Ushbu tadqiqot beton karbonatlanishida harorat faqat reaksiyani tezlashtiruvchi bir yo‘nalishli ekologik omil emasligini; uning ta’siri qaysi gidrat reaksiyani boshqarayotganiga va karbonatlanish qaysi vaqt bosqichida ekaniga qarab o‘zgarishi mumkinligini ko‘rsatadi. Tadqiqotchilar beton ichidagi karbonat angidrid tashilishining ta’sirini katta darajada bartaraf etish uchun oddiy Portland sementi asosidagi N va 45% maydalangan domna shlagi tutgan BB sement xamirlarini 63 µm dan kichik zarrachalargacha maydalagan; namunalarni 5% CO₂, 60% nisbiy namlik hamda 10, 20, 30 yoki 60 °C sharoitida 24 soatgacha karbonatlantirgan.

Karbonatlanishning dastlabki ikki soatini qamrab olgan I-fazada harorat oshgani sari reaksiya tezligi ko‘tarilgan. Ayniqsa 60 °C da juda tez boshlang‘ich reaksiya kuzatilgan; biroq bu sharoitda massa ortishi taxminan ikki soatdan keyin katta darajada sekinlashgan. Aksincha, pastroq haroratlarda karbonatlanish sekinroq boshlangan, ammo uzoqroq davom etgan. Tadqiqotchilar 2–6 soat oralig‘ini o‘tish sohasi bo‘lgan II-faza, 6–24 soat oralig‘ini esa III-faza deb belgilagan. Kech bosqichda Ca(OH)₂ miqdorida juda kam qo‘shimcha o‘zgarish kuzatilgan, C-S-H karbonatlanishi esa davom etgan; shu tariqa uzoq muddatli harorat javobining asosiy belgilovchisi portlanditdan ko‘ra C-S-H ekani xulosasiga kelingan.

Har ikkala sement tizimida ham kalsit va vaterit hosil bo‘lgan. Aragonit faqat N tizimida aniq kuzatilgan va yuqori haroratlarda yanada yaqqol bo‘lgan. BB namunalari N ga nisbatan karbonatlanishdan so‘ng ko‘proq C-S-H ni saqlab qolgan, kalsit hosil bo‘lishi sustroq va vaterit hosil bo‘lishi kuchliroq bo‘lgan. Bu natijalar domna shlagi qo‘shilishi nafaqat karbonatlanish tezligini, balki hosil bo‘ladigan CaCO₃ fazalarining taqsimotini ham o‘zgartirishini ko‘rsatadi.

Turkiya nuqtayi nazaridan tadqiqot temir-beton inshootlarda karbonatlanish xizmat muddati prognozlarini faqat “harorat oshgani sari karbonatlanish tezlashadi” faraziga asoslash yetarli bo‘lmasligi mumkinligini ko‘rsatadi. Biroq tajribalar 5% CO₂ bo‘lgan tezlashtirilgan muhitda va maydalangan sement xamiri ustida bajarilgani uchun natijalarni Turkiyadagi haqiqiy beton inshootlarning karbonatlanish chuqurligiga bevosita aylantirib bo‘lmaydi. Turkiyadagi turli iqlim hududlari, tabiiy atmosferadagi CO₂ darajasi, yomg‘ir, nisbiy namlik sikllari, beton qoplama qalinligi, yoriqlar, suv/bog‘lovchi nisbatlari va mahalliy sement tarkiblari bilan dala sharoitida tasdiqlash talab etiladi.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

Beton karbonatlanishi vaqtida CO₂ g‘ovak eritmasida eriydi va sement gidratlari bilan reaksiyaga kirishib karbonat birikmalarini hosil qiladi. Bu jarayon betonning yuqori ishqoriyligini kamaytirishi va temir-beton konstruksiyalarda armatura po‘latini himoya qiluvchi passiv qatlamning buzilishiga zamin yaratishi mumkin. Shu sababli karbonatlanish temir-beton inshootlarning uzoq muddatli chidamliligini baholashdagi muhim mexanizmlardan biridir.

Ammo beton ichidagi haqiqiy karbonatlanish rivoji ikki xil jarayon guruhining birgalikdagi natijasidir:

• CO₂ ning beton g‘ovaklari orqali tashilishi va erishi
• Ca(OH)₂, C-S-H va boshqa gidratlarning kimyoviy karbonatlanish reaksiyalari

An’anaviy karbonatlanish chuqurligi tajribalarida bu ikki ta’sirni bir-biridan oson ajratib bo‘lmaydi. Yuqoriroq harorat bir vaqtning o‘zida CO₂ tashilishini, g‘ovak namligini, ionlar harakatchanligini va kimyoviy reaksiyalarni o‘zgartirishi mumkin. Shu sababli beton yuzasidan o‘lchangan karbonatlanish chuqurligining ortishi o‘z-o‘zidan muayyan gidratning kimyoviy reaksiyasi harorat bilan tezlashganini isbotlamaydi.

