Mechanical Strength Assessment of Eco-Friendly Bricks Produced Using Waste Marble Dust and Crushed Stone Dust as Partial Cement Replacements

तकनीकी सारांश: अपशिष्ट मार्बल डस्ट और क्रश्ड स्टोन डस्ट का उपयोग करके निर्मित पर्यावरण-अनुकूल ईंटों का यांत्रिक शक्ति मूल्यांकन

समस्या विवरण
निर्माण उद्योग एक दोहरी चुनौती का सामना कर रहा है: औद्योगिक कचरे, विशेष रूप से मार्बल डस्ट (MD) और क्रश्ड स्टोन डस्ट (CSD) की विशाल मात्रा का उत्पादन, और सीमेंट उत्पादन का उच्च पर्यावरणीय पदचिह्न। भारत में मार्बल प्रसंस्करण से सालाना लगभग 12 मिलियन टन कचरा उत्पन्न होता है, जो मिट्टी और जल प्रदूषण के महत्वपूर्ण जोखिम पैदा करता है। साथ ही, सीमेंट निर्माण वैश्विक मानवजनित CO₂ उत्सर्जन में लगभग 5% का योगदान देता है। जबकि पिछले अध्ययनों ने ईंट निर्माण में सीमेंट के आंशिक प्रतिस्थापन के रूप में MD या CSD के व्यक्तिगत उपयोग की खोज की है, इन दोनों अपशिष्ट सामग्रियों को मिलाकर उपयोग करने का सहक्रियात्मक प्रभाव (synergistic effect) एक महत्वपूर्ण शोध अंतराल बना हुआ है। यह अध्ययन इन स्थानीय रूप से उपलब्ध अपशिष्ट सामग्रियों का उपयोग करके सीमेंट की खपत को कम करने, पर्यावरणीय खतरों को कम करने और यांत्रिक प्रदर्शन से समझौता किए बिना टिकाऊ निर्माण सामग्री बनाने की आवश्यकता को संबोधित करता है।

कार्यप्रणाली
इस शोध में ईंट उत्पादन में PPC (पोज़ोलैनिक पोर्टलैंड सीमेंट) के आंशिक प्रतिस्थापन के रूप में MD और CSD की उपयुक्तता का मूल्यांकन करने के लिए एक प्रयोगात्मक डिजाइन का उपयोग किया गया।

• सामग्री: अध्ययन में ईंट उत्पादन के लिए PPC (35% फ्लाई ऐश), प्राकृतिक रेत (ज़ोन I), मार्बल डस्ट और क्रश्ड स्टोट डस्ट का उपयोग किया गया।
• मिश्रण डिजाइन: ईंटों को 1:4 (सीमेंट:रेत) के अनुपात में और 0.45 के जल-सीमेंट अनुपात के साथ ढाला गया। नियंत्रण मिश्रण (M0) में 100% सीमेंट शामिल था। प्रयोगात्मक मिश्रणों में सीमेंट को MD और CSD के समान अनुपातों के साथ प्रतिस्थापित किया गया:
  • M10: 10% MD + 10% CSD (कुल 20% प्रतिस्थापन)।
  • M20: 20% MD + 20% CSD (कुल 40% प्रतिस्थापन)।
  • M30: 30% MD + 30% CSD (कुल 60% प्रतिस्थापन)।
• नमूना तैयार करना: 230mm x 90mm x 80mm आकार की ईंटों को लकड़ी के सांचों में ढाला गया, टेबल वाइब्रेटर का उपयोग करके संकुचित किया गया, और 7, 14, और 28 दिनों के लिए पानी में उपचारित (cure) किया गया।
• परीक्षण प्रोटोकॉल: अध्ययन में सिव विश्लेषण (sieve analysis), विशिष्ट गुरुत्व परीक्षण, सिल्ट सामग्री परीक्षण, जल अवशोषण परीक्षण और घनत्व माप का उपयोग किया गया। संपीड़न शक्ति (compressive strength) का मूल्यांकन कम्प्रेशन टेस्टिंग मशीन (CTM) का उपयोग करके 7, 14 और 28 दिनों पर किया गया।
• सांख्यिकीय विश्लेषण: डेटा का विश्लेषण वर्णनात्मक सांख्यिकी (माध्य, मानक विचलन, भिन्नता गुणांक) और क्यूरिंग आयु एवं प्रतिस्थापन स्तरों का शक्ति पर प्रभाव (p < 0.05) निर्धारित करने के लिए वन-वे एनोवा (One-Way ANOVA) का उपयोग करके किया गया।

