд мекунанд, ки натиҷаҳои гармӣ бо тағйироти миқдор ва ҳолати сохтории маҳсулоти гидрататсия мувофиқанд, аммо TG/DSC танҳо наметавонад роҳи мушаххаси реаксияро исбот кунад.

Қабати чорум: микросохтори зичтар

Дар тасвирҳои SEM ва BSE дар 3 соат дар ҳамаи системаҳо донаҳои боқимондаи MgO, холигиҳо ва маҳсулоти канда-кандаи гидрататсия мушоҳида шуданд.

Дар 7 рӯз ҳамаи сохторҳо зичтар шуданд, миқдори MgO-и боқимонда кам шуд ва маҳсулоти гидрататсия минтақаҳои байни зарраҳоро пайвастатар пур кардан оғоз намуданд.

Дар 28 рӯз дар намунаҳо шабакаҳои зич ва ба ҳам пайвасти сеченакаи маҳсулоти гидрататсия ба вуҷуд омаданд; ҳамбастагии фазоии тақсимшавии Mg ва P афзоиш ёфт.

NF-MKPC махсусан бо матритсаи зичтар ва тақсимшавии ҳамҷинстари Fe фарқ кард. Аммо тасвирҳои SEM/EDS саҳми нисбии пуркунии физикӣ ва нуклеатсияро ҷудогона чен карда наметавонанд.

Қабати панҷум: майдашавии сохтори ковокӣ

Дар таҳқиқот ковокиҳо барои MIP бо синфҳои зерин баррасӣ шудаанд:

Дар MKPC-и холис ҳиссаи макроковокиҳо дар 3 соат тақрибан %35 буд ва дар 28 рӯз то %15 коҳиш ёфт.

Дар NF-MKPC макроковокиҳо аллакай дар марҳилаи барвақтӣ дар сатҳи пасттар ҳастанд:

Дар 28 рӯз ҳиссаи мезоковокиҳои 20–50 nm-и NF-MKPC тақрибан %44 аст.

Оё Nano-Fe₂O₃ ва Nano-SiO₂ дар MKPC Яксон Амал Мекунанд?

Не. Таҳқиқот нишон медиҳад, ки гарчанде ду нано-модификатор қисман натиҷаҳои муштарак медиҳанд, эволютсияи гидрататсия ва ковокии онҳо фарқ мекунад: NF бо ҷавоби гармии ибтидоии барвақттар ва қавитар, NS бошад махсусан дар синни дер бо бартарӣ пайдо кардани синфи ковокиҳои 20–50 nm ва қариб пурра аз байн рафтани макроковокиҳо фарқ мекунад.

Фарқи гидрататсияи барвақтӣ

NF-MKPC бо 148 mW/g баландтарин ва барвақттарин қулларо дод, дар ҳоле ки NS-MKPC қуллаи тақрибан 140 mW/g-ро дертар нишон дод.

Дар NS-MKPC баъд аз қуллаи асосӣ ҷудошавии гармии дарозмуддаттар мавҷуд аст. Манбаъ ин фарқро ба таъсири мутақобилаи гуногуни nano-SiO₂ ва nano-Fe₂O₃ бо муҳити фосфатӣ нисбат медиҳад.

Фарқи эволютсияи ковокӣ

NS-MKPC дар 7 рӯз ҳиссаи макроковокиҳои >100 nm-ро то тақрибан %5 коҳиш дода, синфи 20–50 nm-ро то тақрибан %60 зиёд кардааст. Дар 28 рӯз макроковокиҳо қариб пурра аз байн рафта, ковокиҳои 20–50 nm тақрибан %55 ва ковокиҳои <20 nm тақрибан %38-ро ташкил карданд.

NF-MKPC бошад дар синни барвақтӣ нисбат ба MKPC-и холис бо ҳиссаи пасттари макроковокиҳо оғоз карда, дар 28 рӯз то тақрибан %11 коҳиш ёфт.

Аз ин рӯ манбаъ ба таври равшан мегӯяд, ки ҳеҷ як нано-модификаторро дар ҳамаи андозаҳои майдашавии ковокӣ «ба таври умумӣ бартар» ҳисобидан мумкин нест.

