Mis boyitish chiqindilari geopolimer betoni (Copper Tailings Geopolymer Concrete, CT-GPC), ishqor bilan faollashtirilgan aluminosilikat bogʻlovchi tizimi hamda mis qazib olish/boyitish chiqindilari beton tarkibida qoʻllanadigan geopolimer beton turidir. Ushbu eksperimental tadqiqot ishlab chiqarilgan qum massasining %0, %5, %10, %15 va %20 qismini mis boyitish chiqindisi qumi bilan almashtirish CT-GPCning bir oʻqli va haqiqiy uch oʻqli siqilish ostidagi mustahkamligi, deformatsiyasi, buzilish shakli va mikrostrukturasiga qanday taʼsir qilishini oʻrganadi. Besh aralashma 100 mm kub namunalar ko‘rinishida tayyorlangan, 28 kun qotirilgan va \((\sigma_2,\sigma_3)\) = (4,2), (6,2), (8,2), (8,4), (8,6) va (12,6) MPa boʻlgan oltita teng bo‘lmagan yon kuchlanish kombinatsiyasida sinovdan oʻtkazilgan.

Bir oʻqli siqilish mustahkamligi %0 CT qumi guruhida 39,81 MPa bo‘lgan bo‘lsa, %5 almashtirishda 45,36 MPa gacha oshgan; %10, %15 va %20 almashtirishlarda mos ravishda 42,46, 41,83 va 39,44 MPa o‘lchangan. Shunday qilib, tekshirilgan %0–20 oraligʻida eng yuqori bir oʻqli mustahkamlik %5 almashtirishda olingan. Haqiqiy uch oʻqli siqilish ostida esa barcha aralashmalarning choʻqqi mustahkamligi o‘z bir oʻqli mustahkamligidan yuqori boʻlgan va mustahkamlik ortish koeffitsiyenti \(K_t\) 1,237–2,094 oraligʻida oʻzgargan.

%5 guruh tekshirilgan oltita haqiqiy uch oʻqli kuchlanish sharoitining barchasida eng yuqori mutlaq choʻqqi o‘q bo‘ylab kuchlanishni hosil qilgan. Bunga qarshi %20 guruh CT qumi bo‘lgan aralashmalar orasida o‘z bir oʻqli mustahkamligiga nisbatan eng sezilarli nisbiy yon siqilish yutugʻini koʻrsatgan. Bu ikki natija qarama-qarshi emas: mutlaq mustahkamlik va normallashtirilgan mustahkamlik ortish koeffitsiyenti bir xil kattalik emas.

Yon siqilish ortishi bilan o‘q bo‘ylab kuchlanish–deformatsiya egri chizigʻining choʻqqidan keyingi pasayishi sekinlashgan va namunalar bir oʻqli siqilishga qaraganda yaxshiroq yaxlitlik hamda aniqroq plastiklik ko‘rsatgan. Buzilish maʼlumotlari oktaedrik normal va kesuvchi kuchlanishlar orqali modellashtirilgan; taqqoslangan buzilish yondashuvlari orasida Bresler–Pister tipidagi ikkinchi darajali bogʻlanish qoʻllanib, besh almashtirish guruhi uchun \(R^2=0,9954–0,9989\) mosliklar olingan. Toʻliq o‘q bo‘ylab kuchlanish–deformatsiya egri chiziqlari esa Popovics tipidagi choʻqqigacha bo‘lgan tarmoq bilan Guo Zhenhai tipidagi choʻqqidan keyingi tarmoq birlashtirilgan bo‘lakli model orqali ifodalangan; 30 egri chiziq moslashuvida \(R^2=0,9789–0,9991\) oraligʻi qayd etilgan.

SEM tekshiruvlarida tanlangan tasvir maydonlarida %5 guruhning qattiq faza tuzilmasi nisbatan uzluksizroq koʻringan, %0 va %20 guruhlarda esa uzunroq ochiq yoriqlar kuzatilgan. Tadqiqotchilar bu holatni tegishli miqdordagi ultra-mayda CT qumi ishlab chiqarilgan qum granulometriyasidagi bo‘shliqlarni to‘ldira olishi; yuqoriroq qo‘shilishlarda esa to‘ldirish foydasi toʻyinishga yaqinlashishi hamda zaif interfeyslar va bo‘shliqlar ko‘payishi mumkinligi bilan bogʻlaydi. Shunga qaramay, tadqiqot laboratoriya miqyosida; konstruksiya miqyosidagi dala xulqi, uzoq muddatli chidamlilik va hayot sikli bo‘yicha toʻgʻridan-toʻgʻri uglerod kamayishi bu tajribalarda sinovdan oʻtkazilmagan.

Mis boyitish chiqindilari geopolimer betoni nima uchun o‘rganilmoqda?

