बांधकाम, हलक्या धातूंचे : स्थापत्य क्षेत्रात आणि तांत्रिक क्षेत्रातही गेली काही शतके लोखंड व पोलाद यांचा वापर अजोड होता आणि आजही आहे. हे जरी खरे असले, तरी पोलादा पेक्षा कमी वजनाचे परंतु भरपूर सामर्थ्य असणाऱ्या धातू-किंवा मिश्र-धातू-लोखंड किंवा पोलादाऐजी पर्यायी अथवा स्वतंत्र रीत्या वापरणे शक्य आहे काय ? या प्रश्नाचा तंत्रज्ञ आणि स्थापत्यविशारद नेहमीच विचार करीत होते पण विमानाच्या शोधामुळे अशा वजनाने हलक्या धातूचा शोध घेण्याची शास्त्रज्ञांना चांगलीच निकड भासून या दृष्टिकोनातून संशोधन करण्यास गती मिळाली. त्याचे दृश्य फल म्हणजे ॲल्युमिनियम, मॅग्नेशियम आणि टिटॅनियम या धातू होत. या तीनही धातूंच्या मिश्रधातू लोखंड व पोलाद यांच्यापेक्षा वजनाने कितीतरी हलक्या, गंजण्यास प्रतिरोधक, तापमानाच्या सर्वसाधारण बदलात उत्तम प्रकारे टिकणाऱ्या आणि चांगल्याच कणखर अशा आहेत. त्यांपैकी काहींचे सामर्थ्य पोलादाशी स्पर्धा करण्याएवढ्या दर्जाचे आहे.
या तीन हलक्या धातूंपैकी ॲल्युमिनियमाचा वापर तुलनात्मक दृष्ट्या जरी जुना असला, तरी स्थापत्य क्षेत्रात तिचा वापर १९५० सालानंतरच अधिक विकसित झालेला आहे. पहिल्या महायुद्धानंतरच्या काळात आणि दुसऱ्या महायुद्धात ॲल्युमिनियमाचा वापर विमानबाधणीच्या निमित्ताने खूपच वाढला. त्यायोगे ॲल्युमिनियमाच्या संरचनेतील उपयोगबाबत तंत्रज्ञांच्या अनुभवात भर पडली परंतु हा अनुभव विमानबांधणी क्षेत्रापुरताच मर्यादित होता. महायुद्ध संपल्यावर विमाननिर्मिती कमी झाल्याने ॲल्युमिनियमाच्या प्रचंड उत्पादनक्षमतेचे काय करावयाचे हा मोठाच प्रश्न कारखानदारांसमोर उभा राहिला. यावर उपाय म्हणून ॲल्युमिनियमाचा उपयोग इमारत व घरबांधणीत कशा तऱ्हेने करता येईल याचा शोध घेणे सुरू झाले व त्यातून पूर्वरचित घरे (विशेषतः शाळांसाठी), मोठ्यामोठ्या इमारतींच्या दर्शनी भागावरील विविधंगी तक्ते, खोल्यांमधील आडभिंती, पडद्या (पार्टिशन्स), दारे-खिडक्या व त्यांच्या चौकटी, विविध सजावटींचे साहित्य, छपरे असे अनेक उपयोग प्रचारात आणले गेले. प्रगत देशांमध्ये बांधकाम क्षेत्रातील ॲल्युमिनियमाचा वापर द्रुत गतीने वाढला आणि आज ॲल्युमिनियमाच्या खपाचे ते एक मोठे क्षेत्र झाले आहे. एकट्या अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांत ॲल्युमिनियमाच्या एकूण उत्पादनापैकी एक-चतुर्थांश भाग केवळ बांधकाम क्षेत्रातच खर्ची पडतो. ब्रिटन व यूरोपातील देशांमध्ये हे प्रमाण सर्वसाधारणपणे १० ते १५ % आहे. या देशांतून इमारतींच्या व पुलांच्या तुळ्या, खांब, कैच्या यांसारख्या भारवाहक घटकांसाठीही ॲल्युमिनियमाच्या उत्कृष्ट सामर्थ्यांच्या मिश्रधातू प्रचारात आलेल्या असून त्यांचा वापर सामान्य झाला आहे. बांधकाम क्षेत्रात वरील विविध उपयोग लोकप्रिय होण्यास ॲल्युमिनियमाचे वैशिष्टयपूर्ण गुणधर्म जसे कारणीभूत ठरले, त्याचप्रमाणे तिच्या भरपूर उत्पादनाचाही हातभार लागला आहे.
