Sulfur concrete
सल्फर कंक्रीट, जिसे कभी-कभी थायोकोनक्रिट या सल्फरक्रिट कहा जाता है, एक समग्र निर्माण सामग्री है, जो मुख्य रूप से सल्फर और समुच्चय (आम तौर पर बजरी या कुचली हुई चट्टानों से बना एक मोटा समुच्चय और रेत जैसे महीन समुच्चय) से बनी होती है। सीमेंट और पानी, सामान्य कंक्रीट में महत्वपूर्ण यौगिक, सल्फर कंक्रीट का हिस्सा नहीं हैं। कंक्रीट को मौलिक सल्फर () के पिघलने बिंदु के ऊपर सीए पर गर्म किया जाता है। 12 प्रतिशत और 25 प्रतिशत सल्फर के बीच के अनुपात में, शेष कुल मिलाकर होता है। कम-अस्थिरता (यानी, एक उच्च क्वथनांक के साथ) कार्बनिक मिश्रण (सल्फर परिवर्तक), जैसे कि डाइसाइक्लोपेंटाडाइन (डी. सी. पी. डी.), स्टाइरीन, टर्पेन्टाइन या फरफ्यूरल को भी पिघले हुए सल्फर में मिलाया जाता है ताकि इसके क्रिस्टलीकरण को रोका जा सके और ठोस होने के बाद इसकी बहुलक संरचना को स्थिर किया जा सके। संशोधित करने वाले एजेंटों की अनुपस्थिति में, मौलिक सल्फर कमरे के तापमान पर अपने सबसे स्थिर एलोट्रोपिक (बहुरूपी) क्रिस्टल चरण में क्रिस्टलीकृत हो जाता है। संशोधित एजेंटों को जोड़ने के साथ, मौलिक सल्फर एक सह-पॉलिमर (स्टाइरीन के साथ रैखिक श्रृंखला, डी. सी. पी. डी. के साथ क्रॉस-लिंकिंग संरचना) बनाता है और प्लास्टिक बना रहता है। सल्फर कंक्रीट तब शीतलन के भीतर उच्च यांत्रिक शक्ति प्राप्त करता है। इसे पारंपरिक सीमेंट कंक्रीट की तरह लंबे समय तक ठीक करने की आवश्यकता नहीं होती है, जिसे स्थापित करने के बाद (कुछ घंटे) 28 दिनों में अपनी अपेक्षित नाममात्र ताकत तक पहुंचने के लिए अभी भी सख्त होना चाहिए। सल्फर कंक्रीट के सख्त होने की दर इसकी शीतलन दर और संशोधित करने वाले एजेंटों (क्रॉस-लिंकिंग प्रक्रिया) की प्रकृति और एकाग्रता पर भी निर्भर करती है। इसकी कठोरता काफी तेजी से तरल/ठोस अवस्था परिवर्तन और संबंधित चरण संक्रमण प्रक्रियाओं द्वारा नियंत्रित होती है (प्लास्टिक की स्थिति को बनाए रखने वाले जोड़े गए परिवर्तक इसके पुनः क्रिस्टलीकरण से बचते हुए)। यह एक थर्मोप्लास्टिक पदार्थ है जिसकी भौतिक स्थिति तापमान पर निर्भर करती है। इसे पुनर्चक्रित किया जा सकता है और एक प्रतिवर्ती तरीके से पुनः आकार दिया जा सकता है, बस इसे उच्च तापमान पर पुनर्निर्मित किया जा सकता है। एक सल्फर कंक्रीट पेटेंट पहले से ही 1900 में मैके द्वारा पंजीकृत किया गया था। सल्फर कंक्रीट का अध्ययन 1920 और 1930 के दशक में किया गया था और 1970 के दशक में तेल और गैस उत्पादन की हाइड्रोडिसल्फराइजेशन प्रक्रिया के उप-उत्पाद के रूप में बड़ी मात्रा में सल्फर के संचय और इसकी कम लागत के कारण इसे नए सिरे से रुचि मिली। विशेषताएँ सल्फर कंक्रीट में कम छिद्रता होती है और यह एक खराब पारगम्य सामग्री है। इसकी कम हाइड्रोलिक चालकता अपने कम सरंध्रता मैट्रिक्स में पानी के प्रवेश को धीमा कर देती है और