Tadqiqotning asosiy maqsadi ushbu muammoni kamaytirib, bevosita gidrat reaksiyalariga e’tibor qaratishdir. Namunalar mayda kukun holiga keltirilgan, shu bilan makroskopik beton ichidagi CO₂ diffuziya masofasi katta darajada yo‘qotilgan. Tadqiqot ayniqsa quyidagi savolga javob izlaydi: Turli haroratlarda Ca(OH)₂ va C-S-H ning karbonatlanish tezliklari reaksiya davomiyligi mobaynida qanday o‘zgaradi?

N va BB sement tizimlari nega taqqoslangan?

Ikki xil bog‘lovchi tizim qo‘llanilgan. N ordinary Portland cement asosidagi tizimni, BB esa blast-furnace slag cement Type B tizimini ifodalaydi. BB aralashmasi massa bo‘yicha 55% Portland sementi va 45% maydalangan domna shlagidan tayyorlangan.

BB ning kimyoviy tarkibi N dan sezilarli farq qiladi. N ning CaO miqdori 64,96% bo‘lsa, BB da 41,44%. Aksincha, BB ning SiO₂ miqdori 33,03%, Al₂O₃ miqdori 14,82% va MgO miqdori 6,51%; N da bu qiymatlar mos ravishda 20,94%, 5,45% va 1,50%. Ushbu tarkib farqi boshlang‘ich gidrat taqsimotiga va karbonatlanishdan keyin qaysi CaCO₃ fazalari hosil bo‘lishiga ta’sir qilishi mumkin.

Namunalar nega kukun holiga keltirilgan?

Tadqiqotdagi muhim metodik tanlov — namunalarni karbonatlanishdan oldin maydalashdir. Oddiy beton yoki sement xamiri namunasida tashqi yuzadan ichkariga harakatlanayotgan CO₂ g‘ovak tuzilmasidagi tashilish qarshiligi sabab vaqt o‘tishi bilan sekinlashadi. Bunday holatda o‘lchanadigan karbonatlanish tezligi kimyoviy reaksiya bilan CO₂ diffuziyasining qo‘shma natijasidir.

Ushbu tadqiqotda dastlab taxminan 5 mm li zarrachalar olingan, gidratatsiya reaksiyalari to‘xtatilgach namunalar azot atmosferasidagi qo‘lqopli qutida agat hovonchada maydalangan va 63 µm elakdan o‘tkazilgan. Shunday qilib CO₂ ning uzun g‘ovak yo‘li bo‘ylab yurish zarurati kamaytirilib, o‘lchangan massa o‘zgarishini asosan karbonatlanish reaksiyasiga bog‘lash ko‘zlangan.

Bu usul reaksiya kinetikasini ajratib o‘rganish jihatidan kuchli, biroq aynan shu sababli haqiqiy beton xulqini bevosita ifodalamaydi. Haqiqiy konstruksiya elementida CO₂ ning beton qoplamasi ichidagi tashilishi, namlik taqsimoti va g‘ovak tuzilmasi karbonatlanishning muhim qismlaridir.

Tajriba oldidan gidratatsiya qanday to‘xtatilgan?

Namunalar 24 soat asetonga botirilgan, so‘ng asetonni chiqarish uchun 40 °C da to‘rt soat quritilgan. Keyin 24 soat vakuumli muzlatib quritish bajarilgan va namunalar azot bilan tozalangan eksikatorda saqlangan.

Shundan keyin maydalash ham azot bilan to‘ldirilgan qo‘lqopli qutida amalga oshirilgan. Maqsad karbonatlanish tajribasidan oldin nomaqbul atmosferik CO₂ bilan reaksiyani va davom etayotgan gidratatsiyani imkon qadar cheklash bo‘lgan.

Karbonatlanish tajribasi sharoitlari qanday?

Karbonatlanish gravimetrik suv bug‘i sorbsiya analizatori yordamida bajarilgan. 10-sahifadagi 1-rasmda mikro-tarozi, harorat nazorati, namlagich, nisbiy namlik va harorat zondlari, quruq va nam gaz liniyalari hamda massa oqimi kontrolleri bir tizimda ishlashi ko‘rsatilgan.

Namuna dastlab azot atmosferasi ostida qurilmaga joylashtirilgan va 99,99% tozalikdagi quruq azot bilan harorat-namlik muvozanati ta’minlangan. Massa o‘zgarish tezligi 0,001 mg/min dan pastga tushganda muvozanat yetarli deb qabul qilingan. Ushbu tayyorlash jarayonida o‘lchangan o‘zgarish 1,25 × 10^-4 massa%/min dan past bo‘lgani uchun gidratatsiya ta’siri e’tiborsiz darajada deb faraz qilingan.

Muvozanatlashdan so‘ng azot gazi 5% CO₂ tutgan aralashma bilan almashtirilgan. Gaz konsentratsiyasining maqsad qiymatdan og‘ishi ±0,1% ichida ushlab turilgan.

24 soat oxirida yuqoriroq harorat har doim ko‘proq karbonatlanish hosil qilganmi?

