Assessing Engineering Properties of Concrete Produced with Broken Earthenware as a Partial Replacement of Coarse Aggregate

तकनीकी सारांश: टूटे हुए मिट्टी के बर्तनों (Earthenware) को आंशिक मोटे समुच्चय (Coarse Aggregate) के प्रतिस्थापन के रूप में उपयोग करके कंक्रीट के इंजीनियरिंग गुणों का आकलन

समस्या विवरण
निर्माण उद्योग प्राकृतिक संसाधनों के तेजी से क्षरण और समुच्चय निष्कर्षण से जुड़ी बढ़ती लागतों के संबंध में महत्वपूर्ण चुनौतियों का सामना कर रहा है। कंक्रीट, पानी के बाद दुनिया में सबसे अधिक उपभोग की जाने वाली दूसरी सामग्री है, जो समुच्चय पर निर्भर करती है, जो इसके आयतन का 75-80% हिस्सा होते हैं। घाना जैसे विकासशील देशों में, अत्यधिक उत्खनन (quarrying) पर्यावरणीय क्षरण और पारिस्थितिकी तंत्र प्रदूषण का कारण बनता है। साथ ही, सिरेमिक और मिट्टी के बर्तन उद्योगों में भारी मात्रा में अपशिष्ट उत्पन्न होता है; सिरेमिक उत्पादन में लगभग 30% कच्चे माल और 2% तैयार उत्पादों को स्क्रैप के रूप में त्याग दिया जाता है। यह कचरा अक्सर लैंडफिल में जमा हो जाता है, जहाँ यह भूजल के साथ नकारात्मक रूप से अंतःक्रिया कर सकता है। यह अध्ययन निर्माण लागत को कम करने और पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने की दोहरी आवश्यकता को संबोधित करता है, जिसमें कंक्रीट उत्पादन में पारंपरिक मोटे समुच्चय (कुचले हुए ग्रेनाइट) के आंशिक प्रतिस्थापन के रूप में टूटे हुए मिट्टी के बर्तनों के उपयोग की व्यवहार्यता की जांच की गई है।

कार्यप्रणाली
कंक्रीट के यांत्रिक, भौतिक और स्थायित्व गुणों का मूल्यांकन करने के लिए शोध में एक प्रयोगात्मक दृष्टिकोण अपनाया गया।

• सामग्री: अध्ययन में साधारण पोर्टलैंड सीमेंट (GHACEM Super Strong 42.5R), पिट सैंड, कुचला हुआ ग्रेनाइट और टूटे हुए मिट्टी के बर्तन के बर्तनों का उपयोग किया गया। पानी BS EN 1008:2002 मानकों के अनुरूप था।
• मिश्रण डिजाइन: 1:2:4 के मिश्रण अनुपात और 0.55 के जल-से-सीमेंट अनुपात के साथ 25 N/mm² का लक्ष्य सामर्थ्य निर्धारित किया गया।
• नमूना तैयार करना: कंक्रीट के नमूनों को स्टील क्यूब्स (100mm³) और सिलेंडर (100mm व्यास × 200mm ऊंचाई) में ढाला गया। कुचले हुए ग्रेनाइट को वजन के आधार पर टूटे हुए मिट्टी के बर्तनों के समुच्चय से क्रमशः 0% (नियंत्रण), 10%, 20%, 30%, और 40% द्वारा आंशिक रूप से प्रतिस्थापित किया गया।
• क्यूरिंग और परीक्षण: नमूनों को 7, 14, 21 और 28 दिनों के लिए क्यूर किया गया। परीक्षण में शामिल थे:
  • घनत्व (Density): BS EN 12390-7:2019 के अनुसार मापा गया।
  • संपीड़न सामर्थ्य (Compressive Strength): यूनिवर्सल टेस्टिंग मशीन (UTM) का उपयोग करके BS EN 12390-3:2019 के अनुसार परीक्षण किया गया।
  • विभाजन तन्यता सामर्थ्य (Split Tensile Strength): BS EN 12390-6:2009 के अनुसार किया गया।
  • जल अवशोषण (Water Absorption): 28 दिनों के बाद BS EN 1881-122:2011 के अनुसार निर्धारित किया गया।
  • मैग्नीशियम सल्फेट (MgSO₄) हमला: नमूनों को 28 दिनों के लिए MgSO₄ घोल में क्यूर किया गया और तत्पश्चात BS EN 206-1:2000 के अनुसार संपीड़न सामर्थ्य का परीक्षण किया गया।
• डेटा विश्लेषण: सांख्यिकीय महत्व (P < 0.05) निर्धारित करने के लिए परिणामों का विश्लेषण माइक्रोसॉफ्ट एक्सेल और वन-वे एनोवा (One-Way ANOVA) का उपयोग करके किया गया।