Tadqiqot asosida resurslardan foydalanish bilan bogʻliq ikkita alohida muammo birlashadi. Birinchisi, oddiy Portland sementi ishlab chiqarishining energiya va uglerod sigʻimidir. Ikkinchisi esa mis rudasi boyitish jarayonlarida hosil bo‘ladigan katta miqdordagi chiqindining uzoq muddat saqlanishidir. Manba tadqiqot Xitoyda 1950–2020 yillar orasida toʻplangan mis boyitish chiqindilari adabiyotda 5,56 milliard tonnadan oshgani xabar qilinganini qayd etadi. CT-GPC yondashuvi bir tomondan Portland sementiga qaramlikni kamaytirishga qaratilgan ishqor-faollashtirilgan bogʻlovchi tizimlarni, ikkinchi tomondan mis chiqindilarini bogʻlovchi va mayda toʻldirgich tarkibiy qismlarida qoʻllashni birlashtiradi.

Tadqiqotdagi “CT”ning ikki xil qoʻllanishi bir-biridan farqlanishi kerak. CT kukuni, bogʻlovchi fazadagi boshlangʻich materiallardan biri bo‘lib, reaktivligini oshirish maqsadida 200 mesh elakdan oʻtkazilgach 800 °C da kalsinatsiya qilingan. CT qumi esa mayinlik moduli 0,17 bo‘lgan ultra-mayda toʻldirgich fraksiyasi bo‘lib, ishlab chiqarilgan qumning %0–20 qismi o‘rnida qoʻllangan. Maqoladagi “almashtirish ulushi” natijalari CT qumining ishlab chiqarilgan qum o‘rnida qoʻllanish ulushini anglatadi.

Ishqoriy aktivator va toʻldirgichlar

Ishqoriy aktivator analitik tozalikka ega natriy gidroksid granulalari va natriy silikat eritmasidan tayyorlangan. Manbada berilgan natriy silikat eritmasining SiO₂ miqdori %27,30, Na₂O miqdori %8,54, Baumé darajasi 38,5 °Bé, moduli 3,30, qattiq modda miqdori %35,5 va pH oraligʻi 10–13.

Mayda toʻldirgichlar CT qumi va ishlab chiqarilgan qumdan iborat. CT qumining mayinlik moduli 0,17 bo‘lib, manbada “extra-fine tailings sand” deb tasniflangan. Ishlab chiqarilgan qumning mayinlik moduli 2,7, ko‘rinma zichligi 2620 kg/m³. Yirik toʻldirgich 5–16 mm uzluksiz granulometriyali shagʻal bo‘lib, ko‘rinma zichligi 2680 kg/m³. Polikarboksilat asosidagi superplastifikatorning suv kamaytirish ulushi %28, havo miqdori %5,0, zichligi 1,06 g/cm³, pH qiymati 6,1 va qattiq modda miqdori %39,5 deb berilgan. Sekinlashtiruvchi sifatida tozaligi %99,6 dan yuqori saxaroza ishlatilgan.

Namunalar qanday tayyorlandi?

Ishlab chiqarilgan qum massasining %0, %5, %10, %15 va %20 qismi CT qumi bilan almashtirilib, umumiy mayda toʻldirgich massasi doimiy saqlangan. Barcha namunalar 100 × 100 × 100 mm kub shaklida. Avval NaOH qoʻshimcha suvda eritilgan; eritma xona haroratigacha sovigach natriy silikat qoʻshilgan. Saxaroza va superplastifikator uchun alohida eritmalar tayyorlangan. Yirik toʻldirgich, mayda toʻldirgich, shlak kukuni, uchuvchi kul va CT kukuni mikserda 3 daqiqa quruq/qattiq komponent aralashmasi sifatida aralashtirilgan; tayyorlangan uchta suyuq eritma keyin ketma-ket qoʻshilib, aralashtirish yana 8 daqiqa davom ettirilgan.

Yangi beton ajratuvchi surtilgan 100 mm kub qoliplarga quyilgan, zichlash uchun vibratsiya qilingan va keyin 28 kun davomida 20 ± 2 °C haroratda hamda kamida %95 nisbiy namlikda standart qotirish qoʻllangan. Har bir aralashma uchun asosiy tajriba dasturida 21 namuna tayyorlangan: uchtasi bir oʻqli siqilish, 18 tasi esa oltita TTC sharoitida har bir sharoit uchun uchtadan namuna. Tayyorlash, qotirish va sinov paytida yoʻqotish yoki gʻayritabiiy natija ehtimoliga qarshi har bir aralashma uchun qoʻshimcha 3–7 zaxira namuna tayyorlangan.

Haqiqiy Uch Oʻqli Siqilish Sinovi Nega Anʼanaviy Uch Oʻqli Sinovdan Koʻproq Maʼlumot Beradi?

Anʼanaviy uch oʻqli sinovda ikkita yon bosh kuchlanish teng \((\sigma_2=\sigma_3)\); haqiqiy uch oʻqli siqilishda esa uchta bosh kuchlanish mustaqil boshqarilishi mumkinligi sababli \(\sigma_2\) va \(\sigma_3\)ning mustahkamlik, yon kengayish va buzilishga turlicha taʼsiri bevosita ajratilishi mumkin.

Ushbu tadqiqotda kuchlanish tartibi \(\sigma_1>\sigma_2>\sigma_3\) deb belgilangan. \(\sigma_1\) z yoʻnalishidagi eng katta bosh siqilish kuchlanishidir. \(\sigma_2\) va \(\sigma_3\) mos ravishda kuchliroq va zaifroq ikkita yon siqilishni ifodalaydi.

