Effect of activator composition on strength evolution and silicon-oxygen network reconstruction of rice husk ash-based sodium silicate-activated waste glass powder cementitious materials
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि विभिन्न मापांकों के साथ तैयार किए गए राइस हस्क ऐश-आधारित सोडियम सिलिकेट-सक्रिय अपशिष्ट ग्लास पाउडर सीमेंटयुक्त पदार्थों में, 1.5 का मापांक उच्चतम 28-दिवसीय संपीड़न शक्ति (39.6 MPa) प्रदान करता है, जो ब्रिजिंग ऑक्सीजन अनुपात में महत्वपूर्ण वृद्धि द्वारा प्रमाणित, प्रारंभिक-आयु नेटवर्क विखंडन और उत्तर-आयु पॉलिकोंडेंसेशन के बीच संतुलन को अनुकूलित करके प्राप्त होता है।
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आधुनिक दुनिया में, निर्माण उद्योग के सामने एक दोहरी चुनौती है: इसे मजबूत, अधिक टिकाऊ संरचनाओं का निर्माण करने के तरीके खोजने होंगे और साथ ही पारंपरिक सीमेंट उत्पादन से होने वाले विशाल कार्बन फुटप्रिंट को भी कम करना होगा। साथ ही, शहर भारी मात्रा में ठोस कचरा उत्पन्न कर रहे हैं, विशेष रूप से कांच, जो प्राकृतिक रूप से सड़ता या टूटता नहीं है और अक्सर लैंडफिल (कूड़े के ढेरों) को भरने के लिए उपयोग किया जाता है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि कुचले हुए कांच का उपयोग कंक्रीट में रेत और बजरी के कुछ विकल्पों के रूप में किया जा सकता है, लेकिन इसे केवल मिला देने मात्र से वह मजबूत नहीं हो जाता। कचरे वाले कांच को एक ऐसे बंधन सामग्री (बाइंडिंग मटेरियल) में बदलने के लिए जो इमारतों को एक साथ थामे रखे, शोधकर्ता 'अल्कली एक्टिवेशन' नामक प्रक्रिया का उपयोग करते हैं। इसमें कांच के पाउडर को एक अत्यधिक क्षारीय तरल के साथ मिलाया जाता है, जो एक रासायनिक विलायक (सॉल्वेंट) की तरह कार्य करता है ताकि कांच की कठोर संरचना को तोड़ सके और फिर उसे एक नए, ठोस जेल के रूप में पुनर्गठित कर सके। इस प्रक्रिया की कुंजी स्वयं तरल सक्रियक (लिक्विड एक्टिवेटर) में निहित है। यदि तरल बहुत अधिक शक्तिशाली है, तो यह कांच को तेजी से तोड़ देता है लेकिन बाद में एक मजबूत नेटवर्क बनाने के लिए पर्याप्त निर्माण खंड (बिल्डिंग ब्लॉक्स) नहीं बचा पाता। यदि यह बहुत कमजोर है, तो यह कांच को प्रभावी ढंग से घोलने में असमर्थ रहता है। एक ऐसी सामग्री बनाने के लिए जो पर्यावरण के अनुकूल और यांत्रिक रूप से मजबूत दोनों हो, सही संतुलन बनाना आवश्यक है।
चीन के क्वज़ौ विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने दो विशिष्ट अपशिष्ट सामग्रियों का उपयोग करके इस संतुलन को हल करने का प्रयास किया: अपशिष्ट कांच पाउडर और धान की भूसी की राख (राइस हस्क ऐश)। धान की भूसी की राख चावल प्रसंस्करण का एक उपोत्पाद है जो सिलिका से समृद्ध है, जो कांच और रेत में पाए जाने वाले मुख्य घटक के समान है। कांच को सक्रिय करने के लिए महंगे व्यावसायिक रसायनों को खरीदने के बजाय, टीम ने धान की भूसी की राख को सोडियम हाइड्रोक्साइड समाधान में घोलकर अपना स्वयं का तरल सक्रियक बनाया। इसके बाद उन्होंने इस स्व-निर्मित तरल को अपशिष्ट कांच के पाउडर के साथ मिलाकर एक पेस्ट तैयार किया। यह समझने के लिए कि यह रेसिपी अंतिम मजबूती को कैसे प्रभावित करती है, उन्होंने तीन अलग-अलग बैच तैयार किए। प्रत्येक बैच में, उन्होंने कांच की मात्रा को समान रखा लेकिन तरल सक्रियक में सामग्रियों के अनुपात को बदल दिया। एक बैच में सिलिका का अनुपात सोडियम की तुलना में कम था, दूसरे में मध्यम अनुपात था, और तीसरे में उच्च अनुपात था। इसके बाद उन्होंने एक सप्ताह के बाद और चार सप्ताह के बाद इन सामग्रियों के सख्त होने की जांच की।
