Rice Husk Ash as a Partial Cement Substitute in Stabilised Laterite Blocks for Sustainable Non-Load-Bearing Wall Construction

ऐसे घरों के निर्माण के प्रयास में जो किफायती भी हों और पृथ्वी के प्रति सौम्य भी, वैज्ञानिक अक्सर अपने पैरों के नीचे की मिट्टी और अपनी कटाई से निकलने वाले कचरे की ओर देखते हैं। उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में दीवारों के लिए सबसे आम सामग्रियों में से एक लैटेराइट (laterite) है, जो लोहा और एल्युमीनियम से भरपूर एक लाल मिट्टी है जो हवा के संपर्क में आने पर सख्त हो जाती है। हालाँकि, अपनी प्राकृतिक अवस्था में, यह मिट्टी एक विश्वसनीय निर्माण खंड के रूप में कार्य करने के लिए बहुत कमजोर और पानी के प्रति बहुत अधिक प्यासी होती है। इसे ठीक करने के लिए, निर्माता पारंपरिक रूप से साधारण पोर्टलैंड सीमेंट मिलाते हैं, जो एक बाइंडिंग एजेंट है जो नरम मिट्टी को एक ठोस, टिकाऊ सामग्री में बदल देता है। फिर भी, इस सीमेंट का उत्पादन वैश्विक कार्बन उत्सर्जन का एक प्रमुख चालक है, जो टिकाऊ निर्माण के लिए एक दुविधा पैदा करता है। इसी समय, धान की खेती से बड़ी मात्रा में भूसे का उत्पादन होता है, जिसे अक्सर खुले खेतों में जला दिया जाता है, जिससे धुआं निकलता है और एक ऐसी सामग्री बर्बाद हो जाती है जिसमें सिलिका का उच्च स्तर होता है, जो सीमेंट जैसे मिश्रणों को मजबूत करने के लिए जाना जाता है। शोधकर्ताओं के लिए चुनौती यह खोजने में रही है कि कैसे सीमेंट जैसे भारी, कार्बन-गहन पदार्थ को इस कृषि अपशिष्ट के साथ बदला जा सकता है, बिना दीवारों की सुरक्षा से समझौता किए।

नाइजीरिया और फ्रांस के शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह परीक्षण करके इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया कि स्टेबलाइज्ड लैटेराइट ब्लॉकों में चावल की भूसी की राख (rice husk ash) को कितना बदला जा सकता है। उन्होंने अनमब्रा राज्य के एक स्थानीय स्थल से मिट्टी ली, उसे सुखाया, और उसे पानी और सीमेंट के साथ मिलाया। अपने प्रयोगात्मक बैचों में, उन्होंने सीमेंट के कुछ हिस्सों को जली हुई चावल की भूसी की महीन पिसी हुई राख से बदल दिया, जिसमें शून्य प्रतिस्थापन से लेकर सीमेंट के चालीस प्रतिशत तक के प्रतिस्थापन तक का परीक्षण किया गया। उन्होंने एक मैनुअल प्रेस का उपयोग करके ब्लॉक बनाए, जो कई ग्रामीण निर्माण परियोजनाओं में उपयोग किए जाने वाले उपकरणों के समान है, और फिर उन्हें सात, अट्ठाईस और नब्बे दिनों की अवधि के लिए पकने (cure) या सख्त होने के लिए छोड़ दिया। लक्ष्य यह देखना था कि क्या ये ब्लॉक दीवारों के रूप में खड़े होने के लिए पर्याप्त वजन सह सकते हैं, जबकि यह भी जांचना था कि वे कितना पानी सोखते हैं, क्योंकि बहुत अधिक पानी समय के साथ दीवारों को ढहा सकता है।

