Synergistic effects of recycled concrete aggregate and spherical nickel slag on abrasion resistance, acoustic attenuation, and environmental efficiency of porous concrete

शहर लगातार खुद को नया रूप दे रहे हैं, और हर नई इमारत और सड़क के साथ, पुरानी कंक्रीट की विशाल मात्रा को तोड़कर फेंक दिया जाता है। इसी समय, भारी उद्योग अपशिष्ट सामग्री के पहाड़ों का उत्पादन करते हैं, जैसे कि धातुओं को गलाने से बचा हुआ स्लैग (slag)। पारंपरिक रूप से, ये सामग्रियां लैंडफिल में जाती हैं, जो जगह घेरती हैं और पर्यावरणीय जोखिम पैदा करती हैं, जबकि निर्माण उद्योग नई कंक्रीट बनाने के लिए ताजे नदी के पत्थरों और बजरी को खोदना जारी रखता है। यह चक्र अस्थिर है। इंजीनियर अब इन अपशिष्ट धाराओं को मूल्यवान निर्माण ब्लॉकों में बदलने के तरीके खोज रहे हैं, ऐसी सामग्रियां बना रहे हैं जो न केवल संसाधनों को बचाती हैं बल्कि पारंपरिक विकल्पों से बेहतर प्रदर्शन भी करती हैं। ऐसी ही एक सामग्री छिद्रयुक्त कंक्रीट (porous concrete) है, जो एक विशेष प्रकार का फुटपाथ है जो स्पंज की तरह दिखता है। एक ठोस, अभेद्य सतह के बजाय, यह छोटे, जुड़े हुए छेदों से भरा होता है जो बारिश के पानी को सीधे अंदर जाने देता है, जिससे बाढ़ कम होती है और भूजल का पुनर्भरण होता है। इन छेदों के कारण, यह एक प्राकृतिक ध्वनि अवरोधक के रूप में भी कार्य करता है, जो शोर को हवा में वापस परावर्तित करने के बजाय उसे सोख लेता है। हालाँकि, इस सामग्री को बनाना कठिन है। वे छेद जो इसे पानी और ध्वनि के लिए अच्छा बनाते हैं, अक्सर इसे कमजोर भी बना देते हैं, जिससे टायरों के भार के नीचे सतह टूट जाती है।

इंडोनेशिया के हसनुद्दीन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नए 'रेसिपी' का परीक्षण करके इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या वे दो प्रकार की अपशिष्ट सामग्रियों को एक साथ मिलाकर एक ऐसा फुटपाथ बना सकते हैं जो टिकाऊ होने के लिए पर्याप्त मजबूत हो और काम करने के लिए पर्याप्त छिद्रयुक्त हो। टीम ने दो विशिष्ट अपशिष्ट उत्पादों को लिया: पुनर्चक्रित कंक्रीट एग्रीगेट (recycled concrete aggregate), जो पुराने कंक्रीट को छोटे पत्थरों में कुचला गया है, और गोलाकार निकल स्लैग (spherical nickel slag), जो निकल गलाने का एक उपोत्पाद है जिसे पानी में तेजी से ठंडा करके चिकने, गोल बॉल्स में बदला गया है। उन्होंने कंक्रीट के छह अलग-अलग बैच बनाए। कुछ में केवल प्राकृतिक नदी के पत्थरों का उपयोग किया गया, कुछ में केवल पुनर्चक्रित कंक्रीट का, कुछ में केवल निकल स्लैग का, और शेष में इन सामग्रियों के विभिन्न संयोजनों का उपयोग किया गया। एक निष्पक्ष परीक्षण सुनिश्चित करने के लिए, उन्होंने सीमेंट और पानी की मात्रा को हर बैच के लिए बिल्कुल समान रखा, केवल उपयोग किए गए पत्थर के प्रकार को बदला। फिर उन्होंने इन कंक्रीट सिलेंडरों को वजन, छिद्रों की संख्या, घर्षण के प्रति प्रतिरोध, और ध्वनि को कितनी प्रभावी ढंगता से सोखने की क्षमता है, यह देखने के लिए कठोर परीक्षणों की एक श्रृंखला से गुजारा। उन्होंने प्रत्येक बैच को बनाने की पर्यावरणीय लागत की भी गणना की, जिसमें कच्चे माल के निष्कर्षण से लेकर कंक्रीट के कारखाने से बाहर निकलने तक के कार्बन उत्सर्जन और ऊर्जा का मापन किया गया।

