সিলিকা ফিউম কংক্রিট

সিলিকা ফিউম এক ধরনের দানাদার সিলিকা। এটি মাইক্রো সিলিকা নামেও পরিচিত। অত্যন্ত পরিষ্কার ও বিশুদ্ধ খনিজ দ্রব্য বিশেষ। সাধারণত কংক্রিটের উপাদানসমূহে নির্দিষ্ট মাত্রায় শক্তি বৃদ্ধির লক্ষ্যে সিলিকা ফিউমের মিশ্রণ ঘটানো হয়। সিলিকার সঙ্গে কয়লার মিশ্রণকে বৈদ্যুতিক চুল্লির দ্বারা পরিশোধন বা এর উপাদানসমূহের পরিশোধন দ্বারা পরিমাণে হ্রাস করার সময় এবং এই প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সিলিকা ও ফেরোসিলিকন উৎপাদনের সময় উপজাত হিসেবে সিলিকা ফিউম উৎপন্ন হয়। এ ছাড়া সিলিকা ফিউম ফেরোক্রোমিয়াম, ফেরোম্যাগনেজ, ফেরোম্যাগনেসিয়াম এবং ক্যালসিয়াম সিলিকন প্রস্তুত করার সময় উপজাত হিসেবে পাওয়া যায়। ১৯৭০ সালের মধ্য ভাগের আগে প্রায় সব সিলিকা ফিউম প্রকৃতিতেই মিশে যেত, যা ছিল পরিবেশের জন্য ক্ষতিকর। তাই পরিবেশ বিপর্যয় রোধে সিলিকা ফিউম সংগ্রহ এবং নিষ্কাশনের যথাযথ ব্যবস্থা নেওয়া হয়। এরপর থেকেই শুরু হয় সিলিকা ফিউমের অর্থনৈতিকভাবে বিভিন্ন ধরনের বাস্তবিক কাজে প্রয়োগ ও ব্যবহার।

সিলিকা ফিউমকে অনেক সময় ফিউমড সিলিকা বলে ভুল করা হয়, যা সাধারণভাবে পাইরোজেনিক সিলিকা নামে পরিচিত। যা-ই হোক ফিউমড সিলিকার উৎপাদন পদ্ধতির উপাদানসমূহের বৈশিষ্ট্য এবং বাস্তব ক্ষেত্রে এর প্রয়োগ, সবকিছুই সিলিকা ফিউম থেকে ভিন্ন।

ফিরে দেখা

প্রথম পোর্টল্যান্ড সিমেন্টের সিলিকা ফিউম দ্বারা পরীক্ষামূলকভাবে কংক্রিট উৎপাদন করা হয় ১৯৫২ সালে। এ ধরনের কংক্রিট উৎপাদনের পর সব থেকে বড় যে সমস্যার সম্মুখীন হয় তা হলো এই বিশেষভাবে নির্মিত কংক্রিটের শক্তিমাত্রা ও অন্য বিষয়সমূহ যেসব বিষয়ের সঙ্গে যুক্ত তা নির্ণয়ের জন্য যথাযথ উপাদানের অপ্রতুলতা। প্রথম দিকের গবেষণায় অত্যন্ত ব্যয়বহুল ফিউমড সিলিকা ব্যবহার করা হয় মসলা (Additives) হিসেবে। ১৯৬০ সালের আগে ইউরোপে এবং ১৯৭০ সালের মধ্যভাগে আমেরিকায় সিলিকা ফিউম পরিবেশে খুবই সাধারণভাবে আবিষ্কৃত হয়।

১৯৭০ সালের মধ্যভাগের দিকে পরিবেশরক্ষায় কঠিন ও বিশেষ আইন প্রয়োগের ফলে সিলিকন গলানোকারী প্রতিষ্ঠান বা ব্যক্তিরা সিলিকা ফিউম মজুদ করা শুরু করে। পাশাপাশি সিলিকা ফিউমের বিভিন্ন বাস্তবিক প্রয়োগের অনুসন্ধান চলতে থাকে। নরওয়েতে প্রাথমিকভাবে সিলিকা ফিউমের সফল প্রয়োগ সবার দৃষ্টি আকর্ষণ করে। প্রমাণিত হয় যেসব পোর্টল্যান্ড সিমেন্টে সিলিকা ফিউম যুক্ত করা হয়, সেসব সিমেন্ট দিয়ে নির্মিত কংক্রিটের শক্তি অনেক বেশি হয় এবং এর উপাদান অনেক কম লাগে। যখন থেকে গবেষণার মাধ্যমে সিলিকা ফিউমের উন্নতি সাধন হয়েছে তখন থেকেই এটা কংক্রিটের সবচেয়ে দামি, গুরুত্বপূর্ণ এবং বৈচিত্র্যপূর্ণ Admixture-এ পরিণত হয়েছে। শুধু তা-ই নয়, যেকোনো ধরনের নির্মাণকাজের ক্ষেত্রে এটা সমান গুরুত্বপূর্ণ।