इसलिए स्टील सुदृढीकरण (स्टील की भौतिक सुरक्षा जब तक सल्फर कंक्रीट मैट्रिक्स में कोई माइक्रोक्रैक्स विकसित नहीं होता है) की ओर क्लोराइड (पिटिंग जंग) जैसी हानिकारक रासायनिक प्रजातियों के परिवहन को कम कर देती है। यह एसिड जैसे कुछ यौगिकों के लिए प्रतिरोधी है जो सामान्य कंक्रीट पर हमला करते हैं। हालांकि, साधारण कंक्रीट के विपरीत, यह अपनी अभेद्यता, लूव आदि के अलावा लंबे समय तक उच्च गर्मी का सामना नहीं कर सकता है। (1974) सल्फर कंक्रीट की लाभकारी विशेषताओं में से इसकी कम तापीय और विद्युत चालकताओं पर भी विचार करें। सल्फर कंक्रीट कांच के साथ प्रतिकूल प्रतिक्रिया नहीं करता है (कोई क्षार-सिलिका प्रतिक्रिया नहीं), फूलों का उत्सर्जन नहीं करता है, और एक चिकनी सतह खत्म भी प्रस्तुत करता है। वे इसकी मुख्य सीमाओं के बीच, इसके ऊष्मीय विस्तार के उच्च गुणांक, पानी और सूर्य के प्रकाश की क्रिया के तहत अम्ल के संभावित गठन का भी उल्लेख करते हैं। यह तांबे के साथ भी प्रतिक्रिया करता है और पिघलने पर गंध पैदा करता है। उपयोग सल्फर कंक्रीट को गैस और तेल (क्लॉज प्रक्रिया) के हाइड्रोडिसल्फराइजेशन द्वारा उत्पादित बड़ी मात्रा में संग्रहीत सल्फर से छुटकारा पाने के लिए एक निर्माण सामग्री के रूप में विकसित और प्रचारित किया गया था। 2011 तक, सल्फर कंक्रीट का उपयोग केवल कम मात्रा में किया गया है जब तेजी से उपचार या एसिड प्रतिरोध necessary.The सामग्री का सुझाव शोधकर्ताओं द्वारा मंगल ग्रह पर एक संभावित निर्माण सामग्री के रूप में दिया गया है, जहां पानी और चूना पत्थर आसानी से उपलब्ध नहीं हैं, लेकिन सल्फर है। लाभ और लाभ हाल ही में, इसे लगभग-कार्बन-तटस्थ निर्माण सामग्री के रूप में प्रस्तावित किया गया है। इसका जल-रहित और कम ऊर्जा-गहन उत्पादन (सामान्य सीमेंट और नियमित कंक्रीट की तुलना में) इसे उच्च-उत्सर्जन पोर्टलैंड-सीमेंट-आधारित सामग्री के लिए एक संभावित विकल्प बनाता है। निर्माण तकनीकों में सुधार के कारण, इसका उच्च गुणवत्ता और बड़ी मात्रा में उत्पादन किया जा सकता है। पुनर्चक्रण योग्य सल्फर कंक्रीट स्लीपर्स का उपयोग बेल्जियम में रेलवे के बुनियादी ढांचे के लिए किया जाता है, और स्थानीय रूप से बड़े पैमाने पर उत्पादित किए जाते हैं। दीर्घकालिक वैज्ञानिक और तकनीकी चुनौती सल्फेट-कम करने वाले बैक्टीरिया (एस. आर. बी.) और सल्फर-ऑक्सीकरण करने वाले बैक्टीरिया (एस. ओ. बी.) क्रमशः हाइड्रोजन सल्फाइड () और सल्फ्यूरिक एसिड () का उत्पादन करते हैं। जब सल्फर चक्र सीवरों में सक्रिय होता है और प्रवाहित पानी से निकलने वाले उत्सर्जन को सुरंग की दीवारों की नम सतह पर वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत किया जाता है, तो सल्फ्यूरिक एसिड सीमेंट सामग्री के हाइड्रेटेड पोर्टलैंड सीमेंट पेस्ट पर हमला कर सकता है, विशेष रूप से सीवरों के गैर-पूरी तरह से