Magniy kaliy fosfat sementi (magnesium potassium phosphate cement, MKPC), MgO bilan fosfat tarkibiy qismlari oʻrtasidagi kislota–asos neytrallanish reaksiyasi orqali tez qotadigan, juda yuqori erta mustahkamlik va kuchli adgeziya taʼminlay oladigan noorganik bogʻlovchidir. Ushbu tadqiqot MKPCni nano-Fe₂O₃ (NF) va nano-SiO₂ (NS) bilan modifikatsiyalashning gidratatsiya xatti-harakati, faza rivojlanishi, gʻovaklar tuzilishi, mikrostruktura, mahalliy mexanik xossalar va makroskopik mustahkamlikka taʼsirini qiyosiy ravishda oʻrgandi. Yangi eksperimental eʼtibor NF-MKPCga qaratilgan; NS-MKPC maʼlumotlari ayni tajriba kampaniyasida olingan, biroq avval nashr etilgan natijalardan taqqoslash maqsadida tadqiqotga kiritilgan.

Tadqiqotda toʻrt omilli va uch darajali ortogonal aralashma dizayni; siqilish va egilish mustahkamligi sinovlari; izotermik kalorimetriya; rentgen difraksiyasi (XRD); Furye-oʻzgartirishli infraqizil spektroskopiya (FTIR); termogravimetrik tahlil va differensial skanerlovchi kalorimetriya (TG/DTG–DSC); skanerlovchi elektron mikroskopiya, energiya-dispersiv rentgen spektroskopiyasi va orqaga sochilgan elektron tasvirlash (SEM/EDS–BSE); simob intruziya porozimetriyasi (MIP); Raman xaritalash va nanoindentatsiya birgalikda qoʻllanildi.

Oʻrganilgan sharoitlarda NF/M = %4 diapazon va oʻrtacha qiymat tahliliga koʻra afzal NF dozasi sifatida tanlandi. NF-MKPCning siqilish mustahkamligi 3 soatda 38,63 MPa, 28 kunda 81,26 MPaga yetdi; sof MKPCda shu qiymatlar 27,5 va 57,2 MPa edi. NF-MKPCning 28 kunlik egilish mustahkamligi 11,22 MPa boʻlgan, sof MKPC esa 8,32 MPa darajasida qolgan.

Kalorimetriya NF-MKPC taxminan 0,1 soatda 148 mW/g bilan uch tizim ichida eng erta va eng yuqori issiqlik oqimi choʻqqisini berganini koʻrsatdi. XRD, FTIR va Raman natijalari ham NF qoʻshilishi tezroq erta gidratatsiya va yaxshiroq rivojlangan kristall gidratatsiya mahsuloti hosil boʻlishi bilan bogʻliqligini koʻrsatadi. Shu bilan birga, tadqiqotda geterogen nukleatsiya bevosita oʻlchanmagan; shu sababli nukleatsiya NFning isbotlangan yagona mexanizmi emas, balki birlashtirilgan maʼlumotlarga mos keladigan ehtimoliy hissalardan biridir.

MIP NF-MKPCda >100 nm makrogʻovaklar taxminan %26 dan 3 soatdan boshlab 28 kunda %11 gacha kamayganini koʻrsatdi. Nanoindentatsiya natijalarida NF-MKPC 28 kunda taxminan 4,94 GPa qattiqlik va 88,8 GPa elastiklik moduli bilan oʻrganilgan tizimlar orasida eng yuqori mahalliy mexanik javoblarni koʻrsatdi.

Tadqiqotning asosiy talqini shundan iboratki, NFning mustahkamlovchi taʼsiri bitta hodisadan kelib chiqmaydi. Tezlashgan erta gidratatsiya, ehtimoliy geterogen nukleatsiya, nanozarrachalarning fizik toʻldirish taʼsiri, yirik gʻovaklarning kamayishi, gidratatsiya mahsulotlarining yanada uzluksiz taqsimlanishi va mikromexanik bir jinslilikning ortishi birgalikda rol oʻynayotgandek koʻrinadi.

Natijalar laboratoriya miqyosidadir. Muzlash–erish, sulfat taʼsiri, uzoq muddatli suv taʼsiri, dala miqyosidagi qoʻllash va uzoq muddatli chidamlilik bevosita sinovdan oʻtkazilmagan. Shu sababli tadqiqot NF-MKPC uchun muhandislik salohiyatini koʻrsatadi, dala sharoitidagi ishlashini tasdiqlamaydi.

MKPC nega maxsus sement tizimi hisoblanadi?

