फेरोसिमेंट : व्याख्या व वैशिष्ट्ये (Ferrocement : Definitions & Characteristics)

फेरोसिमेंटसंदर्भात काम करणाऱ्या विविध संस्थांनी त्याची व्याख्या वेगवेगळ्या पद्धतीने केली आहे.

व्याख्या : १) अमेरिकन बुरिओ ऑफ शिपिंग : फेरोसिमेंट हे काँक्रीटचे पातळ आणि अत्यंत प्रबलित कवच असते, ज्यामध्ये स्टील प्रबलक संपूर्ण काँक्रीटमध्ये मोठ्या प्रमाणात वितरित केले जातात. त्यामुळे प्रबलनांतर्गत पदार्थ हे जवळजवळ एकजिनसी पदार्थाप्रमाणे कार्य करतात. (ferrocement is a thin and highly reinforced shell of concrete in which the steel reinforcement is distributed widely throughout the concrete, so that the material under stress acts approximately as a homogeneous material.)

२) बेझुकादोव्ह यांनी फेरोसिमेंटची व्याख्या, प्रबलित पृष्ठाचे क्षेत्रफळ आणि संमिश्राची घनता यांच्या गुणोत्तराच्या स्वरूपात केली आहे. फेरोसिमेंट संरचनेच्या अभिकल्पात वापरलेल्या प्राचलाला ‘विशिष्ट पृष्ठ’ असे म्हणतात. (Bezukladov defined ferrocement in terms of the ratio of surface area of reinforcement to the volume of the composite, a parameter called ‘specific surface’ used in design of ferrocement structures.)

३) ACI समितीची फेरोसिमेंटसंदर्भात व्याख्या : फेरोसिमेंट हे एक प्रकारचे पातळ तटबंदी प्रबलित काँक्रीटचे बांधकाम साहित्य आहे ज्यामध्ये सिमेंट मसाला हा अखंड आणि लहान व्यासाच्या तारांच्या जाळ्यांच्या थरांनी प्रबलित केला जातो. या जाळ्या धातूच्या किंवा इतर कोणत्याही योग्य पदार्थापासून बनविलेल्या असतात. (ACI committee on ferrocement defined it as ‘ ferrocement is a type of thin walled reinforced concrete construction, where usually a hydraulic cement mortar is reinforced with layers of continuous and relatively small diameter wire meshes. The mesh may be made of metallic  or other suitable material.’)

४) फेरोसिमेंटचे संरचनात्मक वर्तन दाखविण्याकरिता त्याची व्याख्या पुढीलप्रमाणे करावी लागेल, सिमेंट मसाला हा लहान तारांच्या जाळ्यांमध्ये तीव्रपणे आवृत केला जातो ज्यामुळे एकजिनसी आणि तंतुक्षम संमिश्र तयार होते. (To represent the structural behaviour of ferrocement it should be defined as’ cement mortar strongly bonded and encased by layers of fine wire meshes making it a homogeneous and ductil composite.’)

या सर्व व्याख्यांवरून लक्षात येईल की लहान तारांच्या जाळ्यांनी बांधून ठेवलेल्या सिमेंट मसाला (Mortar) यातून फेरोसिमेंट संमिश्र (Composite ) बनते.

फेरोसिमेंटची वैशिष्ट्ये : फेरोसिमेंटचे वेगळेपण काय आहे हे खालील पायाभूत कल्पनांवरून समजून येईल.

१) बंधन सामर्थ्यात (Bond Stress) वाढ : प्रबलित काँक्रीट मध्ये त्यावर येणारा भार स्टील आणि काँक्रीट मिळून पेलतात. हा भार एकातून दुसऱ्याकडे संक्रमित होतो तो त्या दोघांमध्ये असलेल्या बंधनामुळे. काँक्रीटची बंधनशक्ती फारच मर्यादित असते. त्यामुळे जर दोघांमधील संपर्कक्षेत्र वाढविले तरच हे संक्रमण जास्त मोठ्या प्रमाणावर होऊ शकेल. ते संपर्कक्षेत्र वाढवण्याचे काम लहान आकाराच्या तारा करतात.

२)   संपर्कक्षेत्र कसे वाढते : लहान तारांमुळे संपर्कक्षेत्र कसे वाढते ते खालील कोष्टकात दाखवले आहे. १० मिमी. व्यासाच्या लोखंडी सळई ऐवजी (जिचे क्षेत्रफळ ७८.५४ चौ.मिमी.आहे)  ३, १, ०.६३ आणि ०.५ मिमी. व्यासांच्या तारा वापरल्या तर संपर्कक्षेत्र किती पटीत वाढते हे यावरून लक्षात येईल.