Хондани эҳтиёткоронаи муқоисаи мустаҳкамӣ

Афзоиши мустаҳкамии NF-MKPC нисбат ба MKPC-и холис равшан аст. Бо вуҷуди ин, манбаъ дар Figure 5 натиҷаҳои қаблан нашршудаи NS-MKPC-ро низ нишон медиҳад.

Аз ин рӯ NF-MKPC мувофиқи Figure 5-и манбаъ аз рӯи мустаҳкамии мутлақи фишорӣ аз NS-MKPC баландтар нест.

Дар мустаҳкамии хамишӣ бошад, NS-MKPC дар 3 соат баландтар аст, аммо NF-MKPC дар 1, 7 ва 28 рӯз арзишҳои баландтар нишон медиҳад.

Аз ин рӯ ибораи “NF-MKPC exhibited the highest strength growth” дар қисми натиҷаҳои манбаъ набояд чунин тафсир шавад, ки мустаҳкамии мутлақи фишорӣ аз ҳамаи системаҳо баландтар аст. Verianla арзишҳои ченшудаи Figure 5-ро ҳамчун source-of-truth-и афзалиятнок нигоҳ медорад.

Харитасозии Raman чӣ илова кард?

Дар харитасозии Raman минтақаҳои вобаста ба MgO, маҳсулоти кристаллии гидрататсия ва матритсаи аморфии аз фосфат бой бо минтақаҳои алоҳидаи спектралӣ пайгирӣ шуданд.

Дар 3 соат дар MKPC-и холис фазаҳои аморфӣ ва минтақаҳои васеи MgO бартарӣ доштанд, дар ҳоле ки дар модификатсияи NS ва NF минтақаҳои маҳсулоти кристаллии гидрататсия равшантар шуданд.

Дар 7 ва 28 рӯз NS-MKPC ва NF-MKPC минтақаҳои кристаллии бештар пайваст ва матритсаи аморфии ҳамҷинстар нишон доданд. Дар MKPC-и холис ҳатто дар 28 рӯз ҷамъшавиҳои равшантари MgO боқӣ монданд.

Наноиндентатсия микросохторро чӣ гуна бо хосияти механикӣ пайваст кард?

Наноиндентатсия усули тавсифи механикӣ мебошад, ки сахтӣ ва модули чандирии маҳаллиро дар минтақаҳои муайяни мавод дар миқёси микрометр чен мекунад. Барои ин таҳқиқот дар намунаҳое, ки ноҳамвории сатҳашон то зери 50 nm кам карда шуда буд, дар тартиби 6 × 6 ҷамъ 36 нуқтаи ченкунӣ истифода шуд.

Чуқурии индентатсия 2 µm, масофаи байни нуқтаҳо 80 µm аст.

Дар 3 соат дар MKPC-и холис ҳиссаи минтақаҳои дорои ҷавоби пасти механикӣ бештар буд, дар ҳоле ки дар системаҳои нано-модификатсияшуда минтақаҳои дорои ҷавоби баланд афзоиш ёфтанд.

Барои NF-MKPC:

Танг шудани тақсимот ва кам шудани минтақаҳои камсамар нишон медиҳад, ки гетерогении механикӣ дар дохили матритса коҳиш ёфтааст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Ашёи хом

Барои пайвандкунандаи MKPC-и холис ҷузъҳои асосӣ оксиди магнийи дар ҳарорати баланд пухташуда (dead-burnt magnesium oxide, DBM), KH₂PO₄ бо тозагии таҳлилӣ, оби деионизатсияшуда ва бура (Na₂B₄O₇·10H₂O) буданд.

Зичии DBM 3,46 g/cm³ ва таркиби химиявии он мувофиқи Table 1-и манбаъ:

Андозаи миёнаи зарраҳои nano-Fe₂O₃ 20 nm, зичии тӯдагӣ 0,85–1,05 g/cm³ ва тозагӣ %99,9 мебошад.

