1. روایتی پیداوار
جدید کنکریٹ کی شروعات مختلف سائز کی ریت اور بجری سے ہوتی ہے، جنہیں پانی کی موجودگی میں زبردست بائنڈنگ میٹریل پورٹ لینڈ سیمنٹ کے ساتھ ملایا جاتا ہے، جو تمام مجموعوں کو جوڑ کر پتھر جیسا مواد بناتا ہے۔ پورٹ لینڈ سیمنٹ جوزف اسپوٹن نے 1824 میں ایجاد کیا تھا۔ یہ معدنیات چونے کے پتھر اور مٹی کو گرم کرکے اور تھوڑی مقدار میں جپسم ڈال کر بنایا جاتا ہے۔ بعد میں، 1840 کی دہائی میں اس کے بیٹے ولیم اسپوٹن نے اس کی تجویز پیش کی۔ عام کنکریٹ، پورٹ لینڈ سیمنٹ اور ایگریگیٹس سے بنا، عام طور پر کنکریٹ کی پہلی نسل تصور کیا جاتا ہے۔
تاہم، اس قسم کے کنکریٹ کا تعلق تناؤ کی طاقت اور لچک کی کمی سے ہے، جس کے نتیجے میں بیم اور سلیب کے ڈھانچے کی ناکامی ہوتی ہے۔ اس کی وجہ سے دوسری نسل کے کنکریٹ کا ظہور ہوا، جہاں اسٹیل کی کمک کو ان مسائل کا حل سمجھا جاتا تھا۔ جوزف مونیر اور فرانکوئس کوگنیٹ 19ویں صدی کے دوسرے نصف میں کنکریٹ کی مضبوطی کے پہلے علمبردار تھے۔ انہوں نے مختلف قسم کے ڈھانچے کو مضبوط کرنے کے لیے بہت سے پیٹنٹ دیے۔ اس وقت سے، 19ویں اور 20ویں صدی میں سٹیل اور کنکریٹ کا امتزاج بنیادی تعمیراتی مواد تھا۔ 20 ویں صدی کے دوران کنکریٹ کی دبانے والی طاقت میں اضافہ۔ اس صدی کے پہلے نصف میں دبانے والی طاقتیں 20 سے 40MPa تک تھیں۔
وسط-20صدی کے بعد، زیادہ جدید ڈھانچے کا زیادہ بوجھ اٹھانے کے لیے طاقت بڑھانے کا ایک چیلنج سامنے آیا۔ ان دہائیوں کے دوران، دبانے والی طاقت 40 MPa سے تجاوز کر گئی۔ یہ ایگریگیٹس کے محتاط انتخاب سے حاصل کیا جاتا ہے، کیونکہ کمزور ایگریگیٹس بھاری بوجھ اٹھانے کے لیے کافی مضبوط نہیں ہو سکتے، اور پانی کے بائنڈر مواد کے تناسب کو کم کر کے۔ یہ تناسب کمپریشن طاقت کے الٹا متناسب ہے۔ پانی کو کم کرنے والے مرکبات کی ایجاد پانی کی مقدار کو کم کرتی ہے، جس سے انجینئرز کو کام کرنے کی صلاحیت کو متاثر کیے بغیر طاقت میں اضافہ کرنے کی اجازت ملتی ہے۔
2. جدید کنکریٹ کی نئی نسل
(1) اصول اور تعریف
پچھلی بہتری کے باوجود، ابھی بھی ضرورت ہے:
(a) اعلی طاقت کے ساتھ کنکریٹ؛
(b) کلورائیڈ آئنوں اور دیگر نقصان دہ مادوں کو کنکریٹ کے محلول میں گھسنے سے روکیں، جو لوہے کی سلاخوں کے سنکنرن اور کنکریٹ کی کمزور پائیداری کا باعث بن سکتے ہیں۔
(c) متبادل مواد جو سیمنٹ کی پیداوار کے دوران فضا میں خارج ہونے والے کاربن مونو آکسائیڈ 2 کے اخراج کو کم کرنے کے لیے پورٹ لینڈ سیمنٹ کی جگہ لے سکتا ہے۔
لہذا، الٹرا ہائی پرفارمنس کنکریٹ، یا UHPC کو ایک نئی کنکریٹ ٹیکنالوجی کے طور پر تیار کیا گیا جو مطلوبہ معیارات پر پورا اتر سکے۔ یہ اس تفہیم کی بنیاد پر تیار کیا گیا تھا کہ صرف پانی اور سیمنٹ کے تناسب کو کم کرنا مطلوبہ کارکردگی کو حاصل کرنے کے لیے کافی نہیں ہے۔ اس کے علاوہ، عمدہ اور انتہائی باریک ذرات کے لیے آپٹمائزڈ فلرز کی ضرورت ہوتی ہے۔ سائز کی تقسیم کے ساتھ ساتھ ان ذرات کی شکل اور ساخت کے معیار کو احتیاط سے کنٹرول کیا جانا چاہیے۔