डूबे हुए वर्गों (गैर-पूर्ण रूप से पानी से भरे वैडोज क्षेत्र) में। यह पुराने सीवेज बुनियादी ढांचे में चिनाई के मोर्टार और कंक्रीट को व्यापक नुकसान पहुंचाता है। सल्फर कंक्रीट, यदि दीर्घकालिक रासायनिक और जीवाणु हमलों के लिए प्रतिरोधी साबित होता है, तो इस समस्या का एक प्रभावी और लंबे समय तक चलने वाला समाधान प्रदान कर सकता है। हालांकि, चूंकि मौलिक सल्फर स्वयं कुछ ऑटोट्रॉफिक बैक्टीरिया द्वारा सल्फर चक्र से आवश्यक ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए उपयोग की जाने वाली रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में भाग लेता है, इसलिए मौलिक सल्फर सीधे जीवाणु गतिविधि को बढ़ावा देने में योगदान कर सकता है। सीवर की दीवारों की सतह से चिपके बायोफिल्म ऑटोट्रॉफिक माइक्रोबियल कालोनियों को आश्रय दे सकते हैं जो सल्फर कंक्रीट को खराब कर सकते हैं यदि वे अपशिष्ट जल में मौजूद नाइट्रेट (ऑटोट्रॉफिक डिनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया), या सल्फेट को कम करने के लिए सीधे एक इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में मौलिक सल्फर का उपयोग करने में सक्षम हैं। बड़े शहरों में सीवेज बुनियादी ढांचे की आवश्यक सेवा जीवन 100 वर्षों से अधिक है (लंदन में, कई सीवर विक्टोरियन युग, 1832-1901 के हैं)। सल्फर कंक्रीट का सामना करने वाली प्रमुख चुनौतियों में से एक यह प्रदर्शित करना है कि यह लंबे समय तक सूक्ष्मजीव गतिविधि के लिए पर्याप्त रूप से गैर-प्रतिक्रियाशील और असंवेदनशील है। इस सामग्री के स्थायित्व और माने जाने वाले समय पैमाने पर अनुभव की वापसी की कमी के कारण प्रयोगशाला में और मूल स्थान की स्थितियों में सूक्ष्मजीव जैव क्षरण परीक्षणों की अभी भी आवश्यकता है। सल्फर कंक्रीट का बहुत दीर्घकालिक स्थायित्व भौतिक रासायनिक कारकों पर भी निर्भर करता है जैसे कि अन्य चीजों के अलावा, मौलिक सल्फर मैट्रिक्स से संशोधित एजेंटों (यदि पूरी तरह से रासायनिक रूप से स्थिर नहीं है) का प्रसार और पानी द्वारा उनका निक्षालन। सामग्री के भौतिक गुणों में परिणामी परिवर्तन इसकी दीर्घकालिक यांत्रिक शक्ति और रासायनिक व्यवहार को निर्धारित करेंगे। कार्बनिक मिश्रणों (सल्फर परिवर्तक) की जैव विघटनशीलता, या माइक्रोबियल गतिविधि के प्रति उनका प्रतिरोध, और उनके संभावित जैवनाशी गुण (जो सल्फर कंक्रीट को माइक्रोबियल हमले से बचा सकते हैं) सामग्री के स्थायित्व का आकलन करने में महत्वपूर्ण पहलू हैं। यह समय के साथ मौलिक सल्फर के प्रगतिशील पुनः क्रिस्टलीकरण पर या विभिन्न प्रकार के कार्बनिक मिश्रणों द्वारा संशोधित इसकी संरचना के प्लास्टिक विरूपण की दर पर भी निर्भर कर सकता है। नुकसान और सीमाएँ स्वामी और जुर्जेस (1986) ने सल्फर कंक्रीट की सीमाओं को इंगित किया है। उन्होंने स्टील सुदृढीकरण के साथ सल्फर कंक्रीट बीम की स्थिरता और