Experimental and Life Cycle assessment of RAP modified with Fe2O3 and Waste Cooking Oil Admixtures

तकनीकी सारांश: Fe2O3 और वेस्ट कुकिंग ऑयल (WCO) मिश्रणों के साथ संशोधित RAP का प्रयोगात्मक और जीवन चक्र मूल्यांकन

समस्या विवरण
डामर (एस्फाल्ट) सड़कें अक्सर कम तापमान पर थर्मल क्रैकिंग, उच्च तापमान पर रटिंग और नमी के कारण होने वाले नुकसान जैसी समस्याओं से जूझती हैं, जो भारी यातायात, निर्माण संबंधी कमियों और पर्यावरणीय कारकों से प्रेरित होती हैं। हालांकि डामर एडिटिव्स प्रदर्शन में सुधार कर सकते हैं, लेकिन एकल संशोधक (single modifiers) शायद ही कभी सभी गुणों को एक साथ बढ़ा पाते हैं। इसके अलावा, सड़क निर्माण उद्योग प्राकृतिक संसाधनों और ऊर्जा-गहन प्रक्रियाओं पर बहुत अधिक निर्भर है, जो महत्वपूर्ण रूप से पर्यावरणीय प्रदूषण में योगदान देता है। यद्यपि रीक्लेम्ड एस्फाल्ट पेवमेंट (RAP), वेस्ट कुकिंग ऑयल (WCO) और नैनो Fe2O3 का व्यक्तिगत रूप से अध्ययन किया गया है, लेकिन RAP मिश्रणों में उनके संयुक्त अनुप्रयोग और उनके संयुक्त यांत्रिक एवं पर्यावरणीय प्रभावों के व्यवस्थित परिमाणीकरण के संबंध में शोध की कमी है।

कार्यप्रणाली
इस अध्ययन में RAP डामर मिश्रणों का मूल्यांकन करने के लिए एक दोहरे-एडिटिव संशोधन दृष्टिकोण का उपयोग किया गया। पाँच अलग-अलग मिश्रण तैयार किए गए और उनका परीक्षण किया गया:

1. कंट्रोल मिक्स (वर्जिन डामर)।
2. RAP मिक्स (20% RAP)।
3. WCO के विभिन्न खुराकों (5%, 7%, 9%) के साथ संशोधित RAP मिक्स।
4. नैनो Fe2O3 के विभिन्न खुराकों (2%, 3%, 4%) के साथ संशोधित RAP मिक्स।
5. नैनो Fe2O3 और WCO के एक मिश्रित (composite) मिश्रण के साथ RAP मिक्स।

प्रयोगात्मक मूल्यांकन:

• नमूना तैयारी: एक 'ड्राई मिक्सिंग' विधि का उपयोग किया गया। एग्रीगेट्स को 175°C तक गर्म किया गया, एडिटिव्स के साथ मिलाया गया, उसके बाद वर्जिन बिटुमेन (60/70 ग्रेड) को 160–170°C पर मिलाया गया, और अंत में फिलर डाला गया।
• यांत्रिक परीक्षण:
  • मार्शल टेस्ट: इष्टतम बाइंडर सामग्री, स्थिरता, प्रवाह, घनत्व और एयर वॉइड्स का निर्धारण किया गया।
  • व्हील ट्रैकिंग (हैम्बर्ग): 60°C पर 0.7 MPa दबाव के तहत रटिंग प्रतिरोध का आकलन किया गया।
  • मार्शल इमर्शन: नमी क्षति प्रतिरोध (मॉइस्चर ससेप्टिबिलिटी रेशियो - MSR) का मूल्यांकन किया गया।
  • इनडायरेक्ट टेंसाइल स्ट्रेंथ (ITS): -5°C पर कम-तापमान क्रैकिंग प्रतिरोध को मापा गया।
• जीवन चक्र मूल्यांकन (LCA):
  • कार्यात्मक इकाई (Functional Unit): 1 किमी लंबाई × 1 मीटर चौड़ाई का ऊपरी सतह परत (15 वर्ष का डिजाइन जीवन, 20,000 वाहन/दिन)।
  • सिस्टम बाउंड्री: इसमें कच्चा माल उत्पादन, बिटुमिनस मिश्रण निर्माण, परिवहन और ऊपरी सतह निर्माण शामिल था। इसमें डिजाइन, उपयोग और एंड-ऑफ-लाइफ चरणों को बाहर रखा गया।
  • टूल्स और डेटा: SimaPro 9.1.0 सॉफ्टवेयर, Ecoinvent डेटाबेस (V 3.6) और CML2001 प्रभाव मूल्यांकन पद्धति का उपयोग किया गया।
  • प्रभाव श्रेणियाँ: 10 श्रेणियों का मूल्यांकन किया गया जिनमें ग्लोबल वार्मिंग पोटेंशियल (GWP), एसिडिफिकेशन (AP), यूट्रोफिकेशन (EP), ओजोन डिप्लीशन (OLD) और विभिन्न विषाक्तता क्षमताएं शामिल हैं।