Yo‘q. Bu tadqiqotning eng muhim topilmalaridan biridir. 14-sahifadagi 2-rasmda N va BB namunalarining massa ortishi ko‘rsatilgan. To‘rtala haroratda ham 24 soat oxirida umumiy massa ortishi taxminan 8% atrofida bo‘ladi va yakuniy umumiy massa ortishida sodda, bir yo‘nalishli harorat tartibi mavjud emas.

Biroq egri chiziqlarning shakli juda farq qiladi. 60 °C da karbonatlanish dastlabki ikki soatda nihoyatda tez kechadi, so‘ng massa ortishi juda past darajaga tushadi. 10 va 20 °C da boshlanish sekinroq, ammo reaksiya 24 soatgacha davom etadi. Tadqiqotchilar past haroratlarda karbonatlanish 24 soatdan keyin ham davom etishi mumkinligini qayd etadi.

Demak, taxminan bir xil yakuniy massa ortishiga turli kinetik yo‘llar bilan erishish mumkin. Harorat ta’sirini faqat 24-soatdagi yakuniy massa qiymatiga qarab talqin qilish reaksiya mexanizmini yashiradi.

Nega yuqori haroratda reaksiya avval tezlashib, keyin sekinlashadi?

Tadqiqot yuqori harorat dastlabki bosqichda C-S-H va Ca(OH)₂ reaksiyalarini tezlashtirishini taklif qiladi. Haroratning ortishi ionlar harakatchanligini va reaksiya kinetikasini oshirishi mumkin. Biroq yuqori haroratning ikki ehtimoliy cheklovchi ta’siri mavjud:

• CO₂ ning suvdagi eruvchanligining kamayishi
• Karbonatlanish mahsulotlarining g‘ovaklar yoki reaksiya yuzalarini qoplab, keyingi reaksiyani cheklashi

Ayniqsa CaCO₃ mahsulotlarining reaksiya sohalarida to‘planishi keyingi reaksiyaga qarshi himoya qiluvchi yoki o‘zini berkituvchi qatlam hosil qilishi mumkin. Shu sababli 60 °C sharoiti boshlanishda eng tez reaksiyani ko‘rsatishi, ammo uzoq muddatda pastroq haroratlardan ortda qolishi mumkin.

Karbonatlanish nega uch fazaga ajratilgan?

Tadqiqotchilar massa ortish tezligi, TG-DTA va FT-IR natijalari vaqt davomida bir xil xulq ko‘rsatmasligini aniqlab, karbonatlanish jarayonini uch qismga ajratgan:

II-faza aniq haroratga bog‘liqlik ko‘rsatmagani uchun tadqiqotchilar bu soha mexanizmini batafsil harorat baholashiga kiritmagan va kelajakda alohida o‘rganilishi kerakligini bildirgan.

I-fazada harorat qanday ta’sir ko‘rsatgan?

35 va 36-sahifalardagi 14-rasm va 15-rasm massa ortish egri chizig‘ining 0,1 soatlik intervallarda hosila olinishi orqali hisoblangan karbonatlanish tezligini ko‘rsatadi. I-fazada ham N, ham BB uchun harorat oshgani sari boshlang‘ich karbonatlanish tezligi ortgan. Ayniqsa 30 va 60 °C egri chiziqlari yuqori boshlang‘ich qiymatlarni ko‘rsatadi.

60 °C dagi tezlik juda yuqori boshlansa-da, qisqa vaqt ichida keskin kamayadi. Bu xulq “issiqroq muhit = butun karbonatlanish davomida yuqoriroq reaksiya tezligi” degan sodda yondashuv haqiqiy emasligini aniq ko‘rsatadi.

III-fazada nima o‘zgargan?

Kech bosqichda harorat ta’siri boshlang‘ich bosqichdagidan farq qiladi. N namunasi grafigida past haroratlar karbonatlanish tezligini uzoqroq vaqt saqlab qolishi aniq ko‘rinadi. 60 °C egri chizig‘i esa 24 soatga yaqinlashganda deyarli nolga tushadi.

BB uchun manba matnida bu yerda nomuvofiqlik mavjud. 4.2-bo‘limda harorat tartibi “60 °C > 30 °C > 10 °C > 20 °C” deb yozilgan. Biroq 15-rasmdagi grafik egri chiziqlar III-fazaning muhim qismida taxminan 20 °C > 10 °C > 30 °C > 60 °C tartibini ko‘rsatadi va maqolaning xulosa bo‘limi ham “III-fazada pastroq haroratlar yuqoriroq ko‘rinma karbonatlanish tezligiga olib kelganini” bildiradi. Shu sababli manba ichidagi matn-grafik nomuvofiqligini e’tibordan chetda qoldirmaslik kerak.

Ca(OH)₂ to‘liq karbonatlanganmi?

Yo‘q. TG-DTA natijalarining asosiy topilmalaridan biri — 5% CO₂ ga 24 soat ta’sir etilganiga qaramay, portlanditning muhim qismi namunalar ichida qolgan.

30 va 60 °C da dastlabki bir soat ichida Ca(OH)₂ miqdorida cheklangan kamayish kuzatilgan, ammo keyingi soatlarda sarflanish katta darajada to‘xtagan yoki juda past darajaga tushgan. Aksincha, CaCO₃ miqdori ortishda davom etgan.

