Mechanical Characteristics of Concrete Elements Incorporating Waste-Derived Expanded Polystyrene (EPS) Spheres at The Neutral Zone
यह प्रयोगात्मक अध्ययन प्रदर्शित करता है कि M20 कंक्रीट में विविक्त कोर फॉर्मर के रूप में अपशिष्ट-व्युत्पन्न EPS स्फेयर्स को शामिल करने से घनत्व और लचीली शक्ति (फ्लेक्सरल स्ट्रेंथ) में महत्वपूर्ण कमी आती है, जबकि संपीड़न शक्ति (कंप्रेसिव स्ट्रेंथ) 6% प्रतिस्थापन पर उल्लेखनीय गिरावट के बावजूद एक गैर-महत्वपूर्ण समग्र रुझान दिखाती है, जो संरचनात्मक प्रदर्शन और स्थायित्व पर आगे के शोध की आवश्यकता को रेखांकित करती है।
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कंक्रीट आधुनिक दुनिया का अदृश्य कंकाल है, जो हमारे पुलों, घरों और सड़कों को थामे रखता है। यह दबने या दबाव पड़ने पर अविश्वसनीय रूप से मजबूत होता है, लेकिन यह भारी भी होता है। वह वजन एक बोझ है; एक इमारत जितनी भारी होगी, उसकी नींव उतनी ही बड़ी होनी चाहिए, और भूकंप के दौरान वह उतना ही अधिक बल डालती है। इंजीनियर लंबे समय से जानते हैं कि एक बीम या स्लैब में, बिल्कुल केंद्र में झुकने वाला तनाव (bending stress) लगभग शून्य होता है। यह एक शांत क्षेत्र है जहाँ सामग्री बहुत कम काम करती है। यदि उस केंद्र को खोखला किया जा सके, तो संरचना अपनी भार सहने की क्षमता खोए बिना हल्की हो जाएगी। यह विचार नया नहीं है, लेकिन इसे प्राप्त करने के अधिकांश तरीके महंगे, निर्मित प्लास्टिक गोलों पर निर्भर करते हैं जिन्हें प्राप्त करना विकासशील क्षेत्रों में कठिन है। इस बीच, अपशिष्ट पॉलिस्टाइरीन फोम, जिसे अक्सर थर्मोकॉल कहा जाता है, लैंडफिल में जमा होता रहता है या इसे जला दिया जाता है, जिससे जहरीली गैसें निकलती हैं। चुनौती इस बात में निहित है कि इस बेकार, नाजुक कचरे को एक उपयोगी संरचनात्मक घटक में बदलने का तरीका कैसे खोजा जाए जो सस्ता, स्थानीय और प्रभावी हो।
नेपाल के मदन भंडारी कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने के लिए एक सरल, कम तकनीकी दृष्टिकोण का परीक्षण करके इस समस्या को हल करने का प्रयास किया। उन्होंने अपशिष्ट थर्मोकॉल शीट ली, उन्हें आपस में जोड़ा, और उन्हें हाथों से सैंडपेपर (sandpaper) से घिसकर सटीक गोलों के आकार में बदला। इन गोलों को फिर कंक्रीट डालने से पहले ताजे कंक्रीट के ब्लॉकों और बीम के बिल्कुल केंद्र, या न्यूट्रल ज़ोन में सटीकता से रखा गया। लक्ष्य यह देखना था कि क्या कंक्रीट के बीच में इन हल्के वजन वाले फोम के गोलों को लगाने से संरचना का कुल वजन कम होगा, जबकि यह सुरक्षित रहने के लिए पर्याप्त मजबूत बनी रहेगी। उन्होंने चार अलग-अलग मिश्रणों का परीक्षण किया: बिना फोम वाला एक मानक नियंत्रण (control), और तीन संस्करण जहाँ फोम ने कंक्रीट के आयतन के एक छोटे प्रतिशत को प्रतिस्थापित किया, विशेष रूप से 4%, 5%, और 6%।
परिणामों ने दिखाया कि वजन कम करने के लिए यह रणनीति बिल्कुल उम्मीद के मुताबिक काम कर रही थी। जैसे-जैसे फोम की मात्रा बढ़ी, कंक्रीट स्पष्ट रूप से हल्की होती गई। मानक मिश्रण का वजन लगभग 2403 किलोग्राम प्रति घन मीटर था, लेकिन 6% फोम वाले मिश्रण का वजन घटकर 2314 किलोग्राम प्रति घन मीटर रह गया। निर्माण के लिए वजन में यह कमी महत्वपूर्ण है, क्योंकि इसका अर्थ है कि जमीन और सहायक स्तंभों पर कम मृत भार (dead weight) पड़ेगा। शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि फोम ने कंक्रीट द्वारा पानी सोखने की दर को नहीं बढ़ाया; वास्तव में, जैसे-जैसे फोम की मात्रा बढ़ी, पानी का अवशोषण थोड़ा कम हो गया, क्योंकि फोम स्वयं वाटरप्रूफ है और तरल पदार्थ नहीं सोखता है।