UHPC اور روایتی کنکریٹ کے درمیان فلر سسٹم میں فرق۔ UHPC میٹرکس کی کثافت اور بھی بڑھ گئی ہے۔ اس کے لیے بڑے ذرات کے درمیان خالی جگہوں کو پُر کرنے کے لیے موٹے مجموعوں کے خاتمے اور مائیکرو اسٹرکچرل سطح پر انتہائی باریک ذرات کی تقسیم کی ضرورت ہے۔ UHPC فلر سسٹمز میں بہتری یقینی طور پر UHPC کنکریٹ کی مضبوطی میں اضافہ کرے گی، استحکام اور مجموعی کارکردگی میں اضافہ کرے گی۔
درحقیقت، UHPC کنکریٹ کی ایک نئی شکل ہے جو کہ ایک نیا جامع تعمیراتی مواد ہے۔ اس کی اعلیٰ کمپریسیو طاقت اور نرمی باریک اور انتہائی باریک ذرات کی پیکنگ اور سٹیل کے ریشوں کے اضافے سے حاصل کی جاتی ہے۔ خاص طور پر، یہ اصلاح خوردبینی پیمانے پر تمام ذرات کو یکساں طور پر تقسیم کرے گی تاکہ بڑے ذرات سے گھری ہوئی جگہ کو پیک کیا جا سکے۔ اس طرح، بہترین خصوصیات کے ساتھ کنکریٹ فراہم کرنے کے لیے کم پارگمیتا کے ساتھ ایک گھنے میٹرکس حاصل کیا جاتا ہے۔
UHPC کی مختلف تعریفیں ہیں۔ کچھ محققین اصطلاح کو اس کے اہم اجزاء کے لحاظ سے بیان کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر فرزاد وغیرہ۔ UHPC کو سیمنٹ پر مبنی مواد کے طور پر بیان کریں جس میں ذرہ کے اجزاء کی بہتر تقسیم، پانی سے سیمنٹیٹیئس مواد کا تناسب 0.2 سے کم ہے، اور اندرونی فائبر کی تشکیل کا ایک اہم حصہ۔ مشرا اینڈ سنگھ نے UHPC کو ایک خاص قسم کے کنکریٹ کے طور پر بیان کیا جس میں انتہائی باریک ری ایکٹیو مرکبات (یعنی سلیکا فیوم اور فائن کوارٹز)، فائبرز، اور سپر پلاسٹکائزر ہوتے ہیں جبکہ زیادہ بائنڈر مواد اور کم پانی سے اندر بائنڈر تناسب ہوتا ہے۔ ایمی اور شفیق اس اصطلاح کی تعریف ایک فائبر سے تقویت یافتہ، انتہائی پانی کو کم کرنے والے، سیلیکا فیوم سیمنٹ مرکب کے طور پر کرتے ہیں جس میں پانی سیمنٹ کا بہت کم تناسب (W/C) ہوتا ہے، جس کا قطر کے ساتھ انتہائی باریک کوارٹج ریت کی موجودگی ہوتی ہے۔ 0.15 سے 0.60 ملی میٹر، جبکہ عام مجموعی نہیں۔ احمد وغیرہ۔ (2{{20}}16) نے UHPC کو سیمنٹ، سلیکا فیوم (01-1 um)، اور انتہائی باریک کوارٹج ریت (0{21}) کے ساتھ سپر پلاسٹکائزر کے اعلی مواد کے استعمال کے طور پر بیان کیا ہے۔ }}.60 ملی میٹر)، کوارٹج پاؤڈر (10 ام سے کم)، اور موٹے مجموعی ریشوں کے بغیر تیار کردہ مرکب۔ نعمت اللہ وغیرہ۔ UHPC کی تعریف سیمنٹ پر مبنی جامع کے طور پر کریں جس میں عمدہ مواد پر مشتمل بہترین درجہ بندی کے منحنی خطوط، بہت زیادہ طاقت والے مجرد مائیکرو اسٹیل ریشوں، اور 0.25 سے کم واٹر سیمنٹ کا بہت کم تناسب۔ دیگر محققین UHPC کی تعریف اس کی اعلیٰ مکینیکل اور پائیدار خصوصیات کی بنیاد پر کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، Aroraa et al. UHPC کو ایک ایسے مواد کے طور پر متعین کریں جس میں کثیر پیمانے پر مائیکرو اسٹرکچر بہت زیادہ دبانے والی طاقت، اعلی لچکدار اور تناؤ کی طاقت، اور اعلی لچک کے لیے بنایا گیا ہے۔ لی، جے وغیرہ۔ اصطلاح کو ایک اختراعی جامع مواد کے طور پر بیان کریں جو سنکنرن ماحول کے سامنے کنکریٹ ڈھانچے کے لیے ممکنہ امیدوار ہو سکتا ہے۔
