Strength Enhanced White Portland Cement Through the Reactive Release of Ions from Potash Alum Solution for Hydration Performance
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि व्हाइट पोर्टलैंड सीमेंट में संतृप्त पोटैशियम एलम (potash alum) के घोल को सम्मिलित करने से आयन विमोचन के माध्यम से हाइड्रेशन गतिकी में तेजी लाकर प्रारंभिक अवस्था की मजबूती और दीर्घकालिक स्थायित्व में वृद्धि होती है, जो एट्रिंगाइट (ettringite) और सी-एस-एच (C-S-H) जेल के निर्माण को बढ़ावा देता है और सरंध्रता को कम करने के लिए सूक्ष्म संरचना को परिष्कृत करता है।
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निर्माण की दुनिया की कल्पना एक विशाल, धीमी गति वाले रसोईघर के रूप में करें जहाँ मुख्य सामग्री सीमेंट है। जब आप सीमेंट को पानी के साथ मिलाते हैं, तो यह केवल सूखता नहीं है; यह जाग उठता है और एक रासायनिक पार्टी शुरू कर देता है जिसे "हाइड्रेशन" कहा जाता है। इस पार्टी के दौरान, नन्हे क्रिस्टल एक साथ नाचते हैं ताकि एक सुपर-स्ट्रॉन्ग गोंद बनाया जा सके जिसे C-S-H जेल कहा जाता है, जो हमारी इमारतों को एक साथ थामे रखता है। हालाँकि, कभी-कभी यह पार्टी बहुत धीरे शुरू होती है, या क्रिस्टल संरचना में बहुत अधिक खाली स्थान (छिद्र) रह जाते हैं, जिससे अंतिम कंक्रीट थोड़ा कमजोर या दरार आने के प्रति संवेदनशील हो जाता है। वैज्ञानिक इस तरीके की तलाश में रहे हैं कि इस पार्टी में सही मेहमानों को कैसे आमंत्रित किया जाए ताकि गोंद को मजबूत बनाया जा सके और संरचना को अधिक सघन बनाया जा सके, और साथ ही सीमेंट को शानदार वास्तुशिल्प डिजाइनों के लिए चमकदार और सफेद बनाए रखा जा सके।
यहाँ "पोटैश एलम का संतृप्त घोल" (SPA) आता है। पोटैश एलम को एक ठोस चट्टान के रूप में नहीं, बल्कि सीमेंट के लिए पहले से घुले हुए, सुपर-चार्ज्ड एनर्जी ड्रिंक के रूप में सोचें। जब आप इस स्पष्ट तरल को सीमेंट के मिश्रण में मिलाते हैं, तो यह तुरंत आयनों की एक तिकड़ी को मुक्त करता है: पोटेशियम, एल्युमीनियम और सल्फेट। आप इन आयनों की कल्पना हाइपर-एक्टिव निर्माण श्रमिकों के रूप में कर सकते हैं। एल्युमीनियम और सल्फेट आयन तेजी से "एट्रिंगाइट" नामक एक विशिष्ट प्रकार के क्रिस्टल को बनाने के लिए दौड़ पड़ते हैं, जो एक मचान नेटवर्क (scaffolding network) की तरह कार्य करता है, जबकि पोटेशियम आयन इस पूरी प्रक्रिया को तेज करने में मदद करते हैं। बड़ा सवाल जो शोधकर्ताओं ने पूछा था वह यह था: यदि हम कुछ मिश्रण जल को इस विशेष एलम समाधान के साथ बदल दें, तो क्या यह व्हाइट पोर्टलैंड सीमेंट (वह प्रकार जिसका उपयोग सुंदर, चमकीली इमारतों के लिए किया जाता है) के रंग को बिगाड़े बिना इसे अधिक मजबूत और टिकाऊ बना देगा?