MKPC anʼanaviy Portland sementidan farqli gidratatsiya kimyosiga ega tez qotuvchi fosfat sementidir. Manbada bu material 1 soat ichida 20 MPadan yuqori siqilish mustahkamligini rivojlantira olishi va 28 kunda odatda 40–80 MPa oraligʻiga yetishi mumkinligi qayd etilgan.

Manba adabiyotiga koʻra, MKPCning poʻlat yoki tosh kabi yuzalarga adgeziyasi ham oddiy Portland sementidan bir necha baravar yuqori boʻlishi mumkin. Bu xususiyatlar tezkor yoʻl taʼmiri, beton sirtini taʼmirlash, himoya qoplamasi, ayrim chiqindilarni immobilizatsiya qilish amaliyotlari va maxsus muhandislik taʼmirlari uchun muhimdir.

Biroq mustahkamlikning tez rivojlanishi mikrostruktura nuqsonsiz degani emas. Qotgan MKPCda oʻzaro bogʻlangan gʻovaklar, qatlamli struvit-K kristallari orasidagi boʻshliqlar, amorf fosfat gel hududlari va reaksiyaga kirishmagan MgO zarrachalari birga mavjud boʻlishi mumkin. Ushbu geterogen tuzilma ionlar oʻtishini va uzoq muddatli chidamlilik muammolarini osonlashtirishi mumkin.

Nano-modifikatsiyaning maqsadi nima?

Nanomasshtabli qoʻshimchalarning asosiy gʻoyasi shuki, kichikroq zarrachalar yirik donalar orasidagi boʻshliqlarni toʻldirishi, yangi gidratatsiya mahsulotlari hosil boʻlishi mumkin boʻlgan katta sirt maydonlarini taʼminlashi va gidratatsiya mahsulotlarining fazoviy taqsimlanishini oʻzgartirishi mumkin.

Ammo barcha nanozarrachalar bir xil tutmaydi. Nano-SiO₂ yuqori sirt maydoni va kimyoviy reaktivligi tufayli sement tizimlarida keng oʻrganilgan; biroq kislotali fosfat muhitida reaksiyalarda qatnashishi mumkin va dispersiyalanish/agglomeratsiya xatti-harakati natijalarga taʼsir qilishi mumkin.

Nano-Fe₂O₃ esa kimyoviy barqarorligi va kichik zarracha oʻlchami tufayli boshqa modifikatsiya yoʻlini taklif qilishi mumkin. Ushbu tadqiqotning asosiy savoli NF MKPCda faqat boʻshliq toʻldiruvchi sifatida tutadimi, gidratatsiyani ham tezlashtiradimi va bu oʻzgarishlar makromustahkamlik bilan qanday bogʻlanishidadir.

Nano-Fe₂O₃ MKPCni Qanday Mustahkamlaydi?

Manba natijalariga koʻra, nano-Fe₂O₃ bilan mustahkamlanishni bitta mexanizmga bogʻlab boʻlmaydi; NF qoʻshilishi ertaroq gidratatsiya issiqlik choʻqqisi, yanada rivojlangan fosfat gidratatsiya mahsuloti tarmogʻi, yirik gʻovaklarning kamayishi, zichroq matritsa va bir xilroq mahalliy mexanik javob bilan birga kuzatiladi, biroq geterogen nukleatsiya va fizik toʻldirishning alohida hissalari bevosita miqdoriy oʻlchanmagan.

Birinchi qatlam: erta gidratatsiyaning tezlashishi

Izotermik kalorimetriyada sof MKPC, NS-MKPC va NF-MKPC dastlabki uch soat davomida taqqoslangan. Barcha aralashmalar dastlabki bosqichda issiqlik oqimining tez koʻtarilishi, undan keyin pasayishini koʻrsatadi.

NF-MKPCning choʻqqi issiqlik oqimi:

148 mW/g, taxminan 0,1 soat.

Taqqoslash uchun:

• sof MKPC: taxminan 110 mW/g;
• NS-MKPC: taxminan 140 mW/g;
• NF-MKPC: taxminan 148 mW/g.

NF choʻqqisining ham yuqori, ham erta boʻlishi reaksiyaning dastlabki bosqichlari tezlashganini koʻrsatadi. Tadqiqotchilar buni nanozarrachalarning yuqori solishtirma sirt maydoni gidratatsiya mahsulotlari uchun qoʻshimcha nukleatsiya yuzalarini taʼminlashi bilan bogʻliq boʻlishi mumkin deb hisoblaydi.