Омехтаи истинодии MKPC-и холис

Омодасозии намуна

Ҳангоми омода кардани MKPC-и холис KH₂PO₄ ва бура аввал бо суръати 150 r/min барои 30 сония омехта шуданд, сипас DBM илова шуда, бо ҳамон суръат боз 30 сония омехта гардид. Пас аз иловаи оби деионизатсияшуда омехтани 30 сония бо 150 r/min идома ёфт; баъд аз харошида гирифтани деворҳои зарф омехта бо 290 r/min барои 60 сония ҳамҷинс карда шуд.

Барои NF-MKPC NF дар нисфи оби умумӣ таҳти коркарди ултрасадоии 400 W барои 10 дақиқа дисперсия карда шуд. Суспензияи NF ба омехтаи хушк илова шуда, оби боқимонда баъдан ворид гардид.

Барои озмоишҳои хамишӣ намунаҳои призмавии 160 × 40 × 40 mm ва барои озмоишҳои фишорӣ намунаҳои кубии 40 × 40 × 40 mm омода карда шуданд.

Намунаҳо фавран пас аз рехтан ба ларзиш дучор шуданд, пас аз 30 дақиқа аз қолаб бароварда шуда, дар шароити 20 ± 5 °C ва %60 ± 5 намии нисбӣ сахт карда шуданд.

Тарҳи таҷрибавии ортогоналӣ

Дар манбаъ омили M/P дар як нуқтаи қисми натиҷаҳо бо ибораи “dibasic magnesium phosphate” шарҳ дода шудааст; аммо таърифи ашёи хом, Table 1 ва тарҳи таҷриба нишон медиҳанд, ки DBM dead-burnt magnesium oxide аст. Ин фарқи истилоҳӣ бояд ҳамчун хатои эҳтимолии навишт дар дохили манбаъ арзёбӣ шавад.

Чаро Вояи %4 Nano-Fe₂O₃ Афзал Дониста Шуд?

NF/M = %4 барои он интихоб шуд, ки дар диапазони омӯхташудаи %2–%6 аз рӯи таҳлили умумии диапазон ва миёнаи ҷавобҳои механикӣ беҳтарин тавозунро дод; иловаи %6 NF мустаҳкамиро пайваста зиёд накард ва дар баъзе натиҷаҳои мустаҳкамии фишории барвақтӣ коҳиш ба вуҷуд овард, аммо ин интихоб оптимуми универсалие нест, ки барои ҳамаи омилҳо дар сатҳи аҳамиятнокии %5 тасдиқ шуда бошад.

Таъсири омилҳо дар таҷрибаи ортогоналӣ

Барои мустаҳкамии фишории 3-соата калонтарин диапазон дар омили B/M тақрибан 8,863 MPa муайян шуд.

Дар мустаҳкамии фишории 1-рӯза омили W/C калонтарин диапазонро дорад.

Дар мустаҳкамии хамишии 3-соата ва 1-рӯза омили M/P баландтарин дараҷаи таъсирро нишон дод.

Дар таҳлили ANOVA бо хатои якҷояшуда танҳо таъсири M/P ба мустаҳкамии хамишии 3-соата аз ҷиҳати оморӣ аҳамиятнок аст:

\[ p=0.018 \]

Гарчанде омилҳои дигари бартаридошта дар ҷавобҳои механикии худ пасттарин арзишҳои p-ро ба вуҷуд оварданд, шарти \(p<0.05\)-ро қонеъ накарданд.

Муодилаи мустаҳкамии фишорӣ

Муодилаи манбаъ (1):

\[ R_c=\frac{F_s}{A} \tag{1} \]

Дар ин ҷо \(R_c\) мустаҳкамии фишорӣ буда, бо MPa ифода мешавад. \(F_s\) бори қуллаи фишорӣ дар лаҳзаи шикаст буда, бо N ифода мешавад. \(A\) масоҳати буриши боршуда буда, бо mm² ифода мешавад.

Азбаски N/mm² мустақиман ба MPa баробар аст, муодила аз ҷиҳати андозавӣ мутобиқ мебошад.

