Stabilization of Lateritic Soil Using PET Bottle Shreds and Periwinkle Shell Ash for Subgrade Layer of Road Pavement
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि 6% पीईटी (PET) बोतल के टुकड़ों और 6% पेरीविंकल शेल ऐश (periwinkle shell ash) के साथ लैटेरिटिक मिट्टी को स्थिर करने से इसके इंजीनियरिंग गुणों में महत्वपूर्ण सुधार होता है, विशेष रूप से कैलिफोर्निया बेयरिंग रेशियो (California Bearing Ratio) को 5.5% से बढ़ाकर 19.5% करना, जिससे सड़क के पेवमेंट सबग्रेड के लिए एक टिकाऊ समाधान प्राप्त होता है।
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हर सड़क की शुरुआत उसके नीचे स्थित जमीन से होती है। डामर (asphalt) की एक भी परत बिछाने से पहले, इंजीनियरों को यह सुनिश्चित करना होता है कि नीचे की मिट्टी कारों और ट्रकों के वजन को बिना धंसे या दरार पड़े सह सके। यह निचली परत, जिसे सबग्रेड (subgrade) कहा जाता है, पूरी संरचना की नींव होती है। दुनिया के कई हिस्सों में, उपलब्ध मिट्टी लैटेराइट (laterite) है, जो लोहे और मिट्टी से भरपूर एक लाल रंग की मिट्टी है। प्रचुर मात्रा में होने के बावजूद, यह मिट्टी अक्सर दबाव के तहत संघर्ष करती है, विशेष रूप से गीली होने पर, जिससे यह अकेले सड़क बनाने के लिए एक खराब विकल्प बन जाती है। इसे ठीक करने के लिए, इंजीनियर पारंपरिक रूप से मिट्टी को मजबूत करने के लिए अन्य सामग्रियां मिलाते हैं, लेकिन इन योजकों (additives) को बनाना महंगा और ऊर्जा-गहन हो सकता है। इसी समय, दुनिया कचरे के बढ़ते ढेर से जूझ रही है। प्लास्टिक की बोतलें और खाए गए समुद्री भोजन के छोड़े गए कवच (shells), ऐसे दो कचरे के स्रोत हैं जो लैंडफिल को भर देते हैं और पर्यावरण को नुकसान पहुँचाते हैं। वह प्रश्न जो हालिया शोध को प्रेरित कर रहा है, वह यह है कि क्या इन दो बहुत अलग समस्याओं—कमजोर मिट्टी और अत्यधिक कचरे—को कचरे को निर्माण उपकरण में बदलकर एक साथ हल किया जा सकता है।
नाइजीरिया के कवेनेंट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस विचार का परीक्षण करने के लिए दो विशिष्ट प्रकार के कचरे का उपयोग करके इस पर काम किया: पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थैलेट (PET) बोतलों से निकला कटा हुआ प्लास्टिक, और पेरीविंकल (periwinkle) के छिलकों को जलाने से बनी राख। पेरीविंकल समुद्री घोंघे का एक प्रकार है जिसे पश्चिम अफ्रीका में व्यापक रूप से खाया जाता है, और इनके कवच अक्सर बड़ी मात्रा में फेंक दिए जाते हैं। शोधकर्ताओं ने ओगुन राज्य के एक स्थल से लैटेरिटिक मिट्टी एकत्र की और प्रयोगशाला के प्रयोगों की एक श्रृंखला शुरू की ताकि यह देखा जा सके कि इन अपशिष्ट सामग्रियों को मिलाने से मिट्टी के व्यवहार में क्या बदलाव आता है। उन्होंने पहले मिट्टी को सुखाकर और उसे एक समान पाउडर में पीसकर तैयार किया। फिर उन्होंने इस्तेमाल की गई प्लास्टिक की बोतलों को धोया और उन्हें लगभग नाखून के आकार की छोटी पट्टियों में काट दिया। छिलकों के लिए, उन्होंने उन्हें साफ किया, खुली आग में जलाया, और फिर परिणामी राख को भट्टी में गर्म किया ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि वह रासायनिक रूप से सक्रिय है, और फिर उसे महीन पाउडर में पीस दिया।
