Modified expanded polystyrene as partial substitute for lightweight concrete aggregates
इस अध्ययन ने संशोधित विस्तारित पॉलीस्टाइनिन (MEPS) बनाने के लिए विस्तारित पॉलीस्टाइनिन (EPS) के ऊष्मा उपचार को अनुकूलित किया और पाया कि जबकि मोटे समुच्चय (coarse aggregates) के स्थान पर MEPS का उपयोग करने से कंक्रीट की संपीड़न शक्ति (compressive strength) में काफी कमी आती है, वहीं महीन समुच्चय (fine aggregates) को 40% तक MEPS से बदलने से शक्ति पर सांख्यिकीय रूप से नगण्य प्रभाव के साथ घनत्व प्रभावी रूप से कम हो जाता है।
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कंक्रीट पृथ्वी पर सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली निर्माण सामग्री है, जो हमारे शहरों के कंकाल और हमारे घरों की नींव बनाती है। इसे भारी भार सहने और आग का प्रतिरोध करने की इसकी क्षमता के लिए सराहा जाता है, लेकिन इसमें एक महत्वपूर्ण कमी है: यह अविश्वसनीय रूप से भारी है। यह वजन इसे परिवहन में कठिन बनाता है और उन विशिष्ट संरचनाओं में इसके उपयोग को सीमित करता है जहाँ हल्के पदार्थ की आवश्यकता होती है। इसे हल करने के लिए, इंजीनियरों ने लंबे समय से "हल्के वजन वाले कंक्रीट" को बनाने के तरीके खोजे हैं, जो एक ऐसा पदार्थ है जो पारंपरिक कंक्रीट की मजबूती को बनाए रखता है लेकिन वजन में काफी कम होता है। इसे प्राप्त करने का एक आशाजनक तरीका मिश्रण के भीतर कुछ भारी पत्थरों और रेत को किसी हल्की चीज़, जैसे कि विस्तारित पॉलीस्टायरीन (expanded polystyrene) से बदलना है। यह वही परिचित, फोम जैसा प्लास्टिक है जिसका उपयोग पैकेजिंग और डिस्पोजेबल कप में किया जाता है। हालाँकि, कच्चा पॉलीस्टायरीन काम करने के लिए बहुत नरम और फिसलन भरा होता है; यह कंक्रीट में ऊपर तैरने लगता है और सीमेंट से चिपकने में विफल रहता है। शोधकर्ताओं ने पाया है कि प्लास्टिक को गर्म करने से इसकी संरचना बदल जाती है, जिससे यह कठोर और निर्माण के लिए अधिक उपयुक्त हो जाता है, लेकिन इस परिवर्तन के लिए सटीक स्थितियाँ स्पष्ट नहीं रही हैं।
एटेनेओ डी दावाओ यूनिवर्सिटी, फिलीपींस के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस प्रक्रिया को परिष्कृत करने और इस संशोधित प्लास्टिक का सर्वोत्तम उपयोग कैसे किया जाए, यह समझने के लिए काम शुरू किया। उनका कार्य एक सरल लेकिन अनदेखे प्रश्न को संबोधित करते हुए शुरू हुआ: क्या गर्म करने पर प्लास्टिक के टुकड़े का आकार मायने रखता है? पिछले अध्ययनों में अक्सर सभी आकारों के प्लास्टिक के लिए एक ही हीटिंग समय का उपयोग किया गया था, यह मानते हुए कि एक छोटा टुकड़ा और एक बड़ा ब्लॉक एक ही तरह से प्रतिक्रिया करेंगे। शोधकर्ताओं को संदेह था कि यह गलत था, क्योंकि उनका तर्क था कि एक बड़े ब्लॉक को अपने केंद्र तक गर्मी पहुंचने में अधिक समय लगेगा। इसका परीक्षण करने के लिए, उन्होंने दो रूपों में पॉलीस्टायरीन लिया: बड़े क्यूब्स और विभिन्न आकारों के कुचले हुए टुकड़े। उन्होंने इन नमूनों को 130 डिग्री सेल्सियस के स्थिर तापमान पर रखा और उन्हें पांच से पच्चीस मिनट तक अलग-अलग अवधियों के लिए गर्म किया। यह मापने के बाद कि प्लास्टिक कितना सिकुड़ा और ठंडा होने के बाद यह