मुख्य परिणाम

• यांत्रिक प्रदर्शन:
  • रटिंग प्रतिरोध: नैनो Fe2O3 ने रटिंग प्रतिरोध में महत्वपूर्ण सुधार किया। कंपोजिट मिश्रण (M8) ने सबसे अधिक सुधार प्राप्त किया, जिससे कंट्रोल की तुलना में रटिंग डेप्थ में 38.60% की कमी आई। अकेले WCO के प्रयोग से रटिंग डेप्थ में मामूली वृद्धि हुई।
  • कम-तापमान क्रैकिंग: WCO ने नैनो Fe2O3 की तुलना में थर्मल क्रैकिंग प्रतिरोध पर बेहतर प्रभाव दिखाया। कंपोजिट मिश्रण (M8) ने उच्चतम इनडायरेक्ट टेंसाइल स्ट्रेंथ (ITS) दर्ज की, जो कंट्रोल से 30.21% अधिक थी।
  • नमी प्रतिरोध: नैनो Fe2O3 ने WCO की तुलना में नमी क्षति प्रतिरोध पर अधिक प्रभाव दिखाया। कंपोजिट मिश्रण (M8) ने उच्चतम मॉइस्चर ससेप्टिबिलिटी रेशियो (MSR) प्राप्त किया, जो कंट्रोल से 8.24% अधिक था।
  • इष्टतम खुराक: मार्शल टेस्ट परिणामों के आधार पर, एकल-संशोधक मिश्रणों के लिए 4% नैनो Fe2O3 (M4) और 9% WCO (M7) को इष्टतम खुराक के रूप में पहचाना गया।
• पर्यावरणीय प्रदर्शन (LCA):
  • एकल संशोधक: RAP मिक्स (M1) ने कंट्रोल की तुलना में सभी श्रेणियों में पर्यावरणीय प्रभावों में सुधार किया। नैनो Fe2O3 मिक्स (M4) ने संशोधित मिश्रणों में सबसे अच्छा समग्र पर्यावरणीय प्रोफाइल दिखाया, हालांकि इसमें EP, GWP, TETP और OLD श्रेणियों में मामूली नकारात्मक प्रभाव देखे गए। WCO मिक्स (M7) ने भी प्रोफाइल में सुधार किया लेकिन इसमें समान श्रेणियों में नकारात्मक प्रभाव दिखे।
  • कंपोजिट संशोधक: कंपोजिट मिश्रण (M8) ने आम तौर पर कंट्रोल की तुलना में पर्यावरणीय प्रोफाइल में सुधार किया, लेकिन अन्य संशोधित मिश्रणों की तुलना में कई श्रेणियों (TETP, AP, EP, OLD, GWP) में उच्चतम नकारात्मक प्रभाव प्रदर्शित किया।
  • प्रक्रिया योगदान: बिटुमेन उत्पादन AP, EP, GWP, HTP, FWETP, MAETP और POFP के लिए प्राथमिक चालक था। डामर मिश्रण निर्माण OLD प्रभावों के लिए चालक था, जबकि परिवहन ADP और TETP के लिए चालक था।
  • वेटिंग (Weighting): एक कनाडाई पैनल वेटिंग पद्धति का उपयोग करते हुए, सभी संशोधित मिश्रणों ने कंट्रोल मिक्स की तुलना में कम समग्र पर्यावरणीय प्रभाव प्रदर्शित किया। नैनो Fe2O3-संशोधित मिश्रण (M4) का समग्र पर्यावरणीय प्रभाव सबसे कम था, इसके बाद कंपोजिट मिक्स (M8) का स्थान रहा।

महत्व और दावे
लेखकों का दावा है कि यह अध्ययन WCO और नैनो Fe2O3 दोनों का उपयोग करके RAP डामर के कंपोजिट संशोधन के पहले व्यवस्थित अन्वेषण को प्रदान करता है। अनुसंधान यह प्रदर्शित करता है कि जबकि एकल एडिटिव्स के विशिष्ट सामर्थ्य हैं (नैनो Fe2O3 रटिंग और नमी के लिए; WCO कम-तापमान क्रैकिंग के लिए), एक कंपोजिट दृष्टिकोण सबसे अच्छा समग्र यांत्रिक प्रदर्शन प्रदान करता है, जो रटिंग प्रतिरोध, नमी स्थिरता और थर्मल क्रैकिंग प्रतिरोध को एक साथ महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है।

पर्यावरणीय स्थिरता के संबंध में, अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि जबकि कंपोजिट मिश्रण बेहतर यांत्रिक गुण प्रदान करता है, एकल नैनो Fe2O3 संशोधन वेटेड प्रभाव श्रेणियों पर विचार करने पर सबसे अनुकूल समग्र पर्यावरणीय प्रोफाइल प्रदान करता है। शोध पत्र का तर्क है कि कंपोजिट एडमिक्चरर्स पर्यावरणीय स्थिरता से समझौता किए बिना डामर मिश्रणों की समग्र दक्षता और सेवा जीवन को बेहतर बनाने के लिए एक व्यवहार्य रणनीति हैं, जो मिस्र और समान संदर्भों में सड़क निर्माण नीतियों के लिए निर्णय लेने हेतु डेटा प्रदान करते हैं। लेखक इस बात पर जोर देते हैं कि कोई भी एकल एडिटिव सभी मिश्रण गुणों को एक साथ नहीं बढ़ा सकता, जो कंपोजिट समाधानों की आवश्यकता को न्यायसंगत बनाता है।