Valorization of Wastepaper Ash and Waste Ceramic Powder as Supplementary Cementitious Materials in Cement Mortar Production

कल्पना कीजिए कि निर्माण जगत एक विशाल, भूखे राक्षस की तरह है जो हमारे घरों और सड़कों को बनाने के लिए भारी मात्रा में सीमेंट को खा जाता है। यह राक्षस थोड़ा शरारती भी है, जो कार्बन डाइऑक्साइड के विशाल बादलों को उगल देता है जिससे हमारा ग्रह गर्म हो रहा है। इस बीच, हमारे पास "कचरे" का एक ढेर पड़ा है: पुराने ऑफिस के कागज और टूटी हुई सिरेमिक टाइलें। आमतौर पर, ये लैंडफिल में फेंक दिए जाते हैं या जला दिए जाते हैं, जो हवा और मिट्टी के लिए बुरी खबर है।

यह अध्ययन एक सरल, जिज्ञासु प्रश्न पूछता है: क्या होगा अगर हम नया सीमेंट बनाने के बजाय उस कचरे को सीमेंट राक्षस को खिला सकें?

शोधकर्ताओं ने दो विशिष्ट प्रकार के कचरे लिए—वेस्टपेपर ऐश (WPA) (कागज जलाने के बाद बची हुई राख) और वेस्ट सिरेमिक पाउडर (WCP) (कुचली हुई टाइलें)—और उन्हें 2:1 के अनुपात में मिलाया। फिर उन्होंने मोर्टर (वह गोंद जो ईंटों को जोड़ता है) में सीमेंट के विभिन्न मात्राओं को इस "कचरा मिश्रण" के साथ बदलने की कोशिश की, जिसे उन्होंने WPACP नाम दिया। उन्होंने 0%, 5%, 10%, 15%, और 20% प्रतिस्थापन (replacements) का परीक्षण किया।

"गोल्डिलॉक्स" ज़ोन: सही मिश्रण की खोज

सोचिए कि मोर्टर का मिश्रण केक के घोल जैसा है। यदि आप बहुत अधिक आटा डालते हैं, तो यह सूखा और भुरभुरा हो जाता है। यदि आप बहुत कम डालते हैं, तो यह एक गीला मिश्रण बन जाता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि इस WPACP "कचरा मिश्रण" का एक बहुत ही विशिष्ट 'स्वीट स्पॉट' (सही बिंदु) था।

• कार्यक्षमता में गिरावट (The Workability Dip): जैसे ही उन्होंने कचरा मिश्रण डालना शुरू किया, मोर्टल "प्यासा" हो गया। इसे चिकना और फैलाने योग्य बनाए रखने के लिए अधिक पानी की आवश्यकता थी। जितना अधिक कचरा डाला गया, इसके साथ काम करना उतना ही कठिन होता गया। जब वे 20% तक पहुँचे, तो मोर्टर सख्त और सुस्त होने लगा।
• शक्ति का उछाल (The Strength Surge): यहाँ रोमांचक बात है। जब उन्होंने सीमेंट को WPACP मिश्रण के साथ 15% बदला, तो मोर्टर न केवल टिका रहा, बल्कि वह अधिक मजबूत भी हो गया।
  • 28 दिनों के क्यूरिंग (कठोर होने देने) के बाद, 15% मिश्रण नियमित सीमेंट मिश्रण की तुलना में संपीड़न (compression) में 25.3% अधिक मजबूत था।
  • 56 दिनों में, यह अभी भी 16.1% अधिक मजबूत था।
  • हालाँकि, यदि वे बहुत आगे निकल गए और 20% का उपयोग किया, तो ताकत घटने लगी। शोध स्पष्ट रूप से इस विचार को खारिज करता है कि "अधिक कचरा हमेशा बेहतर होता है।" 20% मिश्रण वास्तव में कंट्रोल (नियमित मिश्रण) से खराब प्रदर्शन कर गया, जिससे साबित हुआ कि संरचना को कमजोर करने से पहले आप कितना कचरा बदल सकते हैं, इसकी एक सीमा है।

अदृश्य ढाल: स्थायित्व और घनत्व

क्यों 15% मिश्रण विजेता बना? कल्पना कीजिए कि मोर्टर एक स्पंज की तरह है। एक साधारण स्पंज में बड़े छेद होते हैं जहाँ पानी घुस सकता है और नुकसान पहुँचा सकता है। WPACP कण अत्यंत सूक्ष्म और कोणीय (angular) होते हैं। जब उन्हें 15% के स्तर पर जोड़ा जाता है, तो वे एक सूक्ष्म पहेली (puzzle) की तरह काम करते हैं, जो रेत के बड़े दानों के बीच के सभी छोटे अंतराल और छिद्रों को भर देते हैं।

