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जब हम इमारतों के निर्माण में सामग्री का चयन करते हैं, तो यह वास्तव में इस बात को प्रभावित करता है कि भार के तहत वे कितनी अच्छी तरह से टिकती हैं और वास्तुकार अपने डिज़ाइन में कितने लचीले हो सकते हैं। दबाव बलों के मामले में पुनर्बलित कंक्रीट बहुत मजबूत होता है, जिसके कारण इसका उपयोग आधार और ऊंची इमारतों के मध्य भागों के निर्माण के लिए बहुत आम है। दूसरी ओर, संरचनात्मक इस्पात तनाव को बहुत बेहतर ढंग से संभालता है, जिससे बिना सहारा देने वाले स्तंभों के बड़े क्षेत्रों में फैली छतों की संरचना संभव होती है। इमारतों को मौसम की हर तरह की स्थितियों में भी टिके रहने की आवश्यकता होती है। नमी के कारण होने वाली क्षति और समय के साथ तापमान में बदलाव का अंततः निर्माण के दौरान उचित ध्यान न दिए जाने पर नुकसान पड़ता है। उदाहरण के लिए, क्रॉस लैमिनेटेड टिम्बर (CLT) लीजिए। यह आधुनिक लकड़ी का उत्पाद ठोस संरचनात्मक प्रदर्शन प्रदान करके खेल बदल चुका है, जबकि अभी भी डिजाइनरों को रोचक आकृतियों और खुले फर्श योजनाओं को बनाने की अनुमति देता है जिनके लिए पहले महंगे इस्पात समाधान की आवश्यकता होती थी। कुछ हाल की परियोजनाओं ने तो CLT को घुमावदार दीवार खंडों में भी शामिल किया है जहाँ पारंपरिक सामग्री दृश्य और इंजीनियरिंग दोनों आवश्यकताओं को पूरा करने में कठिनाई का सामना करती है।
सही सामग्री का चयन उनकी शक्ति विशेषताओं, विभिन्न वातावरणों के साथ उनके व्यवहार, और विभिन्न प्रकार के भारों को सहने की क्षमता के अनुरूप होने पर निर्भर करता है। तटीय क्षेत्रों के पास जहाँ नमकीन हवा चीजों को क्षरण में डाल देती है, निर्माणकर्ता अक्सर जस्तीकृत स्टील या फाइबर दृढ़ीकृत कंक्रीट जैसी संक्षारण-प्रतिरोधी सामग्री का उपयोग करते हैं। आग के खतरे वाले क्षेत्रों में ऐसी सामग्री की आवश्यकता होती है जो आसानी से न जले, इसलिए वहाँ पत्थर और ईंट लोकप्रिय हैं। जब बात प्रत्येक सामग्री की वास्तविक क्षमता की आती है, तो प्रीकास्ट कंक्रीट पुल के सहारों जैसे बड़े स्थैतिक भारों के लिए बहुत अच्छा काम करता है। लेकिन जब भूकंप के दौरान इमारतों को झुकने की आवश्यकता होती है, तो लैमिनेटेड वेनियर लम्बर (LVL) जैसी सामग्री बेहतर प्रदर्शन करती है क्योंकि वे बिना टूटे उन कंपनों को सोख सकती हैं। इन सभी पहलुओं को सही ढंग से संभालने से संरचनाओं के मरम्मत की आवश्यकता आने से पहले उनका जीवनकाल लंबा हो जाता है। कुछ अध्ययनों से संकेत मिलता है कि इस दृष्टिकोण से समय के साथ रखरखाव व्यय में लगभग 40% तक की कमी आ सकती है। इसके अलावा, यह यह सुनिश्चित करता है कि सब कुछ स्थानीय नियमों के अनुरूप हो, जो एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में काफी भिन्न हो सकते हैं।
