Performance Optimization and Sustainability Assessment of Reclaimed Asphalt Pavement Modified with Waste Engine Oil for Flexible Pavement Applications

जब भी कोई सड़क बनाई जाती है, तो वह दो मुख्य सामग्रियों पर निर्भर करती है: कुचला हुआ पत्थर और कच्चे तेल से बना एक चिपचिपा, काला बाइंडर। यह बाइंडर, जिसे बिटुमेन (डामर) के रूप में जाना जाता है, पत्थरों को आपस में जोड़कर वाहनों के लिए एक चिकनी सतह बनाता है। दशकों से, निर्माण उद्योग इन लचीली सड़कों को बनाने के लिए नए पत्थर और नए तेल पर निर्भर रहा है। हालाँकि, यह दृष्टिकोण तेजी से महंगा और पर्यावरण के लिए हानिकारक होता जा रहा है। दुनिया में आसानी से उपलब्ध कच्चे तेल के भंडार समाप्त हो रहे हैं, और नया पत्थर खोदने से प्राकृतिक संसाधनों की कमी हो रही है। साथ ही, जब पुरानी सड़कों को उखाड़ा जाता है, तो उससे निकलने वाली सामग्री, जिसे 'रिक्लेम्ड एस्फाल्टт पेवमेंट' (पुनर्चक्रित डामर पक्की सतह) कहा जाता है, अक्सर लैंडफिल (कचरे के ढेर) में चली जाती है। यह एक दोहरी समस्या पैदा करता है: हम एक मूल्यवान संसाधन को बर्बाद कर रहे हैं जबकि अधिक कच्चे माल का उपभोग करना जारी रख रहे हैं।

इसे हल करने के लिए, इंजीनियर पुराने सड़क सामग्रियों को पुनर्चक्रित (रीसायकल) करने के तरीकों की तलाश कर रहे हैं। चुनौती यह है कि पुरानी सड़कों में मौजूद बिटुमेन समय के साथ पुराना और सख्त हो गया है, जिससे वह भंगुर हो गया है और उसमें दरारें आने की संभावना बढ़ गई है। यदि निर्माता इस पुराने, भंगुर पदार्थ को नए पत्थर के साथ मिला देते हैं, तो परिणामी सड़क संभवतः जल्दी ही खराब हो जाएगी। इसे ठीक करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पुराने बाइंडर को "कायाकल्प" (rejuvenate) करने की विधि का परीक्षण करना शुरू किया है। वे अपशिष्ट इंजन तेल (वेस्ट इंजन ऑयल) का उपयोग करते हैं, जो कारों और मशीनों से निकलने वाला एक सामान्य प्रदूषक है, ताकि सख्त हुए बिटुमेन को नरम किया जा सके। विचार यह है कि दो अपशिष्ट उत्पादों—पुरानी सड़क के टुकड़ों और इस्तेमाल किए गए तेल—को एक नई, उच्च गुणवत्ता वाली सड़क की सतह में बदला जाए। भारत के अजय कुमार गर्ग इंजीनियरिंग कॉलेज के शोधकर्ताओं द्वारा किए गए एक हालिया अध्ययन ने ठीक से पता लगाया कि यह संयोजन कितनी अच्छी तरह काम करता है, जिसका लक्ष्य सड़क की मजबूती और पर्यावरणीय लाभों के बीच संतुलन बनाने के लिए एक आदर्श नुस्खा खोजना था।

शोधकर्ताओं ने पुनर्चक्रित एस्फाल्ट पेवमेंट और अपशिष्ट इंजन तेल का उपयोग करके एक नए प्रकार के सड़क मिश्रण को बनाने का लक्ष्य रखा। उन्होंने अपनी सामग्रियां एकत्र करके शुरुआत की: नई सड़कों के लिए उपयोग किया जाने वाला मानक बिटुमेन, कुचला हुआ पत्थर, और पुरानी, क्षतिग्रस्त सड़कों से लिया गया पुनर्चक्रित एस्फाल्ट पेवमेंट। उन्होंने अपशिष्ट इंजन तेल भी एकत्र किया, जिसे वे एक कायाकल्प एजेंट (rejuvenating agent) के रूप में उपयोग करने की योजना बना रहे थे ताकि पुराने बाइंडर की लचीलापन बहाल किया जा सके। टीम ने सड़क मिश्रण के कई अलग-अलग बैच तैयार किए। कुछ पारंपरिक मिश्रण थे जो पूरी तरह से नई सामग्रियों से बने थे, जबकि अन्य में पुनर्चक्रित एस्फाल्ट की विभिन्न मात्रा शामिल थी। पुनर्चक्रित एस्फाल्ट वाले मिश्रणों में, उन्होंने अपशिष्ट इंजन तेल की एक छोटी मात्रा, विशेष रूप से वजन के अनुसार दो प्रतिशत, डाली ताकि यह देखा जा सके कि क्या यह पुराने बाइंडर को इतना नरम कर सकता है कि नया मिश्रण काम करने योग्य बन जाए।

