ग्राउंड ग्रेन्युलेटेड ब्लास्ट फर्नेस स्लैग

ग्राउंड ग्रेन्युलेटेड ब्लास्ट-फर्नेस स्लैग (जीजीबीएस या जीजीबीएफएस) एक ब्लास्ट फर्नेस से पिघले हुए लौह स्लैग (लोहे और स्टील बनाने का एक उप-उत्पाद) को पानी या भाप में बुझाकर प्राप्त किया जाता है, ताकि एक कांच जैसा, दानेदार उत्पाद तैयार किया जा सके जिसे बाद में सुखाया जाता है। जो पानी के संपर्क के पश्चात में कैल्शियम सिलिकेट हाइड्रेटस (C-S-H) बनाता है। यह बल बढ़ाने वाला यौगिक है जो ठोस के स्थायित्व में सुधार करता है। यह मेटलर्जिक सीमेंट का घटक है ( यूरोपीय मानक में ). इसका मुख्य लाभ, प्रतिक्रिया गर्मी की मंद विमुक्ति है, सीमेंट परिस्थिति एवं कंक्रीट प्रतिक्रिया के समय बड़े स्तर पर ठोस घटकों एवं संरचनाओं के तापमान में वृद्धि की अनुमति देता है।

उत्पादन एवं संरचना
लौह उत्पादन प्रक्रिया में कच्चे माल की संरचना के आधार पर लावा की रासायनिक संरचना अधिक भिन्न होती है। अयस्क एवं कोक (ईंधन) से सिलिकेट एवं एल्युमिनेट अशुद्धियों को धमन-भट्ठी (धातु विज्ञान) के साथ जोड़ा जाता है जो धातुमल की चिपचिपाहट को अल्प करता है। पिग आयरन उत्पादन के स्थिति में, प्रवाह में अधिकतर चूना पत्थर एवं फोरस्टराइट या कुछ स्थितियो में डोलोमाइट (खनिज) का मिश्रण होता है। धमन-भट्ठी में लावा लोहे के ऊपर तैरता है एवं भिन्न करने के लिए छान लिया जाता है। धातुमल के ठंडा होने से पिघला हुआ Ca-Al-Mg सिलिकेट्स के संयोजन से युक्त अप्राप्य क्रिस्टलीय सामग्री का परिणाम होता है। उत्तम लावा प्रतिक्रिया शीलता या हाइड्रोलिकिटी प्राप्त करने के लिए, लावा मेल्ट को मेरविनाइट एवं मेलिलाइट के क्रिस्टलीकरण को बाधित करने के लिए तीव्र गति से ठंडा करने या 800 °C से नीचे बुझाने की आवश्यकता होती है। लावा को ठंडा एवं खंडित करने के लिए, दानेदार बनाने की प्रक्रिया को प्रारम्भ किया जा सकता है जिसमें पिघले हुए धातुमल को दबाव में पानी या वायु की धाराओं के अधीन किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, पेलेटाइजेशन प्रक्रिया में, तरल लावा को आंशिक रूप से पानी से ठंडा किया जाता है एवं पश्चात में घूर्णन ड्रम द्वारा वायु में प्रक्षेपित किया जाता है। उपयुक्त प्रतिक्रियाशीलता प्राप्त करने के लिए, प्राप्त अंशो को पोर्टलैंड सीमेंट के समान सूक्ष्म तक पहुँचने के लिए पीसा जाता है।

धमन-भट्ठी लावा के मुख्य घटक CaO (30-50%), SiO2 (28-38%), Al2O3 (8-24%), एवं MgO (1-18%) है। सामान्य रूप से लावा की CaO सामग्री में वृद्धि से धातुमल की मूलता में वृद्धि होती है एवं संपीडक बल में वृद्धि होती है। MgO एवं Al2O3 सामग्री क्रमशः 10-12% एवं 14% तक समान प्रवृत्ति दिखाती है, जिसके आगे कोई सुधार प्राप्त नहीं किया जा सकता है। खनिज जलयोजन के साथ लावा रचना को सहसंबंधित करने के लिए कई संरचनागत अनुपात या तथाकथित हाइड्रोलिक अनुक्रमणिका का उपयोग किया गया है; उत्तरार्द्ध को प्रायः बंधक संपीड़न बल के रूप में व्यक्त किया जाता है। पोर्टलैंड सीमेंट के साथ सम्मिश्रण के लिए उपयुक्त लावा की कांच सामग्री सामान्यतः 90-100% के मध्य भिन्न होती है यह शीतलन विधि एवं उस तापमान पर निर्भर करती है जिस पर शीतलन प्रारम्भ किया जाता है। बुझते हुए कांच की संरचना अधिक सीमा तक नेटवर्क बनाने वाले तत्वों जैसे C एवं L पर नेटवर्क-संशोधक जैसे Ca, Mg एवं कुछ सीमा तक L के अनुपात पर निर्भर करती है। नेटवर्क-मॉडिफ़ायर की बढ़ी हुई मात्रा में प्रतिक्रियाशीलता का उच्च स्तर होता है।