Bu ikki topilmaning birgalikda kuzatilishi hosil bo‘lgan barcha CaCO₃ faqat portlandit karbonatlanishidan kelib chiqmasligini ko‘rsatadi. Tadqiqotchilar qolgan karbonat hosil bo‘lishida ayniqsa C-S-H karbonatlanishi muhim rol o‘ynaydi degan xulosaga kelgan.

Nega C-S-H tadqiqot markazida?

C-S-H gidratlangan Portland sementining asosiy bog‘lovchi fazalaridan biridir. Karbonatlanish vaqtida C-S-H dan kalsiy ajraladi; boshqacha aytganda dekaltsifikatsiya sodir bo‘ladi. Ajralgan kalsiy karbonat fazalariga aylangan paytda silikat tuzilmasi ko‘proq polimerlashgan silika-gel tuzilmasi tomon o‘zgaradi.

Tadqiqotning FT-IR natijalarida karbonatlanishdan oldin C-S-H ga tegishli deb qaralgan taxminan 670 cm^-1 Si-O-Si bukilish tasmasi va taxminan 970 cm^-1 Si-O cho‘zilish tasmasi kuzatilgan. Karbonatlanish davom etishi bilan C-S-H tasmasi kamayib, taxminan 1020–1070 cm^-1 sohasida silika-gel bilan bog‘liq keng tasma yaqqollashgan.

60 °C da C-S-H tasmasining dastlabki soatning o‘zidan jiddiy kamayishi va bir necha soat ichida juda zaiflashishi yuqori harorat erta C-S-H karbonatlanishini kuchli ravishda tezlashtirishini ko‘rsatadi.

N va BB o‘rtasida C-S-H bo‘yicha qanday farq kuzatilgan?

FT-IR va Rietveld natijalari BB karbonatlanishdan so‘ng N ga qaraganda ko‘proq C-S-H ni saqlab qolganini ko‘rsatadi. Ayniqsa yuqori harorat sharoitlarida N dagi C-S-H yo‘qotilishi yaqqolroq.

Tadqiqotning xulosa bo‘limida BB da 60 °C dan keyin ham qoldiq C-S-H mavjudligi qayd etiladi va domna shlagi ko‘rinma C-S-H karbonatlanish tezligini pasaytiradi deb talqin qilinadi.

Bu natija BB har jihatdan “karbonatlanishga chidamliroq beton” ekanini bevosita isbotlamaydi. Sinov maydalangan bog‘lovchi ustida reaksiya kinetikasini o‘rganadi; haqiqiy betondagi CO₂ diffuziyasi, kapillyar g‘ovaklik va beton qoplama xulqi alohida baholanishi lozim.

Qaysi kalsiy karbonat fazalari hosil bo‘lgan?

XRD tahlilida uchta asosiy kristall CaCO₃ polimorfi kuzatilgan:

• Kalsit
• Vaterit
• Aragonit

Kalsit va vaterit ham N, ham BB namunalarida hosil bo‘lgan. Aragonit esa N namunalarida aniqlangan, ammo BB tizimida aniq qayd etilmagan.

17 va 18-sahifalardagi XRD naqshlarida karbonatlanish davom etgani sari portlandit cho‘qqilarining zaiflashgani, kalsit va vaterit cho‘qqilarining kuchaygani ko‘rinadi. N namunasida yuqori harorat bilan aragonit cho‘qqilari yanada aniq bo‘lgan.

BB N ga nisbatan sustroq kalsit va yaqqolroq vaterit signallarini ko‘rsatgan. Bu farq domna shlagi qo‘shilishi nafaqat reaksiya tezligini, balki hosil bo‘ladigan karbonatlarning kristall faza taqsimotini ham o‘zgartirishini ko‘rsatadi.

Rietveld tahlili nimani ko‘rsatgan?

25-sahifadagi 6-rasm va 7-rasm N hamda BB namunalarida karbonatlanish vaqtiga bog‘liq faza taqsimotlarini ko‘rsatadi. Kalsit, vaterit, aragonit, Ca(OH)₂, amorf/C-S-H tarkibi va boshqa fazalarning nisbiy o‘zgarishlari taqqoslangan.

Ayniqsa 60 °C da vaterit erta bosqichda tez paydo bo‘ladi. Manba matnida vaterit 60 °C da dastlabki bir soat ichida kuzatilishi, pastroq haroratlarda esa uning yaqqol bo‘lishi uch soat yoki undan ko‘proq vaqt olishi qayd etilgan.

Bu tahlil BB da yuqoriroq qoldiq C-S-H ulushini ham qo‘llab-quvvatlaydi.

Suv bug‘i adsorbsiya tajribasi nimani ko‘rsatgan?

Karbonatlanish vaqtida g‘ovak tuzilmasining o‘zgarishi massa o‘lchovlariga ta’sir qilishi mumkinligi sababli suv bug‘i adsorbsiya tajribalari o‘tkazilgan. Taqdim etilgan taqqoslashda karbonatlanmagan N namunasi bilan 20 va 30 °C da 24 soat karbonatlantirilgan N namunalari baholangan.