कितना मजबूत हुआ, उन्होंने पाया कि इष्टतम हीटिंग समय वास्तव में टुकड़े के आकार से जुड़ा हुआ है। उन्होंने पाया कि छोटे कणों के लिए, कम समय पर्याप्त था, जबकि बड़े टुकड़ों को समान कठोरता और घनत्व प्राप्त करने के लिए लंबे समय तक एक्सपोज़र की आवश्यकता थी। इस संबंध ने उन्हें किसी भी आकार के पॉलीस्टायरीन को गर्म करने के लिए एक विशिष्ट शेड्यूल बनाने की अनुमति दी ताकि सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त किए जा सकें।
हीटिंग प्रक्रिया को अनुकूलित करने के बाद, टीम ने इस संशोधित प्लास्टिक को वास्तविक कंक्रीट में मिलाने के अगले चरण की ओर कदम बढ़ाया। उन्होंने सीमेंट, रेत और बजरी का उपयोग करके एक मानक कंक्रीट रेसिपी बनाई, लेकिन फिर अपने ताप-उपचारित (heat-treated) प्लास्टिक के साथ रेत और बजरी के कुछ हिस्सों को बदल दिया। उन्होंने विभिन्न प्रतिस्थापनों का परीक्षण किया, जिसमें रेत और बजरी में से किसी एक या दोनों के संयोजन को दस से चालीस प्रतिशत तक बदला गया। लक्ष्य यह देखना था कि कंक्रीट उपयोगी रूप से कमजोर होने से पहले इसमें कितना प्लास्टिक जोड़ा जा सकता है। परिणामों ने रेत को बदलने बनाम बजरी को बदलने के बीच एक स्पष्ट अंतर दिखाया। जब शोधकर्ताओं ने रेत को प्रतिस्थापित किया, जो छोटे कणों से बनी होती है, तो कंक्रीट काफी हल्का हो गया, लेकिन इसकी कुचलने वाले दबाव को सहने की क्षमता आश्चर्यजनक रूप से स्थिर रही। उच्च स्तर के प्रतिस्थापन पर भी, मजबूती में भारी गिरावट नहीं आई। हालाँकि, जब उन्होंने बड़े बजरी के पत्थरों को प्लास्टिक से बदला, तो कंक्रीट की मजबूती तेजी से गिर गई। बड़े प्लास्टिक के टुकड़े साधारण भारी पत्थरों की तुलना में उतने भार को सहारा नहीं दे सके जिन्हें उन्होंने प्रतिस्थापित किया था।
शोधकर्ताओं ने यह समझने के लिए कि ये परिवर्तन क्यों हुए, एक शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी (microscope) के नीचे कंक्रीट का परीक्षण किया। उन्होंने देखा कि ताप-उपचारित प्लास्टिक के टुकड़े छोटे छिद्रों से भरे हुए थे, जिससे वे सरंध्र (porous) हो गए थे। यही सरंध्रता इस कारण से थी कि कंक्रीट हल्का हो गया, क्योंकि प्लास्टिक ने ठोस मिश्रण में हवा के पॉकेट बना दिए थे। विश्लेषण ने पुष्टि की कि प्लास्टिक सीमेंट पेस्ट के साथ उचित रूप से जुड़ गया था, लेकिन प्राकृतिक पत्थर की तुलना में प्लास्टिक की अंतर्निहित कमजोरी का अर्थ था कि यह अपने आप भारी भार नहीं उठा सकता था। अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि हालांकि यह संशोधित प्लास्टिक हल्के कंक्रीट को बनाने के लिए एक उत्कृष्ट उम्मीदवार है, यह बड़े बजरी के बजाय छोटे रेत के कणों को बदलने के लिए सबसे अच्छा काम करता है। यह दृष्टिकोण बिल्डरों को संरचना की मजबूती को खोए बिना संरचना के वजन को कम करने की अनुमति देता है। निष्कर्ष बताते हैं कि प्लास्टिक के टुकड़ों के आकार के आधार पर हीटिंग प्रक्रिया को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करके, एक टिकाऊ, हल्का निर्माण सामग्री बनाना संभव है जो प्लास्टिक कचरे और भारी निर्माण सामग्री की दोहरी समस्याओं को हल करने में मदद करती है।
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