Biroq bu talqinning chegarasi muhim: tadqiqot yadrolar hosil boʻlganini bevosita tasvirlamagan yoki nukleatsiya tezligini alohida tajriba bilan oʻlchamagan. Shu sababli “NF aniq geterogen nukleatsiya orqali ishlaydi” degan ifoda manba qoʻllab-quvvatlaganidan kuchliroq boʻlar edi.

Ikkinchi qatlam: faza oʻzgarishining rivojlanishi

XRD difraktogrammalarida barcha tizimlarda MgOning taxminan 43° va 62,3° atrofidagi xarakterli choʻqqilari qotish yoshi bilan kamaygan; struvit-K gidratatsiya mahsulotining taxminan 21°, 30° va 32° atrofidagi choʻqqilari kuchaygan.

NF-MKPC taqqoslanadigan yoshda pastroq MgO choʻqqilari va aniqroq struvit-K choʻqqilarini koʻrsatdi. NF tutgan namunalarda, shuningdek, taxminan 24° atrofida Fe₂O₃ bilan bogʻlangan zaif signal kuzatildi.

Bu kuzatuv boshlangʻich MgOning yanada yuqori darajada gidratatsiya mahsulotlariga aylangani haqidagi talqinga mos keladi; biroq XRDning oʻzi barcha reaksiya yoʻllarini aniqlamaydi.

Uchinchi qatlam: FTIR va termik tahlil

FTIR spektrlarida O–H tebranishlari taxminan 2931 va 1675 cm⁻¹, fosfat guruhlari taxminan 1016 cm⁻¹, Mg–O tebranishlari taxminan 568 cm⁻¹ atrofida kuzatilgan.

NF-MKPCda taxminan 428 cm⁻¹ atrofida Fe–O bilan bogʻliq qoʻshimcha tasma mavjud. Manba bu tasmani yangi gidratatsiya mahsulotidan koʻra qoʻshilgan nano-Fe₂O₃ fazasining xarakterli izi sifatida talqin qiladi.

TG/DTG tahlilida asosiy massa yoʻqotilishi 200 °C dan pastda, sekinroq ikkinchi yoʻqotish esa 200–800 °C oraligʻida yuz bergan. DSCda 100–150 °C oraligʻida yaqqol endotermik hodisa va yuqoriroq haroratlarda qoʻshimcha termik hodisalar kuzatiladi.

Mualliflar termik natijalar gidratatsiya mahsulotlarining miqdori va strukturaviy holatidagi oʻzgarishlarga mos kelishini, biroq TG/DSCning oʻzi muayyan reaksiya yoʻlini isbotlay olmasligini aniq taʼkidlaydi.

Toʻrtinchi qatlam: zichroq mikrostruktura

SEM va BSE tasvirlarida 3 soatda barcha tizimlarda qoldiq MgO donalari, boʻshliqlar va uzilishli gidratatsiya mahsulotlari kuzatilgan.

7 kunda barcha tuzilmalar zichlashgan, qoldiq MgO miqdori kamaygan va gidratatsiya mahsulotlari zarrachalar orasidagi hududlarni yanada uzluksiz toʻldira boshlagan.

28 kunda namunalarda zich va oʻzaro bogʻlangan uch oʻlchamli gidratatsiya mahsuloti tarmoqlari hosil boʻlgan; Mg va P taqsimotlarining fazoviy korrelyatsiyasi oshgan.

NF-MKPC ayniqsa zichroq matritsa va bir xilroq Fe taqsimoti bilan ajralib turdi. Biroq SEM/EDS tasvirlari fizik toʻldirish va nukleatsiyaning nisbiy hissasini alohida oʻlchay olmaydi.

Beshinchi qatlam: gʻovak tuzilishining maydalanishi

Tadqiqotda MIP uchun gʻovaklar quyidagi sinflarda koʻrib chiqilgan:

Sof MKPCda makrogʻovak ulushi 3 soatda taxminan %35 boʻlsa, 28 kunda %15 gacha kamaygan.

NF-MKPCda makrogʻovaklar erta bosqichning oʻzidayoq pastroq darajada:

28 kunda NF-MKPCning 20–50 nm mezogʻovak ulushi taxminan %44 ni tashkil qiladi.

Nano-Fe₂O₃ va Nano-SiO₂ MKPCda Bir Xil Ishlaydimi?

Yoʻq. Tadqiqot ikki nano-modifikator qisman umumiy natijalar berganiga qaramay, ularning gidratatsiya va gʻovak evolyutsiyasi farqli ekanini koʻrsatadi: NF ertaroq va kuchliroq boshlangʻich issiqlik javobi bilan, NS esa ayniqsa kech yoshda 20–50 nm gʻovak sinfining ustun boʻlib qolishi va makrogʻovaklarning deyarli yoʻqolishi bilan ajralib turadi.