या तीन हलक्या धातूंपैकी मॅग्नेशियम वजनात ॲल्युमिनियमा-पेक्षाही हलकी (पोलादाच्या व ॲल्युमिनियमाच्या वजनाच्या अनुक्रमे ती १/४ व २/३) असून उर्वरित टिटॅनियमाचे वजन पोलादाच्या तुलनेने सुमारे निम्मे असते. अगदी कमी वजन पण उत्तम सामर्थ्य या आकर्षक गुणामुळे मॅग्नेशियमाने तंत्रज्ञांचे लक्ष वेधून घेतले खरे परंतु तिची उत्पादन क्रिया आणि निरनिराळ्या आकारांत रूपांतर करणे हे फार खर्चिक असल्यामुळे तिचा वापर विशिष्ट क्षेत्रापुरताच मर्यादित आहे. विमाने व हेलिकॉप्टर, मोटार उद्योग, यांत्रिक व विद्युत् उपकरणे यांसाठीच मॅग्नेशियम व तिच्या मिश्रधातू खास करून वापरल्या जातात. अत्युत्कृष्ट गंजरोधकता आणि उत्तम दर्जाच्या पोलादाशीही स्पर्धा करू पाहणारे सामर्थ्य ही टिटॅनियमाची वैशिष्टये खरी परंतु धातुरूपात मिळविणे व घडविणे ह्या मोठ्या खर्चाच्या क्रिया असल्यामुळे आज तरी तिचा वापर अतिशय मर्यादित आहे. १९५० सालानंतर टिटॅनियमाच्या वापरता प्रगती झाली असून झोत (जेट) विमाने, दूरगामी क्षेपणास्त्रे, अंतराळ याने, रॉकेट, रासायनिक उद्योगातील उपकरणे आणि युद्धोपयोगी शस्त्रावरील आवरणे अशा मोजक्या कामांसाठीच ती वापरली जाते.
हलकी, टिकाऊ, कणखर, गंजरोधक अशी ॲल्युमिनियम धातू निरनिराळ्या आकारांत आणि सौंदर्यवर्धक असे रंगीबेरंगी पृष्ठभाग असलेली मिळू शकते. अगदी शुद्ध स्वरूपात म्हणजे ९९.९९ टक्के शुद्धतेची ॲल्युमिनियम बाजारात उपलब्ध असून तिच्या वेगवेगळ्या गुणधर्मांच्या व ताकदीच्या मिश्रधातूही मोठ्या प्रमाणात उपलब्ध आहेत. निरनिराळे आकार ओतकाम पद्धतीने अथवा घडाईकाम करूनही तयार केले जातात. त्यांपैकी घडीव प्रकारांवर उष्णतोपचार करणे शक्य असते व त्यामुळे त्यांच्या ताकदीत उत्तम प्रकारे वाढ होते. खुद्द ॲल्युमिनियमाचे परम सामर्थ्य फारच कमी म्हणजे ०.६०‒१.३५ टन/सेंमी.२ असू शकते परंतु तिच्यात तांबे, मॅग्नेशियम, मँगेनिज, सिलिकान, जस्त वगैरे धातू मिसळून व उष्णतोपचार करून हे परम सामर्थ्य १.४ ते ४.२ टन/सेंमी.२ पर्यंत वाढवणे शक्य असते. सामर्थ्यांतील वाढीमुळे तन्यता (तार तयार करता येण्याची क्षमता) जरी कमी होत असली, तरी त्यांच्यावर कापणे, घासणे, भोके पाडणे इ. यांत्रिक कातकामे करणे सुलभ जाते. आजकल बांधकामास उपयुक्त अशा कणखर मिश्रधातूही उपलब्ध आहेत. या एकाच कारणामुळे ॲल्युमिनियमाचा वापर होत आहे असे नसून तिची उत्तम गंजरोधकताही त्यास कारणीभूत आहे. पोलादी बांधकाम सुस्थितीत टिकवण्यासाठी वेळोवेळी रंग कामावर होणारा खर्च ध्यानात घेतल्यास वरील गुणधर्मामुळे होणाऱ्या अंतिम फायद्याचे महत्त्व लक्षात येईल.