टीम ने समस्या को दो चरणों में लिया। सबसे पहले, उन्होंने परीक्षण किया कि मिट्टी अकेले कितने कटे हुए प्लास्टिक को झेल सकती है। उन्होंने मिट्टी को कुल वजन के दो प्रतिशत से दस प्रतिशत तक प्लास्टिक के टुकड़ों के साथ मिलाया। उन्होंने पाया कि प्लास्टिक मिलाने से मिट्टी मजबूत हुई, लेकिन केवल एक सीमा तक। जब उन्होंने वजन के हिसाब से छह प्रतिशत प्लास्टिक मिलाया, तो मिट्टी अपनी अधिकतम मजबूती तक पहुँच गई। उससे अधिक जोड़ने से वास्तव में वह कमजोर हो गई, क्योंकि अतिरिक्त प्लास्टिक मिट्टी के कणों को कसकर पैक होने से रोकने लगा। प्लास्टिक की इष्टतम मात्रा निर्धारित करने के बाद, शोधकर्ताओं ने दूसरे चरण की ओर बढ़ाया, जिसमें प्लास्टिक की मात्रा को छह प्रतिशत पर स्थिर रखा गया और पेरीविंकल शेल राख की मात्रा को बदला गया। उन्होंने राख को दो प्रतिशत से लेकर दस प्रतिशत तक की मात्रा में मिलाकर मिश्रण का परीक्षण किया।
परिणामों ने सुधार का एक स्पष्ट पैटर्न दिखाया। प्राकृतिक, अनुपचारित मिट्टी में भार सहने की क्षमता बहुत कम थी, जिसने मिट्टी की मजबूती मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले एक मानक परीक्षण पर 5.5 प्रतिशत दर्ज किया। जब शोधकर्ताओं ने छह प्रतिशत प्लास्टिक के टुकड़ों को छह प्रतिशत पेरीविंकल शेल राख के साथ मिलाया, तो मिट्टी की मजबूती तीन गुना से अधिक बढ़ गई, जो 19.5 प्रतिशत तक पहुँच गई। इस विशिष्ट संयोजन ने मिट्टी की दबने के प्रति प्रतिरोधक क्षमता को भी काफी बढ़ा दिया, जिसे इसकी संपीड़न शक्ति (compressive strength) द्वारा मापा गया, जो प्राकृतिक मिट्टी के 120.5 इकाइयों से बढ़कर उपचारित मिश्रण के 273.3 इकाइयों तक पहुँच गई। शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि उपचारित मिट्टी कम पारगम्य (permeable) हो गई, जिसका अर्थ है कि पानी इसके माध्यम से अनुपचारित मिट्टी की तुलना में उतनी आसानी से नहीं गुजर सकता। यह सड़क की नींव के लिए एक महत्वपूर्ण लाभ है, क्योंकि पानी का रिसाव अक्सर मिट्टी के नरम होने और संरचना के विफल होने का कारण बनता है।
इन लाभों के बावजूद, शोधकर्ताओं ने नोट किया कि उपचारित मिट्टी, हालांकि पहले से बहुत अधिक मजबूत थी, फिर भी उन उच्च स्तर की मजबूती तक नहीं पहुँच पाई जो निरंतर यातायात वाले भारी सड़क के स्तरों के लिए आवश्यक है। उनके द्वारा बनाया गया सबसे अच्छा मिश्रण हल्के यातायात वाली सड़कों के सबग्रेड (subgrade) स्तर के लिए उपयुक्त है, लेकिन यह प्रमुख राजमार्गों के बेस स्तर (base layers) का विकल्प बनने के लिए अभी तैयार नहीं है। अध्ययन बताता है कि यह मजबूती एक दोहरी प्रक्रिया से आती है: प्लास्टिक के टुकड़े मिट्टी को एक साथ पकड़कर रखने वाले छोटे रेशों की तरह कार्य करते हैं, जबकि छिलकों की राख मिट्टी के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करती है और सीमेंट जैसे बंधन बनाती है। हालाँकि, टीम ने यह भी पाया कि बहुत अधिक राख जोड़ने से, विशेष रूप से छह प्रतिशत से अधिक, मजबूती फिर से गिर गई, क्योंकि अतिरिक्त महीन पाउडर ने मिट्टी और प्लास्टिक के बीच के बंधन को बाधित कर दिया।
यह कार्य इस बात को प्रदर्शित करता है कि कैसे स्थानीय मिट्टी की गुणवत्ता में सुधार करते हुए पर्यावरण में प्लास्टिक और छिलके के कचरे की मात्रा को कम किया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि इन विशिष्ट अपशिष्ट सामग्रियों का उपयोग उन क्षेत्रों में सड़क निर्माण के लिए एक व्यावहारिक मार्ग है जहाँ लैटेरिटिक मिट्टी आम है। उन्होंने इस बात पर जोर दिया कि हालांकि परिणाम उत्साहजनक हैं, लेकिन यह देखने के लिए कि यह मिट्टी कई वर्षों के गीले और सूखे चक्रों में कैसा प्रदर्शन करती है, आगे और परीक्षण की आवश्यकता है। फिलहाल, यह अध्ययन एक ठोस उदाहरण पेश करता है कि कैसे इंजीनियरिंग दो पर्यावरणीय बोझों को एक एकल, उपयोगी संसाधन में बदल सकती है, बशर्ते कि मिश्रण को सावधानीपूर्वक संतुलित किया जाए ताकि 'अच्छी चीज़ का बहुत अधिक होना' समस्या न बन जाए।
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