Erta gidratatsiyadagi farq

NF-MKPC 148 mW/g bilan eng yuqori va eng erta choʻqqini bergan boʻlsa, NS-MKPC taxminan 140 mW/g lik choʻqqini keyinroq koʻrsatgan.

NS-MKPCda asosiy choʻqqidan keyin uzoqroq davom etadigan issiqlik ajralishi mavjud. Manba bu farqni nano-SiO₂ va nano-Fe₂O₃ning fosfat muhiti bilan turlicha oʻzaro taʼsiri bilan bogʻlaydi.

Gʻovak evolyutsiyasidagi farq

NS-MKPC 7 kunda >100 nm makrogʻovak ulushini taxminan %5 gacha tushirgan va 20–50 nm sinfini taxminan %60 gacha oshirgan. 28 kunda makrogʻovaklar deyarli butunlay yoʻqolgan, 20–50 nm gʻovaklar taxminan %55 va <20 nm gʻovaklar taxminan %38 ulushda boʻlgan.

NF-MKPC esa erta yoshda sof MKPCga nisbatan pastroq makrogʻovak ulushi bilan boshlangan va 28 kunda taxminan %11 gacha kamaygan.

Shu sababli manba hech bir nano-modifikator gʻovaklarni maydalashning barcha oʻlchamlarida “universal ravishda ustun” deb hisoblanmasligini ochiq taʼkidlaydi.

Mustahkamlik taqqoslanishini ehtiyotkorlik bilan oʻqish

Sof MKPCga nisbatan NF-MKPCning mustahkamlik ortishi aniq. Shu bilan birga, manba Figure 5da avval nashr etilgan NS-MKPC natijalarini ham koʻrsatadi.

Shu sababli NF-MKPC manbadagi Figure 5ga koʻra mutlaq siqilish mustahkamligi boʻyicha NS-MKPCdan oshmaydi.

Egilish mustahkamligida esa NS-MKPC 3 soatda yuqoriroq boʻlsa, NF-MKPC 1, 7 va 28 kunda yuqoriroq qiymatlarni koʻrsatadi.

Shu sababli manbaning xulosa boʻlimidagi “NF-MKPC exhibited the highest strength growth” ifodasi mutlaq siqilish mustahkamligi barcha tizimlardan yuqori degan maʼnoda talqin qilinmasligi kerak. Verianla Figure 5dagi oʻlchangan qiymatlarni ustuvor source-of-truth sifatida saqlaydi.

Raman xaritalash nima qoʻshdi?

Raman xaritalashda MgO bilan bogʻliq hududlar, kristall gidratatsiya mahsulotlari va amorf fosfatga boy matritsa alohida spektral hududlar bilan kuzatildi.

3 soatda sof MKPCda amorf fazalar va keng MgO hududlari ustun boʻlgan boʻlsa, NS va NF modifikatsiyasida kristall gidratatsiya mahsuloti hududlari aniqroq boʻldi.

7 va 28 kunda NS-MKPC va NF-MKPC oʻzaro yaxshiroq bogʻlangan kristall hududlar va bir xilroq amorf matritsani koʻrsatdi. Sof MKPCda 28 kunda ham aniqroq MgO toʻplamlari saqlanib qoldi.

Nanoindentatsiya mikrostrukturani mexanik xossa bilan qanday bogʻladi?

Nanoindentatsiya materialning mikrometr miqyosidagi muayyan hududlarida mahalliy qattiqlik va elastiklik modulini oʻlchaydigan mexanik xarakterizatsiya usulidir. Ushbu tadqiqot uchun sirt gʻadir-budurligi 50 nm dan pastga tushirilgan namunalarda 6 × 6 tartibda jami 36 oʻlchov nuqtasi ishlatildi.

Indentatsiya chuqurligi 2 µm, nuqtalar orasidagi masofa 80 µm.

3 soatda sof MKPCda past mexanik javobli hududlar ulushi yuqoriroq boʻlgan, nano-modifikatsiyalangan tizimlarda esa yuqori javobli hududlar koʻpaygan.

NF-MKPC uchun:

Taqsimotlarning torayishi va past samarali hududlarning kamayishi matritsa ichidagi mexanik geterogenlik kamayganini koʻrsatadi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Xomashyolar

Sof MKPC bogʻlovchisi uchun asosiy tarkibiy qismlar yuqori haroratda kuydirilgan magniy oksidi (dead-burnt magnesium oxide, DBM), analitik tozalikdagi KH₂PO₄, deionizatsiyalangan suv va boraks (Na₂B₄O₇·10H₂O) bo‘lgan.