ॲल्युमिनियमाचा ऊष्मीय प्रसरण गुणांक [⟶ऊष्मीय प्रसरण] २४ X १०-६ एवढा असून तो पोलादाच्या जवळजवळ दुपटीने अधिक आहे. मॅग्नेशियाबाबत थोड्याफार फरकाने हीच वस्तुस्थिती आहे. ॲल्युमिनियमाचा वापर असलेल्या बांधकामाचे अभिकल्प (आराखडे) तयार करताना या जास्त प्रसरण गुणांकाची दखल घेऊन त्यासाठी बांधकामात जरूर तेवढी माया ठेवणे अगत्याचे असते. ज्या अभिकल्पात निरनिराळ्या सांध्याची हालचाल मुद्दामच अभिप्रेत आहे, अशा ठिकाणी तशी माया न ठेवल्यास त्यांची हालचाल अजिबात बंद होऊन संबंधित भाग विनाकारण ताणले जाणे किंवा त्यांचे संपीडन (संकोचन) होऊन ते वेडेवाकडे होणे, असे दोष निर्माण होतील. अशा सांध्यांमध्ये नायलॉन किंवा निओप्रीन रबराच्या चकत्या घालणे फायदेशीर ठरते.
ॲल्युमिनियम आणि पोलाद यांचे स्थितिस्थापकता गुणांक [⟶स्थितिस्थापकता] अनुक्रमे ०.६६–०.७४ × १०६ किग्रॅ./सेंमी.२ व २.१ १०६ किग्रॅ /सेंमी.२ असे आहेत. म्हणजे ॲल्युमिनियमाच्या बाबतीत हा गुणांक पोलादाच्या गुणांकाच्या १/३ आहे. यावरून असे दिसून येईल की, एकाच वजनाखाली (अथवा दाबाखाली) ॲल्युमिनियमाच्या तुळईचे पोलादी तुळईपेक्षा तिप्पट विचलन होईल. हे विचलन टाळण्यासाठी आणि एकाच दृढतेच्या जर दोन्ही तुळ्या करावयाच्या म्हटल्यास ॲल्युमिनियमाच्या बाबतीत जास्त निरूढी परिबलाची (कोनीय प्रवेगाला होणाऱ्या रोधाची) आवश्यकता निर्माण होते. त्यामुळे ॲल्युमिनियमाच्या तुळईची उंची पोलादाच्या तुळईपेक्षा दीड ते पावणेदोन पट असते. ही वाढीव उंची लक्षात घेऊनसुद्धा पोलादाच्या तुलनेने तुळईच्या वजनात सु. ४० % बचत होते.
हलक्या वजनाची ॲल्युमिनियमाची छपरे वापरताना त्यांवर येणाऱ्या वाऱ्याच्या दाबाचे परिणाम खास करून लक्षात घेणे जरूर आहे. हा परिणाम जसा दाब प्रवृत्तीचा असतो तसाच कधीकधी चोषण (खेचून घेण्यासारख्या) प्रवृत्तीचा असू शकतो. छपराच्या कैच्या व त्यांवरील आवरण हे सारे ॲल्युमिनियमाचेच असल्यामुळे छपराचे एकूण वजन चोषण प्रकारच्या एकूण प्रेरणेपेक्षा कमी असून चालणार नाही. तसे झाल्यास छपराचा समतोल धोक्यात येईल.