مندرجہ بالا تعریف کی بنیاد پر، ہم ایک ایسی تعریف تجویز کر سکتے ہیں جو UHPC کے اہم اجزاء اور اعلیٰ خصوصیات کے ساتھ ساتھ UHPC کی پیداوار کے پیچھے بنیادی ٹیکنالوجی کو یکجا کرے۔ اس لیے UHPC سیمنٹ پر مبنی تعمیراتی مواد کی ایک نئی نسل ہے جس میں بہت زیادہ دبانے والی طاقت، اعلیٰ لچک اور پائیداری ہے، جس کی بنیاد پر: عمدہ اور انتہائی عمدہ مجموعوں (سلیکا فیوم اور ریت) کی مائیکرو آپٹیمائزیشن، پانی میں کمی کرنے والے ایجنٹوں کا اضافہ۔ پانی اور سیمنٹ کے تناسب کو کم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، اور مضبوطی کے لیے اعلیٰ طاقت والے سٹیل کے ریشے استعمال کیے جاتے ہیں۔
(2) الٹرا ہائی کنٹراسٹ اجزاء
اعلیٰ طاقت، نرم اور پائیدار UHPC کنکریٹ باریک ریت، سلکا فیوم، پانی، پانی کو کم کرنے والے مرکبات، اور سٹیل کے ریشوں پر مشتمل ہے۔
① عمدہ مجموعی
فائن ایگریگیٹ UHPC کی مضبوطی اور عمل کے لیے ایک اہم جزو مواد ہے۔ یہ زیادہ بوجھ اٹھانے کی صلاحیت کی وجہ سے کنکریٹ کے استحکام کو برقرار رکھتا ہے۔ اس کی جڑت کی وجہ سے، یہ موسم کے خلاف مزاحمت بھی کرتا ہے۔ اس کے ذرہ کا سائز UHPC میٹرکس میں سب سے بڑا ہے، 150 μm سے 600 μm تک۔ یہ سلکا ریت، کوارٹج ریت، یا قدرتی ریت ہو سکتی ہے۔
UHPC کے لیے سلیکا ریت مہنگی ہے۔ دوسری طرف، کوارٹز ریت دستیاب ہے، لیکن اسے موٹے مجموعی یا قدرتی چٹان سے کچلنے میں وقت لگتا ہے۔ اس کے برعکس، قدرتی ریت کو آسانی سے اور مؤثر طریقے سے UHPC کے لیے عمدہ مجموعی کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، سعودی عرب کے مشرقی صوبے میں باریک ٹیلے کی ریت ہے۔
② پورٹلینڈ سیمنٹ
عام پورٹ لینڈ سیمنٹ بنیادی بائنڈنگ میٹریل ہے اور جب پانی میں ملایا جاتا ہے تو یہ ہائیڈریٹ ہوجاتا ہے اور ایک ٹھوس بن جاتا ہے جو UHPC کنکریٹ میں تمام مجموعوں کو باندھتا ہے۔ یہ بنیادی طور پر دو بنیادی خام مال سے تیار کیا جاتا ہے؛ چونا پتھر اور مٹی. کچلنے اور پیسنے کے بعد، ان مواد کو ایک بھٹے میں گرم کیا جاتا ہے تاکہ سیمنٹ کا کلینک تیار کیا جا سکے، جسے مزید پیس کر تھوڑی مقدار میں جپسم کو باریک پاؤڈر بنا دیا جاتا ہے۔ یہ عام کنکریٹ میں استعمال ہونے والے مواد سے تقریباً دو گنا (600-1000 kg/m) ہے، جس کا اوسط قطر 15 μm ہے۔ لہذا، یہ UHPC میٹرکس کے درمیان دوسرا سب سے بڑا پارٹیکل سائز سمجھا جاتا ہے۔ پانی کے چھوٹے تناسب کی وجہ سے، سیمنٹ کے غیر ہائیڈریٹڈ حصے کو پیکیجنگ کی اصلاح کے لیے دیگر مجموعوں کے ساتھ استعمال کیا جائے گا۔
③ سلکان پاؤڈر
سلیکا فیوم یا مائیکروسیلیکا فرنس کے دھوئیں سے پیدا ہونے والا ایک فضلہ مادّہ ہے جو سلیکان میٹل اور فیروسیلیکون مرکبات تیار کرتا ہے۔ سلکا پاؤڈر کے گول ذرات کا اوسط قطر 0.15 μm ہے، اور زیادہ تر ذرات 1 μm سے کم ہیں۔ لہذا، وہ UHPC میٹرکس میں سب سے چھوٹے ذرات ہیں، جو سیمنٹ کے ذرات سے 100 گنا چھوٹے ہیں۔ یہی وجہ ہے کہ اسے UHPC میٹرکس میں بڑے ذرات کے درمیان خالی جگہوں کو بھرنے کے لیے ایک بہترین فلر سمجھا جاتا ہے۔ اس انتہائی باریک مواد کا استعمال ایک گھنے میٹرکس بناتا ہے جو کنکریٹ کی میکانکی اور پائیدار خصوصیات کو بڑھاتا ہے۔