इन मिश्रणों का परीक्षण करने के लिए, टीम ने मार्शल मिक्स डिजाइन नामक एक मानक इंजीनियरिंग प्रक्रिया का उपयोग किया। इसमें सामग्रियों को गर्म करना, उन्हें एक साथ मिलाना और एक विशिष्ट आकार में दबाकर परीक्षण नमूना बनाना शामिल है। इसके बाद उन्होंने इन नमूनों को एक मशीन में रखा जो उन्हें तोड़ने से पहले यह मापने के लिए उन पर दबाव डालती है कि वे कितना भार सह सकते हैं, जिसे 'स्टेबिलिटी' (स्थिरता) नामक गुण कहा जाता है। उन्होंने यह भी मापा कि उस दबाव के तहत नमूना कितना विकृत होता है, जिसे 'फ्लो' (प्रवाह) के रूपas जाना जाता है, और मिश्रण के भीतर फंसी हवा की छोटी थैलियों (air pockets) की मात्रा की जांच की। बिटुमेन की विभिन्न मात्राओं और पुनर्चक्रित एस्फाल्ट के विभिन्न प्रतिशत का परीक्षण करके, वे यह मानचित्रण करने में सक्षम हुए कि कौन सा संयोजन सबसे मजबूत और टिकाऊ सड़क सतह बनाता है।

परिणामों ने दिखाया कि पारंपरिक सड़क मिश्रण, जो नई सामग्रियों से बना था, बहुत अच्छा प्रदर्शन करता है, लेकिन शोधकर्ताओं ने पुनर्चक्रित सामग्रियों का उपयोग करके उस प्रदर्शन से मेल खाने का एक तरीका खोज लिया। उन्होंने निर्धारित किया कि उनके मिश्रण के लिए बिटुमेन की आदर्श मात्रा पाँच प्रतिशत से थोड़ी अधिक थी। जब उन्होंने पुनर्चक्रित एस्फाल्ट और अपशिष्ट इंजन तेल पेश किया, तो उन्होंने एक विशिष्ट नुस्खा खोजा जो सबसे अच्छा काम करता था। बीस प्रतिशत पुनर्चक्रित एस्फाल्ट और दो प्रतिशत अपशिष्ट इंजन तेल वाला मिश्रण सबसे सटीक पाया गया। इस विशिष्ट मिश्रण ने 1006 किलोग्राम की स्थिरता प्राप्त की, जो पारंपरिक मिश्रण की मजबूती के लगभग समान है। मिश्रण के भीतर फंसी हवा की मात्रा भी एकदम सही थी, जो चार प्रतिशत से थोड़ा अधिक थी, जो एक सघन और टिकाऊ सड़क सतह के लिए लक्ष्य है।

शायद सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्ष केवल मजबूती के बारे में नहीं था, बल्कि लागत और स्थिरता के बारे में भी था। शोधकर्ताओं ने गणना की कि बीस प्रतिशत पुनर्चक्रित एस्फाल्ट और दो प्रतिशत अपशिष्ट इंजन तेल के मिश्रण का उपयोग करके, सड़क के एक क्यूबिक मीटर के निर्माण की लागत में चौदह प्रतिशत से अधिक की गिरावट आई। यह बचत नए पत्थर और नए बिटुमेन के कम उपयोग से आती है। इसके अलावा, अध्ययन ने इस बात पर प्रकाश डाला कि यह दृष्टिकोण एक साथ दो पर्यावरणीय समस्याओं को हल करता है: यह पुराने सड़क सामग्रियों को लैंडफिल में जाने से रोकता है और अपशिष्ट इंजन तेल को मिट्टी और भूजल को दूषित करने से बचाता है। अपशिष्ट तेल ने एक रासायनिक सेतु (chemical bridge) के रूप में कार्य किया, जिसने पुराने बाइंडर में खोए हुए तेलों की पूर्ति की और पुराने तथा नए पदार्थों को सहजता से एक साथ काम करने की अनुमति दी।