गुदामे व त्याप्रकारच्या खूप रूंद अशा इमारतींसाठी ॲल्युमिनियमाच्या कैच्या वापरणे फायदेशीर ठरते. कैचीचा विस्तार जेवढा जास्त तेवढा त्याचा जडभार कितीतरी अधिक होतो. याबरोबरच जास्त विस्ताराच्या कैच्या उभारणे हे काम खर्चिक आणि जोखमीचेही असते. ॲल्युमिनियमाच्या कैच्या वापरल्याने बांधकामाविषयक साहित्यात बचत होऊन त्या कमी खर्चात उभारल्या जातात.
बांधकामासाठी ॲल्युमिनियमाचा वापर करताना आणखी एक महत्त्वाचा मुद्दा ध्यानात घेणे जरूर आहे व तो म्हणजे वाढत्या तापमानाचा त्याच्या सामर्थ्यावर होणारा परिणाम हा होय. आग लागली असता निर्माण होणाऱ्या वाढत्या तापमानात इमारतीच्या सांगाड्याचे सामर्थ्य टिकून राहणे फार महत्वाचे असते. ॲल्युमिनियमाच्या बाबतीत हा मुद्दा प्रकर्षाने ध्यानात घेण्याचे कारण असे की, वाढत्या तापमानानुसार त्याचे सामर्थ्य झपाट्याने कम होत जाते. उदा., २००० से. तापमानात सर्वसाधारण तापमानातील सामर्थ्य २/५ ने कमी होते व तेच २५०० से. च्या तापमानात २/३ ने कमी होते, हा धोका टाळ्ण्यासाठी योग्य ती उपाययोजना करणे जरूर ठरते.[ ⟶ अग्निरोधन]
वर उल्लेखलेली ॲल्युमिनियमाची अपूर्व अशा गंजरोधकता, जर त्याचा सिमेंट काँक्रीट अथाव संयोजक (चुना व वाळू यांचे मिश्रण) यांच्याशी सरळ सरळ संबंध आला, तर अगदीच तोकडी ठरते. या साहित्यातील चुन्यामुळे गंजकारक परिणाम घडून येतात व ते टाळण्यासाठी अशा भागावर डांबराचे जाड थर, आवरण किंवा ॲक्रिलिक प्लॅस्टिकवर आधारित अशा कृत्रिम सरसाचा थर देणे अत्यावश्यक असते. काही प्रकारच्या लाकडातील कार्बनी अम्लाचाही ॲल्युमिनियमावर गंजकारक परिणाम होतो. तेव्हा वरीलप्रमाणेच काळजी घ्यावी लागते. ज्या रंगांत तांबे व पारा यांची संयुगे आहेत असे रंग ॲल्युमिनियमावर देत नाहीत. दोन भिन्न धातू ओलसर स्थितीत एकमेकींस चिकटल्या, तर त्यांपैकी विद्युत् दृष्ट्या जी अधिक ऋण प्रवृत्तीची असेल ती विद्युत् रासायनिक परिणामामुळे गंजू लागते. हे ध्यानात घेऊन ॲल्युमिनियमाचा तांबे, पितळ, कासे यांच्याशी तसेच अगंज (स्टेनलेस) व साध्या पोलादाशीही संपर्क येणार नाही अशी व्यवस्था करावी लागते. [⟶गंजणे धातूंचे मुलामे].