प्रमुख परिणाम

• संपीड़न शक्ति (Compressive Strength): नियंत्रण मिश्रण (M0) ने उच्चतम 28-दिवसीय संपीड़न शक्ति 24.56 MPa प्राप्त की। M10 मिश्रण (20% कुल प्रतिस्थापन) ने 20.62 MPa दर्ज किया, जो एक व्यवहार्य विकल्प है। हालांकि, उच्च प्रतिस्थापन स्तरों के परिणामस्वरूप शक्ति में महत्वपूर्ण कमी आई: M20 (40% प्रतिस्थापन) घटकर 8.61 MPa रह गया, और M30 (60% प्रतिस्थापन) गिरकर 6.37 MPa हो गया।
• सांख्यिकीय महत्व: ANOVA ने पुष्टि की कि क्यूरिंग आयु और प्रतिस्थापन स्तर दोनों का संपीड़न शक्ति पर सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ा (p < 0.001)। समय के साथ (7 से 28 दिनों तक) शक्ति का विकास सभी मिश्रणों के लिए महत्वपूर्ण था।
• जल अवशोषण: शक्ति और जल अवशोषण के बीच एक व्युत्क्रम संबंध देखा गया। जैसे-जैसे प्रतिस्थापन स्तर बढ़ा, जल अवशोषण 5.66% (M0) से बढ़कर 9.81% (M30) हो गया, जो उच्च प्रतिस्थापन स्तरों पर बढ़ी हुई सरंध्रता (porosity) और कम बॉन्डिंग को दर्शाता है।
• घनत्व: प्रतिस्थापन बढ़ने के साथ ईंटों का घनत्व धीरे-धीरे कम होता गया, जो 2698.87 kg/m³ (M0) से 2491.14 kg/m³ (M30) तक रहा। M10 मिश्रण ने मानक निर्माण सामग्रियों के अनुरूप घनत्व बनाए रखा।
• सामग्री के गुण: मार्बल डस्ट का विशिष्ट गुरुत्व 2.63 और स्टोन डस्ट का 2.57 था, जो सीमेंट (3.1) की तुलना में कम है, जिससे देखे गए घनत्व में कमी आई।

प्रमुख योगदान और दावे
यह शोध दावा करता है कि सीमेंट का मार्बल डस्ट और क्रश्ड स्टोन डस्ट के संयोजन के साथ आंशिक प्रतिस्थापन एक व्यवहार्य रणनीति है, बशर्ते प्रतिस्थापन स्तर अनुकूलित हो।

• इष्टतम प्रतिस्थापन स्तर: अध्ययन ने 20% कुल प्रतिस्थापन स्तर (10% MD + 10% CSD) को इष्टतम उम्मीदवार के रूप में पहचाना। इस मिश्रण ने औसत संपीड़न शक्ति 20.62 MPa प्राप्त की, जिसे लेखक विशिष्ट निर्माण अनुप्रयोगों के लिए नियंत्रण मिश्रण के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए पर्याप्त मानते हैं, जबकि पर्यावरणीय लाभ भी प्रदान करते हैं।
• सहक्रियात्मक उपयोग: अनुसंधान दो अलग-अलग औद्योगिक अपशिष्ट धाराओं के एक साथ उपयोग की क्षमता को उजागर करता है, जो संयुक्त अपशिष्ट पुनर्चक्रण (waste valorization) के संबंध में साहित्य के अंतराल को संबोधित करता है।
• पर्यावरणीय और आर्थिक प्रभाव: सीमेंट निर्माण के साथ जुड़े CO₂ उत्सर्जन और ऊर्जा खपत को कम करने के लिए अध्ययन सीमेंट के प्रतिस्थापन का दावा करता है। इसके अलावा, स्थानीय रूप से प्राप्त अपशिष्ट का उपयोग करने से मार्बल और स्टोन प्रोसेसिंग उद्योगों से जुड़े परिवहन लागत और निपटान देनदारियों में कमी आती है।

महत्व
लेखक इस कार्य को सतत विकास लक्ष्यों (SDGs) 9 (उद्योग, नवाचार और बुनियादी ढांचा) और 11 (सतत शहर और समुदाय) में एक योगदान के रूप में प्रस्तुत करते हैं। अध्ययन प्रदर्शित करता है कि औद्योगिक उप-उत्पादों को कार्यात्मक निर्माण सामग्री के रूप में इंजीनियर किया जा सकता है, जिससे निर्मित वातावरण के कार्बन फुटप्रिंट को कम करने और ठोस कचरे का प्रबंधन करने में मदद मिलती है। शोध निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि अत्यधिक प्रतिस्थापन स्थायित्व और शक्ति से समझौता करता है, एक नियंत्रित, निम्न-स्तरीय प्रतिस्थापन (विशेष रूप से 20% कुल प्रतिस्थापन) लागत बचत, पर्यावरणीय स्थिरता और स्वीकार्य यांत्रिक प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए एक संतुलित दृष्टिकोण प्रदान करता है। भविष्य के कार्य के लिए दीर्घकालिक प्रदर्शन और अपशिष्ट सामग्री के मानकीकरण पर ध्यान केंद्रित करने का सुझाव दिया गया है।