DBMning zichligi 3,46 g/cm³ va kimyoviy tarkibi manbadagi Table 1ga koʻra:

Nano-Fe₂O₃ning oʻrtacha zarracha oʻlchami 20 nm, uyma zichligi 0,85–1,05 g/cm³ va tozaligi %99,9.

Sof MKPC etalon aralashmasi

Namuna tayyorlash

Sof MKPC tayyorlashda KH₂PO₄ va boraks avval 150 r/min tezlikda 30 soniya aralashtirildi, DBM qoʻshilib ayni tezlikda yana 30 soniya aralashtirildi. Deionizatsiyalangan suv qoʻshilgach 150 r/minda 30 soniya davom ettirildi; idish devorlari qirib tushirilgandan soʻng aralashma 290 r/minda 60 soniya gomogenlashtirildi.

NF-MKPC uchun umumiy suvning yarmida NF 400 W ultratovushli ishlov ostida 10 daqiqa dispersiyalandi. NF suspenziyasi quruq aralashmaga qoʻshildi va qolgan suv keyin kiritildi.

Egilish sinovlari uchun 160 × 40 × 40 mm prizmatik, siqilish sinovlari uchun 40 × 40 × 40 mm kub namunalar tayyorlandi.

Namunalar quyilgandan darhol vibratsiyaga duchor qilindi, 30 daqiqadan soʻng qolipdan chiqarildi va 20 ± 5 °C hamda %60 ± 5 nisbiy namlik sharoitida qotirildi.

Ortogonal tajriba dizayni

Manbada M/P omili natijalar bo‘limining bir joyida “dibasic magnesium phosphate” iborasi bilan izohlangan; biroq xomashyo taʼrifi, Table 1 va tajriba tuzilishi DBM dead-burnt magnesium oxide ekanini ko‘rsatadi. Bu terminologik farq manba ichidagi ehtimoliy yozuv xatosi sifatida baholanishi kerak.

Nega %4 Nano-Fe₂O₃ Dozasi Afzal Koʻrildi?

NF/M = %4 o‘rganilgan %2–%6 oralig‘ida mexanik javoblarning umumiy diapazon va o‘rtacha qiymat tahliliga ko‘ra eng maʼqul muvozanatni bergani uchun tanlandi; %6 NF qo‘shilishi mustahkamlikni izchil oshirmagan va ayrim erta siqilish mustahkamligi natijalarida pasayish keltirib chiqargan, biroq bu tanlov barcha omillar uchun %5 ahamiyatlilik darajasida tasdiqlangan universal optimum emas.

Ortogonal tajribada omillarning taʼsiri

3 soatlik siqilish mustahkamligi uchun eng katta diapazon B/M omilida taxminan 8,863 MPa deb topildi.

1 kunlik siqilish mustahkamligida W/C omili eng katta diapazonga ega.

3 soatlik va 1 kunlik egilish mustahkamligida M/P omili taʼsir bo‘yicha eng yuqori o‘rinni ko‘rsatdi.

Birlashtirilgan xato ANOVA tahlilida faqat M/Pning 3 soatlik egilish mustahkamligiga taʼsiri statistik jihatdan ahamiyatli:

\[ p=0.018 \]

Boshqa ustun omillar o‘z mexanik javoblarida eng past p qiymatlarini bergan bo‘lsa-da, \(p<0.05\) shartini qanoatlantirmadi.

Siqilish mustahkamligi tenglamasi

Manba Tenglama (1):

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

Bu yerda \(R_c\) siqilish mustahkamligi bo‘lib, MPa birligida. \(F_s\) sinish paytidagi cho‘qqi siqilish yuki bo‘lib, N birligida. \(A\) yuklangan ko‘ndalang kesim maydoni bo‘lib, mm² birligida.

N/mm² bevosita MPaga teng bo‘lgani uchun tenglama o‘lchov birliklari jihatidan mos.

Egilish mustahkamligi tenglamasi

Manba Tenglama (2):

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

Bu yerda \(R_f\) egilish mustahkamligi (MPa); \(F_f\) sinish yuki (N); \(L\) tayanchlar orasidagi oraliq (mm); \(b\) esa kvadrat kesim tomonining uzunligi bo‘lib, ushbu tajribada 40 mm.