Haqiqiy uch oʻqli yuklash protokoli

Haqiqiy uch oʻqli sinov tizimi X va Y yoʻnalishlarida 2000 kN, Z yoʻnalishida 3000 kN maksimal yuk sigʻimiga ega. Namuna bilan yuklash plitalari orasidagi ishqalanishni kamaytirish uchun polietilen plyonka va moylovchi surkov moyi ishlatilgan. Yon siqilish qoʻllanganda X va Y yoʻnalishlaridagi yuklar 1 kN/s, Z yoʻnalishidagi ushlab turish yuki 2 kN/s tezlikda oshirilgan. \(\sigma_2\) va \(\sigma_3\) maqsad qiymatlarga yetganda kuchlanishlar 30 soniya doimiy saqlangan; soʻng Z yoʻnalishi 0,3 mm/daqiqa siljish bo‘yicha boshqariladigan yuklashga oʻtkazilgan. Uch yoʻnalishdagi siljishlar LVDTlar yordamida bir vaqtda kuzatilgan.

Bir oʻqli sinov qurilmasi

Bir oʻqli siqilish sinovida maksimal sigʻimi 2000 kN bo‘lgan elektr servo-boshqaruvli siqish mashinasi ishlatilgan. Siljish 0,001 mm aniqlik va 100 mm o‘lchash oraligʻiga ega LVDT bilan o‘lchangan. Yuklash tezligi GB/T 50081-2019 standartiga muvofiq 5 kN/s deb tanlangan.

Bir oʻqli siqilish mustahkamligida %5 almashtirish nega ajralib turadi?

Manbada %5 almashtirish guruhida mustahkamlik %0 guruhga nisbatan taxminan %13,94 oshgani qayd etiladi. Yuqoriroq almashtirish ulushlarida mustahkamlik yana kamayadi. Tadqiqotning mikrostrukturaviy talqini CT qumining ultra-mayda donalari ishlab chiqarilgan qum granulometriyasini toʻldirib, bo‘shliqlarni to‘ldirishi tegishli past almashtirish darajasida foydali bo‘lishi mumkinligini ko‘rsatadi. CT miqdori yanada oshganda toʻldirish taʼsirining toʻyinishga yaqinlashishi, ko‘proq bo‘shliq va zaif interfeyslar hosil bo‘lishi, suv talabi va qurishdagi qisqarishning ortishi kabi taʼsirlar mustahkamlik ustunligini kamaytirishi mumkin.

Nega %5 Guruh Eng Yuqori Mustahkamlikni Bersada, %20 Guruh Yuqoriroq Nisbiy Siqilish Yutugʻini Koʻrsatishi Mumkin?

Chunki %5 guruhning boshlangʻich bir oʻqli mustahkamligi allaqachon eng yuqori; \(K_t\) esa haqiqiy uch oʻqli choʻqqi kuchlanishni shu guruhning o‘z \(f_c\) qiymatiga bo‘luvchi o‘lchovsiz nisbatdir, shuning uchun boshlangʻich mustahkamligi pastroq %20 guruh yon siqilishdan nisban ko‘proq foyda ko‘rsa ham mutlaq choʻqqi kuchlanishda %5 guruhdan oshmasligi mumkin.

Mustahkamlik ortish koeffitsiyenti

Tenglama (1)da \(\sigma_{1,p}\) haqiqiy uch oʻqli siqilish ostida o‘lchangan o‘q bo‘ylab choʻqqi kuchlanishdir; \(f_c\) esa ayni CT qumi almashtirish ulushining bir oʻqli siqilish mustahkamligidir. Har ikki kattalik MPa da va nisbatlangani uchun \(K_t\) o‘lchovsizdir. \(K_t=1\) uch oʻqli choʻqqi mustahkamlik bir oʻqli mustahkamlik bilan bir xil ekanini; \(K_t>1\) esa yon siqilish ostida yuqoriroq choʻqqi mustahkamlik olinganini ko‘rsatadi.

Masalan, eng yuqori siqilish sharoiti bo‘lgan \((12,6)\) MPa da %5 guruhning mutlaq choʻqqi kuchlanishi 86,3212 MPa bilan eng yuqori; ammo \(K_t=1,903\). %20 guruhning choʻqqi kuchlanishi pastroq, 82,5728 MPa bo‘lsa ham, boshlangʻich bir oʻqli mustahkamligi atigi 39,44 MPa bo‘lgani uchun \(K_t=2,094\) ga yetadi. Shunday qilib, “eng yuqori mustahkamlik” bilan “eng katta nisbiy siqilish yutugʻi” orasidagi farq bevosita ko‘rinadi.

Oraliq bosh kuchlanish σ₂ nima qildi?

\(\sigma_3=2\) MPa doimiy saqlanganda \(\sigma_2\) 4 MPa dan 8 MPa gacha oshirilsa, barcha guruhlarda \(K_t\) uzluksiz oshgan. Umumiy ortish guruhga ko‘ra 0,202–0,262 oraligʻida bo‘lgan. Manbada ayniqsa 6→8 MPa oraligʻidagi ortish 4→6 MPa oraligʻidagidan kattaroq ekani qayd etiladi. Bu natija tekshirilgan kuchlanish oraligʻida oraliq bosh kuchlanishning mustahkamlikka kuchaytiruvchi taʼsiri chiziqli va doimiy qiyalikli bo‘lishi shart emasligini ko‘rsatadi.