प्रमुख परिणाम

• घनत्व: जैसे-जैसे मिट्टी के बर्तनों के प्रतिस्थापन का प्रतिशत बढ़ा, घनत्व में कमी आई। नियंत्रण नमूने (0%) ने उच्चतम घनत्व (28 दिनों पर 2486.67 kg/m³) प्राप्त किया, जबकि 40% प्रतिस्थापन ने सबसे कम (2276.67 kg/m³) दर्ज किया। 10% प्रतिस्थापन ने 2432.00 kg/m³ का घनत्व प्राप्त किया, जो नियंत्रण से 2.2% कम है लेकिन सामान्य भार वाले कंक्रीट की सीमा (ASTM C138 के अनुसार 1842–2483 kg/m³) के भीतर है।
• संपीड़न सामर्थ्य: सामर्थ्य क्यूरिंग आयु के साथ बढ़ी लेकिन प्रतिस्थापन प्रतिशत बढ़ने के साथ कम हुई। 28 दिनों पर, नियंत्रण ने 27.13 N/mm² दर्ज किया। 10% प्रतिस्थापन ने 26.39 N/mm² (नियंत्रण से 2.7% कम) दर्ज किया, जबकि 40% प्रतिस्थापन ने 24.76 N/mm² दर्ज किया। कमी के बावजूद, 40% प्रतिस्थापन को छोड़कर अन्य सभी नमूनों ने 25 N/mm² के लक्ष्य सामर्थ्य को पूरा किया, और सभी ASTM C90-22 के न्यूनतम 13.8 MPa के स्वीकार्य मानक के भीतर थे।
• विभाजन तन्यता सामर्थ्य: रुझान संपीड़न सामर्थ्य के समान थे, जो प्रतिस्थापन प्रतिशत बढ़ने के साथ घटते गए। 28 दिनों पर, मान 2.769 N/mm² (नियंत्रण) से 2.487 N/mm² (40% प्रतिस्थापन) के बीच रहे। विभाजन तन्यता सामर्थ्य संपीड़न सामर्थ्य के 8% से 15% के बीच रही, जो मानक कंक्रीट व्यवहार के अनुरूप है।
• जल अवशोषण: उच्च प्रतिस्थापन प्रतिशत के साथ जल अवशोषण बढ़ गया। नियंत्रण ने 2.44% अवशोषण दिखाया, जबकि 10% प्रतिस्थापन ने 2.52% (नियंत्रण से 3.2% अधिक) दिखाया। 40% प्रतिस्थापन 3.19% तक पहुँच गया। सभी मान उच्च गुणवत्ता वाले कंक्रीट के लिए अक्सर उद्धृत 5% की सीमा से नीचे और 4-6% के इष्टतम रेंज के भीतर रहे।
• मैग्नीशियम सल्फेट (MgSO₄) हमला: MgSO₄ के संपर्क से सभी नमूनों में सामर्थ्य की हानि हुई। दिलचस्प बात यह है कि 40% प्रतिस्थापन ने उच्चतम प्रतिरोध प्रदर्शित किया, जिसमें केवल 0.3% सामर्थ्य की हानि हुई, जबकि नियंत्रण के लिए यह 2.5% थी। 10% प्रतिस्थापन में 1.6% की हानि देखी गई।

निष्कर्ष और महत्व
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि टूटे हुए मिट्टी के बर्तन के समुच्चय मोटे समुच्चय के लिए एक व्यवहार्य आंशिक प्रतिस्थापन हैं।

• मानक अनुपालन: टूटे हुए मिट्टी के बर्तनों के साथ निर्मित कंक्रीट घनत्व, सामर्थ्य और जल अवशोषण के संबंध में BS EN 12390:2019 और BS 1881-122:2011 द्वारा निर्धारित इंजीनियरिंग मानकों को पूरा करता है।
• अनुशंसित अनुप्रयोग: लेखक मानक कंक्रीट कार्यों के लिए 10% प्रतिस्थापन की सिफारिश करते हैं, क्योंकि यह नियंत्रण गुणों से न्यूनतम विचलन के साथ सामर्थ्य और स्थायित्व का संतुलन प्रदान करता है। उच्च मैग्नीशियम सल्फेट एक्सपोजर वाले वातावरण के लिए विशेष रूप से 40% प्रतिस्थापन की सिफारिश की जाती है, क्योंकि 40% मिश्रण ने रासायनिक हमले के प्रति बेहतर प्रतिरोध दिखाया।
• आर्थिक और पर्यावरणीय प्रभाव: टूटे हुए मिट्टी के बर्तनों का उपयोग महंगे प्राकृतिक समुच्चयों को कम लागत वाले औद्योगिक कचरे से बदलकर निर्माण लागत को कम करता है। इसके अलावा, यह सिरेमिक कचरे को लैंडफिल से हटाकर और समुच्चय निष्कर्षण से जुड़े पारिस्थितिक पदचिह्न को कम करके पर्यावरणीय स्थिरता को बढ़ावा देता है।

यह शोध पुष्टि करता है कि सिरेमिक कचरे का पुन: उपयोग लोड-बेयरिंग अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक संरचनात्मक अखंडता से समझौता किए बिना निर्माण उद्योग में लागत दक्षता और पर्यावरणीय स्थिरता दोनों को बढ़ाता है।