आज अधिकांश निर्माण परियोजनाओं के लिए कंक्रीट अब भी प्रथम विकल्प है क्योंकि यह दबाव में अत्यधिक मजबूती प्रदान करता है, जिससे यह सड़कों के निर्माण से लेकर आकाशहरित इमारतों तक बनाने के लिए उत्तम है। आंकड़े भी इसका समर्थन करते हैं - हाल की रिपोर्टों के अनुसार, दुनिया भर के शहरों में सभी इमारतों का लगभग 70 प्रतिशत कंक्रीट से बना है। कंक्रीट को इतना लोकप्रिय बनाने वाली बात यह है कि यह स्टील पुनर्बलन के साथ कितनी अच्छी तरह काम करता है, जिससे मजबूत संरचनात्मक प्रणाली बनती है। लेकिन कुछ समस्याएं हैं जिन्हें हम नजरअंदाज नहीं कर सकते। कंक्रीट को ठीक से जमने में बहुत समय लगता है, कभी-कभी हफ्तों या महीनों तक, और सीमेंट बनाने की प्रक्रिया वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड की बहुत अधिक मात्रा में उत्सर्जन करती है। इन लाभों के बावजूद ये समस्याएं उद्योग को लगातार प्रभावित कर रही हैं।
इस्पात उन परियोजनाओं में उत्कृष्टता दर्शाता है जहाँ त्वरित असेंबली और उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात की आवश्यकता होती है। पूर्व-निर्मित इस्पात फ्रेमवर्क से पारंपरिक कंक्रीट विधियों की तुलना में निर्माण की गति में 50% तक की वृद्धि संभव होती है। भूकंपीय क्षेत्रों में इसकी टिकाऊपन और मॉड्यूलर डिज़ाइन के लिए अनुकूलन क्षमता गगनचुंबी इमारतों और औद्योगिक सुविधाओं के लिए इसे अपरिहार्य बनाती है।
क्रॉस-लेमिनेटेड टिम्बर (CLT) जैसे इंजीनियर्ड लकड़ी उत्पाद स्थायित्व को संरचनात्मक अखंडता के साथ जोड़ते हैं। CLT पैनल पारंपरिक विधियों की तुलना में निर्माण अपशिष्ट को 30% तक कम कर देते हैं (वन नवाचार रिपोर्ट 2023), जबकि उनकी प्राकृतिक सौंदर्य आकर्षण पर्यावरण-चेतन विकास के लिए उपयुक्त है। हालाँकि, नमी और कीटों के प्रति संवेदनशीलता के कारण दीर्घायु को सुनिश्चित करने के लिए उन्नत उपचार की आवश्यकता होती है।
ईंट की इमारत उच्च थर्मल द्रव्यमान प्रदान करती है, जो समशीतोष्ण जलवायु में आंतरिक तापमान को विनियमित करता है और ऊर्जा लागत में 15—20% की कमी करता है (बिल्डिंग एन्वलप अध्ययन 2023)। पत्थर की आवरण सदियों से सिद्ध टिकाऊपन प्रदान करता है, हालांकि इसके भार के कारण कमजोर नींव वाली कम ऊंचाई की संरचनाओं में इसका उपयोग सीमित है।
ग्लास फैसेड्स दिन के प्रकाश के उपयोग में सुधार करते हैं लेकिन थर्मल नुकसान को न्यूनतम करने के लिए सावधानीपूर्वक इंजीनियरिंग की आवश्यकता होती है। कम-उत्सर्जकता वाले डबल-ग्लेज़्ड इकाइयाँ HVAC भार में 25% की कमी कर सकती हैं (विंडो परफॉरमेंस काउंसिल 2023)। डिजाइन योजना में चकाचौंध नियंत्रण और जीवन चक्र रखरखाव अभी भी महत्वपूर्ण विचार हैं।
किसी सामग्री के रहने की अवधि कितनी होती है, यह वास्तव में इस बात पर निर्भर करता है कि वह किस चीज से बनी है और नमी, तापमान में परिवर्तन तथा पर्यावरण में मौजूद रसायनों जैसी चीजों के प्रति उसकी स्थिरता कैसी है। उदाहरण के लिए कंक्रीट लीजिए। आर्द्रता के संपर्क में आने पर, यह कभी-कभी सिलिका के साथ प्रतिक्रिया करके दरारें बना देता है। समुद्र तट के पास असुरक्षित छोड़े गए इस्पात का जल्दी ही क्षरण हो जाता है। NIST के 2023 के कुछ अध्ययनों के अनुसार, पानी के पास स्थित लगभग 40 प्रतिशत कंक्रीट इमारतों को लवणीय जल के कारण केवल दो दशकों के बाद मरम्मत की आवश्यकता होती है। यह बहुत महत्वपूर्ण है कि किसी चीज को कहाँ स्थापित किया जा रहा है, इसके आधार पर सही सामग्री का चयन किया जाए। जहाँ भारी क्षरण हो रहा हो, वहाँ फाइबर द्वारा प्रबलित प्लास्टिक अधिक समय तक चलते हैं, जबकि दाब द्वारा उपचारित लकड़ी उन स्थानों पर बेहतर काम करती है जहाँ दीमक आम समस्या होती है।