परिणामों ने मजबूती और स्थिरता के बीच एक स्पष्ट समझौता (trade-off) प्रकट किया। जैसे-जैसे शोधकर्ताओं ने चावल की भूसी की राख की मात्रा बढ़ाई, ब्लॉक थोड़े हल्के हो गए और अधिक पानी सोखने लगे। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि राख, सीमेंट की तुलना में कम घनत्व वाली होती है और ब्लॉक के भीतर हवा के छोटे पॉकेट बना देती है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि जैसे-जैसे राख की मात्रा बढ़ी, ब्लॉकों की मजबूती आमतौर पर कम हो गई। जब सीमेंट को पंद्रह से बीस प्रतिशत से अधिक चावल की भूसी की राख से बदला गया, तो ब्लॉक स्पष्ट रूप से कमजोर हो गए। हालाँकि, ब्लॉकों ने अपनी सारी मजबूती नहीं खोई; उन्हें बस अपनी पूरी क्षमता तक पहुँचने के लिए अधिक समय की आवश्यकता थी। शोधकर्ताओं ने पाया कि ब्लॉकों को जितना अधिक समय तक पकने के लिए छोड़ा गया, वे उतने ही मजबूत होते गए, जो उन सामग्रियों के लिए एक सामान्य गुण है जो सख्त होने के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर निर्भर करती हैं।

अध्ययन ने निर्माण के लिए एक "स्वीट स्पॉट" (उपयुक्त बिंदु) की पहचान की। वे ब्लॉक जिनमें दस प्रतिशत सीमेंट था और उस सीमेंट के दस से बीस प्रतिशत के स्थान पर चावल की भूसी की राख का उपयोग किया गया था, सबसे अच्छा प्रदर्शन करते थे। इन विशिष्ट ब्लॉकों ने 0.59 और 1.58 न्यूटन प्रति वर्ग मिलीमीटर के बीच संपीड़न शक्ति (compressive strength) प्राप्त की। हालांकि यह बहुमंजिला इमारत या छत का भारी वजन उठाने के लिए पर्याप्त नहीं है, लेकिन यह गैर-भार वहन करने वाली दीवारों (non-load-bearing walls), जैसे कि घर के अंदर के विभाजक या एक मंजिला संरचना की बाहरी दीवारों के लिए पर्याप्त है। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि छह प्रतिशत सीमेंट वाले ब्लॉक दस प्रतिशत वाले ब्लॉकों की तुलना में लगातार कमजोर थे, जिससे पुष्टि होती है कि राख की भरपाई के लिए प्रारंभिक बाइंडिंग की मात्रा अधिक होना आवश्यक है।

महत्वपूर्ण रूप से, टीम ने यह पुष्टि करने के लिए सांख्यिकीय विश्लेषण का उपयोग किया कि ब्लॉक की आयु, सीमेंट की मात्रा और राख के प्रतिस्थापन का स्तर अंतिम मजबूती निर्धारित करने वाले मुख्य कारक थे। उनके मॉडल ने उच्च सटीकता के साथ ब्लॉकों की मजबूती की भविष्यवाणी की, जिससे पता चला कि इन चरों के बीच का संबंध सुसंगत और विश्वसनीय है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि चावल की भूसी की राख इस अनुप्रयोग में सीमेंट को पूरी तरह से प्रतिस्थापित नहीं कर सकती है, लेकिन यह टिकाऊ निर्माण के लिए एक व्यवहार्य मार्ग प्रदान करती है। दस से बीस प्रतिशत राख का उपयोग करके, निर्माता कार्बन-भारी सीमेंट पर अपनी निर्भरता को कम कर सकते हैं और कृषि अपशिष्ट को मूल्य प्रदान कर सकते हैं, जिससे ऐसी दीवारें बनाई जा सकती हैं जो रोजमर्रा की आवास आवश्यकताओं के लिए पर्याप्त मजबूत हैं। यह कार्य सुझाव देता है कि विकासशील क्षेत्रों में किफायती आवास के लिए, यह मिश्रण पर्यावरणीय देखभाल और संरचनात्मक सुरक्षा के बीच एक व्यावहारिक संतुलन प्रदान करता है, बशर्ते कि ब्लॉकों का उपयोग वहां किया जाए जहां उन्हें इमारत का पूरा भार उठाने की आवश्यकता नहीं है।