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Experimental and analytical investigation on bond behavior between steel bars and steel fiber reinforced recycled aggregate concrete

यह अध्ययन 27 पुलआउट परीक्षणों, सूक्ष्म संरचनात्मक विश्लेषण और परिमित तत्व सिमुलेशन (फाइनाइट एलीमेंट सिमुलेशन) के माध्यम से स्टील बार और स्टील फाइबर प्रबलित पुनर्चक्रित समुच्चय कंक्रीट (रिसाइक्ल्ड एग्रीगेट कंक्रीट) के बीच बॉन्ड व्यवहार की जांच करता है ताकि बॉन्ड स्ट्रेंथ पर प्रमुख मापदंडों के प्रभावों को प्रकट किया जा सके और बॉन्ड-स्लिप संबंध को सिम्युलेट करने के लिए एक उच्च-सटीक विश्लेषणात्मक मॉडल स्थापित किया जा सके।

मूल लेखक: Liping Kang, Ke Shi, Bo Pang, Haokun Wang

प्रकाशित 2026-06-25

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Liping Kang, Ke Shi, Bo Pang, Haokun Wang

मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि आप स्टील की छड़ों (सरिया) और कंक्रीट से बने दो बहुत ही अलग सामग्रियों से एक घर बना रहे हैं। घर को मजबूत बनाए रखने के लिए, इन दोनों सामग्रियों को एक-दूसरे का हाथ मजबूती से थामना होगा। यदि वे अलग हो जाते हैं, तो इमारत ढह सकती है। इस "हाथ थामने" की मजबूती को बॉन्ड व्यवहार (bond behavior) कहा जाता है।

यह शोध पत्र एक जासूसी कहानी की तरह है जहाँ शोधकर्ता यह जांचते हैं कि स्टील की छड़ें एक विशेष प्रकार के कंक्रीट, जिसे स्टील फाइबर रीइन्फोर्स्ड रिसाइकल्ड एग्रीगेट कंक्रीट (SFRAC) कहा जाता है, के साथ कितनी अच्छी तरह से हाथ मिलाती हैं।

यहाँ इस जांच का सरल शब्दों में विवरण दिया गया है:

1. सामग्री: "इको-कंक्रीट" बनाना

आमतौर पर, कंक्रीट ताजे, प्राकृतिक पत्थरों से बनाया जाता है। लेकिन इस अध्ययन में रिसाइकल्ड एग्रीगेट (पुनर्चक्रित समुच्चय) का उपयोग किया गया है, जो मूल रूप से ध्वस्त इमारतों से निकला पुराना कंक्रीट है जिसे कुचलकर और पुन: उपयोग करके बनाया गया है। यह एक नया चित्र बनाने के लिए बचे हुए पहेली के टुकड़ों (puzzle pieces) का उपयोग करने जैसा है।

समस्या: पुनर्चक्रित कंक्रीट ताजे कंक्रीट की तुलना में थोड़ा कमजोर और अधिक छिद्रपूर्ण (छोटे छेदों से भरा हुआ) होता है, इसलिए यह स्टील की छड़ों को उतनी मजबूती से नहीं पकड़ पाता।
समाधान: शोधकर्ताओं ने इसमें स्टील फाइबर मिलाए। कल्पना कीजिए कि ये कंक्रीट के घोल में मिले हुए सूक्ष्म स्टील के रेशों (whiskers) की तरह हैं। वे एक सुरक्षा जाल (safety net) के रूप में कार्य करते हैं, जो कंक्रीट के टूटने या दरार पड़ने पर भी उसे एक साथ थामे रखते हैं।

2. प्रयोग: "पुल-आउट" टेस्ट (खींचने का परीक्षण)

यह देखने के लिए कि स्टील की छड़ें इस इको-कंक्रीट के साथ कितनी अच्छी तरह चिपकती हैं, टीम ने 27 छोटे कंक्रीट क्यूब बनाए, जिनमें से प्रत्येक के बीच में एक स्टील की छड़ निकली हुई थी।

परीक्षण: टीम ने कंक्रीट के ब्लॉक को जकड़ा और स्टील की छड़ पर बल लगाया, उसे बाहर खींचने की कोशिश की।
परिवर्तनीय कारक (Variables): उन्होंने यह देखने के लिए चार चीजें बदलीं कि वे पकड़ को कैसे प्रभावित करती हैं:
1. कंक्रीट की मजबूती: कंक्रीट कितना सख्त था (जैसे C30, C45, C60)।
2. रिसाइकल्ड सामग्री: कितना कंक्रीट पुराने, पुनर्चक्रित सामान से बना था (0%, 50%, या 100%)।
3. फाइबर की मात्रा: कितने स्टील के रेशे मिलाए गए थे (0%, 1%, या 1.5%)।
4. एम्बेडमेंट लंबाई (Embedment Length): छड़ कंक्रीट के अंदर कितनी गहरी धंसी हुई थी (छोटी, मध्यम, या लंबी)।