धमन भट्टी लावा के सामान्य क्रिस्टलीय घटक मर्विनाईट एवं मेलिलिट हैं। अन्य अल्प घटक जो प्रगतिशील क्रिस्टलीकरण के समय बन सकते हैं, बेलाइ, मॉन्टिसेलाइट, रैनकिनाइट,  वोलास्टोनाइट एवं फोर्सटेराइट होते है। अल्प मात्रा में सल्फर सामान्यतः  ओल्डहैमाइट के रूप में सामने आता है।

अनुप्रयोग
जीजीबीएस का उपयोग साधारण पोर्टलैंड सीमेंट एवं अन्य पॉज़ज़ोलैनिक सामग्रियों के संयोजन में स्थिर कंक्रीट संरचनाएँ बनाने के लिए किया जाता है। यूरोप में जीजीबीएस का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, एवं संयुक्त राज्य अमेरिका एवं एशिया में (विशेष रूप से जापान एवं सिंगापुर में) ठोस स्थायित्व में स्वयं श्रेष्ठता के लिए, भवनों के जीवनकाल को पचास वर्ष से सौ वर्ष तक विस्तारित करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

जीजीबीएस के दो प्रमुख उपयोग गुणवत्ता-उत्तम लावा सीमेंट के उत्पादन में हैं, अर्थात् पोर्टलैंड धमन-भट्ठी सीमेंट (PBFC) एवं उच्च लावा धमन-भट्ठी सीमेंट (HSBFC), जिसमें जीजीबीएस सामग्री सामान्यतः 30 से 70% तक होती है; एवं प्रस्तुत किया गया कंक्रीटदृष्टि दल स्थिर के उत्पादन में किया जाता है।

जीजीबीएस सीमेंट से बना कंक्रीट साधारण पोर्टलैंड की तुलना में मंद समुच्चय होता है, जो सीमेंट सामग्री में जीजीबीएस की मात्रा पर निर्भर करता है, किन्तु उत्पादन की स्थिति में भी लंबी अवधि में बलप्राप्त करना निरंतर प्राप्त करता है। इसके परिणाम स्वरूप खनिज हाइड्रेशन की ऊष्मा एवं अल्प तापमान बढ़ जाता है, ठंडे जोड़ों से बचना सरल हो जाता है, किन्तु यह निर्माण कार्यक्रम को भी प्रभावित कर सकता है जहां त्वरित व्यवस्था की आवश्यकता होती है।

जीजीबीएस का उपयोग क्षार-सिलिका प्रतिक्रिया (एएसआर) के कारण होने वाले क्षति की हानि को अधिक अल्प कर देता है, क्लोराइड प्रवेश के लिए उच्च प्रतिरोध प्रदान करता है - सुदृढीकरण संघर्ष की हानि को अल्प करता है - एवं सल्फेट एवं अन्य रसायनों द्वारा प्रहारों के लिए उच्च प्रतिरोध प्रदान करता है।

जीजीबीएस सीमेंट का उपयोग कैसे किया जाता है
जीजीबीएस सीमेंट को कंक्रीट निर्माता के बैचिंग प्लांट में पोर्टलैंड सीमेंट, समुच्चय एवं पानी के साथ कंक्रीट में जोड़ा जा सकता है। मिश्रण में सीमेंट सामग्री के समुच्चय एवं पानी के सामान्य अनुपात अपरिवर्तित रहते हैं। जीजीबीएस का उपयोग पोर्टलैंड सीमेंट के प्रत्यक्ष प्रतिस्थापन के रूप में भार के आधार पर किया जाता है। जीजीबीएस के लिए प्रतिस्थापन स्तर 30% से 85% तक भिन्न होता है। अधिकतर उदाहरणों में सामान्यतः 40% से 50% का उपयोग किया जाता है।