शोधकर्ताओं ने फ्लोरिडा में एक दशक तक समुद्र तट की दीवारों के प्रदर्शन का अध्ययन किया और कंक्रीट के मिश्रण के बारे में एक दिलचस्प बात पाई। जब निर्माताओं ने 8% सिलिका फ्यूम को जोड़ा और स्टेनलेस स्टील के पुनर्बलन छड़ों का उपयोग किया, तो इन दीवारों में सामान्य कंक्रीट मिश्रणों की तुलना में लगभग चौथाई ही छिलने की समस्याएं हुईं। लेकिन एक अन्य महत्वपूर्ण समस्या भी थी। पर्याप्त जल निकासी प्रणाली के बिना समुद्र तट की दीवारों ने समय के साथ अपनी लगभग 22% ताकत खो दी क्योंकि पानी लगातार घुसपैठ करता रहा। इसका क्या अर्थ है? खैर, तटीय निर्माण को केवल बेहतर सामग्री चुनने से आगे सोचने की आवश्यकता है। वास्तविक समाधान ऐसे मजबूत कंक्रीट सूत्रों के साथ-साथ बुद्धिमानीपूर्ण डिजाइन विकल्पों को जोड़ने में निहित है जो वर्षा जल और तूफानी लहरों को दिन एक से ही ठीक से संभाल सकें।
बैसिलस सबटिलिस जैसे बैक्टीरिया के माध्यम से स्वयं को ठीक करने वाला कंक्रीट उन शानदार नवाचारों में से एक है जो वास्तव में इमारतों के आयुष्य को 15 से 20 वर्ष तक बढ़ा सकता है। जैसे-जैसे छोटी दरारें बनती हैं, सूक्ष्मजीव उन्हें भर देते हैं, जिससे भविष्य में बड़ी समस्याओं को रोका जा सकता है। कठोर परिस्थितियों के संपर्क में आने वाली इस्पात संरचनाओं के लिए, गैल्वेनिक एनोड प्रणाली भी अद्भुत कार्य करती है, जो लगभग 90% तक संक्षारण को कम कर देती है। पिछले वर्ष प्रकाशित शोध के अनुसार, इन सभी उन्नत सामग्रियों के उपयोग से उनके जीवनकाल के दौरान रखरखाव खर्च में काफी कमी आती है, जिससे समय के साथ प्रति वर्ग फुट 18 से 24 डॉलर तक की बचत होती है। इस तरह की धन बचत निश्चित रूप से परियोजनाओं को पर्यावरण-अनुकूल बनाए रखने में सहायता करती है। आजकल निर्माता इन चीजों के प्रति समझदारी दिखा रहे हैं, इसलिए हमें निर्माण स्थलों पर हर जगह एपॉक्सी लेपित रीइंफोर्समेंट बार और पानी को विकर्षित करने वाली उन विशेष सिलेन कोटिंग्स को अधिक देखने को मिल रहा है।
निर्माण उद्योग ग्रीनहाउस गैसों के लिए एक प्रमुख योगदानकर्ता है, जिसमें कंक्रीट और स्टील भवन सामग्री से होने वाले सभी उत्सर्जन का लगभग 60% हिस्सा बनाते हैं। ग्रिप-राइट की 2023 की रिपोर्ट के अनुसार, निर्माण क्षेत्र पूरे मिलाकर वैश्विक कार्बन उत्सर्जन का लगभग 37% हिस्सा बनाता है। यहाँ स्टील खास तौर पर उभर कर सामने आता है क्योंकि भले ही इसका 90% तक पुनर्चक्रण किया जा सकता है, फिर भी एक टन नया स्टील बनाने पर 1.85 टन CO2 छोड़ा जाता है, जो वास्तव में कंक्रीट की तुलना में तीन गुना अधिक खराब है। इसी कारण आजकल कई हरित निर्माता मिश्रित सीमेंट की ओर रुख