Adsorbsiyalangan suv miqdori taxminan 80% nisbiy namlikkacha muntazam oshgan, 80% dan yuqorida esa yanada keskin ko‘tarilgan. Tadqiqotchilar buni karbonatlanish vaqtida nisbatan yirik g‘ovaklarning torayishi yoki cho‘kishi bilan bog‘lagan.

20 va 30 °C karbonatlanishlari orasidagi adsorbsiya farqi karbonatlanishdan oldingi va keyingi o‘zgarishga nisbatan kichik bo‘lgani uchun haroratning adsorbsiya xulqiga ta’siri cheklangan degan xulosaga kelingan.

Fenolftalein testi nega kimyoviy tahlil bilan to‘liq mos kelmagan?

Fenolftalein beton karbonatlanishini dala va laboratoriya sharoitida baholashda keng qo‘llaniladigan pH ko‘rsatkichlaridan biridir. Biroq tadqiqot rang o‘zgarishi haqiqiy kimyoviy karbonatlanish rivoji bilan har doim bir vaqtda yuz bermasligini ko‘rsatadi.

24 soat karbonatlantirilgan kukun namunalarga 1% fenolftalein purkalgan va rang 1 daqiqa, 30 daqiqa, 1 soat, 3 soat va 24 soatdan keyin o‘lchangan. Rang L*a*b* tizimidagi qizil komponent bo‘lgan a* orqali miqdoriy baholangan.

Eng e’tiborga molik natija yuqori haroratlarda kuzatilgan. Masalan, N-60 °C namunasida purkashdan bir daqiqa o‘tgach rang qiymati atigi 4,02 bo‘lgan bo‘lsa, 30 daqiqadan keyin 49,84 gacha ko‘tarilgan. BB-60 °C namunasida esa boshlang‘ich qiymat -1,17 bo‘lgan va 30 daqiqadan keyin ham atigi 12,03 ga yetgan.

Bu kechikish fenolftalein purkalishi bilan darhol bajarilgan vizual baholash, ayniqsa termik tezlashtirilgan karbonatlanish sharoitlarida, haqiqiy kimyoviy o‘zgarishni to‘liq bo‘lmagan yoki boshqacha tarzda ifodalashi mumkinligini ko‘rsatadi.

Fenolftaleinning rangsizligi portlandit butunlay yo‘qolganini anglatadimi?

Yo‘q. Tadqiqotda yuqori haroratdagi ayrim namunalar fenolftalein bilan juda kam rang ko‘rsatganiga qaramay, TG-DTA va XRD tahlillari hali ham sezilarli miqdorda Ca(OH)₂ mavjudligini ko‘rsatgan.

Shu sababli fenolftalein pH ko‘rsatkichi bergan chegara barcha gidratlar to‘liq karbonatlangan keskin kimyoviy chegara emas. Tadqiqot ayniqsa yuqori harorat sharoitlarida vizual pH fronti bilan kimyoviy karbonatlanish rivoji bir-biridan ajralishi mumkinligini ko‘rsatadi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan asosiy xulosalar nimalar?

• Karbonatlanishning haroratga bog‘liqligi reaksiya davomida doimiy emas.
• Dastlabki 0–2 soatda yuqori harorat yuqoriroq karbonatlanish tezligini hosil qilgan.
• 60 °C da reaksiya juda tez boshlangan, ammo ertaroq sekinlashgan.
• Ca(OH)₂ 24 soat oxirida to‘liq sarflanmagan.
• Ca(OH)₂ reaksiyasi katta darajada to‘xtagandan keyin C-S-H karbonatlanishi davom etgan.
• Kech davrdagi harorat xulqining asosiy nazoratchisi C-S-H karbonatlanishi degan xulosaga kelingan.
• I-fazada C-S-H karbonatlanish tezligi Ca(OH)₂ karbonatlanish tezligidan taxminan to‘rt marta yuqori ekani xabar qilingan.
• N va BB da kalsit va vaterit hosil bo‘lgan.
• Aragonit N da kuzatilgan, BB da esa aniq aniqlanmagan.
• BB karbonatlanishdan so‘ng N ga qaraganda ko‘proq C-S-H ni saqlab qolgan.
• Fenolftalein rangining rivojlanishi ayniqsa yuqori haroratlarda kimyoviy reaksiyaga nisbatan kechikkan.

Tadqiqot isbotlamaydigan xulosalar nimalar?