यूरोप में कंक्रीट में पोर्टलैंड सीमेंट के अतिरिक्त जीजीबीएस का उपयोग कंक्रीट मानक EN 206:2013 में सम्मिलित है। यह मानक सामान्य पोर्टलैंड सीमेंट के साथ-साथ कंक्रीट में परिवर्धन की दो श्रेणियों को स्थापित करता है, लगभग निष्क्रिय परिवर्धन (प्रकार I) एवं व्यक्त हाइड्रोलिक परिवर्धन (प्रकार II) है। जीजीबीएस सीमेंट पश्चात की श्रेणी में आता है। चूंकि जीजीबीएस पोर्टलैंड सीमेंट की तुलना में मूल्यवान होता है, जीजीबीएस सीमेंट से बने कंक्रीट का मूल्य साधारण पोर्टलैंड सीमेंट के समान होगी।

इसका मिश्रण अनुपात के अनुसार आंशिक रूप से उपयोग किया जाता है।

स्थायित्व
सल्फेट प्रहार एवं क्लोराइड प्रहार दोनों के विरुद्ध सुरक्षा प्रदान करने के लिए जीजीबीएस सीमेंट को कंक्रीट में नियमित रूप से निर्दिष्ट किया जाता है। जीजीबीएस ने अब स्वयं उत्तम प्रदर्शन एवं एसआरपीसी की तुलना में अधिक अल्प वित्त के कारण सल्फेट-प्रतिरोधी पोर्टलैंड सीमेंट (SRPC) को प्रभावी रूप से सल्फेट प्रतिरोध के लिए व्यापार में परिवर्तित कर दिया है। डबलिन डॉकलैंड्स में अधिकांश परियोजनाएं स्पेंसर डॉक समेत सल्फेट प्रतिरोध के लिए उपसतह कंक्रीट में जीजीबीएस का उपयोग कर रहे हैं।

थोक विद्युत प्रतिरोधकता परीक्षण विधि है जो ठोस प्रतिरूपो की प्रतिरोधकता को माप सकती है। (एएसटीएम 1876-19) उच्च विद्युत प्रतिरोधकता उच्च आयन स्थानांतरण प्रतिरोधकता एवं इस प्रकार के स्थायित्व का संकेत हो सकता है। कंक्रीट में 50% जीजीबीएस को परिवर्तित करके, शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि स्थायित्व में अधिक सुधार किया जा सकता है। क्लोराइड के प्रहार से बचाने के लिए, कंक्रीट में 50% के प्रतिस्थापन स्तर पर जीजीबीएस का उपयोग किया जाता है। क्लोराइड के प्रहार के उदाहरण समुद्री वातावरण में एवं पथ के पुलों में प्रबलित कंक्रीट में होते हैं, जहां पथ के डी-आइसिंग लवणों से छींटे पड़ने पर कंक्रीट को दीप्तिमान् किया जाता है। आयरलैंड में अधिकांश राष्ट्रीय पथ प्राधिकरण परियोजनाओं में अब जीजीबीएस पुल पियर्स के लिए संरचनात्मक कंक्रीट एवं क्लोराइड प्रहार से सुरक्षा के लिए सीमा में निर्दिष्ट है। ऐसे उदाहरणों में जीजीबीएस के उपयोग से संरचना का जीवन 50% तक बढ़ जाएगा, केवल पोर्टलैंड सीमेंट का उपयोग किया गया था, एवं अधिक मूल्यवान स्टेनलेस स्टील को दृढ़ करने की आवश्यकता को रोकता है।

बड़े कंक्रीट डालने में तापमान वृद्धि को सीमित करने के लिए जीजीबीएस का भी नियमित रूप से उपयोग किया जाता है। जीजीबीएस सीमेंट का अधिक क्रमिक हाइड्रेशन पोर्टलैंड सीमेंट की तुलना में अल्प तापमान शिखर एवं अल्प कुल समग्र ऊष्मा दोनों उत्पन्न करता है। यह कंक्रीट में थर्मल ग्रेडियेंट को अल्प करता है, जो माइक्रोक्रैकिंग की घटना को बाधित करता है, जो कंक्रीट को दुर्बल कर सकता है एवं इसकी स्थायित्व को अल्प कर सकता है, एवं इस उद्देश्य के लिए कॉर्क (शहर) में जैक लिंच सुरंग के निर्माण में इसका उपयोग किया गया था।

