Experimental Investigation on the Cyclic Behaviour of Nano Basalt Enhanced Epoxy Filler Modified Bamboo Reinforced Concrete Slabs

इमारतों को अपने स्वयं के पदार्थों और उनके भीतर रहने वाले लोगों के भार के विरुद्ध अडिग रहने के लिए डिज़ाइन किया जाता है, लेकिन उन्हें दैनिक जीवन के बार-बार होने वाले तनावों से भी बचना होता है। हवा गगनचुंबी इमारतों पर दबाव डालती है, यातायात एक पुल को कंपन देता है, और भूकंप घर के नीचे की जमीन को हिला देते हैं। इन बलों को संभालने के लिए, इंजीनियर उन सामग्रियों पर भरोसा करते हैं जो टूटने के बिना मुड़ सकें और टूटने के बजाय ऊर्जा को अवशोषित कर सकें। एक सदी से अधिक समय से, स्टील कंक्रीट को सुदृढ़ करने के लिए एक मानक विकल्प रहा है क्योंकि यह मजबूत और लचीला है। हालाँकि, स्टील के उत्पादन के लिए अत्यधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है और यह एक भारी कार्बन फुटप्रिंट छोड़ता है। इसके जवाब में, शोधकर्ताओं ने बांस की ओर अपना ध्यान केंद्रित किया है, जो एक तेजी से बढ़ने वाला पौधा है और स्वाभाविक रूप से मजबूत और नवीकरणीय है। चुनौती हमेशा यह रही है कि बांस स्टील की तुलना में अलग तरह से व्यवहार करता है; यह गीला होने पर सड़ सकता है और कंक्रीट के साथ पूरी तरह से नहीं जुड़ पाता, जिससे अक्सर संरचना पर दबाव पड़ने पर अचानक विफलता (फेलियर) हो जाती है।

भारत में शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने के लिए बांस को एक विशेष कोटिंग (लेप) के साथ उपचारित करने का लक्ष्य रखा ताकि यह बार-बार होने वाले तनाव के तहत स्टील की तरह व्यवहार कर सके। वे देखना चाहते थे कि क्या वे एक ऐसा टिकाऊ निर्माण सामग्री बना सकते हैं जो भूकंप या भारी उपयोग के दौरान होने वाली झटकों और झुकने का सामना कर सके। उनका काम एक विशिष्ट प्रकार के कंक्रीट स्लैब पर केंद्रित था, जो फर्श या छतों के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला एक सपाट पैनल है, जिसे बांस की पट्टियों से सुदृढ़ किया गया था। कच्चा बांस उपयोग करने के बजाय, उन्होंने पट्टियों को एपॉक्सी रेजिन (एक मजबूत गोंद जैसा पदार्थ) में डुबोया, और इसमें बेसाल्ट चट्टान के सूक्ष्म कण और कांच मिलाया। इस मिश्रण को बांस और कंक्रीट के बीच के अंतराल को भरने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जिससे एक बेहतर पकड़ बन सके और दोनों सामग्रियां अधिक प्रभावी ढंग से एक साथ काम कर सकें। लक्ष्य यह परीक्षण करना था कि क्या यह उपचारित बांस अपनी मजबूती या कठोरता खोए बिना भारी लोडिंग और अनलोडिंग के कई चक्रों का सामना कर सकता है।

शोधकर्ताओं ने सीमेंट और रेत के मानक मिश्रण का उपयोग करके छोटे कंक्रीट पैनल बनाए, जिनका आकार 600 x 450 x 50 मिलीमीटर था। उन्होंने प्रदर्शन की तुलना करने के लिए इन पैनलों के कई संस्करण बनाए। कुछ पैनलों में कोई सुदृढीकरण (रिनफोर्समेंट) नहीं था, जो यह दिखाने के लिए एक आधार रेखा (बेसलाइन) के रूप में कार्य करते थे कि सादा कंक्रीट कैसे विफल होता है। अन्य पैनल स्टील से सुदृढ़ किए गए थे, जो एक पारंपरिक बेंचमार्क है। शेष पैनलों में बांस की पट्टियों का उपयोग किया गया था जिन्हें विभिन्न तरीकों से उपचारित किया गया था: कुछ को कच्चा छोड़ा गया था, कुछ को केवल एपॉक्सी से लेपित किया गया था, और अन्य को एपॉक्सी के साथ रेत, कांच, या कांच और नैनो-आकार के बेसाल्ट पाउडर के संयोजन से लेपित किया गया था। एक महीने तक सूखने (क्योरिंग) के बाद, उन्हें एक परीक्षण मशीन में रखा गया जो उन पर दो बिंदुओं के बल से दबाव डालती थी, फिर उसे छोड़ देती थी, और इस प्रक्रिया को बार-बार दोहराती थी। इसने उस प्रकार के बार-बार होने वाले तनाव का अनुकरण किया जिसका सामना एक इमारत को तूफान या भूकंपीय घटना के दौरान करना पड़ सकता है। मशीन ने रिकॉर्ड किया कि पैनल कितना भार सह सकते हैं, वे कितना मुड़ते हैं, और अंततः टूटने से पहले कितनी ऊर्जा अवशोषित करते हैं।