• 60 °C haqiqiy inshootlarda har doim eng past yoki eng yuqori karbonatlanish chuqurligini hosil qilishi ko‘rsatilmagan.
• Kukun namunalardagi reaksiya tezliklarini bevosita beton karbonatlanish chuqurligiga aylantirib bo‘lmaydi.
• 5% CO₂ muhitidagi reaksiya tartibi tabiiy atmosferik CO₂ sharoitida aynan takrorlanishi isbotlanmagan.
• BB barcha haqiqiy betonlarda N ga qaraganda yuqoriroq karbonatlanish chidamliligiga ega ekani ko‘rsatilmagan.
• Fenolftalein usuli umuman yaroqsiz ekani ko‘rsatilmagan; tadqiqot ayniqsa yuqori harorat va tezlashtirilgan sharoitlardagi talqin cheklovini ko‘rsatadi.
• Karbonatlanishning barcha reaksiya mahsulotlari faqat Ca(OH)₂ va C-S-H dan kelib chiqishi bevosita isbotlanmagan.
• Tabiiy tashqi muhitdagi yomg‘ir, qurish-ho‘llanish, yoriqlar va mavsumiy harorat o‘zgarishlarining ta’siri baholanmagan.

Chidamlilik modellari nuqtayi nazaridan tadqiqot nega muhim?

Ko‘plab muhandislik modellari karbonatlanish chuqurligini vaqtning kvadrat ildizi bilan bog‘laydigan empirik yondashuvlarga asoslanadi. Bunday modellarda harorat, namlik, CO₂, g‘ovak tuzilmasi va gidrat reaksiyalarining qo‘shma ta’siri bitta karbonatlanish koeffitsiyentida aks etishi mumkin.

Ushbu tadqiqot esa harorat ta’siri reaksiya mexanizmiga qarab o‘zgarishini ko‘rsatadi. Yuqori harorat dastlabki reaksiyani tezlashtirsa-da, keyingi bosqichda reaksiya mahsulotlarining hosil bo‘lishi va C-S-H ning sarflanishi sabab tezlik keskin kamayishi mumkin.

Shu sababli tezlashtirilgan karbonatlanish tajribalarini haqiqiy inshoot xizmat muddatiga aylantiruvchi modellar faqat umumiy karbonatlanish chuqurligini emas, balki gidrat turini, reaksiya bosqichini, CO₂ darajasini va namlik holatini ham hisobga olishi kerak bo‘lishi mumkin.

Tadqiqot usuli va natijalari

Namuna tayyorlash

• N va BB uchun suv/bog‘lovchi nisbati 55%.
• BB bog‘lovchisi 55% Portland sementi va 45% maydalangan domna shlagidan iborat.
• Aralashtirish mashina bilan 1 daqiqa bajarilgan, qonash suvini cheklash uchun dastlabki 6 soat davomida har soatda qo‘lda aralashtirish qo‘llangan.
• Namunalar 24 soatdan keyin qolipdan chiqarilgan.
• 28 kun suvda parvarish va undan keyin 28 kun havoda parvarish qo‘llangan.
• 56 kunlik siqilish mustahkamligi N uchun 38,07 N/mm², BB uchun 30,63 N/mm².
• Har bir mustahkamlik o‘lchovida uchta namuna ishlatilgan.
• Namunalar avval taxminan 5 mm zarracha o‘lchamigacha maydalangan, so‘ng gidratatsiyani to‘xtatish jarayonidan keyin <63 µm o‘lchamgacha tuyilgan.

Asosiy kimyoviy tarkiblar

Karbonatlanish qurilmasi

Gravimetrik suv bug‘i sorbsiya qurilmasi bir vaqtning o‘zida namuna massasini, haroratni, namlikni va gaz ta’minotini boshqarish uchun ishlatilgan. Karbonatlanishdan oldin quruq N₂ bilan muvozanatlash amalga oshirilgan, so‘ng 5% CO₂ tutgan aralashma qo‘llangan.

Suv bug‘i adsorbsiya o‘lchovi

• Nisbiy bosim P/P₀ oralig‘i: 0,05–0,35.
• Suv molekulasi kesim yuzasi: 0,114 nm².
• O‘lchov harorati: 20 °C.
• Nisbiy namlik qadami: 5%.
• Quruq azot oqimi: 50–150 sccm.
• Tahlildan oldingi vakuumli muzlatib quritish: 24 soat.

Taqdim etilgan adsorbsiya izotermalarida karbonatlanishdan so‘ng yuqori nisbiy namlik sohasidagi xulq o‘zgargan; tadqiqotchilar buni nisbatan yirik g‘ovaklarning karbonatlanish tufayli torayishi yoki cho‘kishi bilan bog‘lagan.

XRD va Rietveld tahlili

Miqdoriy tahlilda kalsit, vaterit, aragonit, ettringit, alit, belit, aluminat fazasi, ferrit fazasi, korund, portlandit, yarimgidrat va digidrat gips, gidrokalumit, periklaz va so‘ndirilmagan ohak kabi ko‘plab kristall fazalar baholangan. C-S-H amorf bo‘lgani sababli u bevosita kristall faza sifatida emas, balki ichki standart yondashuvi bilan bilvosita baholangan.

TG-DTA tahlili

• Harorat oralig‘i: 20–1000 °C.
• Qizdirish tezligi: 10 °C/min.
• Asosiy maqsadlar: Ca(OH)₂ va CaCO₃ miqdorlarini aniqlash.
• Miqdoriy baholash yondashuvi: DTA egri chizig‘idagi burilish nuqtalari va TG massa yo‘qotilishi ishlatilgan.