दीर्घकालिक स्थायित्व पर सवाल उठाया, विशेष रूप से डाइसाइक्लोपेंटाडाइन और डाइपेंटीन के साथ संशोधित सल्फर कंक्रीट के लिए। यहाँ तक कि जब सूखी होती है, तब भी संशोधित कंक्रीट की किरणें उम्र बढ़ने के साथ ताकत में कमी दिखाती हैं। गीले वातावरण में उम्र बढ़ने से सल्फर कंक्रीट नरम हो जाता है और ताकत कम हो जाती है। यह सल्फर कंक्रीट किरणों में संरचनात्मक क्षति का कारण बनता है जिससे कतरनी विफलता और दरारें होती हैं। स्वामी और जुर्जेस (1986) ने भी इस्पात सुदृढीकरण के गंभीर क्षरण का अवलोकन किया। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि प्रबलित सल्फर कंक्रीट किरणों की स्थिरता की गारंटी केवल तभी दी जा सकती है जब वे अपरिवर्तित हों और सूखे रहें। गीले वातावरण में सल्फर कंक्रीट में स्थिरता और स्थायित्व का अभाव होता है। बाइंडर के रूप में मौलिक सल्फर (एस, या एस) के उपयोग पर आधारित होने के कारण, सल्फर कंक्रीट अनुप्रयोगों को मौलिक सल्फर के समान सीमाओं का सामना करने की उम्मीद है जो वास्तव में निष्क्रिय सामग्री नहीं है, जला सकता है, और एक शक्तिशाली संक्षारक एजेंट के रूप में भी जाना जाता है। आग के मामले में, यह कंक्रीट ज्वलनशील है और सल्फर डाइऑक्साइड (), और सल्फर ट्राइऑक्साइड () के विषाक्त और संक्षारक धुएं को उत्पन्न करेगा, जिससे अंततः सल्फ्यूरिक एसिड () का निर्माण होगा। माल्डोनाडो-ज़गल और बोडेन (1982) के अनुसार, पानी में मौलिक सल्फर (ऑक्टा-एटॉमिक सल्फर, एस) का हाइड्रोलिसिस ऑक्सीकृत और कम रूपों में इसके अनुपात/= 3/1 के अनुपात में होने से होता है। हाइड्रोजन सल्फाइड () सल्फाइड स्ट्रेस क्रैकिंग (एस. एस. सी.) का कारण बनता है और हवा के संपर्क में आने पर आसानी से थियोसल्फेट () में ऑक्सीकृत हो जाता है, जो क्षरण के लिए जिम्मेदार होता है। पाइराइट (, आयरन (II) डाइसल्फाइड) की तरह, नमी की उपस्थिति में, सल्फर भी वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकरण के प्रति संवेदनशील है और अंततः सल्फ्यूरिक एसिड (), सल्फेट (), और मध्यवर्ती रासायनिक प्रजातियों जैसे थियोसल्फेट्स (), या टेट्राथियोनेट्स () का उत्पादन कर सकता है, जो सल्फर की सभी कम प्रजातियों के रूप में दृढ़ता से संक्षारक पदार्थ (पिट जंग) भी हैं। इसलिए, विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए सल्फर कंक्रीट का चयन करने से पहले, स्टील्स और अन्य धातुओं (एल्यूमीनियम, तांबा) की दीर्घकालिक क्षरण समस्याओं का अनुमान लगाने और सही ढंग से संबोधित करने की आवश्यकता है। सल्फ्यूरिक एसिड का गठन चूना पत्थर और कंक्रीट संरचनाओं पर भी हमला कर सकता है और विघटित कर सकता है, साथ ही विस्तृत जिप्सम का उत्पादन भी कर सकता है, जिससे इन सामग्रियों में दरारें और दरारें बन सकती हैं। यदि स्थानीय भौतिक-रासायनिक स्थितियाँ अनुकूल हैं (उनके विकास के लिए पर्याप्त जगह और पानी