Eng kichik bosh kuchlanish σ₃ nima qildi?

\(\sigma_2=8\) MPa doimiy bo‘lganda \(\sigma_3\) 2→4→6 MPa gacha oshirilganda \(K_t\) yana oshgan; biroq ortish miqdori kamaygan. Besh guruh o‘rtachasida \(\sigma_3\)ning 2 MPa dan 4 MPa gacha oshishi \(K_t\)ni taxminan 0,189 ga oshirgan, 4 MPa dan 6 MPa gacha bo‘lgan xuddi shu 2 MPa lik ortish esa atigi taxminan 0,093 o‘rtacha ortishni bergan. Bu holat eng kichik bosh siqilish kuchlanishining kuchaytiruvchi taʼsiri tekshirilgan oraligʻda kamayuvchi chegaraviy yutuq ko‘rsatishi mumkinligini bildiradi.

Buzilish shakllari qanday o‘zgardi?

Bir oʻqli yuklashda barcha aralashmalar odatiy mo‘rt yorilish xulqini ko‘rsatgan. Yakuniy yukning taxminan %70–80 iga yetganda avval qirra va burchaklarda mikroyoriqlar kuzatilgan; yuk ortishi bilan bu yoriqlar tez rivojlanib, qo‘shilib, vertikal asosiy yoriqlar va mahalliy parcha to‘kilishini hosil qilgan. Oxirgi bosqichda namunalar bir nechta blokka ajralgan va sezilarli plastik deformatsiya rivojlanmagan.

Haqiqiy uch oʻqli siqilishda namunalar umuman bir oʻqli namunalarga qaraganda yaxlitroq qolgan. x yuzada mayda yorilish, ajralish va ogʻirroq sharoitlarda ajralish–to‘kilish shakllari kuzatilgan. y yuzada bir qirra yoki ikki yon qirra bo‘ylab o‘qqa taxminan parallel ajralish ustun bo‘lgan. z yuzada esa ikki yon yoʻnalishdagi siqilish sababli markaziy siqilish sohasi yaxlitroq qolgan; yoriqlar ko‘proq yuklash plitasi kontakt maydoni atrofida rivojlangan.

Kuchlanish–deformatsiya egri chizigʻining uch bosqichi

Siqilish ishorasi musbat deb olingan. \(\varepsilon_1\), \(\varepsilon_2\) va \(\varepsilon_3\) mos ravishda z, y va x yoʻnalishlaridagi bosh deformatsiyalarni bildiradi. \(\sigma_1-\varepsilon_1\) egri chiziqlari odatda uch sohaga ajratilgan: taxminan chiziqli ko‘tariluvchi boshlangʻich qism, chiziqli bo‘lmagan ko‘tariluvchi choʻqqigacha bo‘lgan soha va choʻqqidan keyingi yumshash.

Yon bosim oshishi bilan choʻqqidan keyingi pasayish qiyaligi kamaygan. Ayniqsa (8,6) va (12,6) MPa sharoitlarida choʻqqi atrofidagi egrilik yumshoqroq bo‘lgan va yuqori o‘q bo‘ylab kuchlanish kengroq deformatsiya oraligʻida saqlangan. Bu natija teng bo‘lmagan uch oʻqli siqilish bir oʻqli yuklashdagi mo‘rt yumshashni sezilarli o‘zgartirib, choʻqqidan keyin ko‘proq plastiklikka ega javob hosil qilishini ko‘rsatadi.

Ko‘pchilik namunalarda \(\sigma_2>\sigma_3\) bo‘lgani sababli zaifroq siqilgan yoʻnalishdagi yon deformatsiya kattaligi kattaroq chiqqan: umumiy tendensiya \(|\varepsilon_3|>|\varepsilon_2|\) ko‘rinishida. Choʻqqidan keyin \(|\varepsilon_3|\)ning rivojlanish tezligi ham ko‘p hollarda \(|\varepsilon_2|\)nikidan katta. Fizik izoh shuki, yuqoriroq \(\sigma_2\) o‘z yoʻnalishidagi yon kengayishni kuchliroq bostiradi, pastroq \(\sigma_3\) esa kamroq cheklov beradi.

Oktaedrik kuchlanishlar nega hisoblandi?

Uchta alohida bosh kuchlanish taʼsirini umumiyroq ko‘p oʻqli buzilish taʼrifiga ko‘chirish uchun tajribaviy choʻqqi nuqtalari oktaedrik normal kuchlanish \(\sigma_{oct}\), oktaedrik kesuvchi kuchlanish \(\tau_{oct}\) va Lode burchagi \(\theta\) ko‘rinishiga o‘zgartirilgan. Siqilish musbat deb olingan.

\(\sigma_{oct}\) uchta bosh kuchlanishning o‘rtacha qiymati bo‘lib, MPa da ifodalanadi. U ko‘p oʻqli holatdagi o‘rtacha siqilish darajasini ifodalaydi.