हालाँकि, मजबूती की कहानी अधिक जटिल है। जब शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि ब्लॉक कुचलने से पहले कितना बल झेल सकते हैं, तो उन्होंने पाया कि जैसे-जैसे फोम की मात्रा बढ़ी, मजबूती में गिरावट आई, लेकिन यह गिरावट छोटी थी और हमेशा सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण नहीं थी। नियंत्रण ब्लॉकों ने लगभग 20.26 मेगापास्कल का दबाव झेला, जबकि 6% फोम वाले ब्लॉकों ने 18.63 मेगापास्कल का दबाव झेला। सांख्यिकीय विश्लेषण से पता चला कि 4% और 5% फोम पर देखी गई मामूली अंतर संभवतः कंक्रीट के अपने सामान्य उतार-चढ़ाव थे, न कि फोम के कारण हुई मजबूती की वास्तविक हानि। केवल 6% मिश्रण ने संपीड़न शक्ति (compressive strength) में स्पष्ट, मापने योग्य कमी दिखाई। यह सुझाव देता है कि फोम की कम मात्रा के लिए, कंक्रीट मूल मिश्रण जितना ही मजबूत रहता है।
कहानी तब बदल गई जब शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि बीम झुकने (bending) के तहत कैसा प्रदर्शन करते हैं, जो तब होता है जब कोई फर्श भार के कारण नीचे की ओर झुकता है। यहाँ, फोम का प्रभाव बहुत अधिक स्पष्ट था। जैसे-जैसे फोम की मात्रा बढ़ी, झुकने की मजबूती तेजी से गिरी। 6% फोम वाली बीम ठोस नियंत्रण बीम की तुलना में झुकने में लगभग 30% कमजोर थीं। शोधकर्ताओं ने इसकी व्याख्या करते हुए कहा कि हालांकि बीम का केंद्र तनाव मुक्त होना चाहिए, लेकिन झुकने की क्रिया मध्य से गुजरने वाले छिपे हुए 'शियर फोर्सेज' (shear forces) पैदा करती है। फोम के गोले इन बलों के लिए बाधा के रूप में कार्य करते हैं, जिससे ऐसे कमजोर बिंदु बन जाते हैं जहाँ दरारें शुरू हो सकती हैं। इस गिरावट के बावजूद, फोम वाले सबसे कमजोर बीम भी इस प्रकार के कंक्रीट के लिए न्यूनतम सुरक्षा आवश्यकता से अधिक मजबूत थे।
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि इस अपशिष्ट सामग्री का उपयोग करने के लिए एक 'स्वीट स्पॉट' (सही संतुलन) मौजूद है। 4% से 5% फोम के गोलों वाला मिश्रण एक अच्छा संतुलन प्रदान करता है: यह इमारत के वजन को काफी कम करता है बिना भारी भार उठाने की क्षमता में सांख्यिकीय रूप से पुष्ट कमी किए। हालांकि झुकने की मजबूती कम हो जाती है, लेकिन यह व्यावहारिक उपयोग के लिए सुरक्षित सीमाओं के भीतर रहती है, विशेष रूप से क्योंकि वास्तविक इमारतों में स्टील की छड़ों का उपयोग किया जाता है जो उस तनाव (tension) को संभालती हैं जिसे कंक्रीट नहीं संभाल सकता। शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि यह विधि सभी संरचनात्मक चिंताओं को समाप्त करने वाला कोई जादुई समाधान नहीं है, और न ही यह सावधानीपूर्वक इंजीनियरिंग की आवश्यकता को प्रतिस्थापित करती है। इसके बजाय, यह स्थानीय कचरे का उपयोग करके संरचनाओं को हल्का करने का एक व्यवहार्य, कम लागत वाला तरीका प्रदान करती है, जो विशेष रूप से भूकंप संभावित क्षेत्रों में मूल्यवान है जहाँ इमारत के वजन को कम करना जीवन बचा सकता है। यह कार्य एक प्रारंभिक कदम है, जो यह सिद्ध करता है कि अवधारणा प्रयोगशाला में काम करती है, लेकिन यह एक ऐसे भविष्य की ओर संकेत करता है जहाँ अपशिष्ट फोम निर्माण प्रक्रिया का एक मानक, उपयोगी हिस्सा बन सकता है।
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