Муодилаи мустаҳкамии хамишӣ

Муодилаи манбаъ (2):

\[ R_f=\frac{1.5F_fL}{b^3} \tag{2} \]

Дар ин ҷо \(R_f\) мустаҳкамии хамишӣ (MPa); \(F_f\) бори шикаст (N); \(L\) фосилаи байни такягоҳҳо (mm); \(b\) бошад дарозии паҳлӯи буриши мураббаъ мебошад ва дар ин таҷриба 40 mm аст.

Дар муодила афзоиши бор ва фосила шиддати ҳисобшудаи хамиширо зиёд мекунад, дар ҳоле ки дараҷаи сеюми андозаи буриши мураббаъ дар махраҷ қарор дорад ва аз ин рӯ андозаи намуна ба натиҷа таъсири қавӣ мерасонад.

Шароити озмоишҳои механикӣ

Барои ҳар як омехта се намуна санҷида шуд. Стандарти GB/T 17671-2021 риоя гардид; суръати боргузорӣ дар озмоиши фишорӣ 2400 N/s ва дар озмоиши хамишӣ 50 N/s буд.

Рушди мустаҳкамӣ

Афзоиши мустаҳкамии фишории 3-соатаи NF-MKPC нисбат ба MKPC-и холис %40,5, афзоиши мустаҳкамии фишории 28-рӯза %42,1 ва афзоиши мустаҳкамии хамишии 28-рӯза %34,8 мебошад.

Шароити XRD

XRD дар ҳолати сканкунии пайваста дар диапазони 2θ = 5–80° ва бо суръати сканкунии 10°/дақиқа анҷом дода шуд.

TG/DTG ва DSC

Тақрибан 25 mg намуна аз 50 °C то 1000 °C дар атмосфераи нитроген ва бо суръати 10 °C/дақиқа гарм карда шуд.

FTIR

Спектрҳои FTIR дар диапазони 4000–400 cm⁻¹ ҷамъоварӣ шуданд.

Харитасозии Raman

Спектрҳои Raman дар диапазони 1800–400 cm⁻¹, бо қувваи лазерии %10, экспозитсияи 10 сония ва шарти як ҷамъоварӣ чен карда шуданд.

Масоҳати харитасозӣ 40 × 40 µm², қадами фазоӣ 2 µm мебошад. Барои ҳар як намуна дар тартиби 21 × 21 ҷамъ 441 нуқтаи ченкунӣ гирифта шуд.

SEM/EDS ва BSE

Намунаҳо пеш аз мушоҳида дар 50 °C барои 24 соат дар вакуум хушк, сайқал, бо ултрасадо тоза ва бо қабати карбон пӯшонида шуданд.

Ченкуниҳои SEM/EDS дар шиддати тезонандаи 5–15 kV; тасвиргирии BSE дар 15 kV анҷом дода шуд.

MIP

Барои MIP аз намунаҳои дар 3 соат, 7 рӯз ва 28 рӯз сахтшуда тақрибан 1,5–2 g порчаҳо гирифта, дар вакуум хушк ва дегазатсия карда шуданд.

Бо истифода аз воридшавии симоб ба системаи ковокӣ таҳти фишори назоратшаванда ковокии умумӣ, тақсимоти андозаи ковокӣ ва ҳаҷми кумулятивии ковокӣ муайян карда шуд.

Муодилаҳои наноиндентатсия

Муодилаи манбаъ (3) модули индентатсияро аз сахтии борфарорӣ ва масоҳати тамоси проексионӣ ҳисоб мекунад:

\[ E=\beta\frac{S}{2\sqrt{A}}\sqrt{\pi} =\beta\frac{dP/dh}{2\sqrt{A}}\sqrt{\pi} \tag{3} \]

Дар ин ҷо \(E\) модули индентатсия (GPa), \(S=dP/dh\) сахтии борфарорӣ, \(A\) масоҳати тамос ва \(\beta=1.034\) коэффисиенти ислоҳӣ вобаста ба геометрияи индентер мебошад.

Муодилаи манбаъ (4):

\[ \frac{1}{E} = \frac{1-\nu_1^2}{E_1} + \frac{1-\nu_2^2}{E_2} \tag{4} \]

\(\nu_1\) ва \(\nu_2\) коэффисиентҳои Пуассони индентери Berkovich ва намуна; \(E_1\) ва \(E_2\) модулҳои чандирии онҳоро ифода мекунанд.