कर रहे हैं, जिसमें औद्योगिक प्रक्रियाओं से प्राप्त उड़न राख (फ्लाई ऐश) या स्लैग जैसी चीजों को मिलाया जाता है। इस दृष्टिकोण से कार्बन सामग्री में लगभग 30 से 40% तक की कमी आती है, और अधिकांश अनुप्रयोगों में यह अच्छी तरह काम करता है। पर्यावरण एवं ऊर्जा अध्ययन संस्थान के लोग पूरे जीवन चक्र के आधार पर सामग्री का आकलन करने की ओर भी जोर दे रहे हैं। जब हम परिवहन से लेकर स्थापना लागत और अंततः विघटन तक की पूरी प्रक्रिया को ध्यान में रखते हैं, तो इस समग्र दृष्टिकोण से समग्र उत्सर्जन में लगभग आधी कमी आ सकती है।
पूरे भवन के जीवन चक्र विश्लेषण (LCA) ने अप्रत्याशित स्थिरता नेताओं की पहचान की है: क्रॉस-लैमिनेटेड टिम्बर (CLT) प्रति घन मीटर 1.1 टन CO₂ को अवरुद्ध करता है, जबकि रीसाइकिल्ड एल्युमीनियम छत नए पदार्थ की तुलना में 95% ऊर्जा बचत प्रदान करती है। एक 2023 स्टैनफोर्ड अध्ययन में पाया गया कि LCA-मार्गदर्शित डिज़ाइन पारंपरिक दृष्टिकोणों की तुलना में 52% तेज़ी से कार्बन तटस्थता प्राप्त करते हैं।
वैश्विक रीसाइकिल्ड सम्मिश्र बाज़ार 2028 तक 68.4 बिलियन डॉलर तक पहुँच जाएगा क्योंकि निर्माणकर्ता नए कंक्रीट के 30—50% को तोड़फोड़ के अपशिष्ट से बने पिसे हुए मलबे से बदल रहे हैं। सर्कुलर अर्थव्यवस्था के अभ्यास पहले से ही यूरोपीय संघ की परियोजनाओं में 82% निर्माण कचरे को उद्योग सहजीवन नेटवर्क के माध्यम से लैंडफिल से हटा देते हैं, जो कांच के इन्सुलेशन को सड़क आधार सामग्री में फिर से उपयोग में लाते हैं।
संरचनात्मक सामग्री में कम से कम 20% रीसाइकिल सामग्री की आवश्यकता LEED v4.1 प्रमाणन के लिए होती है, जिससे हेम्पक्रीट ब्लॉकों (28% हल्के, R-3.6/इंच तापीय प्रतिरोध) और माइसीलियम-आधारित इन्सुलेशन के उपयोग को बढ़ावा मिल रहा है। BREEAM आउटस्टैंडिंग परियोजनाओं में सेल्यूलोज फाइबर कंपोजिट और जियोपॉलिमर कंक्रीट प्रणालियों के उपयोग से अंतर्निहित कार्बन में 62% कमी की सूचना दी गई है।
एस्फाल्ट शिंगल्स की प्रारंभिक कीमत लगभग 120 से 250 डॉलर प्रति स्क्वेयर के बीच होती है, जो धातु की छत लगाने की तुलना में लगभग 40 प्रतिशत सस्ती है। हालाँकि, इन शिंगल्स को आमतौर पर 15 से 25 वर्षों के बाद बदलने की आवश्यकता होती है, जबकि धातु की छतों को ध्यान दिए बिना 40 से 70 वर्षों तक चला जा सकता है। जब हम बड़े चित्र पर विचार करते हैं, तो आजीवन उपयोग में एस्फाल्ट लगभग 2.8 गुना अधिक खर्चीला साबित होता है, क्योंकि मकान मालिक तूफान के बाद उनकी मरम्मत करते हैं और उन्हें अधिक बार बदलते हैं। 2024 के एक हालिया स्वामित्व की कुल लागत अध्ययन के अनुसार, अधिकांश इमारतों पर निर्माण की प्रारंभिक लागत केवल लगभग 10% खर्च होती है, जबकि लगभग 7 में से 10 डॉलर निरंतर रखरखाव खर्चों पर खर्च होते हैं। धातु की छत का एक अन्य लाभ यह है कि इसकी परावर्तक सतह ठंडक के बिल को 10% से 25% तक कम कर देती है। इसलिए लंबे समय तक चलने और ऊर्जा बचत दोनों को ध्यान में रखते हुए, लंबे समय के निवेश पर विचार करने वाले संपत्ति मालिकों के लिए धातु विकल्प निश्चित रूप से बेहतर और बजट-अनुकूल विकल्प साबित होती है।
