Influence of Recycled Waste Pet Fiber Geometry on the Destructive, Non-destructive, and Post-failure Characteristics of Structural Concrete

कंक्रीट निर्मित दुनिया में सबसे सर्वव्यापी सामग्री है, जो हमारे शहरों के कंकाल और हमारे घरों की नींव का निर्माण करती है। यह कुचले हुए पत्थर और रेत का एक मिश्रण है जिसे सीमेंट और पानी के पेस्ट द्वारा एक साथ जोड़ा जाता है। जहाँ यह मिश्रण भारी दबाव झेलने में उत्कृष्ट है, वहीं इसकी एक कुख्यात कमजोरी भी है: यह भंगुर (brittle) है। एक सूखी टहनी की तरह, सादा कंक्रीट संपीड़न (compression) को तो अच्छी तरह से रोकता है, लेकिन खींचने या मोड़ने पर अचानक टूट जाता है, और विफल होने से पहले बहुत कम चेतावनी देता है। इसे ठीक करने के लिए, इंजीनियरों ने लंबे समय से फाइबर-रीइन्फोर्स्ड कंक्रीट की ओर रुख किया है, जो एक ऐसा रूपांतरण है जिसमें मिश्रण के भीतर सूक्ष्म, अलग-अलग धागे डाले जाते हैं। ये फाइबर आंतरिक सुरक्षा जाल की तरह कार्य करते हैं, दरारें बनने पर उन्हें जोड़ते हैं और सामग्री को तब भी थामे रखते हैं जब वह टूटना शुरू हो जाती है, जिससे एक भंगुर झटके को एक अधिक क्रमिक और प्रबंधनीय विफलता में बदल दिया जाता है।

दशकों से, इन सुदृढ़ीकरण धागों की खोज स्टील या सिंथेटिक पॉलिमर पर केंद्रित रही है, लेकिन शोध का एक बढ़ता हुआ समूह एक अलग प्रश्न पूछता है: क्या हम दुनिया के प्लास्टिक कचरे को एक संरचनात्मक संपत्ति में बदल सकते हैं? पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट (PET), जो अनगिनत पेय बोतलों के लिए उपयोग किया जाने वाला स्पष्ट प्लास्टिक है। जबकि पुनर्चक्रण (recycling) कार्यक्रम मौजूद हैं, इस सामग्री का बहुत सा हिस्सा अभी भी लैंडफिल में जा रहा है। चुनौती प्लास्टिक के आकार में निहित है; बोतलों से काटे गए मानक प्लास्टिक स्ट्रिप्स चिकने और सीधे होते हैं। कंक्रीट के ऊबड़-खाबड़, पथरीले वातावरण में, ये चिकने फाइबर पकड़ बनाने के बजाय फिसल कर बाहर निकल जाते हैं, जिससे आवश्यक सुदृढ़ीकरण प्रदान करने में विफलता होती है। लवली प्रोफेशनल यूनिवर्सिटी, भारत और हजी मोहम्मद दानेश साइंस एंड टेक्नोलॉजी यूनिवर्सिटी, बांग्लादेश के शोधकर्ताओं द्वारा किए गए इस अध्ययन में यह पता लगाया गया है कि क्या इन अपशिष्ट रेशों को एक लहरदार (corrugated), ज़िगज़ैग रूप में नया आकार देकर 'ग्रिप' की समस्या को हल किया जा सकता है, और यह संशोधन अंतिम कंक्रीट की मजबूती और परीक्षण को कैसे प्रभावित करता है।

शोधकर्ताओं ने इस्तेमाल की गई सोडा और पानी की बोतलों को इकट्ठा करना शुरू किया, उनके गले और निचले हिस्से को हटाया, और बेलनाकार शरीर को समान स्ट्रिप्स में काटा। उन्होंने इस कचरे से दो अलग प्रकार के फाइबर बनाए: एक सेट सीधा और चिकना रहा, जबकि दूसरे को एक यांत्रिक उपकरण के माध्यम से एक निरंतर ज़िगज़ैग पैटर्न देने के लिए गुजारा गया। दोनों सेटों को 40 मिलीमीटर की लंबाई में काटा गया। इन रेशों को फिर मानक M20 ग्रेड कंक्रीट में मिलाया गया, जो एक सामान्य संरचनात्मक मिश्रण है, इस दर पर जहाँ रेशों ने मोटे पत्थर के कुल आयतन का एक प्रतिशत हिस्सा लिया। टीम ने दर्जनों बेलनाकार नमूने तैयार किए और उन्हें 28 दिनों तक खुले वातावरण में सुखाया (cure किया), जिससे वे प्रयोगशाला के नियंत्रित वातावरण के बजाय वास्तविक निर्माण स्थितियों जैसे प्राकृतिक धूप, बारिश और तापमान के उतार-चढ़ाव के संपर्क में रहे।