Муодилаи манбаъ (5) сахтиро ҳисоб мекунад:

\[ H=\frac{P_0}{A} \tag{5} \]

Дар ин ҷо \(H\) сахтӣ (GPa), \(P_0\) бори максималии индентатсия ва \(A\) масоҳати тамоси проексионӣ мебошад.

Нақши илмии расмҳои манбаъ

Оё Ин Таҳқиқот Исбот Мекунад, ки NF-MKPC Дар Саҳро Умри Дароз Дорад?

Не. Таҳқиқот натиҷаҳои гидрататсия, мустаҳкамии механикӣ, сохтори ковокӣ ва микросохторро дар миқёси лабораторӣ пешниҳод мекунад; азбаски яхбандӣ–обшавӣ, таъсири сулфат, таъсири дарозмуддати об, устувории андозавӣ ва кори дарозмуддат дар шароити воқеии саҳроӣ мустақим озмоиш нашудаанд, татбиқҳои муҳандисӣ бояд ҳамчун соҳаҳои эҳтимолии истифода арзёбӣ шаванд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

Иловаи NF дар шароити омехтаи омӯхташуда ҳам мустаҳкамии фишорӣ ва ҳам хамишии MKPC-и холисро зиёд кардааст.

NF-MKPC қуллаи барвақттар ва баландтари ҷараёни гармии гидрататсияро нишон дод.

Натиҷаҳои XRD, FTIR ва Raman бо он мувофиқанд, ки рушди маҳсулоти гидрататсия дар NF-MKPC нисбат ба MKPC-и холис пешрафтатар аст.

Ҳиссаи ковокиҳои калони NF-MKPC бо вақти сахтшавӣ кам шуд.

Арзишҳои сахтӣ ва модули чандирии маҳаллии NF-MKPC дар синни дертарини сахтшавӣ боло рафтанд ва тақсимоти ҷавоби механикӣ ҳамҷинстар шуд.

Нишон дода шуд, ки NF ва NS микросохтори MKPC-ро яксон тағйир намедиҳанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

Исбот нашудааст, ки мустаҳкамкунии NF танҳо аз нуклеатсияи гетерогенӣ сар мезанад.

Тағйир додани сарфи ионҳои фосфат аз ҷониби NF ва NS бо ченкунии мустақими ҳалшавӣ/озодшавии ион муайян карда нашудааст.

Дараҷаи агломератсияи NF дар вояҳои баланд ба таври миқдорӣ чен карда нашудааст.

%4 NF/M барои ҳамаи таркибҳои MKPC оптимуми универсалӣ нест.

Бартарии NF-MKPC аз NS-MKPC дар ҳамаи хосиятҳои механикӣ аз ҷониби Figure 5 дастгирӣ намешавад.

Намунаҳои роҳ ва рӯйпӯш дар Figure 1 валидасияи воқеии саҳроии ин таркиби NF-MKPC нестанд.

Яхбандӣ–обшавӣ, муқовимат ба сулфат, тобоварӣ ба об ва кори дарозмуддати хизматӣ исбот нашудаанд.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот

Ҳалшавӣ ва озодшавии ион: Азбаски консентратсияҳои Mg, P, Si ва Fe дар фазаи маҳлул мустақим чен карда нашудаанд, саҳми NF ва NS ба химияи реаксия дақиқ ҷудо карда нашудааст.

Тақсимоти нанозарраҳо: Бо вуҷуди истифодаи дисперсияи ултрасадоӣ, дараҷаи агломератсияи NF бо тавсифи миқдории сеченака чен карда нашудааст.

Ҷудокунии механизмҳо: Саҳмҳои алоҳидаи нуклеатсияи гетерогенӣ, пуркунии физикӣ, афзоиши маҳсулоти гидрататсия ва таъсири дисперсия ба таври миқдорӣ муайян карда нашудаанд.