উপাদানসমূহ

সিলিকা ফিউম খুবই মিহি এবং গোলাকার এক ধরনের Particle, যার ব্যাস সাধারণত ১ πস. যদিও এর গড় ব্যাসের থেকে অনেক কম। এর গড় ব্যাস হলো 0.15 πm, যার থেকে খুব সহজেই অনুমান করা যায় যে এটা সিমেন্ট Particle থেকে অনেক ছোট। এই উপাদানগুলো সিমেন্ট Particle থেকে ১০০ ভাগ ছোট হয়ে থাকে। সিলিকা ফিউমের Bulk Density নির্ভর করে Densification-এর মাত্রার ওপর, যা সাধারণত ১৩০ থেকে ৬০০ কেজি প্রতি ঘনমিটার পর্যন্ত হতে পারে। সিলিকা ফিউমের specific gravity সাধারণত ২.২ থেকে ২.৩ এর মধ্যে হয়ে থাকে এবং এর Specific Surface Area সাধারণত ১৫০০০ থেকে ৩০,০০০ বর্গমিটার হয়; প্রতি কেজিতে যদি এটা BET অথবা Nitrogen Adsorption পদ্ধতিতে পরিমাপ করা হয়।

উৎপাদন পদ্ধতি

সিলিকা ফিউম হলো অতি পরিষ্কার ও বিশুদ্ধ খনিজ দ্রব্য বা দানাদার সিলিকা। সিলিকা ও কয়লার মিশ্রণকে বৈদ্যুতিক চুল্লিতে পরিশোধন ও এর উপাদানসমূহের হ্রাস করার সময় এবং এই পদ্ধতিতে সিলিকন ও ফেরোসিলিকন Alloys উৎপাদনের সময় উপজাত হিসেবে সিলিকা ফিউম পাওয়া যায়।

মিক্স ডিজাইন

সিলিকা ফিউমকে কংক্রিটের সঙ্গে সিমেন্টের একটা উপাদান হিসেবে মিশ্রণ ঘটানো হয় এবং এর পরিমাণ সাধারণত কংক্রিটের ওজনের শতকরা ১৫ ভাগ হয়ে থাকে। যদিও সাধারণভাবে এর পরিমাণ ৭ থেকে ১০ ভাগের মতো। তাই সিলিকা ফিউমের পরিমাণ শতকরা ১৫ ভাগ করলে কংক্রিটে শক্তি অনেক বৃদ্ধি পায়। যার ফলে ভঙ্গুর ও অধিক শক্তিমাত্রার কংক্রিট প্রস্তুত সম্ভব হয় এবং কংক্রিটে উপাদানের এই ধরনের মিশ্রণের ফলে কংক্রিটে পানির চাহিদা অনেকাংশে বৃদ্ধি পায় এবং এই পানির পরিমাণ সাধারণত কংক্রিটের পরিমাণের শতকরা ৫ ভাগ হয়ে থাকে।

কংক্রিটে বাতাসের প্রবাহে সিলিকা ফিউমের প্রভাব

বাতাসের প্রবাহ সৃষ্টিতে সাহায্যকারী উপাদানের প্রয়োগ বৃদ্ধি করতে হবে, যাতে করে কংক্রিটে বাতাসের প্রবাহ বৃদ্ধি পায়। যদি কংক্রিটে সিলিকা ফিউম সাধারণভাবে যে পরিমাণে ব্যবহার করা হয়, তার থেকে বেশি পরিমাণে ব্যবহার করা হয়, তাহলে এ ধরনের কংক্রিটে বাতাসের প্রবাহ অনেক বেশি প্রয়োজন হয়। কারণ, এর Surface Area অনেক বেশি হয় এবং এতে কার্বনের উপস্থিতিও বেশি। কংক্রিটে বাতাসের এই Dosage কংক্রিটে ব্যবহৃত সিলিকা ফিউমের পরিমাণের সঙ্গে পরিবর্তিত হয়।

পানির পরিমাণের ওপর সিলিকা ফিউমের প্রভাব

যেসব কংক্রিটে সিলিকা ফিউম ব্যবহার করা হয়, সেই সব কংক্রিটে পানির (Requirement) চাহিদা অনেক বৃদ্ধি পায়। দেখা যায় যে প্রতি পাউন্ড সিলিকা ফিউমের ব্যবহারে কংক্রিটে অতিরিক্ত এক পাউন্ড পানি বেশি প্রয়োজন হয়। এ ধরনের সমস্যা থেকে পরিত্রাণ পেতে বা কংক্রিটে পানির চাহিদা অনেকাংশে কমিয়ে আনা যায় HRWR ব্যবহারের মাধ্যমে (Admixture and Ground Slag 1990)।

