कैसे सीमेंट और कंक्रीट बनाया जाता है

अगर आप ईंटों के बारे में सोचते हैं कृत्रिम चट्टानें, सीमेंट को कृत्रिम लावा माना जा सकता है - एक तरल पत्थर जिसे उस स्थान पर डाला जाता है जहाँ वह ठोसता में कठोर हो जाता है।

कई लोग सीमेंट के बारे में बात करते हैं जब उनका मतलब कंक्रीट होता है।

• सीमेंट पानी के साथ मिश्रित होने पर एक महीन दाने वाला यौगिक होता है। सीमेंट का उपयोग सामग्रियों के मिश्रण को एक मिश्रित ठोस में बांधने के लिए किया जाता है।
• ठोस सीमेंट, रेत और बजरी का मिश्रण है। यानी सीमेंट का गोंद है ठोस।

अब जब कि स्पष्ट है, चलो सीमेंट के बारे में बात करते हैं। सीमेंट की शुरुआत चूने से होती है।

चूना एक ऐसा पदार्थ है जिसका उपयोग प्राचीन काल से प्लास्टर और मोर्टार जैसी उपयोगी चीजों को बनाने के लिए किया जाता है। चूना जलने, या शांत करने, चूना पत्थर से बनाया जाता है — और यह है कि कैसे चूना पत्थर इसका नाम है रासायनिक रूप से, चूना कैल्शियम ऑक्साइड (CaO) है और इसे भूनकर बनाया जाता है केल्साइट (CaCO₃) कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂). वह सीओ₂, ए ग्रीनहाउस गैस, सीमेंट उद्योग द्वारा बड़ी मात्रा में उत्पादित किया जाता है।

लाइम को क्विक्लिम या कैलक्स भी कहा जाता है (लैटिन से, जहां हमें कैल्शियम शब्द भी मिलता है)। पुरानी हत्या के रहस्यों में, अपने शरीर को भंग करने के लिए पीड़ितों पर क्विकलाइम छिड़का जाता है क्योंकि यह बहुत कास्टिक है।

पानी के साथ मिश्रित, चूना धीरे-धीरे प्रतिक्रिया सीएओ + एच में खनिज पोर्टलैंडाइट में बदल जाता है₂ओ = सीए (ओएच)₂. चूने को आमतौर पर ढाला जाता है, यानी पानी की अधिकता के साथ मिलाया जाता है, ताकि वह तरल रहे। हफ्तों तक चूना चूना जारी रहता है। रेत और अन्य अवयवों के साथ मिश्रित, पतला चूना सीमेंट पत्थर या ईंटों के बीच एक दीवार (मोर्टार) में पैक किया जा सकता है या दीवार की सतह पर फैल सकता है (रेंडर या प्लास्टर के रूप में)। अगले कई हफ्तों या उससे अधिक समय तक, यह सीओ के साथ प्रतिक्रिया करता है₂ हवा में फिर से केल्साइट बनाने के लिए - कृत्रिम चूना पत्थर!

लाइम सीमेंट से बने कंक्रीट को नई और पुरानी दुनिया दोनों में पुरातात्विक स्थलों से जाना जाता है, जो 5000 साल से अधिक पुराने हैं। यह शुष्क परिस्थितियों में बहुत अच्छी तरह से काम करता है। इसकी दो कमियां हैं:

• लाइम सीमेंट को ठीक होने में लंबा समय लगता है, और जबकि प्राचीन दुनिया में बहुत समय था, आज समय पैसा है।
• चूना सीमेंट पानी में कठोर नहीं होता है, लेकिन नरम रहता है, अर्थात यह हाइड्रोलिक सीमेंट नहीं है। इसलिए ऐसी स्थितियाँ हैं जहाँ इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है।