• "फिलर" प्रभाव: इसने एक बहुत अधिक सघन (dense) और कसी हुई संरचना बनाई। 15% मिश्रण में पानी का अवशोषण सबसे कम और सरंध्रता (porosity - छिद्रों की संख्या) सबसे कम थी।
• ध्वनि परीक्षण (The Sonic Test): उन्होंने मोर्टर के अंदर की जांच करने के लिए ध्वनि तरंगों (अल्ट्रासोनिक पल्स वेलोसिटी) का उपयोग किया। ध्वनि घनी, ठोस चीजों से तेजी से चलती है और स्पंजी, छेद वाली चीजों से धीमी गति से चलती है। 15% मिश्रण ने ध्वनि को तेजी से गुजरने दिया, जिससे पुष्टि हुई कि यह पैक होकर भरा हुआ है। 56 दिनों तक, इस मिश्रण को "अच्छी" गुणवत्ता के रूपв वर्गीकृत किया गया, जिसने नियमित सीमेंट को पीछे छोड़ दिया।
• सल्फेट ढाल: उन्होंने नमूनों को एक नमकीन सल्फेट घोल (जैसे खारा समुद्री पानी) में डुबोकर देखा कि क्या वे टूट जाते हैं। 15% मिश्रण ने सबसे कम ताकत खोई, जिससे साबित हुआ कि यह रासायनिक हमलों का सामना करने में सबसे अच्छा है।

सूक्ष्मदर्शी जांच (Microscopic Detective Work)

यह पूरी तरह सुनिश्चित करने के लिए कि अंदर क्या हो रहा है, शोधकर्ताओं ने उच्च-तकनीकी "माइक्रोस्कोप" का उपयोग किया जो गर्मी और प्रकाश को देखते हैं:

1. थर्मल विश्लेषण (TGA/DTA): उन्होंने नमूनों को 900°C तक गर्म किया ताकि यह देखा जा सके कि क्या वाष्पित होता है। उन्होंने पाया कि 15% मिश्रण में वजन का नुकसान सबसे कम था। इसका मतलब है कि इसकी संरचना सबसे स्थिर थी और इसमें "मुक्त" पानी या कमजोर हिस्से सबसे कम थे। इसने यह भी दिखाया कि अपशिष्ट राख और पाउडर सीमेंट के साथ प्रतिक्रिया करके अतिरिक्त "गोंद" (C-S-H जेल) बना रहे हैं और कमजोर हिस्सों (कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड) को खत्म कर रहे हैं।
2. इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FT-IR): यह रसायनों का "फिंगरप्रिंट" लेने जैसा है। स्कैन ने दिखाया कि 15% मिश्रण में "सुपर ग्लू" (C-S-H जेल) के लिए बहुत मजबूत सिग्नल और कमजोर हिस्सों (कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड) के लिए कमजोर सिग्नल था। इसने पुष्टि की कि अपशिष्ट सामग्री केवल फिलर के रूप में वहां नहीं बैठी थी, बल्कि सक्रिय रूप से एक मजबूत मैट्रिक्स बनाने में मदद कर रही थी।

निष्कर्ष

शोध पत्र यह निष्कर्ष निकालता है कि आप सीमेंट में असीमित कचरा नहीं डाल सकते। 20% बहुत अधिक है, और 0% लाभ उठाने से चूक जाता है। लेकिन 15%? यही वह जादुई संख्या है।

जब आप सीमेंट के 15% को वेस्टपेपर ऐश और वेस्ट सिरेमिक पाउडर के 2:1 मिश्रण के साथ बदलते हैं, तो आपको एक ऐसा मोर्टर मिलता है जो:

• अधिक मजबूत है (28 दिनों में संपीड़न शक्ति में 25.3% तक की वृद्धि)।
• अधिक सघन है (कम पानी अवशोषण और कम सरंध्रता)।
• अधिक टिकाऊ है (सल्फेट हमलों के प्रति बेहतर प्रतिरोध)।
• अधिक हरा-भरा (Greener) है (कम सीमेंट की आवश्यकता, लैंडफिल में कम कचरा)।

अध्ययन बताता है कि यह निर्माण सामग्री को पर्यावरण के प्रति अधिक अनुकूल और काम के प्रति अधिक मजबूत बनाने के लिए एक व्यवहार्य, वास्तविक दुनिया का विकल्प है। हालाँकि, लेखक नोट करते हैं कि जबकि प्रयोगशाला के परिणाम उत्साहजनक हैं, बड़े पैमाने पर उपयोग के लिए इसे अनुकूलित करने के लिए भविष्य के शोध की अभी भी आवश्यकता है। उन्होंने इसे अभी पूरी दुनिया के लिए एक हल की गई समस्या घोषित नहीं किया है, लेकिन उन्होंने भविष्य के लिए एक बहुत ही मजबूत रेसिपी जरूर ढूंढ ली है।