\(\tau_{oct}\) bosh kuchlanishlar orasidagi farqlardan kelib chiqadigan deviatorik/kesuvchi komponentning oktaedrik tekislikdagi kattaligini ifodalaydi va MPa da beriladi. Uch bosh kuchlanish bir-biriga yaqinlashgan sari farq hadlari kichrayadi; kuchlanish holati gidrostatik holatga yaqinlashganda \(\tau_{oct}\) kamayadi.

Lode burchagi \(\theta\) deviatorik kuchlanish holatidagi bosh kuchlanishlarning nisbiy o‘rnini belgilaydi. Manba 9-jadvalda burchak graduslarda berilgan. Shunday qilib, faqat o‘rtacha siqilish va kesuvchi kuchlanish darajasi emas, balki \(\sigma_2\) bilan \(\sigma_3\) bir-biridan qanchalik farq qilishi ham buzilish taʼrifiga aks ettirilishi mumkin.

O‘lchovsiz buzilish koordinatalari

\(X\) va \(Y\) oktaedrik kuchlanishlarning ayni aralashmaning bir oʻqli siqilish mustahkamligi \(f_c\) bilan normallashtirilgan ko‘rinishlaridir. Surat va maxraj MPa da bo‘lgani uchun ikkala kattalik ham o‘lchovsiz. Bu normallashtirish besh aralashmaning boshlangʻich mustahkamliklari turlicha bo‘lsa ham ko‘p oʻqli buzilish xulqini umumiy koordinata tizimida taqqoslashga imkon beradi.

Taqqoslangan buzilish mezonlari

Manba avval bosimga sezgir chiziqli Drucker–Prager ko‘rinishini ko‘rib chiqqan:

Keyin shikastlanish Poisson nisbatiga asoslangan ko‘p oʻqli beton mustahkamligi yondashuvi baholangan:

Bu yerda \(a_1,a_2,a_3,a_4\) siqilish sohasi uchun moslashtirish parametrlaridir. Ushbu yondashuv gidrostatik bosim va Lode burchagi taʼsirlarini shikastlanish nisbati orqali ifodalashga urinadi. Biroq tadqiqotning yakuniy tanlovi bu model emas.

Nega Ushbu Tadqiqotda Bresler–Pister Buzilish Mezoni Tanlandi?

Tajribaviy buzilish nuqtalarining qiyosiy moslashuvida ikkinchi darajali Bresler–Pister ko‘rinishi tadqiqot maʼlumotlariga eng mos egri chiziqni bergani uchun tadqiqotchilar besh CT qumi almashtirish ulushining buzilish qobiqlarini ushbu model bilan alohida regressiyaga kiritgan.

Ikkinchi darajali \(CX^2\) hadi chiziqli Drucker–Prager ko‘rinishiga nisbatan o‘rtacha kuchlanish–kesuvchi kuchlanish munosabatiga egrilik beradi. \(A\), \(B\) va \(C\) tajribaviy regressiya parametrlaridir.

Tenglama (12) tadqiqotda ishlatilgan yakuniy o‘lchovsiz buzilish qobigʻidir. Har bir almashtirish ulushi uchun oltita tajribaviy buzilish nuqtasi alohida regressiyaga kiritilgan. Shu sabab bir guruhning \(A\), \(B\) va \(C\) koeffitsiyentlari boshqa guruh koeffitsiyentlari bilan almashtirilmasligi kerak.

\(R^2\) qiymatlarining 0,9954–0,9989 oraligʻida bo‘lishi model ushbu tajribalardagi oltita buzilish nuqtasini juda yaqin ifodalashini ko‘rsatadi. Biroq yuqori \(R^2\) model tajribadan tashqaridagi kuchlanish darajalarida yoki boshqa CT-GPC aralashmalarida avtomatik ravishda amal qilishini isbotlamaydi. Manbaning natijalar bo‘limi ham buzilish munosabatlarini tadqiqotda sinovdan o‘tkazilgan kuchlanish oraligʻi bilan ochiq cheklaydi.

Toʻliq kuchlanish–deformatsiya egri chizigʻi qanday normallashtirildi?

\(\varepsilon_{1p}\) choʻqqi kuchlanishga mos keluvchi o‘q bo‘ylab deformatsiya; \(\sigma_p\) esa shu tajribada o‘lchangan choʻqqi kuchlanishdir. Shunday qilib, choʻqqi nuqta taxminan \(x=1,\;y=1\) holatiga ko‘chiriladi. \(x\) va \(y\) o‘lchovsiz bo‘lib, turli kuchlanish sharoitlaridagi egri shakllarni umumiy masshtabda taqqoslashga imkon beradi.

Nega bitta klassik beton modeli toʻgʻridan-toʻgʻri qoʻllanmadi?

Manba Hognestad, Kent–Park, Popovics va Guo Zhenhai tipidagi ifodalarni baholagan. Hognestad yondashuvining choʻqqigacha doimiy boshlangʻich qattiqlik nisbatini faraz qilishi va choʻqqidan keyingi qismni chiziqli belgilashi; Kent–Park yondashuvining passiv armatura halqasi bilan cheklash uchun ishlab chiqilgan empirik parametrlarga va chiziqli choʻqqidan keyingi tarmoqqa tayanishi, teng bo‘lmagan faol yon bosim ostida CT-GPC egri shaklini bevosita ifodalash uchun cheklovchi deb topilgan.