तक्ता क्र. १ : संपर्कक्षेत्र कोष्टक

‌संपर्कक्षेत्र वाढल्यामुळे लोखंड आणि काँक्रीट यांच्यातील बांधिलकी इतकी वाढेल की ते जवळजवळ एकसंध पदार्थ बनतील आणि एकमेकांतील बंधन वाढल्यामुळे त्याचे तन्यता सामर्थ्यही (Tensile Strength) अनेक पटींनी वाढेल. ही एवढी वाढते की तन्यता सामर्थ्याच्या चाचणीमध्ये तारा तुटतात परंतु मसाला सोडून बाहेर येत नाहीत.

‌३) फेरोसिमेंटचा एकसंधिपणा : फेरोसिमेंटमध्ये जाळ्यांचे अनेक पदर बांधलेले असतात. मुळातच कमी जाडी आणि इतक्या जाळ्या, त्यामुळे फेरोसिमेंटमध्ये लोखंड सर्वत्र विखुरलेले असते, म्हणूनच त्याचा एकसंधीपणा आणखीनच वाढतो. फेरोसिमेंटमध्ये जाळ्यांवरील आवरण ३ ते ५ मिमी. इतकेच असते. लोखंडाचे प्रमाण ८%  पर्यंत असू शकते. या सर्वांचा फायदा असा होतो की; त्याचे संपीडन सामर्थ्य (Compressive Strength), तन्यता सामर्थ्य, कर्तन सामर्थ्य (Shear Strength), धक्के सहन करण्याचे सामर्थ्य भरपूर प्रमाणात वाढते.

४) विखुरलेल्या जाळ्या : जाळ्या सर्वत्र पसरल्या असल्याने आणि त्यांनी मसाल्याला पक्के धरून ठेवले असल्याने फेरोसिमेंटला तडे जाण्याची प्रवृत्ती खूपच कमी होते. तडे पडले तरी ते एवढे बारीक असतात की त्यातून पाण्याचा कणही जाऊ शकत नाही. या उपजत गुणामुळेच जलसंवर्धनाच्या सर्व प्रकारच्या कामात फेरोसिमेंटशिवाय दुसरा पर्याय नाही.

५) मिश्रणाचा सिद्धांत / मिश्रणाची उपपत्ति (Theory of Mixture) : आरसीसी मध्ये लोखंड आणि काँक्रीटमधील बंधन खूप कमी असते. त्यामुळे ती दोघे त्यांचेवर आलेला भार आपापल्या शक्तीप्रमाणे वेगवेगळा पेलतात. एकमेकास मदत करीत नाहीत. आरसीसी हे बहुजिनसी (Heterogeneous) बांधकाम साहित्य आहे. त्यामुळे प्रत्येक घटकाने पेललेले भार एकत्र केले की पेललेला एकूण भार काढता येतो. याला “मिश्रणाचा सिद्धांत” म्हणतात.

जगभर फेरोसिमेंटचे अभिकल्पही (Design) याच पद्धतीने आरसीसी सारखे केले जातात. यात फेरोसिमेंटच्या भरपूर तन्यता सामर्थ्य आणि बंधन सामर्थ्य तसेच तडे पडण्यावर नियंत्रण याचा विचारच केलेला नसतो. त्यामुळे ही पद्धत कालबाह्य ठरते. हे अभिकल्पजोपर्यंत काँक्रीटला पहिला तडा जात नाही तोपर्यंतच उपयोगी असतात.

६) द्रावण सिद्धांत (Theory of Solution) : जबरदस्त बंधन सामर्थ्यामुळे फेरोसिमेंट एकसंध पदार्थ बनते. फेरोसिमेंटवर येणारा भार त्याचे घटक म्हणजे लोखंडी तारा आणि मसाला स्वतःच्या शक्तीनुसार तर पेलतातच पण त्यात त्या दोघांमधील बंधनही भार उचलण्यात सहभागी होते. म्हणजे घटक एकमेकांत  मिसळून गेलेल्या द्रावणासारखे एकत्र काम करतात. अशा प्रकारच्या पदार्थांना द्वि-प्रावस्था संमिश्र (two-phase composite) म्हणतात. याचे वैशिष्ट्य म्हणजे त्याचे घटक एकत्र आल्यावर संमिश्राची शक्ती वाढवतातच पण त्याचबरोबर स्वतःच्या शक्तीतही भर घालतात. फेरोसिमेंटमध्ये त्याची स्वतःची शक्ती वाढताना लोखंडी तारांचा शरण बिंदू (Yield Point) आणि मसाल्याचे प्रथम भंजन प्रतिबलही (First Crack Stress) वाढते. द्वि-प्रावस्था संमिश्राचे सामर्थ्य काढण्यासाठी “द्रावण सिद्धांत” वापरतात. त्यात फेरोसिमेंटचे घटक, त्याचे एकमेकांवर अवलंबून असणे आणि त्यातून निर्माण होणारी एकत्रित शक्ती यांचा मेळ घातला जातो.

