Strength Properties of High-Performance Concrete with Green Banana (Musa acuminata, AAA Group) Peel Ash as Partial Cement Replacement

कंक्रीट की पहेली: एक हरे समाधान के साथ एक चिपचिपी समस्या

कल्पना कीजिए कि निर्माण की दुनिया एक विशाल, हलचल भरी रसोई की तरह है जहाँ हर कोई एक आदर्श, सबसे मजबूत केक बनाने की कोशिश कर रहा है। दशकों से, इस रेसिपी में मुख्य सामग्री सीमेंट रही है। यह वह गोंद है जो हमारे शहरों को एक साथ थामे रखता है, रेत और पत्थरों को गगनचुंबी इमारतों, पुलों और सड़कों में बदल देता है। लेकिन यहाँ एक पेच है: सीमेंट बनाना एक विशाल, कार्बन उगलने वाली भट्टी चलाने जैसा है। यह दुनिया के प्रदूषण के एक बड़े हिस्से के लिए जिम्मेदार है, और हमारे कंक्रीट के जंगलों की पर्यावरणीय लागत को नजरअंदाज करना कठिन होता जा रहा है।

यहाँ "हाई-परफॉर्मेंस कंक्रीट" (HPC) की अवधारणा आती है। इसे साधारण कंक्रीट के रूप में नहीं, बल्कि इस सामग्री के 'सुपर-चार्ज्ड, एथलीट वर्जन' के रूप में सोचें। इसे अविश्वसनीय रूप से मजबूत, टिकाऊ और तत्वों के प्रति प्रतिरोधी होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो भविष्य की भारी-भरकम संरचनाओं के लिए एकदम सही है। इसे इतना सख्त बनाने के लिए, इंजीनियर आमतौर पर इसमें विशेष "मिनरल एडमिक्सचर" (खनिज मिश्रण)—फ्लाई ऐश या सिलिका फ्यूम जैसे गुप्त सामग्रियां—मिलाते हैं जो सूक्ष्म अंतराल को भर देते हैं और कंक्रीट को अधिक सघन बनाते हैं। लेकिन क्या होगा अगर हम एक ऐसा गुप्त घटक ढूंढ सकें जो न केवल ग्रह के लिए अच्छा हो, बल्कि एक ऐसा अपशिष्ट उत्पाद भी हो जिसे हम पहले से ही फेंक रहे हैं? यही वह सवाल है जो यह अध्ययन पूछता है: क्या हम रसोई के एक सामान्य कचरे को अपनी सबसे मजबूत इमारतों के लिए एक सुपरहीरो सामग्री में बदल सकते हैं?

कचरे को खजाने में बदलना: बनाना पील (केले के छिलके) का प्रयोग

इस अध्ययन में, कंपाला इंटरनेशनल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक बहुत ही विशिष्ट, स्थानीय अपशिष्ट उत्पाद का परीक्षण करने का निर्णय लिया: हरे केले के छिलके। युगांडा जैसे स्थानों में, ये केले (स्थानीय रूप से माटूक के रूप में जाने जाते हैं) एक मुख्य भोजन हैं, लेकिन इनके छिलके अक्सर कचरे के रूप में अंत में जाते हैं, जो सड़ते हैं और गैसें छोड़ते हैं। शोधकर्ताओं ने सोचा: यदि हम इन छिलकों को जलाकर उन्हें एक महीन, धूसर पाउडर (राख) में बदल दें, तो क्या वह पाउडर हाई-परफॉर्मेंस कंक्रीट में कुछ सीमेंट की जगह ले सकता है?

यह पता लगाने के लिए, उन्होंने केले के छिलकों के साथ एक रसोई में विज्ञान प्रयोग की तरह व्यवहार किया। उन्होंने हरे छिलकों को इकट्ठा किया, उन्हें सुखाया और 800°C के बहुत उच्च, नियंत्रित तापमान पर जलाया। इसने छिलकों को एक महीन राख में बदल दिया, जिसे उन्होंने फिर पीसकर और छानकर यह सुनिश्चित किया कि वह आटे की तरह चिकना हो। उन्होंने इस "ग्रीन बनाना पील ऐश" (GBPA) का विश्लेषण किया कि यह किससे बना है। उन्होंने पाया कि यह सिलिका और एलुमिना से समृद्ध था, जो अन्य प्रसिद्ध कंक्रीट एडिटिव्स में पाए जाने वाले रसायनों के समान है, जो यह सुझाव देता है कि इसमें "पोज़ोलानिक" (pozzolanic) शक्तियाँ हैं। सरल भाषा में, इसका मतलब है कि यह राख समय के साथ पानी और सीमेंट के साथ प्रतिक्रिया करके एक सुपर-स्ट्रॉन्ग गोंद बना सकती है।

रेसिपी और दौड़

टीम ने यह देखने के लिए एक दौड़ आयोजित की कि वे अपने कंक्रीट के नुस्खे में बिना 'केक' खराब किए इस केले की राख का कितना हिस्सा बदल सकते हैं। उन्होंने हाई-परफॉर्मेंस कंक्रीट के पांच अलग-अलग बैच बनाए:

1. कंट्रोल (नियंत्रण): 100% सीमेंट, 0% बनाना ऐश।
2. 5% मिक्स: सीमेंट के 5% को बनाना ऐश द्वारा बदला गया।
3. 10% मिक्स: 10% बदला गया।
4. 15% मिक्स: 15% बदला गया।
5. 20% मिक्स: 20% बदला गया।