परिणामों ने अनुपचारित और उपचारित सामग्रियों के बीच एक स्पष्ट अंतर दिखाया। सादे कंक्रीट पैनल जल्दी टूट गए और विफल हो गए, जो दबाव के कुछ चक्रों से अधिक सहन करने में असमर्थ थे। कच्चे बांस वाले पैनलों ने थोड़ा बेहतर प्रदर्शन किया लेकिन फिर भी तेजी से अपनी कठोरता खो दी और कुछ चक्रों के बाद विफल हो गए। स्टील-सुदृढ़ पैनल सबसे अच्छा रहे, जिन्होंने सबसे अधिक ऊर्जा अवशोषित की और सबसे लंबे समय तक अपना आकार बनाए रखा, जिसने पारंपरिक विधि की विश्वसनीयता की पुष्टि की। हालाँकि, एपॉक्सी और नैनो-बेसाल्ट मिश्रण से उपचारित बांस वाले पैनलों ने स्टील के प्रदर्शन के बहुत करीब प्रदर्शन किया। इस विशिष्ट उपचारित बांस वाले पैनल ने अधिकतम 60.6 किलोन्यूटन का भार सहा और 76.8 किलोन्यूटन-मिलीमीटर ऊर्जा को अवशोषित किया, जो कि स्टील पैनलों द्वारा प्राप्त 62.6 किलोन्यूटन और 83.3 किलोन्यूटन-मिलीमीटर के बहुत करीब है। इसके विपरीत, अनुपचारित बांस और अन्य कम उन्नत उपचारों ने इन आंकड़ों से काफी कम प्रदर्शन किया।

केवल आंकड़ों से परे, पैनलों के विफल होने के तरीके ने सुरक्षा के बारे में एक महत्वपूर्ण कहानी बताई। जब अनुपचारित बांस वाले पैनल विफल हुए, तो वे बिना किसी चेतावनी के अचानक और विनाशकारी रूप से फट गए। हालाँकि, उपचारित पैनलों ने बहुत अधिक क्रमिक गिरावट दिखाई। जैसे-जैसे भार बढ़ा, उनमें सतह पर समान रूप से फैलने वाली दरारें विकसित हुईं, न कि एक कमजोर बिंदु पर केंद्रित हुईं। इस व्यवहार का अर्थ था कि संरचना ढहने से बहुत पहले दृश्य संकेत देगी, जिससे लोगों को प्रतिक्रिया करने का समय मिल जाएगा। उपचारित बांस ने कच्चे बांस की तुलना में अपनी कठोरता को बहुत बेहतर तरीके से बनाए रखा, जो कई चक्रों के बाद केवल लगभग 25 प्रतिशत कठोरता खोता है, जबकि कच्चा बांस आधे से अधिक कठोरता खो देता है। कठोरता बनाए रखने और बार-बार ऊर्जा अवशोषित करने की यह क्षमता बताती है कि कोटिंग ने सफलतापूर्वक बांस को कंक्रीट के भीतर फिसलने से रोका, जो अनुपचारित संस्करणों में विफलता का एक सामान्य कारण है।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि उनके निष्कर्ष सटीक हैं, शोधकर्ताओं ने भौतिक परीक्षणों का अनुकरण करने के लिए पैनलों का एक कंप्यूटर मॉडल भी बनाया। डिजिटल सिमुलेशन ने वास्तविक दुनिया के परिणामों से बारीकी से मेल खाया, जिससे पुष्टि हुई कि कंक्रीट और बांस कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, इसका अनुमान लगाने वाले गणितीय मॉडल सही ढंग से काम कर रहे थे। भौतिक प्रयोगों और कंप्यूटर सिमुलेशन के बीच यह संरेखण इस बात का विश्वास दिलाता है कि परिणाम विश्वसनीय हैं और केवल विशिष्ट नमूनों का संयोग नहीं हैं। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि एपॉक्सी को नैनो-बेसाल्ट और कांच के साथ मिलाकर एक सरल कोटिंग का उपयोग करके, बांस को उन संरचनाओं में कंक्रीट को सुदृढ़ करने के लिए स्टील के एक व्यवहार्य विकल्प के रूप में बदला जा सकता है जो बार-बार होने वाले या मध्यम झटकों का सामना करती हैं। हालांकि इसने हर मानक में स्टील की पूरी तरह से जगह नहीं ली, लेकिन इसने साबित कर दिया कि एक टिकाऊ, पौधों पर आधारित सामग्री को स्थायित्व और सुरक्षा के ऐसे स्तर के साथ इंजीनियर किया जा सकता है जो इसे भविष्य के निर्माण के लिए एक गंभीर दावेदार बनाता है, विशेष रूप से उन क्षेत्रों में जहाँ स्टील महंगा या प्राप्त करना कठिन है।