कोणत्याही प्रकारच्या बांधकामावर येणारे भार तीन प्रकारात मोडतो. प्रत्यक्ष (Direct), आनमन / सुनम्य (Flexural) आणि गतिज (Dynamic). फेरोसिमेंटर येणारा कोणत्याही प्रकारचा भार कसा पेलावा हे ठरविण्याकरिता या तीन प्रकारांनी केलेल्या अभिकल्पाचा उपयोग होतो. म्हणून हे अभिकल्प जास्त सयुक्तिक (Legitimate) आहे.

७) फेरोसिमेंट या द्वि-प्रवस्था संमिश्राचे सामर्थ्य हे त्यामध्ये तारा किती आणि कोणत्या व्यासाच्या वापरल्या तसेच सिमेंट मसाला किती शक्तीचा वापरला यावर अवलंबून असते. यांचे प्रमाण बदलले की त्याची शक्तीही बदलते. तसेच फेरोसिमेंटचे प्रमाण तेच असले तरी त्याची दाब सामर्थ्य आणि तन्यता सामर्थ्य वेगवेगळे असते.

८) सामर्थ्य आणि भार यांचे गुणोत्तर : फेरोसिमेंट कमी जाडीच्या भिंतींच्या स्वरूपात बनवले जाते. जाडी कमी असली तरी सामर्थ्य मात्र भरपूर असल्यामुळे त्याचे सामर्थ्याचे भाराशी असलेले गुणोत्तर (Strength to Weight Ratio) खूप जास्त असते. याचा वेगवेगळ्या बांधकामासाठी केलेला तौलनिक अभ्यास खालील तक्त्यात दिला आहे.

तक्ता क्र. २ : शक्ती / वजन निर्देशांक तक्ता

९) सर्व बांधकाम पातळ, कमी जाडीच्या भिंतींच्या स्वरूपात : पारंपरिक बांधकामात इमारतीचे भाग म्हणजे पाया, भिंती, छप्पर, स्तंभ, तुळई (Beams) हे सर्व भरीव ठोकळ्याच्या रूपात असतात. ते विटा एकावर एक रचून किंवा फर्म्यात (Template) काँक्रीट ओतून उभारतात.  फेरोसिमेंटमध्ये जाळ्यात मसाला भरण्याच्या पद्धतीमुळे ते कमी जाडीच्या भिंतींच्या स्वरूपातच तयार होते. त्यामुळे या भिंती एकमेकांस जोडून किंवा त्यांना वेगवेगळे आकार देऊन इमारतीचे निरनिराळे भाग बनविले जातात. स्टीलच्या बांधकामात जसे पातळ पत्रे, अँगल्स, लाटीव पोलाद बडोद/कडी (Rolled Steel Joist; RSJ) वापरून इमारती बांधतात तसेच फेरोसिमेंटमध्ये करावे लागते. फेरोसिमेंटचा एक मोठा फायदा म्हणजे त्यात कोणत्याही प्रकारचा आकार सहज बनवता येतो. त्यातूनच फेरोसिमेंटच्या पोकळ भिंती (Cavity Walls), पोकळ लादी (Hollow Floors), दृढीकृत पट्ट (Stiffened Plates), विस्तृत-विस्तार तुळई (Wide-Flange Beam) आणि स्तंभ (Columns) असे अनेक वेगवेगळे आकार साकारतात. हे आकार पारंपरिक पद्धतीच्या बांधकामात बनवणे शक्य नसते. शिवाय या दिलेल्या आकारातून बांधकामास अधिक सामर्थ्यही मिळू शकते

१०) नवीन प्रकारचे संरचनात्मक घटक (Structural Members) : फेरोसिमेंटच्या अशा वेगळ्या प्रकारच्या बांधकाम पद्धतींमुळे त्यात अगदी वेगळ्या आकाराचे संरचनात्मक घटक आपोआपच तयार होतात. दृढीकृत खंड भिंत (Stiffened Panel Wall) , बंद पेट्यांच्या आकाराची लादी (Box Sectioned Slab), विस्तृत-विस्तार तुळई आणि स्तंभ, अंगभूत त्रिमितीय साचेकाम (In-built three Dimensional Framework), अंगभूत कर्तन भिंती (In-built Shear Walls) आणि अंगभूत दृढीकृत पटल (In-built Stiffened Diaphragm) ही त्याची काही  उदाहरणे आहेत.

११) बांधकामाची नवी पद्धत : फेरोसिमेंटच्या वेगळ्या आकारातून इमारती उभे करण्याचे एक वेगळेच तंत्रज्ञान यातून निर्माण होते.त्यातून  बांधकामाच्या पद्धतीतही आमूलाग्र बदल घडून येतो. ही पद्धत जागेवर करावयाच्या बांधकामात तसेच पूर्वाकारित (Precast) पद्धतीच्या बांधकामातसुद्धा वापरता येते.

पहा : तंतू प्रबलित काँक्रीट; स्वघनीकरण होणारे काँक्रीट; सिमेंट

समीक्षक : सुहासिनी माढेकर