سلیکا فیوم UHPC مرکب میں 150–250 kg/m3 (سیمنٹ ماس کا 10-30%) کی حد میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ UHPC کنکریٹ میں دبانے والی طاقت اور سلکا فیوم مواد کے درمیان تعلق۔ 81MPa سے زیادہ طاقت والا کنکریٹ بغیر سلیکا فیوم کے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، سیلیکا فیوم مواد کو بڑھانے سے، کمپریشن طاقت تیزی سے بڑھ جاتی ہے۔ اس مواد کا ایک اہم نقصان یہ ہے کہ اس کے انتہائی باریک ذرات کی وجہ سے اسے زیادہ پانی کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن ایک سپر پلاسٹکائزر کے ذریعے پانی کے اسی مواد کو برقرار رکھا جا سکتا ہے۔
④ پانی
پانی UHPC کی تیاری کے لیے ایک اہم مواد ہے۔ پینے کا پانی موزوں ہے اور عام طور پر عام کنکریٹ کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ہائیڈریشن کے عمل کو مکمل کرنے اور آپریٹیبلٹی کو برقرار رکھنے کے لیے پانی کی مقدار کافی ہونی چاہیے۔ عام کنکریٹ کے لیے پانی اور سیمنٹ کا کم از کم تناسب (w/c) تقریباً 0.4–0.5 ہے، بشمول قابل عمل پانی۔ پانی کی مقدار دبانے والی طاقت کے الٹا متناسب ہے، یعنی اگر پانی بڑھتا ہے تو طاقت کم ہو جاتی ہے۔ ہائیڈریشن کے لیے استعمال نہ ہونے والا اضافی پانی کنکریٹ کے مرکب میں خلا پیدا کرتا ہے، جو پارگمیتا کو بڑھاتا ہے اور کنکریٹ کی مضبوطی کو کم کرتا ہے۔
UHPC ٹیکنالوجی میں، ہائی رینج پانی کو کم کرنے والے مرکبات کا استعمال اضافی پانی کے بغیر عمل کو برقرار رکھنے میں مدد کرتا ہے۔ لہذا، w/c تناسب 0.14–0.22 کی حد میں بہترین سطح پر گر جائے گا۔ اس کے نتیجے میں کمپریشن طاقت میں اضافہ ہوتا ہے اور کنکریٹ کی دیگر تمام خصوصیات میں اضافہ ہوتا ہے۔
⑤ بڑی رینج پانی کو کم کرنے والا ایجنٹ
چونکہ کم نمی کے مواد کے ساتھ مکس کرنے پر کنکریٹ کے مرکب کی قابل عمل صلاحیت کم ہو جاتی ہے، اس لیے پانی کو کم کرنے والے ایجنٹوں یا اعلی کارکردگی والے پانی کو کم کرنے والے ایجنٹس، جیسے کہ پولی کاربو آکسیلیٹ، کو مکسنگ کے عمل کے دوران UHPC کنکریٹ میں شامل کرنے کی ضرورت ہے تاکہ اس کی قابل عمل صلاحیت کو بہتر بنایا جا سکے۔ کیمیائی ساخت کے اثر و رسوخ کے حوالے سے، یہ 0 کی حد میں ہونا چاہیے۔{4}}۔{5}}%، جیسے کورٹیئل، وغیرہ۔ تاہم، جیسا کہ بہت سے محققین نے انکشاف کیا ہے، بہترین مواد 1 ہے۔{7}}.4۔
⑥ سٹیل فائبر
کمک کے بغیر کنکریٹ ٹوٹنے کا خطرہ ہے کیونکہ یہ فطرت میں ٹوٹنے والا ہے اور دراڑ کو روکا نہیں جا سکتا۔ لہٰذا، سٹیل کے ریشوں کو UHPC میٹرکس کو مضبوط بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے تاکہ کریک جنریشن کے لیے بہتر مزاحمت فراہم کی جا سکے، ساتھ ہی ساتھ بہتر تناؤ کی طاقت اور فریکچر مزاحمت بھی۔ سٹیل کے ریشوں کی خصوصیات ان کی شکل، لمبائی، قطر، حجم، واقفیت اور طاقت سے ہوتی ہیں۔