কংক্রিটের Consistency এবং Bleeding-এর ওপর সিলিকা ফিউমের প্রভাব

কংক্রিট প্রস্তুত করতে সিমেন্টে যে পরিমাণ সিলিকা ফিউম ব্যবহার করা হয়, তার মধ্যে শতকরা ১০ ভাগ সিলিকা আঠালো পদার্থে পরিণত হয়। যার ফলে কংক্রিটের সব উপাদানের মধ্যে বন্ধন অনেক ভালোভাবে হয়ে থাকে এবং যা কংক্রিটের কার্যক্ষমতা অনেকাংশে বৃদ্ধি করতে সাহায্য করে। তা ছাড়া বিভিন্ন পরীক্ষায় দেখা গেছে যে সিলিকা ফিউম কংক্রিটের Bleeding অনেকাংশে কমিয়ে দেয়, যা সাধারণত Rheological উপাদানের ওপর সিলিকা ফিউমের প্রভাবের দরুন হয়ে থাকে।

কংক্রিটের শক্তির ওপর সিলিকা ফিউমের প্রভাব

সিলিকা ফিউমকে খুব সাফল্যজনকভাবে উচ্চশক্তিসম্পন্ন কংক্রিট উৎপন্ন করতে ব্যবহার করা হয়। এর ফলে পানি প্রবেশে প্রতিবন্ধকতা এবং Chemically Resistant কংক্রিট উৎপন্ন করা সম্ভব হয়। যদি কংক্রিট উৎপাদনের অন্য সব উপাদানকে ঠিক রেখে তাতে সিলিকা ফিউম যোগ করা হয়, তাহলে কংক্রিটের গুণ অনেক বেড়ে যায়।

কংক্রিটের স্থায়ীত্বের ওপর সিলিকা ফিউমের প্রভাব

বিভিন্ন পরীক্ষার মাধ্যমে দেখা গেছে, কংক্রিটে সিলিকা ফিউমের ব্যবহার Air-Void System-এর ওপর তেমন কোনো প্রভাব নেই। গড় Durability Factor ৯৯% থেকেও বেশি।

কংক্রিটের Permeability-এর ওপর সিলিকা ফিউমের প্রভাব

বিভিন্ন গবেষণার মাধ্যমে দেখা গেছে যে কংক্রিটে সিলিকা ফিউম যোগ করলে কংক্রিটের Permeability অনেক কমে যায়। যার ফলে কংক্রিটে পানি প্রবেশের প্রবণতা কমে যায়, তা ছাড়া এর ফলে কংক্রিটে লোনা ধরার হাত থেকেও রক্ষা পায়।

সহজ প্রাপ্যতা

সিলিকা ফিউমকে সাধারণত দুই ধরনের অবস্থায় প্রকৃতিতে পাওয়া যায়।

শুকনো সিলিকা ফিউম

ভেজা সিলিকা ফিউম

শুকনো সিলিকা ফিউম যেমন ভাবে উৎপন্ন বা পাওয়া যায় কংক্রিটে ঠিক তেমন ভাবে ব্যবহার করা যায় এবং কোনো প্রকার শুকনো Admixture ছাড়া Silos এবং Hoppers-এ সংরক্ষণ করা যায়। সিলিকা ফিউম Slurry-এর নিম্ন অথবা উচ্চ Dosages-এর Chemical Admixture-এ খুব সহজে পাওয়া যায়।

কংক্রিটে সিলিকা ফিউম যোগ করলে কংক্রিটের শক্তি যেমন বৃদ্ধি পায়, তেমনি ফ্লোরাইড আয়নের কংক্রিটের মধ্যে প্রবেশে বাধা সৃষ্টি করে, যা কংক্রিটের মধ্যে থাকা স্টিলের ক্ষয় রোধ করে।এর ফলে এ ধরনের কংক্রিট পরিবেশে বহুলভাবে অবস্থিত ক্লোরাইড, উপকূলীয় অঞ্চলের রাস্তা, রেলপথ এবং লোনা পানিতে ব্রিজ তৈরিতে বিশেষভাবে ব্যবহার করা যায়।

সিলিকা ফিউমের মধ্যে অধিক পরিমাণে সিলিকা থাকার কারণে এবং এর উপাদানগুলো খুবই মিহি হবার কারণে সিলিকা ফিউমকে পজোলেনিক উপাদান হিসেবে ব্যাপকভাবে ব্যবহার করা হয়। এ জন্যই সিলিকা ফিউমকে কংক্রিটের উপাদানে মিশ্রণ ঘটিয়ে এর উপাদানগুলোর উন্নতি সাধন করা হয়। কংক্রিটে সিলিকা ফিউমের ব্যবহার পরীক্ষা করে দেখা গেছে যে কংক্রিটের চাপশক্তি (Compressive Strength), বন্ধনশক্তি (Bond Strength) এবং Abrasion Resistance অনেকাংশে বৃদ্ধি করে কংক্রিটের মধ্যে পানি প্রবেশে বাধা সৃষ্টি করে। যার ফলে কংক্রিটের মধ্যে অবস্থিত স্টিলের সুরক্ষা প্রদানের দ্বারা নির্মিত নির্মাণ স্থাপনা দীর্ঘস্থায়িত্ব লাভ করেন।

 প্রকৌশলী সনজিত সাহা

প্রকাশকাল: বন্ধন ৪১ তম সংখ্যা, সেপ্টেম্বর ২০১৩