Recycled EPS Diluted in D-Limonene as a Sustainable Stabilizer for Building Foundation Subgrade: Evaluation of Physical and Mechanical Properties in Fine Clay Soils

हर इमारत के नीचे, एक साधारण घर से लेकर एक गगनचुंबी इमारत तक, मिट्टी की एक ऐसी परत होती है जिसे ऊपर के भार को संभालने के लिए पर्याप्त मजबूत होना चाहिए। यह ज़मीन, जो अक्सर मिट्टी (clay) और गाद (silt) का मिश्रण होती है, हमारी निर्मित दुनिया की नींव है। हालाँकि, प्राकृतिक मिट्टी हमेशा भरोसेमंद नहीं होती; यह बहुत नरम, बहुत चिपचिपी, या गीली होने पर खिसकने वाली हो सकती है। दशकों से, इंजीनियरों ने इसमें सीमेंट या चूना मिलाकर इसे सख्त करके इस समस्या का समाधान किया है। हालांकि ये तरीके प्रभावी हैं, लेकिन इनकी एक भारी पर्यावरणीय कीमत चुकानी पड़ती है, क्योंकि इनके उत्पादन से वायुमंडल में भारी मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड निकलती है। इसी समय, दुनिया प्लास्टिक कचरे, विशेष रूप से विस्तारित पॉलिस्टायरीन (expanded polystyrene), जो पैकेजिंग और डिस्पोजेबल कपों में इस्तेमाल होने वाला हल्का फोम है, से घुट रही है। यह सामग्री अत्यधिक टिकाऊ है, जो बिना नष्ट हुए सदियों तक लैंडफिल में बनी रहती है। आधुनिक विज्ञान के लिए चुनौती यह थी कि इस जिद्दी कचरे को निर्माण के लिए एक उपयोगी उपकरण में बदलने का तरीका खोजा जाए, बिना नई पर्यावरणीय समस्याएं पैदा किए।

कोलंबिया के विश्वविद्यालयों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या के प्रति एक अभिनव दृष्टिकोण अपनाया है, जो दो अलग-अलग अपशिष्ट धाराओं (waste streams) को एक एकल, शक्तिशाली समाधान में बदलने का प्रस्ताव देती है। उन्होंने जांच की कि क्या पुनर्चक्रित (recycled) पॉलिस्टायरीन फोम को एक प्राकृतिक, साइट्रस-आधारित तरल में घोलकर, महीन मिट्टी को मजबूत करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। लक्ष्य एक नए प्रकार का मृदा स्टेबलाइज़र (ground stabilizer) बनाना था जो न केवल इमारतों को थामने में प्रभावी हो, बल्कि निर्माण के कार्बन फुटप्रिंट को भी कम करे और प्लास्टिक कचरे को दूसरा जीवन दे सके। शोधकर्ताओं ने इस फोम को मिट्टी में मिलाकर एक ऐसा मिश्रित पदार्थ (composite material) बनाने का लक्ष्य रखा, जो अकेले मिट्टी की तुलना में अधिक मजबूत और कठोर हो, जिससे अतीत की सीमेंट-प्रधान प्रथाओं के एक टिकाने योग्य विकल्प के रूप में काम किया जा सके।

प्रयोग की शुरुआत एक विशिष्ट प्रकार की मिट्टी (clay) से हुई, जो कई क्षेत्रों में आम है लेकिन अपने आप में भारी संरचनाओं को सहारा देने के लिए अक्सर बहुत कमजोर होती है। शोधकर्ताओं ने पुनर्चक्रित पॉलिस्टायरीन मोतियों (beads) को लिया, जो पैकेजिंग में पाए जाते हैं, और उन्हें डी-लिमोनीन (D-limonene) में घोला, जो संतरे के छिलकों से निकाला गया एक स्पष्ट तरल है। यह विलायक (solvent) बायोडिग्रेडेबल और गैर-विषाक्त है, जो इसे औद्योगिक प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाने वाले कठोर रासायनिक विलायकों की तुलना में कहीं अधिक हरा-भरा (greener) विकल्प बनाता है। उन्होंने इस मिट्टी के दर्जनों छोटे, बेलनाकार नमूने बनाए, जिनमें से प्रत्येक में घुले हुए फोम की विभिन्न मात्रा और संतरे की खुशबू वाले तरल की विभिन्न सांद्रता (concentrations) मिलाई गई थी। इन नमूनों को फिर कसकर संकुचित (compacted) किया गया और एक सप्ताह तक हवा में सूखने के लिए छोड़ दिया गया, जिससे विलायक वाष्पित हो सके और फोम मिट्टी के मैट्रिक्स के भीतर सेट हो सके।