Устувории дарозмуддат: Яхбандӣ–обшавӣ, таъсири сулфат, ғӯтондан дар об ва дигар шароити муҳити хашин озмоиш нашудаанд.

Миқёси саҳроӣ: Аз намунаҳои лабораторӣ то системаи таъмири саҳроӣ калон кардани миқёс анҷом дода нашудааст.

Ҳадди оптимизатсияи оморӣ: Дар аксари омилҳои тарҳи ортогоналӣ арзиши p аз 0,05 поён нарафтааст; аз ин рӯ тартиби омилҳо бо қатъияти оморӣ омехта карда нашавад.

Таҳқиқоти оянда

Манбаъ тавсия медиҳад, ки дар баробари калориметрия консентратсияҳои ҳалшудаи Mg, P, Si ва Fe чен карда шаванд; тақсимоти нанозарраҳо бо таҳлили миқдории тасвир ё тавсифи сеченака муайян карда шавад; таҳлилҳои махсуси фаза ва интерфейс анҷом дода шаванд ва оптимизатсияи васеътари омехта татбиқ гардад.

Пеш аз татбиқи амалӣ бояд озмоишҳои устуворӣ, аз қабили таъсири дарозмуддати об, яхбандӣ–обшавӣ, ҳамлаи сулфат ва устувории андозавӣ анҷом дода шаванд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Таҳқиқоти аслӣ: Strengthening Mechanisms and Microstructure Evolution of Magnesium Potassium Phosphate Cement Modified by Nano-Fe2O3 and Nano-SiO2

Муаллифон: Yinuo Qiu; Fei Liu; Yunxi Xu; Shiyu Li; Changjun Zhou; Baofeng Pan; Baomin Wang.

Муаллифи масъул: Fei Liu.

Муассисаҳо: School of Infrastructure Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, China; Yunnan Provincial Comprehensive Transportation Development Center, Kunming, China; Liaoning Provincial Transportation Development Center, Shenyang, China.

Маҷалла: Buildings.

Ношир/платформа: MDPI.

Сабти библиографӣ: Buildings, 2026, 16(17), Article 3540.

DOI: 10.3390/buildings16173540.

Раванди нашр: Гирифта шуд 31 июл 2026; бозбинӣ 1 сентябр 2026; қабул 3 сентябр 2026; нашр 5 сентябр 2026.

Навъи манбаъ: Таҳқиқоти таҷрибавии масолеҳи сохтмонӣ дар миқёси лабораторӣ, ки аз тақризи ҳамтоён гузашта ва нашр шудааст.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).

Маводи асосӣ: Сементи фосфати магний-калий (MKPC).

Нано-модификаторҳо: Nano-Fe₂O₃ (NF) ва nano-SiO₂ (NS).

Хусусиятҳои NF: Андозаи миёнаи зарра 20 nm; тозагӣ %99,9; зичии тӯдагӣ 0,85–1,05 g/cm³.

Тағйирёбандаҳои омехта: M/P, W/C, B/M ва NF/M.

Сатҳҳои NF/M: %2, %4 ва %6.

Таносуби афзалиятноки NF/M: Дар фазои таҷрибавии омӯхташуда %4; бар таҳлили диапазон ва миёна асос ёфтааст.

Маълумоти муқоисавӣ: Намунаҳои NS-MKPC дар ҳамон маъракаи таҷрибавӣ ва дар ҳамон шароит бо NF-MKPC омода ва озмоиш карда шуданд, аммо натиҷаҳои NS қаблан нашр шудаанд.

Стандарти озмоиши механикӣ: GB/T 17671-2021.

Суръати боргузории фишорӣ: 2400 N/s.

Суръати боргузории хамишӣ: 50 N/s.

Шароити сахтшавӣ: 20 ± 5 °C; %60 ± 5 намии нисбӣ.

Усулҳои тавсиф: Калориметрияи изотермӣ, XRD, FTIR, TG/DTG, DSC, SEM/EDS, BSE, MIP, харитасозии Raman ва наноиндентатсия.

Харитасозии Raman: 40 × 40 µm²; фосила 2 µm; 21 × 21 = 441 нуқтаи ченкунӣ.