Tahlil 24 soat oxirida Ca(OH)₂ ning katta qismi hanuz mavjudligini ko‘rsatgan. Shunga qaramay, CaCO₃ miqdorining yaqqol ortishi C-S-H kabi boshqa gidratlarning karbonatlanishi muhim ekanini ko‘rsatadi.

FT-IR tahlili

Karbonatlanish davom etgani sari taxminan 970 cm^-1 C-S-H tasmasi zaiflashgan va 1020–1070 cm^-1 atrofidagi silika-gel tasmasi yaqqollashgan. Bu o‘zgarish C-S-H dekaltsifikatsiyasini qo‘llab-quvvatlaydi.

Fenolftalein va spektrofotometr tahlili

• Fenolftalein eritmasi: 1,0%.
• Kuzatuv vaqtlari: 1 daqiqa, 30 daqiqa, 1 soat, 3 soat va 24 soat.
• Rang tizimi: L*a*b*.
• Baholangan o‘zgaruvchi: qizil komponent a*.

Barcha haroratlarda a* qiymati ko‘pincha purkashdan taxminan 30 daqiqa o‘tgach maksimumga yetgani va keyin vaqt o‘tishi bilan pasaygani kuzatilgan. Yuqori haroratli namunalarda dastlabki ranglanishning kechikishi yanada yaqqol.

Fazalar bo‘yicha karbonatlanish kinetikasi

Manbada karbonatlanish tezligi uchun alohida yopiq matematik tenglama berilmagan. Massa ortish egri chizig‘ining vaqt bo‘yicha hosilasi 0,1 soatlik intervallarda olinib, oniy karbonatlanish tezligi hisoblangan.

Maqolaning xulosa bo‘limiga ko‘ra I-fazada C-S-H karbonatlanish tezligi Ca(OH)₂ karbonatlanish tezligidan taxminan to‘rt marta yuqori. II-faza va III-fazada esa Ca(OH)₂ miqdorida qo‘shimcha sezilarli kamayish aniqlanmaganiga qaramay C-S-H karbonatlanishi davom etadi.

C-S-H tezligini hisoblashdagi muhim faraz

Tadqiqotda hisoblash maqsadida sement gidratlari butunlay Ca(OH)₂ va C-S-H dan iborat deb faraz qilingan. C-S-H kamayish tezligi CaCO₃ hosil bo‘lish tezligi bilan Ca(OH)₂ kamayish tezligi orasidagi farqdan chiqarilgan.

Bu usulning muhim cheklovlaridan biridir. Haqiqiy gidratlangan sement tizimida ettringit, monosulfat va boshqa fazalar ham mavjud. Darhaqiqat, tadqiqotchilar 10 va 20 °C orasidagi ayrim farqlarni tushuntirish uchun monosulfat kabi C-S-H dan boshqa gidratlarni kelajakda alohida o‘rganish kerakligini bildiradi.

Manba ichidagi muhim nomuvofiqlik

BB uchun III-fazadagi harorat tartibida matn va grafik to‘liq mos kelmaydi. Matndagi “60 °C > 30 °C > 10 °C > 20 °C” tartibi ayni bo‘limdagi teskari haroratga bog‘liqlik talqini va 15-rasm egri chiziqlari bilan mos emasdek ko‘rinadi. 15-rasmning kech davrdagi egri chiziqlari taxminan 20 °C eng yuqori, 60 °C esa eng past tezlikni berishini ko‘rsatadi. Xulosa bo‘limi ham III-faza uchun pastroq haroratlar yuqoriroq ko‘rinma karbonatlanish tezligini hosil qilganini bildiradi.

Shu sababli tadqiqotning asosiy mexanistik xulosasi saqlanadi: harorat ta’siri reaksiya davomida o‘zgaradi va kech davrda C-S-H xulqi belgilovchi bo‘ladi. Biroq BB uchun III-fazaning aniq harorat tartibi manba ichidagi ushbu nomuvofiqlik sabab ehtiyotkorlik bilan baholanishi kerak.

Asosiy cheklovlar

• CO₂ konsentratsiyasi 5% bo‘lib, tabiiy atmosferaga nisbatan ancha yuqori tezlashtirilgan tajriba sharoitidir.
• Namunalar <63 µm kukun holida; haqiqiy beton ichidagi makroskopik CO₂ diffuziyasi ataylab bartaraf etilgan.
• Natijalar beton karbonatlanish chuqurligini bevosita o‘lchamaydi.
• Karbonatlanish faqat 24 soatgacha kuzatilgan.
• 10 va 20 °C namunalarida reaksiya 24 soatdan keyin ham davom etishi mumkinligi qayd etilgan; yakuniy muvozanat aniqlanmagan.
• II-faza mexanizmi batafsil tushuntirilmagan.
• C-S-H tezligini hisoblashda gidratlar faqat Ca(OH)₂ va C-S-H dan iborat degan soddalashtiruvchi faraz qo‘llangan.
• Monosulfat va boshqa gidratlarning hissasi alohida ajratilmagan.
• BB III-faza harorat tartibi matn va grafik orasida nomuvofiq.
• Taqdim etilgan adsorbsiya natijalari bo‘limida barcha haroratlar va BB uchun teng taqqoslashlar ko‘rsatilmagan.
• Tabiiy yomg‘ir, ho‘llanish-qurish va mavsumiy sikl sharoitlari mavjud emas.
• Beton agregat tuzilmasi, beton qoplama qalinligi va yoriq ta’siri tajriba doirasiga kirmaydi.
• Natijalardan haqiqiy inshoot xizmat muddatiga bevosita o‘tish amalga oshirilmagan.