जीवनचक्र लागत एक सामग्री के सेवा जीवनकाल के दौरान अधिग्रहण, स्थापना, रखरखाव और निपटान लागत का मूल्यांकन करती है। उदाहरण के लिए:
| सामग्री | प्रारंभिक लागत (प्रति m²) | रखरखाव लागत (50 वर्ष) | निपटान लागत |
|---|---|---|---|
| कंक्रीट | $90—$140 | $800—$1,200 | $30—$50 |
| क्रॉस-लैमिनेटेड टिम्बर | $110—$160 | $300—$500 | $10—$20 |
शोध से पता चलता है कि प्रारंभिक सामग्री लागत आजीवन खर्च का केवल 20—30% होती है, जबकि शेष भाग रखरखाव से जुड़ा होता है। स्टील के लिए निवारक संक्षारण सुरक्षा या लकड़ी के लिए सीलेंट आवेदन 10 वर्षीय रखरखाव बजट को लगभग 35% तक कम कर सकते हैं।
प्रीफैब्रिकेटेड भवन घटकों का उपयोग करने से निर्माण स्थलों पर श्रम लागत में 15 से 30 प्रतिशत तक की कमी आ सकती है, साथ ही परियोजना के समय सीमा में लगभग 20 से 40 प्रतिशत की कमी आ सकती है, जैसा कि उद्योग रिपोर्टों में बताया गया है। मॉड्यूलर कंक्रीट पैनल को एक उदाहरण के रूप में लें—इनसे सामग्री के अपव्यय में लगभग 3 से 5 प्रतिशत की बचत होती है, जो पारंपरिक स्थल पर कंक्रीट ढालाई की विधियों के सामान्य 10 से 15 प्रतिशत अपव्यय दर की तुलना में काफी उल्लेखनीय है। कई ठेकेदारों का दावा है कि जब वे अपनी परियोजनाओं में रीसाइकिल स्टील के साथ-साथ इंजीनियर्ड लकड़ी के उत्पादों को शामिल करते हैं, तो उन्हें कुल अपशिष्ट में लगभग 30 प्रतिशत तक की कमी देखने को मिलती है। इसका अर्थ है न केवल निपटान लागत में कमी, बल्कि कच्चे माल पर होने वाले खर्च में भी कमी। ऐसे तरीके वास्तव में परिपत्र अर्थव्यवस्था के सिद्धांतों के साथ काफी हद तक सामंजस्य रखते हैं। कई परियोजनाओं में सामग्री का अधिक प्रभावी ढंग से पुन: उपयोग करके निर्माण क्षेत्र वर्तमान में अपशिष्ट से निपटने पर होने वाले लगभग 160 बिलियन अमेरिकी डॉलर की वार्षिक बचत कर सकता है।
क्रॉस-लेमिनेटेड टिम्बर (CLT) एक इंजीनियर्ड लकड़ी उत्पाद है जो अपनी संरचनात्मक बनावट और स्थायित्व के लिए जाना जाता है। यह वास्तुकारों को रचनात्मक आकृतियों और खुले फ्लोर प्लान डिजाइन करने की अनुमति देता है, साथ ही निर्माण अपशिष्ट को कम करता है।
नमी और तापमान में परिवर्तन जैसी मौसमी स्थितियाँ समय के साथ भवन सामग्री को क्षति पहुँचा सकती हैं। निर्माण के दौरान उचित चयन और उपचार से इन प्रभावों को कम किया जा सकता है।
मॉड्यूलर डिजाइन के लिए स्टील को उसके उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात और अनुकूलनशीलता के कारण प्राथमिकता दी जाती है। पूर्व-निर्मित स्टील फ्रेमवर्क त्वरित निर्माण को सक्षम करते हैं और भूकंपीय क्षेत्रों में विशेष रूप से उपयोगी होते हैं।
कंक्रीट और इस्पात दोनों ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं, जो भवन सामग्री से उत्सर्जित होने वाले लगभग 60% उत्सर्जन के लिए खाते में आते हैं। ब्लेंडेड सीमेंट और जीवनचक्र दृष्टिकोण जैसी नवाचार इन प्रभावों को कम करने का लक्ष्य रखते हैं।