3. उन्होंने क्या पाया: पकड़ के नियम

कंक्रीट की "मजबूती" सबसे महत्वपूर्ण है

उपमा: कंक्रीट को एक स्पंज की तरह समझें। एक सघन, मजबूत स्पंज (उच्च स्ट्रेंथ ग्रेड) एक कमजोर, भुरभुरे स्पंज की तुलना में छड़ को बहुत बेहतर तरीके से पकड़ता है।
परिणाम: कंक्रीट जितना मजबूत था, छड़ को बाहर खींचना उतना ही कठिन था।

पुनर्चक्रित सामग्री पकड़ को कमजोर करती है

उपमा: अधिक पुनर्चक्रित कंक्रीट का उपयोग करना अधिक "इस्तेमाल किए हुए" पहेली के टुकड़ों का उपयोग करने जैसा है; वे ताजे टुकड़ों की तरह पूरी तरह से फिट नहीं होते हैं।
परिणाम: उन्होंने जितना अधिक पुनर्चक्रित कंक्रीट इस्तेमाल किया, छड़ को बाहर निकालना उतना ही आसान होता गया।

स्टील फाइबर का जादू (एक "सुरक्षा जाल")

आश्चर्य: स्टील फाइबर जोड़ने से शुरुआती पकड़ में बहुत अधिक मजबूती नहीं आई। यह बिना फाइबर वाले कंक्रीट के लगभग बराबर ही था।
असली जीत: हालाँकि, एक बार जब कंक्रीट में दरारें पड़ने लगीं, तो स्टील फाइबर ने एक सुरक्षा जाल की तरह काम किया। उन्होंने दरारों को फैलने से रोक दिया।
परिणाम: भले ही कंक्रीट में दरारें आ गईं, फिर भी स्टील की छड़ आसानी से बाहर नहीं निकली। फाइबर की मदद से "अवशिष्ट" (residual) मजबूती (क्षति के बाद भी पकड़ कितनी बनी रहती है) बहुत अधिक थी। बिना फाइबर के, कंक्रीट बिखर जाता और छड़ तुरंत बाहर निकल आती। फाइबर के साथ, इसने मजबूती से पकड़ बनाए रखी।

लंबाई मायने रखती है

उपमा: कल्पना कीजिए कि एक मोटी कीचड़ के गड्ढे से एक लंबी रस्सी निकालने की कोशिश कर रहे हैं। यह जितना गहरा होगा, इसे खींचना उतना ही कठिन होगा, लेकिन बल पूरी रस्सी पर समान रूप से महसूस नहीं होता है।
परिणाम: छड़ जितनी लंबी दबी हुई थी, प्रति इंच औसत पकड़ उतनी ही कम हो गई। तनाव समान रूप से वितरित नहीं हुआ; खींचने वाले हिस्से के पास वाला भाग सारा काम कर रहा था।

4. सूक्ष्मदर्शी से अवलोकन (SEM)

शोधकर्ताओं ने कंक्रीट के भीतर की सूक्ष्म दुनिया को देखने के लिए एक अत्यंत शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी (SEM) का उपयोग किया।

उन्होंने क्या देखा: स्टील फाइबर सीमेंट के साथ मजबूती से चिपके हुए थे। वे पुलों (bridges) की तरह कार्य कर रहे थे, जिससे छोटी दरारें बड़ी और खतरनाक दरारों में न बदल सकें। उन्होंने यह भी पाया कि फाइबर ने अंतराल को भरने में मदद की, जिससे कंक्रीट अधिक सघन हो गया।

5. कंप्यूटर मॉडल: भविष्य की भविष्यवाणी करना

शोधकर्ताओं ने केवल ब्लॉकों से छड़ों को बाहर खींचने तक ही सीमित नहीं रहे। उन्होंने एक गणितीय नुस्खा (constitutive model) बनाया जो ठीक से बताता है कि बल बढ़ने पर छड़ कैसे फिसलती है।

इसके बाद उन्होंने कंप्यूटर पर इस प्रयोग का एक आभासी संस्करण (virtual version) बनाया (ABAQUS नामक सॉफ्टवेयर का उपयोग करके)।
परिणाम: कंप्यूटर सिमुलेशन वास्तविक जीवन के 'पुल-आउट' परीक्षणों से लगभग पूरी तरह मेल खा गया। इसका मतलब है कि इंजीनियर अब सैकड़ों भौतिक ब्लॉक बनाने और तोड़ने की आवश्यकता के बिना, इस इको-फ्रेंडली कंक्रीट के साथ इमारतों को डिजाइन करने के लिए इस कंप्यूटर मॉडल का उपयोग कर सकते हैं।

सारांश

यह शोध पत्र सिद्ध करता है कि हालांकि पुनर्चक्रित कंक्रीट थोड़ा कमजोर होता है, लेकिन स्टील फाइबर मिलाने से यह अविश्वसनीय रूप से मजबूत और लचीला (ductile) हो जाता है। यह न केवल स्टील की छड़ों को अच्छी तरह से पकड़ता है, बल्कि यह तब भी पकड़ बनाए रखता है जब कंक्रीट में दरारें आने लगती हैं। शोधकर्ताओं ने हमें एक नया गणितीय उपकरण और एक कंप्यूटर विधि भी दी है जो सटीक रूप से भविष्यवाणी कर सकती है कि यह सामग्री वास्तव में कैसे व्यवहार करेगी, जिससे वास्तविक निर्माण में इसका उपयोग करना सुरक्षित और आसान हो जाता है।