उन्होंने बाकी सब कुछ बिल्कुल समान रखा—पानी, रेत और पत्थरों की मात्रा—ताकि वे सुनिश्चित कर सकें कि मजबूती में कोई भी बदलाव बनाना ऐश के कारण हुआ है। उन्होंने इन मिश्रणों को सांचों में डाला और 7 दिन, 14 दिन और अंत में 28 दिन पर परीक्षण किया, जो यह देखने का मानक समय है कि कंक्रीट कितना मजबूत हो गया है।

परिणाम: 'स्वीट स्पॉट' छोटा है

परिणाम थोड़े उतार-चढ़ाव भरे रहे। जब उन्होंने 5% बनाना ऐश मिक्स का परीक्षण किया, तो परिणाम आशाजनक लेकिन सूक्ष्म थे। हालांकि इस मिश्रण ने 28 दिनों में मजबूती में मामूली वृद्धि दिखाई, जो कंट्रोल मिक्स के 67.06 MPa की तुलना में 69.08 MPa तक पहुँच गई, शोधकर्ताओं ने नोट किया कि यह प्रदर्शन कंट्रोल की तुलना में "तुलनीय" था न कि एक बड़ी छलांग। वास्तव में, अध्ययन ने इस बात पर प्रकाश डाला कि 5% मिक्स का शुरुआती चरणों (7 दिन) में कंट्रोल की तुलना में कम स्ट्रेंथ था, जिसने बाद में बराबरी की और थोड़ा आगे निकल गया क्योंकि पोज़ोलानिक प्रतिक्रिया विकसित होने में समय लेती है। अंततः, 5% मिक्स ने "संतोषजनक" मैकेनिकल गुण प्रदर्शित किए, जिससे सिद्ध हुआ कि यह शुद्ध सीमेंट की मजबूती के साथ बिना किसी बड़े गिरावट के मेल खा सकता है।

हालाँकि, कहानी बदल गई जब उन्होंने बनाना ऐश की मात्रा बढ़ाई। जैसे ही उन्होंने प्रतिस्थापन को बढ़ाकर 10% किया, मजबूती गिरनी शुरू हो गई, जो 60.167 MPa पर आ गई। जब वे 15% पर पहुँचे, तो मजबूती तेजी से गिरकर 39.55 MPa हो गई, और 20% पर, यह घटकर 33.314 MPa रह गई। ऐसा लगता है कि हालांकि थोड़ा सा बनाना ऐश एक व्यवहार्य घटक है, लेकिन बहुत अधिक मात्रा में यह संरचना को कमजोर कर देता है, संभवतः इसलिए क्योंकि यह पत्थरों को सीमेंट की तरह अच्छी तरह से नहीं बांध पाता है।

यही रुझान स्प्लिटिंग टेंसाइल स्ट्रेंथ (यह देखना कि कंक्रीट खिंचाव के प्रति कितना प्रतिरोधी है) के मामले में भी देखा गया। 5% मिक्स ने अच्छा प्रदर्शन किया, जो 5.22 MPa तक पहुँचा, जो कंट्रोल मिक्स के 5.01 MPa के तुलनीय था, जबकि 20% मिक्स केवल 2.20 MPa के साथ संघर्ष करता रहा।

स्थायित्व: पानी को बाहर रखना

कंक्रीट केवल मजबूत होने के बारे में नहीं है; यह पानी को अंदर घुसने से रोकने के बारे में भी है, जो समय के साथ जंग और दरारें पैदा कर सकता है। टीम ने परीक्षण किया कि कंक्रीट कितना पानी सोखता है। 5% बनाना मिक्स पानी को बाहर रखने में उत्कृष्ट था, जिसने इसके वजन का केवल 1.07% पानी सोखा, जो कंट्रोल मिक्स के 1.1% के तुलनीय था। लेकिन जैसे-जैसे उन्होंने बनाना ऐश की मात्रा बढ़ाई, कंक्रीट अधिक छिद्रपूर्ण (porous) हो गया, जैसे कि एक स्पंज। 20% मिक्स ने अपने वजन का 1.47% पानी सोखा, जिसका अर्थ है कि यह नमी से होने वाले नुकसान के प्रति बहुत अधिक संवेदनशील था।

निष्कर्ष

तो, निष्कर्ष क्या है? अध्ययन सुझाव देता है कि ग्रीन बनाना पील ऐश हाई-परफॉर्मेंस कंक्रीट के लिए एक आशाजनक, पर्यावरण के अनुकूल घटक है, लेकिन केवल तभी जब आप इसका उपयोग बहुत कम मात्रा में करें। सीमेंट के केवल 5% को इस राख से बदलना इस "स्वीट स्पॉट" जैसा लगता है। यह कंक्रीट को लंबे समय में नियमित कंक्रीट के समान प्रदर्शन करने में सक्षम बनाता है, पर्याप्त मजबूती बनाए रखता है और पानी को प्रभावी ढंग से बाहर रखता है, और यह सब करते हुए रसोई के कचरे को एक निर्माण सामग्री में बदल देता है।

हालाँकि, शोधकर्ता सावधानी बरतते हुए कहते हैं कि इन विशिष्ट मिश्रणों के लिए 5% से अधिक जाना एक बुरा विचार है; मजबूती और स्थायित्व तेजी से गिर जाता है। वे निष्कर्ष निकालते हैं कि हालांकि यह टिकाऊ निर्माण की दिशा में एक बड़ा कदम है, हमें सटीक होने की आवश्यकता है। यह एक जादुई छड़ी नहीं है जो पूरी तरह से सीमेंट की जगह ले सके, लेकिन यह हमारे कंक्रीट को हरा-भरा और मजबूत बनाने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है, बशर्ते हम इसकी अधिकता न करें। पेपर सुझाव देता है कि सही मात्रा के साथ, हम अपने केले फेंकने के बजाय एक बेहतर भविष्य का निर्माण कर सकते हैं।