उपलब्ध है), तो सल्फर-ऑक्सीकरण करने वाले बैक्टीरिया (सल्फर का माइक्रोबियल ऑक्सीकरण) भी ठोस सल्फर की कीमत पर पनप सकते हैं और संभावित क्षरण समस्याओं को बढ़ाने में योगदान कर सकते हैं। मौलिक सल्फर की क्षरण दर इसके विशिष्ट सतह क्षेत्र पर निर्भर करती है। सल्फर की धूल, या सल्फर के कुचले हुए पाउडर के साथ क्षरण प्रतिक्रियाएं सबसे तेज़ होती हैं, जबकि सल्फर कंक्रीट के बरकरार कॉम्पैक्ट ब्लॉकों के अधिक धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करने की उम्मीद है। सल्फर कंक्रीट से बने घटकों का सेवा जीवन इस प्रकार वायुमंडलीय ऑक्सीजन, नमी और सूक्ष्मजीवों के संपर्क में आने वाले मौलिक सल्फर के क्षरण गतिकी पर, सामग्री में माइक्रोक्रैक्स के घनत्व/सांद्रता पर और जलीय घोल में मौजूद संक्षारक क्षरण उत्पादों के लिए कार्बन-स्टील की सतह की पहुंच पर निर्भर करता है। सल्फर कंक्रीट पर आधारित संरचनाओं, प्रणालियों और घटकों (एस. एस. सी.) को डिजाइन करते समय इन सभी कारकों को ध्यान में रखने की आवश्यकता है, निश्चित रूप से यदि वे स्टील तत्वों (क्रमशः रीबार या टेंशनिंग केबल) के साथ प्रबलित हैं, या पूर्व-तनावग्रस्त हैं। जबकि मौलिक सल्फर ऑक्सीकरण की प्रक्रिया भी पी. एच. मूल्य को कम करेगी, सामान्य पोर्टलैंड सीमेंट और शास्त्रीय कंक्रीट के विपरीत कार्बन स्टील क्षरण को बढ़ा देगी, ताजा सल्फर कंक्रीट में क्षार हाइड्रॉक्साइड (के. ओ. एच., एन. ए. ओ. एच.), न ही कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड () होता है, और इसलिए स्टील की सतह को निष्क्रिय करने वाले उच्च पी. एच. को बनाए रखने के लिए कोई बफरिंग क्षमता प्रदान नहीं करता है। दूसरे शब्दों में, अक्षुण्ण सल्फर कंक्रीट रासायनिक रूप से स्टील सुदृढीकरण पट्टियों (रीबार) को जंग से नहीं बचाता है। सल्फर कंक्रीट में एम्बेडेड स्टील तत्वों का क्षरण इस प्रकार दरारों के माध्यम से पानी के प्रवेश और रिसने वाले पानी में घुलनशील सल्फर की आक्रामक रासायनिक प्रजातियों के संपर्क में आने पर निर्भर करेगा। मौलिक सल्फर द्वारा संचालित सूक्ष्मजीवों की उपस्थिति भी एक भूमिका निभा सकती है और क्षरण दर को तेज कर सकती है। एसफाल्ट कंक्रीट, बाइंडर सल्फर-आधारित चंद्रक्रिट के रूप में 'बिटुमेन' का उपयोग करने वाली समान समग्र सामग्री, एक प्रस्तावित चंद्र निर्माण सामग्री सेनोसेल, सीमेंट रबर वल्केनाइजेशन के स्थान पर फ्लाई ऐश सेनोस्फेयर (खोखले गोले) का उपयोग करने वाली एक ठोस सामग्री और प्राकृतिक रबर टेरपेनोइड्स (पॉलीआइसोप्रीन) (चार्ल्स गुडइयर द्वारा खोजी गई प्रक्रिया) सल्फर वल्केनाइजेशन के साथ मौलिक सल्फर की प्रतिक्रिया के बाद बने डाइसल्फ़ाइड पुलों द्वारा बनाई गई क्रॉस-लिंकिंग, जो प्राकृतिक रबर (हेविया से निकाले गए लेटेक्स) के एलिल समूहों (-CH = CH-CH2-) के साथ मौलिक सल्फर की प्रतिक्रिया से उत्पन्न होती है।