जब ताजे कंक्रीट का कार्यशीलता (workability) के लिए परीक्षण किया गया, तो प्लास्टिक रेशों के जुड़ाव ने तुरंत एक भौतिक लागत दिखाई। चिकने, सीधे रेशों ने मिश्रण के प्रवाह को लगभग दस प्रतिशत कम कर दिया, लेकिन ज़िगज़ैग रेशों के कारण प्रवाह में बहुत अधिक गिरावट आई, जिससे यह लगभग तैंतीस प्रतिशत कम हो गया। ज़िगज़ैग रेशों के लहरदार आकार ने एक भौतिक उलझाव पैदा किया, जिससे प्लास्टिक के धागे एक-दूसरे में और आसपास की रेत और पत्थर में फंस गए, जिससे मिश्रण अधिक सख्त और डालने में कठिन हो गया। इस हैंडलिंग की सहजता में कमी के बावजूद, कठोर कंक्रीट आश्चर्यजनक रूप से लचीला साबित हुआ। जब इसे एक परीक्षण मशीन में कुचला गया, तो सादे कंक्रीट के नियंत्रण नमूने ने 20.20 मेगापास्कल की शक्ति प्राप्त की। सीधा रेशों वाला मिश्रण 18.90 मेगापास्कल पर टिका, जो एक मामूली गिरावट थी, जबकि ज़िगज़ैग मिश्रण ने 17.65 मेगापास्कल हासिल किया। हालांकि मजबूती थोड़ी कम हुई, लेकिन शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि इस छोटे से पुनर्चक्रित प्लास्टिक के उपयोग ने कंक्रीट की भार वहन करने की क्षमता से समझौता नहीं किया।

एक अधिक आश्चर्यजनक खोज तब सामने आई जब टीम ने 'श्मिट रिबाउंड हैमर' नामक एक गैर-विनाशकारी विधि का उपयोग करके कंक्रीट का परीक्षण किया। यह उपकरण कंक्रीट की सतह पर एक छोटा स्प्रिंग-लोडेड द्रव्यमान (mass) दागकर और उसके वापस उछलने की दूरी को मापकर काम करता है; एक उच्च उछाल आमतौर पर एक कठोर, मजबूत सतह का संकेत देता है। मानक कंक्रीट में, यह विधि मजबूती का सटीक अनुमान प्रदान करती है। हालाँकि, फाइबर-रीइन्फोर्स्ड नमूनों में, हैमर ने लगातार वास्तविक मजबूती को कम करके दिखाया। सतह के पास मौजूद चिकने प्लास्टिक रेशों ने एक शॉक एब्जॉर्बर (झटका सोखने वाले) की तरह कार्य किया, जिससे हैमर का प्रभाव कम हो गया और उछाल उम्मीद से कम रहा। ज़िगज़ैग मिश्रण के लिए, हैमर ने संकेत दिया कि कंक्रीट वास्तव में जितना मजबूत था, वह केवल आधा ही मजबूत है। इसे ठीक करने के लिए, शोधकर्ताओं ने विशिष्ट समायोजन कारक (adjustment factors) विकसित किए, जो अनिवार्य रूप से प्लास्टिक रेशों की उपस्थिति में हैमर रीडिंग की व्याख्या करने के लिए एक नया नियम बनाया, ताकि निरीक्षक गलती से किसी ठोस संरचना को अस्वीकार न कर दें।

सबसे नाटकीय अंतर तब आया जब सिलेंडर को अंततः विफलता (failure) तक कुचला गया। सादा कंक्रीट तुरंत टूट गया, टुकड़ों के ढेर में बिखर गया और एक अचानक, हिंसक विदर (shear fracture) के साथ टूट गया। सीधे रेशों वाला मिश्रण थोड़ा सुधार दिखाता है, सिलेंडर की लंबाई के साथ दरारें पड़ती हैं, लेकिन चिकने रेशे अंततः सीमेंट के पेस्ट से बाहर निकल आते हैं, जिससे बाहरी आवरण बिखर जाता है। हालाँकि, ज़िगज़ैग फाइबर मिश्रण का व्यवहार अलग था। जैसे ही सिलेंडर में दरार आई, लहरदार प्लास्टिक के धागे आसपास के सीमेंट में मजबूती से लॉक हो गए, बिल्कुल स्टील के रीबार की धारियों की तरह। इस मैकेनिकल इंटरलॉक ने रेशों को बाहर फिसलने से रोका, जिससे कंक्रीट चरम भार (peak load) के बाद भी एक साथ बना रहा। नमूना पूरी तरह से नष्ट नहीं हुआ; इसके बजाय, इसने महीन दरारों के नेटवर्क के साथ अपने बेलनाकार आकार को बनाए रखा, जो एक डक्टाइल (ductile), या लचीली विफलता पद्धति को प्रदर्शित करता है जो वास्तविक दुनिया के ढहने (collapse) के दौरान बहुत अधिक सुरक्षा प्रदान करती है।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि कचरे के प्लास्टिक बोतलों को कंक्रीट सुदृढीकरण में बदलने के लिए मिश्रण की कठोरता को प्रबंधित करने हेतु सावधानीपूर्वक हैंडलिंग की आवश्यकता होती है, लेकिन परिणाम उत्साहजनक हैं। ज़िगज़ैग ज्यामिति ही कुंजी है, जो एक फिसलन भरी प्लास्टिक स्ट्रिप को एक मजबूत लंगर (anchor) में बदल देती है जो कंक्रीट की दरारों का सामना करने और क्षति के बाद भी एक साथ बने रहने की क्षमता में महत्वपूर्ण सुधार करती है। गैर-विनाशकारी परीक्षण के लिए नए अंशांकन (calibration) तरीकों को स्थापित करके, शोधकर्ताओं ने इंजीनियरों को क्षेत्र में इन नई सामग्रियों का सटीक मूल्यांकन करने के लिए एक व्यावहारिक उपकरण भी प्रदान किया है। यह कार्य बताता है कि सही आकार के साथ, फेंकी गई प्लास्टिक की बोतलें केवल कचरा नहीं हो सकतीं; वे हमारे बुनियादी ढांचे को अधिक मजबूत और लचीला बनाने के लिए एक महत्वपूर्ण घटक बन सकती हैं।