परिणामों ने एक स्पष्ट कहानी उजागर की कि कैसे पत्थरों के आकार और घनत्व ने कंक्रीट को बदल दिया। जब शोधकर्ताओं ने चिकने, भारी निकल स्लैग का उपयोग किया, तो कंक्रीट काफी सघन और भारी हो गया, लेकिन इसने अपनी सरंध्रता (porosity) का एक बड़ा हिस्सा भी खो दिया। गोल बॉल्स इतनी मजबूती से पैक हो गईं कि पानी के प्रवाह के लिए बहुत कम जगह बची। इसके विपरीत, वह मिश्रण जिसने प्राकृतिक पत्थरों को खुरदरे, कोणीय पुनर्चक्रित कंक्रीट के साथ मिलाया था, उसने सबसे अधिक छिद्रपूर्ण संरचना बनाई, जिसमें परस्पर जुड़े छेदों का उच्चतम आयतन था। यह उच्च सरंध्रता ध्वनिक प्रदर्शन (acoustic performance) की कुंजी साबित हुई। जिस मिश्रण में सबसे अधिक छेद थे, उसने किसी भी अन्य मिश्रण की तुलना में ध्वनि को बेहतर तरीके से अवशोषित किया, और एक ऐसे स्तर तक पहुँच गया जहाँ वह कुछ आवृत्तियों पर टकराने वाली लगभग पूरी ध्वनि ऊर्जा को पकड़ सकता था। यह सुझाव देता है कि यातायात के शोर को कम करने के लिए, एक अधिक खुला, हवादार ढांचा बेहतर होता है। हालाँकि, इस खुलेपन के साथ एक समझौता भी आया। सबसे अधिक छिद्रयुक्त मिश्रण घर्षण का विरोध करने के मामले में सबसे कमजोर भी था। एक मशीन में रखे जाने पर, जो टायरों की रगड़ की प्रक्रिया का अनुकरण करती थी, इस मिश्रण ने सबसे अधिक द्रव्यमान खो दिया, जिससे पत्थर और मोर्टार के टुकड़े अलग हो गए।

सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्ष उस मिश्रण से आया जिसने पुनर्चक्रित कंक्रीट और गोलाकार निकल स्लैग को मिलाया था। इस विशिष्ट मिश्रण ने, जिसे शोधकर्ताओं ने RS50 नाम दिया, सभी का सबसे अच्छा संतुलन प्राप्त किया। यह सबसे अधिक छिद्रयुक्त या सबसे हल्का नहीं था, लेकिन यह सबसे टिकाऊ साबित हुआ। उसी रगड़ परीक्षण के दौरान, इसने सबसे कम सामग्री खोई, और अन्य मिश्रणों की तुलना में अपना आकार बहुत बेहतर बनाए रखा। निकल स्लैग के चिकने, कठोर गोले एक मजबूत कंकाल (skeleton) के रूप में कार्य करते प्रतीत हुए, जो खुरदरे पुनर्चक्रित पत्थरों को अपनी जगह पर लॉक कर देते हैं और उन्हें ढीला होने से रोकते हैं। इस संयोजन ने एक ऐसी संरचना बनाई जो टूट-फूट का सामना करने के लिए पर्याप्त मजबूत थी और फिर भी कार्यात्मक होने के लिए पर्याप्त सरंध्रता बनाए रखती थी। पर्यावरणीय दृष्टिकोण से, प्राकृतिक नदी के पत्थरों को पुनर्चक्रित कंक्रीट और औद्योगिक स्लैग से बदलने से कार्बन फुटप्रिंट और ऊर्जा लागत में काफी कमी आई। पुनर्चक्रित सामग्रियों को बनाने के लिए नए पत्थरों के खनन और कुचलने की तुलना में बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता थी। हालाँकि, अध्ययन में यह भी नोट किया गया कि सब कुछ जोड़ने के लिए उपयोग किए जाने वाले सीमेंट ने पर्यावरणीय प्रभाव के सबसे बड़े स्रोत के रूप में काम किया, जो पत्थरों के उपयोग के बावजूद हर बैच में कार्बन उत्सर्जन का अधिकांश हिस्सा था।

अंततः, अध्ययन ने दिखाया कि हर काम के लिए कोई एक "परफेक्ट" मिश्रण नहीं होता है। यदि लक्ष्य एक शांत फुटपाथ या एक शोर अवरोधक बनाना है जहाँ ध्वनि अवशोषण प्राथमिकता है, तो वह मिश्रण जिसमें सबसे अधिक पुनर्चक्रित कंक्रीट और प्राकृतिक पत्थर हैं, सबसे अच्छा विकल्प है, क्योंकि यह सबसे प्रभावी ध्वनि-अवशोषक स्पंज बनाता है। लेकिन यदि फुटपाथ को भारी यातायात या बार-बार उपयोग को संभालना है जहाँ स्थायित्व महत्वपूर्ण है, तो पुनर्चक्रित कंक्रीट और गोलाकार निकल स्लैग का मिश्रण बेहतर विकल्प है। यह संयोजन स्थायित्व को ध्यान में रखते हुए सबसे अच्छा पर्यावरणीय प्रदर्शन प्रदान करता है, जो यह सिद्ध करता है कि अपशिष्ट सामग्रियों को एक साथ काम करने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है। इन औद्योगिक उप-उत्पादों को सावधानीपूर्वक चुनकर और मिलाकर, इंजीनियर ऐसा छिद्रयुक्त कंक्रीट बना सकते हैं जो न केवल ग्रह के लिए दयालु है, बल्कि पारंपरिक सामग्रियों की तुलना में अधिक मजबूत और प्रभावी भी है। यह शोध दर्शाता है कि टिकाऊ बुनियादी ढांचे का मार्ग न केवल कचरे का उपयोग करने में है, बल्कि यह समझने में भी है कि विभिन्न अपशिष्ट सामग्रियां एक पूर्ण इकाई बनाने के लिए एक-दूसरे के साथ कैसे अंतःक्रिया करती हैं जो उनके व्यक्तिगत हिस्सों के योग से कहीं अधिक महान होती है।