Tenglamada yuk va oraliqning ortishi hisoblangan egilish kuchlanishini oshiradi, kvadrat kesim o‘lchamining uchinchi darajasi maxrajda turgani sababli namuna o‘lchami natijaga kuchli taʼsir ko‘rsatishi ko‘rinadi.

Mexanik sinov sharoitlari

Har bir aralashma uchun uchta namuna sinovdan o‘tkazildi. GB/T 17671-2021 standartiga amal qilindi; siqilish sinovida yuklash tezligi 2400 N/s, egilish sinovida 50 N/s bo‘ldi.

Mustahkamlikning rivojlanishi

NF-MKPCning sof MKPCga nisbatan 3 soatlik siqilish mustahkamligi ortishi %40,5, 28 kunlik siqilish mustahkamligi ortishi %42,1 va 28 kunlik egilish mustahkamligi ortishi %34,8.

XRD sharoitlari

XRD uzluksiz skanerlash rejimida 2θ = 5–80° oralig‘ida va 10°/daqiqa skanerlash tezligida amalga oshirildi.

TG/DTG va DSC

Taxminan 25 mg namuna 50 °C dan 1000 °C gacha azot atmosferasida va 10 °C/daqiqa tezlikda qizdirildi.

FTIR

FTIR spektrlari 4000–400 cm⁻¹ oralig‘ida to‘plandi.

Raman xaritalash

Raman spektrlari 1800–400 cm⁻¹ oralig‘ida, %10 lazer quvvati, 10 soniya ekspozitsiya va bitta yig‘ish sharoitida o‘lchandi.

Xaritalash maydoni 40 × 40 µm², fazoviy qadam 2 µm. Har bir namuna uchun 21 × 21 tartibda jami 441 o‘lchov nuqtasi olindi.

SEM/EDS va BSE

Namunalar kuzatishdan oldin 50 °C da 24 soat vakuumda quritildi, sayqallandi, ultratovush bilan tozalandi va uglerod plyonkasi bilan qoplandi.

SEM/EDS o‘lchovlari 5–15 kV tezlashtiruvchi kuchlanishda; BSE tasvirlash 15 kV da amalga oshirildi.

MIP

MIP uchun 3 soat, 7 kun va 28 kun qotirilgan namunalardan taxminan 1,5–2 g bo‘laklar olindi, vakuumda quritildi va degazatsiya qilindi.

Simobning nazorat qilinadigan bosim ostida g‘ovak tizimiga kirishidan foydalanib umumiy g‘ovaklik, g‘ovak o‘lchami taqsimoti va kumulyativ g‘ovak hajmi aniqlandi.

Nanoindentatsiya tenglamalari

Manba Tenglama (3), bo‘shatish qattiqligi va proyeksiya kontakt maydonidan indentatsiya modulini hisoblaydi:

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

Bu yerda \(E\) indentatsiya moduli (GPa), \(S=dP/dh\) bo‘shatish qattiqligi, \(A\) kontakt maydoni va \(\beta=1.034\) indenter geometriyasi bilan bog‘liq tuzatish koeffitsiyenti.

Manba Tenglama (4):

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

\(\nu_1\) va \(\nu_2\) Berkovich indenteri bilan namunaning Puasson nisbatlarini; \(E_1\) va \(E_2\) esa ularning elastiklik modullarini ifodalaydi.

Manba Tenglama (5) qattiqlikni hisoblaydi:

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

Bu yerda \(H\) qattiqlik (GPa), \(P_0\) maksimal indentatsiya yuki va \(A\) proyeksiya kontakt maydoni.

Manba rasmlarining ilmiy roli

Ushbu Tadqiqot NF-MKPCning Dala Sharoitida Uzoq Umrli Ekanini Isbotlaydimi?

Yo‘q. Tadqiqot laboratoriya miqyosida gidratatsiya, mexanik mustahkamlik, g‘ovak tuzilishi va mikrostruktura natijalarini taqdim etadi; muzlash–erish, sulfat taʼsiri, uzoq muddat suv taʼsiri, o‘lcham barqarorligi va haqiqiy dala sharoitidagi uzoq muddatli ishlash bevosita sinovdan o‘tkazilmagani uchun muhandislik qo‘llanilishlari potensial foydalanish sohalari sifatida baholanishi kerak.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

NF qo‘shilishi o‘rganilgan aralashma sharoitlarida sof MKPCning ham siqilish, ham egilish mustahkamligini oshirdi.

NF-MKPC ertaroq va yuqoriroq gidratatsiya issiqlik oqimi cho‘qqisini ko‘rsatdi.

XRD, FTIR va Raman natijalari NF-MKPCda gidratatsiya mahsuloti rivojlanishi sof MKPCdagidan ilg‘orroq ekaniga mos keladi.