Наноиндентатсия: 36 нуқта, 6 × 6 grid; чуқурӣ 2 µm; фосилаи нуқтаҳо 80 µm.

Натиҷаи асосии механикии NF-MKPC: Мустаҳкамии фишорӣ 38,63 MPa дар 3 соат ва 81,26 MPa дар 28 рӯз; мустаҳкамии мувофиқи хамишӣ 6,61 ва 11,22 MPa.

Натиҷаи асосии гидрататсия: Ҷараёни гармии қуллаи NF-MKPC тақрибан 148 mW/g ва вақти қулла тақрибан 0,1 соат аст.

Натиҷаи асосии микромеханикӣ: NF-MKPC дар 28 рӯз ба сахтии тақрибан 4,94 GPa ва модули чандирии 88,8 GPa расид.

Ёддошти истилоҳии дохили манбаъ: DBM дар қисми ашёи хом ҳамчун dead-burnt magnesium oxide таъриф шудааст, дар ҳоле ки дар як нуқтаи қисми таҳлили ортогоналӣ ҳамчун “dibasic magnesium phosphate” кушода шудааст. Таркиби мавод нишон медиҳад, ки DBM MgO аст.

Ёддошти муқоисаи механикии дохили манбаъ: Дар қисми натиҷаҳо барои NF-MKPC ибораи “highest strength growth” истифода шудааст; аммо дар Figure 5 мустаҳкамии мутлақи фишории NS-MKPC дар ҳамаи чор синни сахтшавӣ аз NF-MKPC баландтар аст. Аз ин рӯ набояд хулоса кард, ки NF дар ҳамаи меъёрҳои механикӣ аз NS бартар аст.

Маблағгузорӣ: Youth Fund Project of National Natural Science Foundation of China, Grant 52408238; China Postdoctoral Science Foundation, Grants 2024M760330 ва 2025T180889; Postdoctoral Fellowship Program of CPSF, Grant GZB20250751; Natural Science Foundation of Liaoning Province, Grant 2025-BS-0031.

Дастрасии маълумот: Маълумоти пешниҳодшуда дар таҳқиқот бо дархости асоснок аз муаллифи масъул дастрас карда мешавад.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон бархӯрди манфиатҳоро гузориш накардаанд.

Саҳми муаллифон: Yinuo Qiu: консептуализатсия, тарҳи аввал, нармафзор, куратсияи маълумот. Fei Liu: консептуализатсия, усул, бозбинӣ, назорат, таҳқиқот ва ҷалби маблағгузорӣ. Yunxi Xu: таҳлили формалӣ ва нармафзор. Shiyu Li: таҳлили формалӣ ва бозбинии навишта. Changjun Zhou: назорат ва бозбинии навишта. Baofeng Pan: назорат ва визуализатсия. Baomin Wang: таҳқиқот.

Ҳадди асосии тафсир: Нуклеатсияи гетерогенӣ ва пуркунии физикӣ механизмҳои эҳтимолии якҷояи мустаҳкамкунӣ мебошанд; саҳмҳои алоҳидаи онҳо мустақиман ба таври миқдорӣ муайян карда нашудаанд. Натиҷаҳо дар миқёси мавод ва лаборатория мебошанд; кори дарозмуддати саҳроӣ тасдиқ нашудааст.

Ёддошти ҳуқуқи муаллиф ва истифодаи дубора: Мақола бо иҷозатномаи CC BY нашр шудааст. Матни Verianla тарҷумаи механикии туркии таҳқиқоти манбаъ нест; он бо ҳифзи арзишҳои ченкунӣ, шароити таҷрибавӣ, маънои илмии расмҳо, натиҷаҳо ва маҳдудиятҳо дар сохтори мустақили таълимӣ аз нав таҳия шудааст. Микрографҳои воқеии таҷрибавӣ, ба монанди SEM/BSE/EDS, набояд бо зеҳни сунъии тавлидӣ тақлид карда шаванд; графикҳои миқдорӣ ва схемаҳои механизм бошанд метавонанд аз маълумоти манбаъ ба таври аслӣ аз нав кашида шаванд.