अध्ययन केवल मिश्रण बनाने तक ही सीमित नहीं था; शोधकर्ताओं ने अपने निष्कर्षों को विश्वसनीय बनाने के लिए सांख्यिकीय उपकरणों का भी उपयोग किया। उन्होंने डेटा में पैटर्न खोजने की एक विधि, 'रिग्रेशन एनालिसिस' (प्रतिगमन विश्लेषण) का उपयोग किया, ताकि सर्वोत्तम बिटुमेन सामग्री की भविष्यवाणी की जा सके, और उनके अनुमान भौतिक प्रयोगों से लगभग पूरी तरह मेल खाते थे। उन्होंने एक 'परफॉर्मेंस इंडेक्स' (प्रदर्शन सूचकांक) भी बनाया जो सड़क की मजबूती, उसके लचीलेपन और उसकी लागत को एक-दूसरे के विरुद्ध तौलता है। इस व्यापक रैंकिंग में, बीस प्रतिशत पुनर्चक्रित एस्फाल्ट और दो प्रतिशत अपशिष्ट इंजन तेल वाला मिश्रण शीर्ष पर आया। इसने सबसे अच्छा संतुलन प्रदान किया कि यह यातायात को संभालने के लिए पर्याप्त मजबूत, दरारें रोकने के लिए पर्याप्त लचीला और आर्थिक रूप से तर्कसंगत बनाने के लिए पर्याप्त सस्ता है।

हालांकि परिणाम उत्साहजनक हैं, शोधकर्ताओं ने अपने काम की सीमाओं को नोट करने में सावधानी बरती। उन्होंने पुष्टि की कि यह विशिष्ट मिश्रण उनके द्वारा परीक्षण की गई स्थितियों के तहत अच्छी तरह से काम करता है, लेकिन उन्होंने स्वीकार किया कि वास्तविक दुनिया की सड़कें कई अन्य चुनौतियों का सामना करती हैं, जैसे भारी ट्रक यातायात, अत्यधिक मौसम और दीर्घकालिक उम्र बढ़ना। अध्ययन ने यह परीक्षण नहीं किया कि यह मिश्रण कई वर्षों तक क्षेत्र में कैसा प्रदर्शन करेगा, और न ही इसने अत्यधिक विस्तार में बाइंडर में सूक्ष्म रासायनिक परिवर्तनों का विश्लेषण किया। ये भविष्य के अनुसंधान के क्षेत्र हैं। हालांकि, वर्तमान निष्कर्ष एक मजबूत आधार प्रदान करते हैं, जो यह सुझाव देते हैं कि ऐसी सड़कें बनाना संभव है जो न केवल सस्ती और मजबूत हैं, बल्कि पर्यावरण के अनुकूल भी हैं।

अंततः, यह शोध सड़क निर्माण में एक 'सर्कुलर इकोनॉमी' (चक्रीय अर्थव्यवस्था) की ओर एक व्यावहारिक मार्ग प्रदर्शित करता है। पुरानी सड़कों और इस्तेमाल किए गए तेल को कचरा मानने के बजाय, अध्ययन दिखाता है कि उन्हें मूल्यवान संसाधनों के रूप में उपयोग किया जा सकता है। बीस प्रतिशत पुनर्चक्रित एस्फाल्ट को थोड़े से अपशिष्ट इंजन तेल के साथ सावधानीपूर्वक मिलाकर, इंजीनियर एक ऐसी सड़क की सतह बना सकते हैं जो वर्जिन (नए) सामग्रियों से बनी सड़क के समान प्रदर्शन करती है। यह दृष्टिकोण नए पत्थर खोदने और नए तेल के लिए ड्रिलिंग करने की आवश्यकता को कम करता है, और साथ ही दो प्रमुख अपशिष्ट धाराओं को साफ करता है। यह कार्य सुझाव देता है कि सड़क निर्माण का भविष्य नए संसाधनों को खोजने में नहीं, बल्कि हमारे पास पहले से मौजूद संसाधनों का अधिक समझदारी से उपयोग करने के तरीकों में निहित है।