परिणामों ने समय के साथ सामग्री के विकास के संबंध में एक स्पष्ट पैटर्न का खुलासा किया। केवल एक सप्ताह के बाद, सबसे कम सिलिका अनुपात वाले बैच ने सबसे अधिक मजबूती दिखाई, जिसने 31.4 MPa की संपीड़न शक्ति (कंप्रेसिव स्ट्रrength) प्राप्त की। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि उस मिश्रण में क्षारीय घटक की उच्च सांद्रता ने कांच के नेटवर्क को बहुत जल्दी तोड़ दिया, जिससे यह जल्दी सख्त हो गया। हालांकि, जैसे-जैसे समय बीता, कहानी बदल गई। चार सप्ताह के निशान तक, मध्यम सिलिका अनुपात वाला बैच स्पष्ट विजेता बनकर उभरा, जिसने 39.6 MPa की संपीड़न शक्ति हासिल की, जो अन्य दो समूहों की तुलना में काफी अधिक थी। उच्चतम सिलिका अनुपात वाला बैच, जिसमें निर्माण खंडों की उपलब्धता सबसे अधिक थी, बीच में रहा, जबकि जो शुरुआत में मजबूत था, वह समूह में सबसे कम मजबूती के साथ पीछे रह गया। यह बदलाव दर्शाता कि हालांकि एक मजबूत प्रारंभिक रासायनिक हमला सामग्री को जल्दी जमने में मदद करता है, लेकिन दीर्घकालिक मजबूती समय के साथ एक सघन, परस्पर जुड़े नेटवर्क के निर्माण के लिए उपलब्ध घुलनशील सिलिका की उपलब्धता पर निर्भर करती है।
यह समझने के लिए कि ऐसा क्यों हुआ, शोधकर्ताओं ने उन्नत इमेजिंग उपकरणों का उपयोग करके सामग्री के भीतर देखा जो परमाणुओं की व्यवस्था और रासायनिक बंधों की संरचना को देख सकते थे। उन्होंने पाया कि इस प्रक्रिया ने कोई नए क्रिस्टल नहीं बनाए; इसके बजाय, कांच एक अव्यवस्थित, अमोर्फस (अनाकार) ठोस में बदल गया, जो मूल कांच के समान है लेकिन इसकी आंतरिक संरचना भिन्न है। रासायनिक बंधों का विश्लेषण करके, उन्होंने "ब्रिजिंग ऑक्सीजन" परमाणुओं के अनुपात को मापा, जो वे लिंक हैं जो सिलिकॉन परमाणुओं को एक मजबूत त्रि-आयामी जाल में बांधते हैं। एक सप्ताह में, सबसे कम सिलिका अनुपात वाले मिश्रण में इन लिंक्स की संख्या सबसे अधिक थी, जिसने इसकी शुरुआती मजबूती की व्याख्या की। लेकिन चार सप्ताह तक, मध्यम-अनुपात वाले मिश्रण ने सर्वाधिक ब्रिजिंग लिंक्स विकसित किए, जो 63.25 प्रतिशत तक पहुँच गए। इन कनेक्शनों की संख्या में वृद्धि सीधे तौर पर मजबूती में वृद्धि से मेल खाती थी। सबसे कम सिलिका अनुपात वाले मिश्रण में इन अतिरिक्त ब्लॉक्स का उपयोग करने के लिए निर्माण खंड बहुत जल्दी समाप्त हो गए, जबकि उच्चतम सिलिका अनुपात वाले मिश्रण में उन अतिरिक्त ब्लॉक्स का उपयोग करने के लिए कांच पर्याप्त तेजी से नहीं घुला। केवल मध्यम मिश्रण ही कांच को घोलने और लिंक्स बनाने की प्रक्रिया को एक साथ जारी रखने में सफल रहा, जिससे सबसे मजबूत संभव संरचना बनी।
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक मजबूत, हरित निर्माण सामग्री का मार्ग किसी एक घटक को अधिकतम करने के बारे में नहीं है, बल्कि रासायनिक प्रतिक्रिया की गति और निर्माण सामग्री की आपूर्ति के बीच सटीक संतुलन खोजने के बारे में है। धान की भूसी की राख का उपयोग करके सक्रियक बनाकर, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि एक उच्च-प्रदर्शन वाले सीमेंट विकल्प में बदलना संभव है। निष्कर्ष बताते हैं कि इस विशिष्ट सामग्री संयोजन के लिए, सक्रियक में सिलिका की मध्यम मात्रा कांच को घोलने और एक सघन, टिकाऊ नेटवर्क में पुनर्गठित करने के लिए सर्वोत्तम वातावरण प्रदान करती है। यह दृष्टिकोण दुनिया के बढ़ते कांच और कृषि अपशिष्ट के ढेरों को एक मूल्यवान संसाधन में बदलने के लिए एक व्यावहारिक ब्लूप्रिंट प्रदान करता है, जो यह सिद्ध करता है कि सही रासायनिक रेसिपी क्या कभी कचरा माने जाने वाले पदार्थ को भविष्य की नींव में बदल सकती है।
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