Natijalarning muhandislik jihatidan ma’nosi

Tadqiqotning eng kuchli xulosasi haroratning karbonatlanishga ta’sirini doimiy koeffitsiyent sifatida ko‘rib bo‘lmasligini ko‘rsatishidir. Bir xil harorat reaksiyaning dastlabki soatlarida tezlashtiruvchi, keyingi bosqichda esa reaksiyaning erta tugashi sabab nisbatan sekinlashtiruvchi natija berishi mumkin.

Bu mexanizm ayniqsa tezlashtirilgan karbonatlanish tajribalarini tabiiy muhitga ekstrapolyatsiya qilishda muhim. 5% CO₂ ostida C-S-H va portlanditning bir vaqtda reaksiyaga kirishishi past atmosferik CO₂ sharoitlarida yuz berishi mumkin bo‘lgan ketma-ketroq reaksiya mexanizmidan farq qilishi mumkin.

Shu bois chidamlilik modellarida harorat ta’sirini faqat Arrhenius turidagi bitta tezlashtirish koeffitsiyentiga qisqartirish o‘rniga gidrat turi, karbonatlanish bosqichi, CO₂ konsentratsiyasi, namlik va g‘ovak tuzilmasini birgalikda baholash kerak bo‘lishi mumkin.

Manba va usul haqida izoh

Tadqiqotning to‘liq asl nomi: Temperature dependence of carbonation kinetics in cement hydrates: the controlling role of C-S-H carbonation

Mualliflar va to‘g‘ri tartibi: Junho KIM; Kiyofumi NAKADA; Manabu KANEMATSU.

Birinchi muallif: Junho KIM.

Teng birinchi mualliflik: Teng birinchi mualliflik yoki teng hissa haqida ma’lumot ko‘rsatilmagan.

Mas’ul muallif: Junho KIM.

Mas’ul muallif aloqa manzili: jh-kim@rs.tus.ac.jp

Institutsional bog‘lanishlar:

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

DOI: 10.2139/ssrn.7199945

Jurnal: Ushbu versiya uchun taqrizdan o‘tgan jurnal yoki qabul qilingan yakuniy jurnal versiyasi tasdiqlanmagan.

Nashr platformasi: SSRN.

Platforma: Elsevier kompaniyasining SSRN erta tadqiqot va preprint platformasi.

SSRN ro‘yxatga olingan sana: 29 iyul 2026.

Nashr yili: 2026.

Manba turi: Sement gidratlarining haroratga bog‘liq karbonatlanish kinetikasini nazorat qilinadigan tezlashtirilgan tajribalar bilan o‘rganuvchi eksperimental tadqiqot preprinti.

Taqriz holati: Tadqiqot taqrizdan o‘tmagan preprint bo‘lib, natijalar shu holat hisobga olingan holda baholanishi kerak.

Rasmiy tadqiqot havolasi:SSRN rasmiy tadqiqot sahifasi

DOI havolasi:https://doi.org/10.2139/ssrn.7199945

Moliyalashtirish: Tadqiqotchilar tadqiqot davlat, tijorat yoki notijorat moliyalashtirish tashkilotlaridan maxsus tadqiqot granti olmaganini bildirgan.

Ushbu o‘zbekcha izoh faqat ko‘rib chiqilgan tadqiqotning ilmiy mazmuniga tayangan holda tayyorlangan. Massa o‘zgarishi, adsorbsiya, XRD/Rietveld, TG-DTA, FT-IR va fenolftalein natijalari hamda N va BB namunalarining barcha harorat va vaqt taqqoslashlari birgalikda baholangan. Tashqi manbalar faqat sarlavha, mualliflar, DOI, SSRN ro‘yxat sanasi va nashr/taqriz holatini bibliografik tasdiqlash uchun ishlatilgan; ilmiy topilmalarga tashqi manbalardan yangi natija qo‘shilmagan.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari: 5% CO₂ qo‘llangan tezlashtirilgan sharoit, CO₂ tashilishini ataylab yo‘qotuvchi kukun namuna yondashuvi, 24 soatlik tajriba muddati, C-S-H tezligini hisoblashdagi soddalashtiruvchi gidrat farazi, II-faza mexanizmining yechilmaganligi va BB III-faza harorat tartibidagi manba ichki nomuvofiqligidir. Shu sababli natijalarni bevosita haqiqiy beton karbonatlanish chuqurligi yoki inshoot xizmat muddati sifatida talqin qilmaslik kerak.