NF-MKPCning yirik g‘ovaklar ulushi qotish vaqti bilan kamaydi.

NF-MKPCning mahalliy qattiqlik va elastiklik moduli qiymatlari kech qotish yoshlarida oshdi, mexanik javob taqsimotlari bir xilroq bo‘ldi.

NF va NS MKPC mikrostrukturasini bir xil tarzda o‘zgartirmasligi ko‘rsatildi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan natijalar

NFning mustahkamlovchi taʼsiri faqat geterogen nukleatsiyadan kelib chiqishi isbotlanmagan.

NF va NS fosfat ionlari sarfini qanday o‘zgartirishi bevosita erish/ion ajralishi o‘lchovi bilan aniqlanmagan.

NF yuqori dozalarda qay darajada agglomeratsiyalanishi miqdoriy o‘lchanmagan.

%4 NF/M barcha MKPC tarkiblari uchun universal optimum emas.

NF-MKPC barcha mexanik xossalarda NS-MKPCdan ustun ekani Figure 5 tomonidan qo‘llab-quvvatlanmaydi.

Figure 1dagi yo‘l va qoplama misollari ushbu NF-MKPC tarkibining haqiqiy dala validatsiyasi emas.

Muzlash–erish, sulfatga chidamlilik, suvga chidamlilik va uzoq muddatli xizmat ko‘rsatish ko‘rsatkichlari isbotlanmagan.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari

Erish va ion ajralishi: Mg, P, Si va Fening eritma fazasidagi konsentratsiyalari bevosita o‘lchanmagani sababli NF va NSning reaksiya kimyosiga hissasi aniq ajratilmagan.

Nanozarrachalar taqsimoti: Ultratovushli dispersiya qo‘llanganiga qaramay, NFning agglomeratsiya darajasi miqdoriy uch o‘lchamli xarakterizatsiya bilan o‘lchanmagan.

Mexanizmlarni ajratish: Geterogen nukleatsiya, fizik to‘ldirish, gidratatsiya mahsuloti o‘sishi va dispersiya taʼsirlarining alohida hissalari miqdoriy aniqlanmagan.

Uzoq muddatli chidamlilik: Muzlash–erish, sulfat taʼsiri, suvga botirish va boshqa agressiv muhit sharoitlari sinovdan o‘tkazilmagan.

Dala miqyosi: Laboratoriya namunalaridan dala taʼmirlash tizimiga masshtabni kattalashtirish amalga oshirilmagan.

Statistik optimallashtirish chegarasi: Ortogonal dizayn omillarining ko‘pchiligida p qiymati 0,05 dan pastga tushmagan; shu sababli omillar tartibi bilan statistik aniqlik aralashtirilmasligi kerak.

Kelajakdagi tadqiqotlar

Manba kalorimetriya bilan birga erigan Mg, P, Si va Fe konsentratsiyalarini o‘lchashni; nanozarrachalar taqsimotini miqdoriy tasvir tahlili yoki uch o‘lchamli xarakterizatsiya bilan aniqlashni; faza va interfeysga xos tahlillarni amalga oshirishni hamda kengroq aralashma optimallashtirishini qo‘llashni tavsiya qiladi.

Amaliy qo‘llashdan oldin uzoq muddatli suv taʼsiri, muzlash–erish, sulfat hujumi va o‘lcham barqarorligi kabi chidamlilik sinovlari o‘tkazilishi zarur.

Manba va Usul Haqida Izoh

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

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

Masʼul muallif: Fei Liu.

Muassasalar: 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.

Jurnal: Buildings.

Nashriyot/platforma: MDPI.

Bibliografik yozuv: Buildings, 2026, 16(17), Article 3540.

DOI: 10.3390/buildings16173540.

Nashr jarayoni: Qabul qilingan 31 iyul 2026; qayta ko‘rib chiqilgan 1 sentabr 2026; qabul qilingan 3 sentabr 2026; nashr etilgan 5 sentabr 2026.

Manba turi: Taqrizdan o‘tgan, nashr etilgan laboratoriya miqyosidagi eksperimental qurilish materiallari tadqiqoti.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Asosiy material: Magniy kaliy fosfat sementi (MKPC).

Nano-modifikatorlar: Nano-Fe₂O₃ (NF) va nano-SiO₂ (NS).

NF xususiyatlari: O‘rtacha zarracha o‘lchami 20 nm; tozaligi %99,9; uyma zichligi 0,85–1,05 g/cm³.

Aralashma o‘zgaruvchilari: M/P, W/C, B/M va NF/M.