कहा जाता है कि मिस्र के पिरामिडों में ए हाइड्रोलिक सीमेंट भंग सिलिका पर आधारित है। अगर उस 4500 साल पुराने फॉर्मूले की पुष्टि और पुनर्जीवित किया जा सकता है, तो यह बहुत अच्छी बात होगी। लेकिन आज के सीमेंट में एक अलग वंशावली है जो अभी भी काफी प्राचीन है।

1000 ई.पू. के आसपास, प्राचीन यूनानियों के पास एक भाग्यशाली दुर्घटना होने का पहला कारण था, ठीक ज्वालामुखीय राख के साथ चूने का मिश्रण। ऐश को प्राकृतिक रूप से कैलक्लाइंड चट्टान के रूप में माना जा सकता है, सिलिकॉन को रासायनिक रूप से सक्रिय अवस्था में शांत कर सकता है जैसे कैलक्लाइंड चूना पत्थर में कैल्शियम। जब इस चूने की राख के मिश्रण को गिराया जाता है, तो एक नया पदार्थ बनता है: कैल्शियम सिलिकेट हाइड्रेट या जिसे सीमेंट केमिस्ट सी-एस-एच कहते हैं (लगभग SiCa)₂हे₄·एक्सएच₂ओ)। 2009 में, संख्यात्मक मॉडलिंग का उपयोग करने वाले शोधकर्ता सटीक सूत्र के साथ आए: (CaO)_1.65(SiO₂) (एच₂ओ)_1.75.

सी-एस-एच आज भी एक रहस्यमय पदार्थ है, लेकिन हम जानते हैं कि यह बिना सेट क्रिस्टलीय संरचना के बिना एक अनाकार जेल है। यह पानी में भी तेजी से कठोर हो जाता है। और यह चूना सीमेंट की तुलना में अधिक टिकाऊ है।

प्राचीन यूनानियों ने इस नए सीमेंट को नए और मूल्यवान तरीकों से उपयोग करने के लिए रखा था, जो आज तक जीवित है। लेकिन रोमन इंजीनियरों ने तकनीक में महारत हासिल की और कंक्रीट के सीप, एक्वाडक्ट्स और मंदिरों का निर्माण किया। इनमें से कुछ संरचनाएं आज की तरह, दो हजार साल बाद भी उतनी ही अच्छी हैं। लेकिन रोमन साम्राज्य के पतन के साथ रोमन सीमेंट का सूत्र खो गया था। आधुनिक अनुसंधान पूर्वजों से उपयोगी रहस्यों को उजागर करना जारी रखता है, जैसे कि असामान्य रोमन कंक्रीट की संरचना 37 ई.पू. में निर्मित एक ब्रेक वाटर में, जो हमें ऊर्जा बचाने, कम चूने का उपयोग करने और कम सीओ का उत्पादन करने में मदद करने का वादा करता है₂.

जबकि अंधेरे और मध्य युग के दौरान चूने के सीमेंट का उपयोग जारी रहा, 1700 के दशक के अंत तक सच्चे हाइड्रोलिक सीमेंट को फिर से खोजा नहीं गया। अंग्रेजी और फ्रांसीसी प्रयोगकर्ताओं ने सीखा कि चूना पत्थर और क्लेस्टोन का एक कैलक्लाइंड मिश्रण हाइड्रोलिक सीमेंट में बनाया जा सकता है। एक इंग्लिश वर्जन को "पोर्टलैंड सीमेंट" के नाम से जाना जाता था, जो आइल ऑफ पोर्टलैंड के सफेद चूना पत्थर से मिलता जुलता था, और जल्द ही इस प्रक्रिया से बने सभी सीमेंट तक नाम फैल गया।