बांधकामात ॲल्युमिनियमाचे विविध भाग एकमेकांस जोडण्याच्या सध्या निरनिराळ्या पद्धती उपलब्ध आहेत. यासाठी ॲल्युमिनियमाच्या मिश्रधातूपासूनच तयार केलेले नट, स्क्रू व बोल्ट वापरले जातात आणि ते कणखर, हलके व टिकावू असून गंजतही नाहीत. जर अधिक सामर्थ्याची आवश्यकता असेल, तर जस्ताचा जाड थर दिलेले पोलादी नट, बोल्ट व स्क्रू वापरण्यात येतात. छपरासाठी ॲल्युमिनियमाचे सपाट अथाव नागमोडी पत्रे वापरले जातात. ॲल्युमिनियमामध्ये तयार केलेले रिव्हेट २२ मिमी. व्यासापर्यंत उपलब्ध असतात. वातचलित (हवेच्या दाबावर चालणाऱ्या) हातोड्याच्या साहाय्याने ते पक्के केले जातात. पूल वगैरे अवजड बांधकामामध्ये २४ मिमी. एवढ्या व्यासाचेही रिव्हेट वापरण्यात येतात. पोकळ रिव्हेटांचाही वापर केला जातो. मात्र त्यायोगे ॲल्युमिनियमाच्या भागाचे तापमान २००० से.च्या वर जाऊन चालणार नाही. [⟶पदार्थांचे बल धातु व अधातूंचे जोडकाम].
वितळजोडकाम (वेल्डिंग) पद्धतीने ॲल्युमिनियमाचे जोडकाम करताना त्याचा कमी वितळबिंदू (६६०० से.) त्याच्या पृष्ठभागावर तयार होणारा चिवट असा ॲल्युमिनियम ऑक्साइडाचा पापुद्रा आणि योग्य अशा वितळ धातूची निवड हे तीन मुद्दे ध्यानात घेणे फार जरूरीचे आहे. हे जोडकाम कथिल व जस्तमिश्रित धातू वापरून आणि विद्युत् प्रवाह व दाब यांचा उपयोग करून ठिकठिकाणि बिंदू वितळजोड करून केले जाते. आधुनिक काळातील जोडकामाचे नवीन तंत्र म्हणजे आर्गॉन किंवा हीलियम वायूच्या सान्निध्यात व विद्युत् प्रज्योत वापरून टंगस्टन विद्युत् अग्राच्या साहाय्याने ॲल्युमिनियमाचे जोडकाम करणे हे होय. या पद्धतीने जोडकाम जलद व नीटनेटके करणे शक्य झाले असून ते पूर्वीपेक्षा सुलभ होते. सांध्यामुळे घटकाचे सामर्थ्य कमी होत असल्याने ज्या भागांवर अधिक भार येत असतील अशा भागांत सांधे शक्यतो टाळले पाहिजेत. [⟶वितळजोडकाम].
निरनिराळे वैशिष्ट्यपूर्ण गुणधर्म ॲल्युमिनियमामध्ये दिसून येत असल्यामुळे इतर सर्व लोहेतर धातूंमध्ये तिचा खप फार मोठ्या प्रमाणात आणि दिवसेंदिवस वाढत आहे. सर्वसाधारणपणे पोलादापेक्षा ॲल्युमिनियम दोन ते अडीचपट महाग असते परंतु तिचे गुणधर्म एवढे वैशिष्टयपूर्ण व उपयुक्त आहेत की, त्यामुळे जादा दिल्या गेलेल्या किंमतीचा भरपूर मोबदला निश्चित मिळतो.
पहा : ॲल्युमिनियम टिटॅनियम मॅग्नेशियम मिश्रधातु.
संदर्भ : 1. Aluminum Association, Aluminum Construction Manual, New York, 1959.
2. Aluminum Company of America, ALCOA Structural Handbook, Pittsburgh, 1960.
3. Foulkes, R. A. The Use of Light Alloys in Structures, London,
4. Pagonis, G. A. The Light Metals Handbook, 2 Vols., Princeton, 1962.
5. Van Horn, K. R., Ed., Aluminum Vol II, Design and Applications, Metals Park, Ohio, 1967.
सहस्त्रबुद्धे, वसंत द.
“