Mechanical Performance and High-Energy Photon Attenuation of a Slag-Based Geopolymer Concrete Incorporating Calcined Brezina Dam Sediments
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि अल्जीरिया के ब्रेज़िना बांध के कैल्साइंड अवसाद (calcined sediments) यांत्रिक शक्ति बढ़ाने के लिए स्लैग-आधारित जियोपॉलिमर कंक्रीट में माध्यमिक बाइंडरों के 20% तक को प्रभावी ढंग से प्रतिस्थापित कर सकते हैं, जबकि मोंटे कार्लो सिमुलेशन सुझाव देते हैं कि परिणामी सामग्री मानक कंक्रीट के तुलनीय विकिरण सुरक्षा गुण प्रदान करती है।
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निर्माण सामग्री एक भारी पर्यावरणीय लागत वहन करती है, न केवल उन्हें बनाने में लगने वाली ऊर्जा के मामले में, बल्कि उनके द्वारा उत्पन्न कचरे के मामले में भी। इसे संबोधित करने के लिए, वैज्ञानिकों ने जियोपॉलिमर कंक्रीट की ओर रुख किया है, जो एक प्रकार की निर्माण सामग्री है जो पारंपरिक सीमेंट बाइंडर के स्थान पर औद्योगिक उप-उत्पादों और स्थानीय खनिजों का उपयोग करती है। चूना पत्थर को पकाकर सीमेंट बनाने के बजाय, जो कार्बन डाइऑक्साइड की भारी मात्रा छोड़ता है, जियोपॉलिमर मिश्रण स्टील उत्पादन से प्राप्त अवशेष जैसे ग्राउंड ग्रेनुलेटेड ब्लास्ट-फर्नेस स्लैग का उपयोग करते हैं और उन्हें सब कुछ आपस में जोड़ने के लिए एक रासायनिक घोल के साथ सक्रिय करते हैं। यह दृष्टिकोण कचरे का पुन: उपयोग करते हुए मजबूत संरचनाएं बनाने का एक तरीका प्रदान करता है। केवल इमारतों को सहारा देने के अलावा, चिकित्सा और तकनीकी सुविधाओं में उच्च-ऊर्जा विकिरण को सुरक्षित रूप से रोकने के लिए ऐसी सामग्रियों की बढ़ती आवश्यकता है। एक ऐसी सामग्री खोजना जो मजबूत और विकिरण को रोकने में प्रभावी दोनों हो, और साथ ही स्थानीय कचरे से बनी हो, टिकाऊ इंजीनियरिंग का एक महत्वपूर्ण लक्ष्य है।
अल्जीरिया के शोधकर्ताओं ने यह परीक्षण करने के लिए हाथ बढ़ाया कि क्या एक विशिष्ट स्थानीय अपशिष्ट उत्पाद इस दोहरे उद्देश्य को पूरा कर सकता है। उन्होंने उन तलछटों (सेडिमेंट्स) पर ध्यान केंद्रित किया जो ब्रेज़िना बांध के नीचे जमा हुए हैं। समय के साथ, बांधों में गाद और रेत की परतें जमा हो जाती हैं, जो प्रबंधन की समस्या बन सकती हैं। टीम ने इस तलछट को एकत्र किया, उसे सुखाया, उसे महीन पाउडर में पीसा और उसके रासायनिक गुणों को बदलने के लिए उसे उच्च तापमान पर गर्म किया। फिर उन्होंने इस कैल्साइंड (calcined) तलछट को ग्राउंड ग्रेनुलेटेड ब्लास्ट-फर्नेस स्लैग, सिलिका पाउडर, रेत और बजरी के साथ मिलाया, और सब कुछ सख्त करने की प्रक्रिया को शुरू करने के लिए सोडियम सिलिकेट और सोडियम हाइड्रॉक्साइड के तरल मिश्रण का उपयोग किया। लक्ष्य यह देखना था कि बिना कंक्रीट को कमजोर किए अन्य सामग्रियों को कितनी मात्रा में बांध तलछट का उपयोग किया जा सकता है, और क्या परिणामी सामग्री उच्च-ऊर्जा फोटॉन को प्रभावी ढंग से रोक सकती है, जो कैंसर के उपचार में उपयोग किए जाने वाले विकिरण बीम के कण हैं।
टीम ने कंक्रीट के मिश्रण के चार अलग-अलग संस्करण बनाए। एक संस्करण में कोई भी बांध तलछट नहीं था, जो एक आधार (बेसलाइन) के रूप में कार्य करता था। अन्य तीन संस्करणों में सिलिका पाउडर के विभिन्न अंशों को कैल्साइंड तलछट से बदला गया था, विशेष रूप से बाइंडर भाग में 10%, 20%, या 30% तलछट का उपयोग किया गया था। सामग्री सही ढंग से सख्त हो जाए, यह सुनिश्चित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने ताजे कंक्रीट को एक ओवन में रखा और उसे विभिन्न तापमानों और विभिन्न समय अवधि के लिए गर्म किया। उन्होंने कठोर ब्लॉकों की मजबूती का परीक्षण करने के लिए उन्हें तब तक दबाया जब तक वे टूट नहीं गए और यह मापा कि वे कितना बल सहन कर सकते हैं। उन्होंने सामग्री के घनत्व को भी देखा, क्योंकि घनत्व अक्सर इस बात में भूमिका निभाता है कि सामग्री विकिरण को कितनी अच्छी तरह रोक सकती है।