इलाहाबाद विश्वविद्यालय की शिवानी पांडे और उनकी टीम द्वारा किया गया यह अध्ययन ठीक इसी में गहराई से उतरता है। उन्होंने व्हाइट पोर्टलैंड सीमेंट लिया और मिश्रण के पानी के छोटे हिस्सों को उनके संतृप्त पोटैश एलम समाधान के साथ बदल दिया। उन्होंने केवल अनुमान नहीं लगाया; उन्होंने पांच अलग-अलग बैच तैयार किए, जिनमें कोई एलम नहीं डालने से लेकर 250 ग्राम सीमेंट में 17 मिलीलीटर समाधान मिलाने तक के विकल्प शामिल थे। फिर उन्होंने इन नमूनों को एक कठोर वर्कआउट से गुजारा: यह जांचना कि वे कितनी जल्दी जमते हैं, तरल के भीतर रासायनिक सूप को मापना, 28 दिनों में उनकी कठोरता का परीक्षण करना, और यहाँ तक कि सूक्ष्म कणों की संरचना देखने के लिए शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के नीचे उन्हें देखना।
परिणाम काफी उत्साहजनक थे, विशेष रूप से 10 मिलीलीटर एलम समाधान वाले बैच के लिए। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह विशिष्ट मिश्रण न केवल जमा हुआ, बल्कि यह कंट्रोल (साधारण मिश्रण) की तुलना में तेजी से जमा हुआ। पेपर स्पष्ट रूप से नोट करता है कि 10 मिलीलीटर के नमूने ने "त्वरित सेटिंग समय" (accelerated setting time) प्रदर्शित किया, जो उन अनुप्रयोगों के लिए फायदेमंद है जिनमें तीव्र कार्यक्षमता की आवश्यकता होती है, जबकि एलम की अधिक मात्रा ने वास्तव में जमने की प्रक्रिया को धीमा कर दिया। एलम समाधान ने सीमेंट को अधिक सघन, टाइट क्रिस्टल नेटवर्क बनाने में मदद की। सूक्ष्मदर्शी के नीचे, कंट्रोल सैंपल (केवल सादा सीमेंट) थोड़े बिखरे हुए फर्नीचर और खाली अंतराल वाले कमरे की तरह दिख रहे थे। इसके विपरीत, एलम-मिश्रित नमूने एक किले की तरह दिखे जहाँ सुई के आकार के एट्रिंगाइट क्रिस्टल उगे थे और C-S-H जेल जैसे गोंद के साथ पूरी तरह से आपस में जुड़ गए थे, जिससे अंतराल भर गए और कणों के बीच एक बहुत मजबूत सेतु बन गया।
शक्ति के मामले में, 10 मिलीलीटर का मिश्रण सबसे शानदार रहा। 28 दिनों के उपचार (curing) के बाद, इस नमूने ने उच्च संपीड़न शक्ति (compressive strength) प्राप्त की, अध्ययन ने उल्लेख किया कि "SPA मॉडिफाइड WPC" ने 41.6 MPa का मान प्राप्त किया, जो कंट्रोल से बेहतर था। अध्ययन में यह भी नोट किया गया कि एलम समाधान ने कुछ मुक्त चूने (एक उपोत्पाद जो कभी-कभी समस्याएं पैदा कर सकता है) को "खा जाने" में मदद की और उस फैलाव या सूजन को कम किया जो अक्सर सीमेंट के सख्त होने के दौरान होता है। हालांकि एलम की बहुत अधिक मात्रा (जैसे 15 मिली या 17 मिली) जोड़ने से वास्तव में जमने का समय धीमा हो गया और ताकत कम हो गई, लेकिन 10 मिलीलीटर की खुराक ने एकदम सही संतुलन (sweet spot) बनाया। लेखक सुझाव देते हैं कि यह विधि सजावटी और वास्तुशिल्प उपयोगों के लिए व्हाइट सीमेंट के प्रदर्शन को बढ़ाने का एक लागत प्रभावी और पर्यावरण के अनुकूल तरीका है, जो इसकी शुद्ध सफेद रंगत को बरकरार रखते हुए इसे अधिक मजबूत और टिकाऊ बनाती है।
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