Popovics funksiyasining choʻqqigacha bo‘lgan tarmogʻi manbada quyidagi ko‘rinishda qoʻllangan:

\(n\) choʻqqigacha bo‘lgan egrilikni boshqaruvchi shakl parametridir. Manba Popovicsning oddiy beton uchun ishlab chiqilgan asl empirik \(n\) munosabatini bevosita ko‘chirmagan; faqat funksional ko‘rinishdan foydalanib \(n\)ni CT-GPCning TTC maʼlumotlariga qayta moslashtirgan.

Guo Zhenhaining bo‘lakli ko‘rinishi manbada quyidagicha berilgan:

\(\alpha_a\) ko‘tariluvchi tarmoqni, \(\alpha_d\) esa choʻqqidan keyingi pasayish shaklini boshqaradi. Tadqiqotchilar tajribaviy egri chiziqlar bo‘yicha eng kichik kvadratlar taqqoslashida choʻqqigacha Popovics tipidagi, choʻqqidan keyin esa Guo tipidagi funksiyani birgalikda qoʻllash pastroq moslash xatosini berganini bildiradi.

Tadqiqot taklif qilgan yakuniy bo‘lakli konstitutiv model

Tenglama (17)da choʻqqigacha bo‘lgan egrilikni \(n\), choʻqqidan keyingi yumshashni esa \(\alpha_d\) boshqaradi. Parametrlar har bir CT qumi almashtirish ulushi va har bir yon kuchlanish kombinatsiyasi uchun alohida chiziqli bo‘lmagan eng kichik kvadratlar usuli bilan Origin dasturida moslashtirilgan. Shuning uchun bu tadqiqot yagona universal \(n\) yoki \(\alpha_d\) doimiysini taklif qilmaydi.

Barcha 30 egri chiziqning \(R^2\) qiymatlari 0,9789–0,9991 oraligʻida qolgan. Bu yuqori moslik bo‘lakli funksiya tajribaviy egri shakllarni sinov oraligʻida yaxshi ifodalashini ko‘rsatadi. Biroq parametrlarning kuchlanish kombinatsiyasiga qarab sezilarli o‘zgarishi butun CT-GPC xulqini bitta doimiy parametr jufti bilan ifodalash kerak emasligini ham ko‘rsatadi.

SEM va EDS mikrostruktura tekshiruvi

Har bir CT qumi almashtirish ulushidan uch xil beton kubning ichki qismidan bittadan namuna olingan; shu tariqa jami 15 SEM namunasi tayyorlangan. Har bir bo‘lak 1 cm dan kichik o‘lchamda saqlangan, quruq laboratoriya sharoitida bir kun qoldirilgan va SEM tasvirlashdan oldin oltin bilan qoplangan. Tasvirlash ZEISS Sigma 360 skanerlovchi elektron mikroskopida bajarilgan.

500× kattalashtirishdagi zarracha–matritsa interfeysi tasvirlarida %0 va %20 guruhlarning tanlangan sohalarida zarracha chegarasi bo‘ylab nisbatan uzluksiz ochiq yoriqlar ko‘ringan. %5 guruhda zarracha chetlarida mahalliy bo‘shliqlar va matritsa yoriqlari bo‘lsa-da, bu chegara ochiqliklari %0 va %20 guruhlarda tanlangan uzun ochiqliklardan kichikroq. %10 guruhning tanlangan tasvirida interfeysning katta qismi nisbatan uzluksiz, %15 guruhda esa ayrim yoriqlar zarracha chegarasidan matritsaga ulanib ketgani ko‘ringan. Manba ayniqsa ushbu mikrostruktura xususiyatlari almashtirish ulushi bilan oddiy va monoton tarzda o‘zgarmasligini qayd etadi.

%5 guruhning gel matritsasi tasvirida ko‘plab mayda donador va toʻrsimon/flokulent gel mahsulotlari, gʻovak devorlari bo‘ylab uzluksizlik va zarrachalar orasida bogʻlanish kuzatilgan. Tekshirilgan mahalliy EDS nuqtasida O, Al va Si jami %92,01; Ca %4,65; Na %1,82 deb qayd etilgan, oz miqdorda Mg va Fe ham aniqlangan. Mualliflar bu tarkib kalsiy va natriy tutuvchi aluminosilikat gel mahsulotlariga mos kelishini baholaydi. Ushbu EDS natijasi bitta mahalliy tahlil nuqtasiga tegishli; butun materialning faza ulushi yoki o‘rtacha kimyoviy tarkibi sifatida talqin qilinmasligi kerak.

2000× tasvirlarda %0 guruh gel matritsasida submikrometrdan bir necha mikrometrgacha bo‘lgan ko‘plab gʻovaklar va ayrim joylarda 10 μm dan katta bo‘shliqlar kuzatilgan. Boshqa sohalarda bo‘shliqlarni qisman to‘ldiruvchi taxminan 1–2 μm sferik to‘plamlar va qatlamli mineral zarrachalar ko‘ringan. CT tarkibidagi xlorit, illit va slyuda guruhidagi minerallar bilan bogʻlangan qatlamli zarrachalar orasida ochiq bo‘shliq va mahalliy zaif tekislik hosil qilishi mumkin bo‘lgan sohalar aniqlangan.