परिणामों ने दिखाया कि तलछट की मात्रा और गर्म करने का शेड्यूल बहुत मायने रखता है। 10% और 20% तलछट वाले मिश्रणों ने बिना तलछट वाले या उच्चतम मात्रा (30%) वाले मिश्रणों की तुलना में बेहतर प्रदर्शन किया। सबसे अच्छा प्रदर्शन 10% तलछट वाले मिश्रण से आया, जिसे 80 डिग्री सेल्सियस पर 10 घंटों तक गर्म किया गया था। इस विशिष्ट नमूने ने 58.41 मेगापास्कल की संपीड़ित शक्ति (कंप्रेसिव स्ट्रेंथ) प्राप्त की, जो विफल होने से पहले दबाव झेलने की एक माप है। 20% तलछट वाले मिश्रण ने भी समान परिस्थितियों में 55.50 मेगापास्कल तक पहुँचते हुए अच्छा प्रदर्शन किया। इसके विपरीत, 30% तलछट वाला मिश्रण सबसे कमजोर और कम घना था, जिससे पता चलता है कि बांध की सामग्री को बहुत अधिक मिलाने से कंक्रीट की संरचना बाधित हुई। शोधकर्ताओं ने पाया कि लंबे समय तक गर्म करने से आमतौर पर कंक्रीट मजबूत होता है, लेकिन केवल एक सीमा तक, और तापमान को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करना आवश्यक था।
यह समझने के लिए कि यह नया कंक्रीट विकिरण को कितनी अच्छी तरह रोक सकता है, शोधकर्ताओं ने वास्तविक विकिरण स्रोत का उपयोग नहीं किया, जो प्रयोगशाला सेटिंग में खतरनाक और सटीक रूप से मापना कठिन होता। इसके बजाय, उन्होंने एक शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया कि कैसे उच्च-ऊकी फोटॉन की एक बीम सामग्री के माध्यम से यात्रा करेगी। उन्होंने आधुनिक मेडिकल लीनियर एक्सीलरेटर में उपयोग की जाने वाली बीम के समान एक बीम का अनुकरण (सिमुलेट) किया। कंप्यूटर ने गणना की कि विकिरण कितनी गहराई तक प्रवेश करेगा जब तक कि इसकी तीव्रता अपने मूल मान के आधे तक नहीं गिर जाती (जिसे हाफ-वैल्यू लेयर कहा जाता है), और यह कितनी गहराई तक जाएगा जब तक कि यह एक-दशांश तक नहीं गिर जाता। 10% तलछट वाले जियोपॉलिमर मिश्रण के लिए, सिमुलेशन ने 9.94 सेंटीमीटर का हाफ-वैल्यू लेयर और 27.19 सेंटीमीटर का टेंट-वैल्यू लेयर दिखाया।
ये सिम्युलेटेड नंबर मानक कंक्रीट के बहुत करीब थे, जिसने 10.11 सेंटीमीटर का हाफ-वैल्यू लेयर दिखाया था। यह सुझाव देता है कि नया जियोपॉलिमर कंक्रीट, जो स्थानीय बांध तलछट से बना है, वर्तमान में अस्पतालों और तकनीकी सुविधाओं में उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक कंक्रीट की तरह ही प्रभावी ढंग से विकिरण को रोक सकता है। हालांकि, सिमुलेशन ने यह भी दिखाया कि बेरियम युक्त एक विशेष कंक्रीट, जो अक्सर शील्डिंग सामग्रियों में जोड़ा जाने वाला एक भारी तत्व है, बेहतर प्रदर्शन करता है, जिसमें विकिरण को कम करने के लिए बहुत कम दूरी की आवश्यकता होती है। अध्ययन स्पष्ट करता है कि हालांकि जियोप 있지만, विकिरण के परिणाम पूरी तरह से कंप्यूटर मॉडल पर आधारित हैं। शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि ये निष्कर्ष प्रारंभिक हैं, और यह पुष्टि करने के लिए कि क्या यह सामग्री वास्तव में उतनी ही प्रभावी है जितनी कि सिमुलेशन में दिखती है, वास्तविक दुनिया के प्रयोगों की आवश्यकता है।
यह कार्य अल्जीरिया और उससे आगे के लिए टिकाऊ निर्माण की दिशा में एक संभावित मार्ग को रेखांकित करता है। एक स्थानीय पर्यावरणीय चुनौती—बांधों में तलछट का संचय—को एक उपयोगी निर्माण घटक में बदलकर, शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि कचरे को एक उच्च-प्रदर्शन वाली सामग्री में बदला जा सकता है। कंक्रीट संरचनात्मक उपयोग के लिए पर्याप्त मजबूत साबित हुआ और इसने मानक निर्माण सामग्री के समान विकिरण-रोकने की सिम्युलेटेड क्षमता दिखाई। फिर भी, लैब से निर्माण स्थल तक का रास्ता और अधिक चरणों की मांग करता है। टीम ने नोट किया कि विकिरण डेटा के प्रयोगात्मक सत्यापन की आवश्यकता है और सामग्री के दीर्घकालिक स्थायित्व और पर्यावरणीय प्रभाव पर अधिक विस्तृत जानकारी की आवश्यकता है। फिलहाल, यह अध्ययन एक ठोस 'प्रूफ ऑफ कॉन्सेप्ट' के रूप में खड़ा है, जो दिखाता है कि औद्योगिक स्लैग और कैल्साइंड बांध तलछट का मिश्रण एक ऐसा कंक्रीट बना सकता है जो यांत्रिक रूप से सुदृढ़ और उच्च-ऊर्जा विकिरण से बचाने में संभावित रूप से सक्षम है।
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