इसके तुरंत बाद, अमेरिकी निर्माताओं ने मिट्टी के असर वाले लिमस्टोन पाए जो कि बहुत कम या बिना प्रसंस्करण के साथ उत्कृष्ट हाइड्रोलिक सीमेंट का उत्पादन करते थे। यह सस्ता प्राकृतिक सीमेंट 1800 के दशक के अधिकांश के लिए अमेरिकी कंक्रीट का थोक बना था, और इसमें से अधिकांश आया था रोसेन्डेल शहर दक्षिणी न्यूयॉर्क में। रोसेन्डेल व्यावहारिक रूप से प्राकृतिक सीमेंट के लिए एक सामान्य नाम था, हालांकि अन्य निर्माता पेंसिल्वेनिया, इंडियाना और केंटकी में थे। Rosendale सीमेंट ब्रुकलिन ब्रिज, अमेरिकी कैपिटल बिल्डिंग, 19 वीं शताब्दी की अधिकांश सैन्य इमारतों, स्टैचू ऑफ़ लिबर्टी और कई अन्य स्थानों का आधार है। ऐतिहासिक रूप से उपयुक्त सामग्रियों का उपयोग करके ऐतिहासिक संरचनाओं को बनाए रखने की बढ़ती आवश्यकता के साथ, रोजेंडेल प्राकृतिक सीमेंट को पुनर्जीवित किया जा रहा है.

ट्रू पोर्टलैंड सीमेंट ने धीरे-धीरे अमेरिका में लोकप्रियता हासिल की क्योंकि मानक उन्नत और निर्माण की गति तेज हो गई। पोर्टलैंड सीमेंट अधिक महंगा है, लेकिन इसे कहीं भी बनाया जा सकता है क्योंकि भाग्यशाली चट्टान के निर्माण पर निर्भर रहने के बजाय सामग्री को इकट्ठा किया जा सकता है। यह तेजी से ठीक हो जाता है, एक फायदा यह है कि जब एक बार में गगनचुंबी इमारतों का निर्माण होता है। आज का डिफ़ॉल्ट सीमेंट पोर्टलैंड सीमेंट का कुछ संस्करण है।

आज चूना पत्थर और मिट्टी युक्त चट्टानों को लगभग पिघलते तापमान पर 1400 ° से 1500 ° C पर एक साथ भुना जाता है। उत्पाद स्थिर यौगिकों का एक ढेला मिश्रण है जिसे क्लिंकर कहा जाता है। क्लिंकर में चार मुख्य यौगिकों में आयरन (Fe) और एल्यूमीनियम (Al) के साथ-साथ सिलिकॉन और कैल्शियम भी शामिल हैं:

• एलिट (सीए)₃SiO₅)
• बेलिट (सीए)₂SiO₄), भूवैज्ञानिकों को लार्नाइट के रूप में जाना जाता है
• Aluminate (Ca)₃अल₂हे₆)
• फेराइट (Ca)₂Alfeo₅)

क्लिंकर पाउडर के लिए जमीन है और थोड़ी मात्रा में मिलाया जाता है जिप्सम, जो सख्त प्रक्रिया को धीमा कर देता है। वह पोर्टलैंड सीमेंट है।

सीमेंट को कंक्रीट बनाने के लिए पानी, रेत और बजरी के साथ मिलाया जाता है। शुद्ध सीमेंट बेकार है क्योंकि यह सिकुड़ता है और दरार करता है; यह रेत और बजरी की तुलना में बहुत अधिक महंगा है। जैसे ही मिश्रण ठीक हो जाता है, चार मुख्य पदार्थ उत्पन्न होते हैं:

• सी-S-H
• Portlandite
• एटरेंगाइट (सीए)₆अल₂(इसलिए₄)₃(OH)₁₂· 26H₂हे; कुछ Fe शामिल हैं)
• मोनोसल्फेट ([सीए₂(अल, फे) (ओएच)₆] · (इसलिए₄, ओह, आदि) ·एक्सएच₂ओ)

इस सब का विवरण एक जटिल विशेषता है, जो कंक्रीट को आपके कंप्यूटर में किसी भी तकनीक के रूप में परिष्कृत करता है। फिर भी बुनियादी ठोस मिश्रण व्यावहारिक रूप से बेवकूफ-सबूत है, आपके और मेरे उपयोग के लिए पर्याप्त सरल है।