Mikrostruktura bilan makroskopik mustahkamlik qanday bogʻlandi?

Mualliflarning talqiniga ko‘ra, %5 CT qumi qoʻshilishi ultra-mayda donali toʻldirish taʼsiri orqali ishlab chiqarilgan qum granulometriyasini to‘ldirib, ayrim bo‘shliqlarni kamaytirishi mumkin. Tanlangan SEM sohasida %5 guruhning uzluksizroq qattiq tuzilmasi va uzun ochiq yoriqlar ko‘rinmasligi makroskopik jihatdan eng yuqori siqilish mustahkamligiga mos deb topilgan. Bunga qarshi, %20 guruhning tanlangan tasvirida zarracha chegarasidagi ochiqlikning qo‘shni yoriqlar bilan tutashishi yuqori almashtirish darajasida zaif interfeyslar ortishi mumkinligi haqidagi talqinni qo‘llab-quvvatlaydi.

Ushbu mikrostrukturaviy tushuntirish sababiylik nuqtayi nazaridan ehtiyotkorlik bilan o‘qilishi kerak. SEM tasvirlari muayyan va cheklangan tasvir maydonlaridan olinadi; tadqiqotda butun hajmni ifodalovchi uch o‘lchovli gʻovak tomografiyasi yoki keng ko‘lamli miqdoriy yoriq statistikasi taqdim etilmagan. Shu sabab tasvirlar makroskopik xulqqa mos mexanizm dalilini beradi, ammo butun mustahkamlik farqini o‘z-o‘zicha qatʼiy isbotlamaydi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Tajriba dizaynining texnik xulosasi

Asosiy tajribaviy natijalar

• %0–20 CT qumi almashtirish oraligʻida bir oʻqli siqilish mustahkamligi %5 da maksimumga yetgan va yuqoriroq almashtirishlarda yana kamaygan.
• %5 guruh oltita haqiqiy uch oʻqli kuchlanish kombinatsiyasining barchasida eng yuqori mutlaq o‘q bo‘ylab choʻqqi kuchlanishni hosil qilgan.
• Barcha guruhlarda TTC choʻqqi kuchlanishi o‘z bir oʻqli mustahkamligidan yuqori bo‘lgan; \(K_t\) 1,237–2,094 oraligʻida o‘zgargan.
• CT qumi bo‘lgan to‘rtta guruh orasida %20 guruh eng yuqori nisbiy siqilish ortish koeffitsiyentini ko‘rsatgan; bu tartib mutlaq mustahkamlik tartibidan farq qiladi.
• \(\sigma_3=2\) MPa doimiy bo‘lganda \(\sigma_2\)ning ortishi barcha guruhlarda \(K_t\)ni oshirgan.
• \(\sigma_2=8\) MPa doimiy bo‘lganda \(\sigma_3\)ning ortishi ham \(K_t\)ni oshirgan, ammo ikkinchi 2 MPa lik ortishning o‘rtacha hissasi birinchi ortishdan kichikroq bo‘lgan.
• Haqiqiy uch oʻqli namunalar bir oʻqli namunalarga nisbatan buzilishdan keyin yaxshiroq yaxlitlik ko‘rsatgan.
• Yon siqilish ortishi bilan choʻqqidan keyingi o‘q bo‘ylab kuchlanish yo‘qotilishi bosqichma-bosqichroq bo‘lgan.
• Ko‘pchilik sharoitlarda zaifroq yon siqilish yoʻnalishidagi deformatsiya kattaligi yuqoriroq bo‘lgan va \(|\varepsilon_3|>|\varepsilon_2|\) tendensiyasi kuzatilgan.
• Bresler–Pister tipidagi ikkinchi darajali buzilish qobigʻi uchun \(R^2\) 0,9954–0,9989 oraligʻida.
• Popovics–Guo birlashtirilgan konstitutiv modelida 30 normallashtirilgan egri chiziq uchun \(R^2\) 0,9789–0,9991 oraligʻida.
• Tanlangan SEM maydonlari %5 guruhda uzluksizroq qattiq tuzilmani; %0 va %20 guruhlarda esa aniqroq ochiq yoriq sohalarini ko‘rsatgan.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan natijalar

Tadqiqot tekshirilgan material tarkibi, 100 mm kub namunalar, 28 kunlik qotirish va belgilangan 2–12 MPa yon kuchlanish oraligʻida CT qumi ulushi ham boshlangʻich bir oʻqli mustahkamlikka, ham ko‘p oʻqli siqilishga beriladigan javobga taʼsir qilishini qoʻllab-quvvatlaydi. Bundan tashqari, ikki yon bosh kuchlanish teng bo‘lmagan sharoitlarda \(\sigma_2\) va \(\sigma_3\)ning alohida taʼsirlarini o‘lchash muhimligini, yon siqilish buzilish shakli va choʻqqidan keyingi deformatsiyani o‘zgartirishini tajribaviy ko‘rsatadi.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlamaydigan umumlashtirishlar

Natijalar “%5 CT qumi barcha geopolimer betonlarda universal optimum”, “%20 har qanday holatda yaxshiroq ko‘p oʻqli beton”, “bu material haqiqiy konstruksiyalarda aniq xavfsizroq” yoki “CT-GPCning uglerod izi anʼanaviy betondan shuncha past” kabi umumlashtirishlarni qoʻllab-quvvatlamaydi. Tadqiqot bitta material tizimi, cheklangan almashtirish ulushlari, oltita yon bosim holati, 100 mm laboratoriya kublari va 28 kunlik qotirishda o‘tkazilgan.