NF/M darajalari: %2, %4 va %6.

Afzal NF/M nisbati: O‘rganilgan tajriba fazosida %4; diapazon va o‘rtacha qiymat tahliliga asoslanadi.

Taqqoslash maʼlumoti: NS-MKPC namunalari NF-MKPC bilan ayni tajriba kampaniyasida va ayni sharoitlarda tayyorlanib sinovdan o‘tkazilgan, biroq NS natijalari avval nashr etilgan.

Mexanik sinov standarti: GB/T 17671-2021.

Siqilish yuklash tezligi: 2400 N/s.

Egilish yuklash tezligi: 50 N/s.

Qotish sharoitlari: 20 ± 5 °C; %60 ± 5 nisbiy namlik.

Xarakterizatsiya usullari: Izotermik kalorimetriya, XRD, FTIR, TG/DTG, DSC, SEM/EDS, BSE, MIP, Raman xaritalash va nanoindentatsiya.

Raman xaritalash: 40 × 40 µm²; 2 µm oraliq; 21 × 21 = 441 o‘lchov nuqtasi.

Nanoindentatsiya: 36 nuqta, 6 × 6 grid; 2 µm chuqurlik; 80 µm nuqtalar oralig‘i.

Asosiy NF-MKPC mexanik natijasi: 38,63 MPa 3 soat va 81,26 MPa 28 kun siqilish mustahkamligi; mos ravishda 6,61 va 11,22 MPa egilish mustahkamligi.

Asosiy gidratatsiya natijasi: NF-MKPCning cho‘qqi issiqlik oqimi taxminan 148 mW/g va cho‘qqi vaqti taxminan 0,1 soat.

Asosiy mikromexanik natija: NF-MKPC 28 kunda taxminan 4,94 GPa qattiqlik va 88,8 GPa elastiklik moduliga yetdi.

Manba ichidagi terminologiya izohi: DBM xomashyo bo‘limida dead-burnt magnesium oxide deb taʼriflangan bo‘lsa, ortogonal tahlil bo‘limining bir joyida “dibasic magnesium phosphate” shaklida ochilgan. Material tarkibi DBM MgO ekanini ko‘rsatadi.

Manba ichidagi mexanik taqqoslash izohi: Natijalar bo‘limida NF-MKPC uchun “highest strength growth” iborasi qo‘llangan; biroq Figure 5da NS-MKPCning mutlaq siqilish mustahkamligi barcha to‘rt qotish yoshida NF-MKPCdan yuqori. Shu sababli NF barcha mexanik mezonlarda NSdan ustun degan xulosa chiqarilmasligi kerak.

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

Maʼlumotlarning mavjudligi: Tadqiqotda taqdim etilgan maʼlumotlar asosli so‘rov bo‘yicha masʼul muallifdan olinishi mumkin.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi haqida xabar bermagan.

Muallif hissalari: Yinuo Qiu: konseptuallashtirish, dastlabki qoralama, dasturiy taʼminot, maʼlumotlarni kuratsiya qilish. Fei Liu: konseptuallashtirish, usul, ko‘rib chiqish, nazorat, tadqiqot va moliyalashtirishni jalb qilish. Yunxi Xu: formal tahlil va dasturiy taʼminot. Shiyu Li: formal tahlil va yozuvni ko‘rib chiqish. Changjun Zhou: nazorat va yozuvni ko‘rib chiqish. Baofeng Pan: nazorat va vizuallashtirish. Baomin Wang: tadqiqot.

Asosiy talqin chegarasi: Geterogen nukleatsiya va fizik to‘ldirish ehtimoliy birlashgan mustahkamlash mexanizmlaridir; ularning alohida hissalari bevosita miqdoriy aniqlanmagan. Natijalar material va laboratoriya miqyosidadir; uzoq muddatli dala ko‘rsatkichlari tasdiqlanmagan.

Mualliflik huquqi va qayta foydalanish izohi: Maqola CC BY litsenziyasiga ega. Verianla matni manba tadqiqotining mexanik turkcha tarjimasi emas; o‘lchov qiymatlari, tajriba sharoitlari, rasmlarning ilmiy maʼnosi, natijalar va cheklovlar saqlangan holda mustaqil taʼlim tuzilmasida qayta yaratilgan. SEM/BSE/EDS kabi haqiqiy eksperimental mikrograflar generativ sunʼiy intellekt bilan taqlid qilinmasligi kerak; miqdoriy grafiklar va mexanizm sxemalari esa manba maʼlumotlaridan original tarzda qayta chizilishi mumkin.