Mechanical and physicochemical performance of calcined kaolin based alkali activated compressed lateritic earth blocks versus Portland cement stabilization at early age

दुनिया के कई हिस्सों में, घर बनाने का सबसे व्यावहारिक तरीका स्वयं पृथ्वी (मिट्टी) का उपयोग करना है। संकुचित मृदा ब्लॉक (कंप्रेस्ड अर्थ ब्लॉक्स), जो अनिवार्य रूप से सांचों में कसकर भरी गई मिट्टी से बनी ईंटें हैं, पकी हुई मिट्टी की ईंटों या कंक्रीट के एक कम लागत वाले और टिकाऊ विकल्प प्रदान करते हैं। हालाँकि, कच्ची मिट्टी कमजोर होती है और गीली होने पर बिखर जाती है, इसलिए निर्माता पारंपरिक रूप से इसे एक साथ जोड़ने के लिए इसमें एक बाइंडिंग एजेंट मिलाते हैं। दशकों से, मानक विकल्प साधारण पोर्टलैंड सीमेंट रहा है, जो एक पत्थर जैसी संरचना में कठोर हो जाता है लेकिन इसके उत्पादन के दौरान निकलने वाली भारी मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड के कारण एक बड़ा पर्यावरणीय बोझ वहन करता है। जैसे-जैसे दुनिया हरित निर्माण विधियों की तलाश कर रही है, वैज्ञानिकों ने अपना ध्यान एक अलग प्रकार के बाइंडर की ओर लगाया है: जियोपॉलिमर। यह सामग्री स्थानीय मिट्टी को एक मजबूत क्षारीय घोल के साथ मिलाकर बनाई जाती है, जो एक रासायनिक प्रतिक्रिया को सक्रिय करती है जो मिट्टी को उच्च-तापमान वाली फायरिंग की आवश्यकता के बिना एक कठोर, चट्टान जैसी संरचना में बदल देती है। शोधकर्ता जिस प्रश्न का सामना कर रहे हैं, वह यह है कि क्या यह नया, कम-कार्बन वाला दृष्टिकोण वास्तव में पारंपरिक सीमेंट के प्रदर्शन का मुकाबला कर सकता है, विशेष रूप से उन आर्द्र, उष्णकटिबंधीय जलवायु में जहाँ इन इमारतों की सबसे अधिक आवश्यकता है।

कैमरून और जर्मनी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने दो प्रकार के स्थिर मृदा ब्लॉकों की सीधे तुलना करके इस प्रश्न का उत्तर देने का प्रयास किया। उन्होंने एक विशिष्ट प्रकार की लाल, चिकनी मिट्टी (क्ले-रिच सॉइल) ली जिसे लैटेराइट के रूप में जाना जाता है और जो इस क्षेत्र में आम है, और इसे दो अलग-अलग तरीकों से उपयोग करने के लिए तैयार किया। पहले समूह के ब्लॉकों के लिए, उन्होंने मिट्टी को साधारण पोर्टलैंड सीमेंट के साथ मिलाया। दूसरे समूह के लिए, उन्होंने एक जियोपॉलिमर बाइंडर का उपयोग किया जो काओलिन (एक प्रकार की मिट्टी) से बना था, जिसे पहले रासायनिक रूप से सक्रिय बनाने के लिए उच्च तापमान पर गर्म किया गया था, और फिर एक तरल क्षारीय घोल के साथ मिलाया गया था। उन्होंने अलग-अलग मात्रा में इन बाइंडर्स के साथ ब्लॉक बनाए, जो कुल वजन का पांच प्रतिशत से दस प्रतिशत तक थे, और एक भारी मशीन का उपयोग करके उन्हें ठोस आकार में दबाया। ब्लॉकों को एक और दो सप्ताह तक सूखने और सख्त होने देने के बाद, टीम ने यह देखने के लिए कि वे कितने मजबूत थे, उन्होंने कितना पानी सोखा, और सूक्ष्मदर्शी के नीचे उनकी आंतरिक संरचना कैसी दिखती है, उन्हें कठोर परीक्षणों से गुजारा।

परिणामों ने स्पष्ट रूप से दिखाया कि जब कौन सी मजबूती मायने रखती है, तो प्रदर्शन में अंतर आता है। जब शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि ब्लॉक कुचलने से पहले कितना भार सह सकते हैं, तो जियोपॉलिमर ब्लॉक अधिक मजबूत दावेदार साबित हुए। दस प्रतिशत के उच्चतम बाइंडर स्तर और दो सप्ताह के क्यूरिंग के बाद, जियोपॉलिमर ब्लॉक सूखे होने पर 10.62 मेगापास्कल का दबाव झेल सकते थे, और पानी में भीगने के बाद भी प्रभावशाली 10.12 मेगापास्कल का दबाव झेल सकते थे। इसके विपरीत, समान स्तर पर सीमेंट के ब्लॉक सूखे होने पर केवल 8.12 मेगापास्कल झेल सके और गीले होने पर 6.75 मेगापास्कल तक गिर गए। यह अंतर महत्वपूर्ण है क्योंकि यह दिखाता है कि जियोपॉलिमर ब्लॉक न केवल शुरुआत में अधिक मजबूत थे बल्कि नमी के संपर्क में आने पर भी बहुत बेहतर स्थिति में रहे, जिससे उनकी ताकत में बहुत कम कमी आई। इसके विपरीत, सीमेंट के ब्लॉकों में गीले होने पर मजबूती में बहुत बड़ी गिरावट आई, जो यह सुझाव देता है कि वे भारी बारिश के कारण होने वाले कटाव और क्षति के प्रति अधिक संवेदनशील हैं।