एक बार जब नमूने तैयार हो गए, तो टीम ने यह देखने के लिए कि वे कैसे टिकते हैं, उनकी कठोर जांच की। उन्होंने मापा कि सामग्री के माध्यम से ध्वनि तरंगें कितनी तेजी से यात्रा कर सकती हैं, जो एक तकनीक है जो यह बताती है कि आंतरिक संरचना कितनी सघन और निरंतर है। उन्होंने सिलेंडरों को अत्यधिक दबाव के अधीन भी रखा ताकि यह देखा जा सके कि टूटने से पहले वे कितना बल सहन कर सकते हैं। परिणाम आश्चर्यजनक थे। जिन नमूनों में सबसे अधिक घुला हुआ फोम था, विशेष रूप से वह मिश्रण जहाँ फोम कुल वजन का 12 प्रतिशत था और साइट्रस विलायक 25 प्रतिशत मौजूद था, उन्होंने असाधारण प्रदर्शन किया। ये नमूने लगभग 1,010 किलोपास्कल के दबाव को सहन कर सकते थे। इसे समझने के लिए, आधार रेखा के रूप में उपयोग की गई अनुपचारित मिट्टी केवल लगभग 123 किलोपास्कल ही झेल सकती थी। इसका मतलब है कि नया मिश्रण प्राकृतिक मिट्टी की तुलना में लगभग छह गुना अधिक मजबूत था, जो प्रदर्शन में एक बड़ी छलांग है।

केवल कच्ची ताकत के अलावा, इस सामग्री ने अन्य आशाजनक लक्षण भी दिखाए। सबसे अधिक फोम वाले नमूने काफी सख्त हो गए, जिसका अर्थ है कि वे भार के तहत झुकने या विकृत होने की कम संभावना रखते हैं, फिर भी उनमें बिना तुरंत टूटे तनाव को सोखने के लिए पर्याप्त लचीलापन बना रहा। शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि फोम की उपस्थिति ने मिश्रण के भीतर साइट्रस विलायक को लंबे समय तक फंसाने में मदद की, जिससे तरल के धीरे-धीरे वाष्पित होने के दौरान अधिक समान रूप से सख्त होने की प्रक्रिया संभव हुई। इस एनकैप्सुलेशन (encapsulation) प्रभाव ने सुनिश्चित किया कि फोम मिट्टी के भीतर समान रूप से वितरित हो जाए, जिससे एक सुसंगत नेटवर्क बन सके जो मिट्टी के कणों को आपस में बांध सके। सांख्यिकीय विश्लेषण ने पुष्टि की कि शक्ति में वृद्धि कोई इत्तेफाक नहीं था, बल्कि फोम और विलायक के विशिष्ट अनुपातों का सीधा परिणाम था।

अध्ययन सुझाव देता है कि पुनर्चक्रित प्लास्टिक और प्राकृतिक विलायक का यह संयोजन भू-तकनीकी इंजीनियरिंग (geotechnical engineering) के लिए एक व्यवहार्य मार्ग प्रदान करता है। यह प्रदर्शित करता है कि अपशिष्ट सामग्रियां, जिन्हें अक्सर एक बोझ माना जाता है, उन्हें उच्च-प्रदर्शन वाले निर्माण सहायक उपकरणों में बदला जा सकता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि इष्टतम संतुलन के लिए विलायक की एक विशिष्ट मात्रा आवश्यक थी ताकि फोम को प्रभावी ढंग से घोला जा सके बिना बहुत अधिक तरल छोड़े, जो अंतिम उत्पाद को कमजोर कर सकता था। जब यह संतुलन प्राप्त कर लिया गया, तो परिणामी मिट्टी का मिश्रण न केवल मजबूत था बल्कि हल्का भी था, जो किसी इमारत की नींव पर कुल भार को कम कर सकता है। मजबूती और कम वजन का यह दोहरा लाभ, अपशिष्ट के पुन: उपयोग के माध्यम से प्राप्त हुआ, जो निर्माण की नींव के लिए एक अधिक टिकाऊ भविष्य की ओर संकेत करता है।

हालांकि अध्ययन ने सामग्री के भौतिक और यांत्रिक गुणों पर ध्यान केंद्रित किया, लेकिन इसके निहितार्थ निर्माण के व्यापक पर्यावरणीय प्रभाव तक विस्तृत हैं। मिट्टी को स्थिर करने के लिए आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले सीमेंट के एक हिस्से को इस पुनर्चक्रित फोम मिश्रण से बदलकर, निर्माण उद्योग अपने कार्बन उत्सर्जन को काफी कम कर सकता है। यह प्रक्रिया उन सामग्रियों पर निर्भर करती है जो कचरे के रूप में पहले से ही प्रचुर मात्रा में उपलब्ध हैं, जिससे निपटान की समस्या को एक संसाधन में बदल दिया जाता है। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि भविष्य के कार्यों में विलायक को हटाने की प्रक्रिया को और अधिक अनुकूलित करने के लिए तापमान के प्रभाव का परीक्षण करना शामिल हो सकता है, ताकि सामग्री अपनी पूर्ण क्षमता तक पहुँच सके। फिलहाल, निष्कर्ष स्पष्ट रूप से प्रमाणित करते हैं कि संतरे के छिलके के तरल और पुनर्चक्रित फोम का एक सरल मिश्रण कमजोर, खिसकने वाली मिट्टी को कल की संरचनाओं के लिए एक ठोस और विश्वसनीय आधार में बदल सकता है।