Metodik va talqin chegaralari

Manba mustahkamlik qiymatlarini uchta namunaning o‘rtachasi sifatida beradi; biroq asosiy mustahkamlik jadvallarida standart ogʻish, ishonch oraligʻi yoki inferensial ahamiyatlilik testi berilmagan. Shu sabab, masalan, %5 va %10 guruhlar orasidagi sonli farqning statistik ahamiyatliligini ushbu manbadan chiqarib bo‘lmaydi.

Buzilish qobigʻi va konstitutiv model yuqori \(R^2\) qiymatlarini ko‘rsatsa-da, koeffitsiyentlar tajribaviy maʼlumotlarga moslashtirilgan. Model turli namuna o‘lchamlarida, turli CT mineralogiyalarida, turli aktivator ulushlarida, boshqa qotirish sharoitlarida yoki yuqoriroq/pastroq kuchlanish sohalarida mustaqil tashqi tasdiqdan o‘tkazilmagan.

SEM/EDS tahlili muayyan mahalliy tasvir maydonlari va nuqtaviy kimyoviy o‘lchovlarni ifodalaydi. Tadqiqot miqdoriy uch o‘lchovli gʻovak tarmogʻi, butun namuna hajmini qamrab oluvchi yoriq taqsimoti yoki faza miqdorlarining keng qamrovli miqdoriy aniqlanishini bermaydi.

Tadqiqot qisqa muddatli mexanik xulqqa qaratilgan. Muzlash-erish, xlorid o‘tishi, sulfat hujumi, karbonatlanish, sudralish, uzoq muddatli qisqarish, charchash, yongʻin xulqi va dala xizmat muddati ushbu tajriba dasturining mavzusi emas. Shuningdek, “past uglerod” motivatsiyasi muhokama qilinsa-da, hayot siklini baholash yoki toʻgʻridan-toʻgʻri CO₂ ekvivalenti hisob-kitobi bajarilmagan.

Manba va Usul Haqida Izoh

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

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

Teng hissa: Manba PDFda teng hissa/ham-birinchi muallif bayonoti mavjud emas.

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

Affiliatsiyalar: College of Civil and Architectural Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan, PR China; Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration, Harbin, China; China 22MCC Group Corporation Ltd., Tangshan, Hebei, China.

Manba turi: Eksperimental tadqiqot maqolasi preprinti.

Peer-review holati: Manba PDFda aniq “This preprint research paper has not been peer reviewed” iborasi bor; bu versiya ekspert baholashidan o‘tmagan.

Platforma: SSRN.

SSRN raqami: 7624559.

DOI: 10.2139/ssrn.7624559.

SSRN nashr/posted sanasi: 17 Oktabr 2026.

Jurnal / jild / son: Ushbu manba versiyasi jurnalning nashr qilingan version of record yozuvi emas; manba preprint uchun alohida jurnal, jild yoki son maʼlumoti berilmagan.

Rasmiy yozuv: https://ssrn.com/abstract=7624559

Litsenziya: Ko‘rib chiqilgan PDF va rasmiy SSRN yozuvida qayta foydalanishga aniq ruxsat beruvchi Creative Commons litsenziyasi tasdiqlanmagan. Shu sababli asl fotosuratlar, SEM tasvirlari va manba shakl dizaynlari Verianla HTMLiga ko‘chirilmagan; faqat ilmiy maʼlumotlar va munosabatlar mustaqil jadval/SVG tuzilmalarida qayta ifodalangan.

CRediT hissalari: Jiajun Xie — Writing – original draft, Writing – review & editing, Supervision, Investigation. Jianwei Chen — Supervision, Validation, Writing – review & editing. Hongwei Ren — Writing – review & editing. Zhongyi Zhou — Formal analysis, Data curation. Xiangbo Ning — Writing – review & editing.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Mualliflar tadqiqotga taʼsir qilishi mumkin bo‘lgan maʼlum raqobatdosh moliyaviy manfaat yoki shaxsiy munosabat mavjud emasligini bayon qiladi.

Moliyalashtirish: National Natural Science Foundation of China, Project 51678236; shuningdek Shijiazhuang Municipal Industry-University-Research Cooperation Project for Universities Stationed in Hebei – Key R&D Special Program for Universities Stationed in Hebei, Grant No. 2512300503A.

Maʼlumotlarning mavjudligi: Manba PDFda alohida “Data Availability” bayonoti aniqlanmagan.

Asosiy metodik chegara: Natijalar laboratoriya miqyosidagi 100 mm kub CT-GPC namunalari, %0–20 CT qumi almashtirish oraligʻi va oltita belgilangan haqiqiy uch oʻqli siqilish holati uchun olingan. Buzilish mezoni va konstitutiv model koeffitsiyentlari shu tajribaviy oraligʻda moslashtirilgan; dala miqyosida konstruktiv tasdiqlash bajarilmagan.