कहानी तब बदल गई जब शोधकर्ताओं ने ब्लॉकों के लचीलेपन, या बिना टूटे मुड़ने की उनकी क्षमता का परीक्षण किया। इस क्षेत्र में, पारंपरिक सीमेंट ब्लॉकों ने बढ़त हासिल की। सीमेंट-स्थिर ब्लॉकों ने 4.22 मेगापास्कल का झुकने वाला बल सहन किया, जबकि जियोपॉलिमर ब्लॉक केवल 2.81 मेगापास्कल ही झेल पाए। यह इंगित करता है कि जबकि जियोपॉलिमर एक बहुत ही कठोर और सघन सामग्री बनाता है जो कुचलने का विरोध करती है, यह अधिक भंगुर (ब्रिटल) है और भूकंप या जमीन के असमान बैठने के दौरान उत्पन्न होने वाले घुमाव या झुकने वाले बलों को संभालने में कम सक्षम है। तुलनात्मक रूप से, सीमेंट अधिक लचीलापन बनाए रखता है, जिससे यह बिना आसानी से टूटे तनाव को सोख लेता है।

यह समझने के लिए कि ये दोनों सामग्रियां इतनी अलग तरह से व्यवहार क्यों करती हैं, टीम ने विशेष इमेजिंग उपकरणों का उपयोग करके ब्लॉकों के अंदर देखा जो परमाणुओं और अणुओं की व्यवस्था को प्रकट करते हैं। उन्होंने पाया कि सीमेंट ब्लॉकों में सीमेंट हाइड्रेशन के अपेक्षित रासायनिक उत्पाद शामिल थे, साथ ही कुछ अप्रतिक्रियाशील सीमेंट कण भी थे जो कम पानी की मात्रा के कारण पूरी तरह से नहीं मिल पाए थे। हालाँकि, जियोपॉमर ब्लॉकों ने एक अलग आंतरिक परिदृश्य दिखाया। सीमेंट क्रिस्टल के बजाय, उनमें एक घना, अमोर्फस जेल (अक्रिस्टलीय जेल) था—एक ऐसा पदार्थ जिसमें कठोर क्रिस्टल संरचना का अभाव होता है लेकिन जो मिट्टी के कणों को मजबूती से बांधता है। यह जेल इसलिए बना क्योंकि हीट-ट्रीटेड काओलिन ने क्षारीय घोल के साथ प्रतिक्रिया करके एक नई, त्रि-आयामी नेटवर्क संरचना बनाई। यह नेटवर्क मिट्टी के कणों के बीच के छोटे अंतराल को भरने में इतना प्रभावी था कि जियोपॉलिमर ब्लॉक सीमेंट ब्लॉकों की तुलना में अधिक सघन और कम छिद्रपूर्ण बन गए। उन्होंने काफी कम पानी सोखा, जिसमें सर्वश्रेष्ठ जियोपॉलिमर नमूनों ने अपने वजन का केवल नौ प्रतिशत पानी सोखा, जबकि सीमेंट के नमूनों ने लगभग बारह प्रतिशत पानी सोखा।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि न तो कोई एक सामग्री हर स्थिति में दूसरी का पूर्ण प्रतिस्थापन है, लेकिन जियोपॉलिमर विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए एक सम्मोहक विकल्प प्रदान करता है। उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों के बिल्डरों के लिए जहाँ भारी बारिश एक निरंतर खतरा है, जियोपॉलिमर ब्लॉक पानी के नुकसान के प्रति बेहतर प्रतिरोध और उच्च संपीड़न शक्ति प्रदान करते हैं, जो उन्हें भार वहन करने वाली दीवारों के लिए उत्कृष्ट बनाता है जिन्हें सूखा और ठोस रहना चाहिए। हालाँकि, उन अनुप्रयोगों के लिए जहाँ संरचना को लचीला होने या झुकने वाले बलों का विरोध करने की आवश्यकता होती है, पारंपरिक सीमेंट का लाभ बना रहता है। अनुसंधान प्रदर्शित करता है कि स्थानीय रूप से उपलब्ध सामग्रियों और कम-कार्बन वाली रासायनिक प्रक्रिया का उपयोग करके, ऐसे मृदा ब्लॉक बनाना संभव है जो न केवल पर्यावरण के अनुकूल हैं बल्कि तकनीकी रूप से स्थायित्व और जल स्थिरता के मामले में भी श्रेष्ठ हैं। यह कार्य सुझाव देता है कि इन क्षेत्रों में टिकाऊ आवास का भविष्य एक एकल, सार्वभौमिक समाधान पर निर्भर रहने के बजाय, सही काम के लिए सही बाइंडर चुनने में निहित है।