उपस्थिति
पोर्टलैंड सीमेंट से बने कंक्रीट के स्टोनी ग्रे के विपरीत, जीजीबीएस सीमेंट का निकट-सफेद रंग आर्किटेक्ट को बिना किसी अतिरिक्त वित्त के खुले निष्पक्ष-कंक्रीट समाप्त करने के लिए रंग प्राप्त करने की अनुमति देता है। हल्के रंग की पूर्णता को प्राप्त करने के लिए, जीजीबीएस को सामान्यतः 50% एवं 70% के मध्य के प्रतिस्थापन स्तरों पर निर्दिष्ट किया जाता है, चूँकि 85% तक के उच्च स्तरों का उपयोग किया जा सकता है। जीजीबीएस कणों की सूक्ष्मता के कारण जीजीबीएस सीमेंट भी चिकनी, अधिक दोष मुक्त सतह का उत्पादन करता है। जीजीबीएस कंक्रीट में गंदगी इतनी सरलता से नहीं चिपकती जितनी सरलता से पोर्टलैंड सीमेंट से बनी कंक्रीट, रखरखाव की वित्त को अल्प करती है। जीजीबीएस सीमेंट कैल्शियम कार्बोनेट एकत्रित द्वारा ठोस सतहों का धुंधलापन, पूर्णतः की घटना को बाधित करता है। इसके अधिक अल्प चूना (खनिज) के कारण सामग्री एवं अल्प पारगम्यता, 50% -से -60% के प्रतिस्थापन स्तर पर उपयोग किए जाने पर जीजीबीएस उत्फुल्लन को बाधित करने में प्रभावी है।

शक्ति
जीजीबीएस सीमेंट युक्त कंक्रीट में पोर्टलैंड सीमेंट से बने कंक्रीट की तुलना में उच्च बलहोती है। इसमें केवल पोर्टलैंड सीमेंट से बने कंक्रीट की तुलना में बलबढ़ाने वाले कैल्शियम सिलिकेट हाइड्रेट्स (CSH) का अनुपात अधिक होता है, एवं मुक्त कैलशियम की मात्रा अल्प होती है, जो कंक्रीट की दृढ़ी में योगदान नहीं करती है। जीजीबीएस के साथ बने कंक्रीट समय के साथ बलप्राप्त करना निरंतर रखता है, एवं 10 से 12 वर्षों की अवधि में इसकी 28 दिनों की बलको दोगुना करने के लिए दिखाया गया है।

कंक्रीट में प्रतिस्थापन के लिए भूमि को दानेदार बनाने के लिए विस्फोट करने वाली भट्ठी का लावा (जीजीबीएस) की इष्टतम अंश केवल सीमेंट से बने कंक्रीट की तुलना में उच्च संपीड़ित बलप्रदान करने के लिए द्रव्यमान द्वारा 20-30% बताई गई थी।

स्थिरता
चूंकि जीजीबीएस इस्पात निर्माण प्रक्रिया का उप-उत्पाद है, कंक्रीट में इसके उपयोग को ऊर्जा एवं पर्यावरण डिज़ाइन में नेतृत्व के साथ-साथ पर्यावरण मूल्यांकन पद्धति के निर्माण (BEAM) द्वारा मान्यता प्राप्त होती है। हांगकांग में, परियोजना की स्थिरता में सुधार के रूप में एवं लीड एवं बीम प्लस प्रमाणन की ओर अंक जोड़ेंगे। इस संबंध में, जीजीबीएस का उपयोग उन स्थितियो के अतिरिक्त अधिरचना के लिए भी किया जा सकता है जहां कंक्रीट क्लोराइड एवं सल्फेट्स के संपर्क में है- कि भवन के रूप के लिए मंद व्यवस्था का समय उचित होना चाहिए।

बाहरी संबंध

 * The Concrete Society, Cementitious Materials: The effect of जीजीबीएस, fly ash, silica fume and limestone fines on the properties of concrete Cementitious materials