วัสดุในการก่อสร้าง : ส่วนที่ 2/1

วัสดุในการก่อสร้าง: ส่วนที่ 2/1 เรียบเรียงโดย รศ.ดร.สิทธิชัย แสงอาทิตย์ สาขาวิชาวิศวกรรมโยธา สำนักวิชาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุนารี

วัสดุในการก่อสร้าง: ส่วนที่ 2/1 (บทนำวัสดุในการก่อสร้าง) - บทนำ - ชนิดของโครงสร้าง - การวิบัติของโครงสร้าง - สมบัติของวัสดุ (material properties) -มาตรฐานกำหนดสมบัติของวัสดุ - การทดสอบวัสดุ (material testing)

บทนำวัสดุในการก่อสร้างบทนำวัสดุในการก่อสร้าง บทนำ วิศวกร/ช่าง/ผู้ออกแบบโครงสร้างของอาคารและสิ่งก่อสร้างต่างๆ จะต้องมีความรู้เกี่ยวกับสมบัติของวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้าง เช่น คอนกรีต เหล็ก และไม้ เพื่อให้เลือกใช้วัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพและใช้งานวัสดุได้อย่างเหมาะสม และในการควบคุมงาน เราต้องทราบวิธีการตรวจสอบวัสดุที่นำมาใช้ว่ามีคุณสมบัติต่างๆ ตามที่ได้กำหนดไว้เมื่อตอนออกแบบหรือไม่ หากขาดความรู้อาจก่อให้เกิดความเสียหายโดยตรงต่อโครงสร้างเช่น พังทลายหรือใช้งานไม่เต็มที่ ต้องซ่อมแซมหรืออาจก่อให้เกิดความไม่ประหยัดเนื่องจากใช้วัสดุที่มีสมบัติดีเกินจำเป็น

วัสดุที่มักใช้ในการก่อสร้างที่จะศึกษาในที่นี้ได้แก่วัสดุที่มักใช้ในการก่อสร้างที่จะศึกษาในที่นี้ได้แก่ 1. เหล็กโครงสร้าง (Structural steel) 2. คอนกรีต (Concrete) 3. ไม้ (Timber) 4. อิฐ (Brick) 5. ผลิตภัณฑ์คอนกรีต - คอนกรีตบล๊อค (concrete block) - พื้นคอนกรีตสำเร็จรูป (precast concrete slab) - เสาเข็มคอนกรีต (concrete pile) - ท่อคอนกรีตเสริมเหล็ก

วัสดุที่ใช้ในงานก่อสร้างจะต้องมีวัสดุที่ใช้ในงานก่อสร้างจะต้องมี - กำลัง (strength) - ความแกร่ง (stiffness) - ความคงทน (durability) การเลือกใช้วัสดุ: ตัวอย่างการพิจารณา 1. วัสดุที่มีสมบัติเหมาะสมที่จะนำมาใช้และหาได้ง่ายในท้องตลาดมีอะไรบ้าง? เหล็กและคอนกรีต 2. สมบัติทางกลของวัสดุแต่ละชนิด เมื่อเปรียบเทียบกันแล้วเป็นอย่างไร? เหล็ก-เหนียว/คอนกรีต- เปราะ เหล็กมีกำลังและความแกร่งสูงกว่าคอนกรีต แต่เหล็กมีความคงทนต่อสภาวะแวดล้อมต่ำกว่าคอนกรีต

3. วัสดุที่พิจารณาอยู่ต้องมีการดูแลรักษามากน้อยแค่ไหนและอย่างไร? เหล็กต้องการการดูแล/รักษา เช่น ทาสีกันสนิมและพ่นกันไฟ มากกว่าคอนกรีต 4. วัสดุที่พิจารณาอยู่มีราคาเป็นอย่างไร เมื่อเทียบกับวัสดุชนิดอื่นๆ? เหล็ก - 20 บาท/kg ส่วนคอนกรีต - 1500 บาท/m3 5. ขั้นตอนการเตรียมวัสดุและการก่อสร้างเป็นอย่างไร? มีปัจจัยอะไรบ้างที่ต้องนำมาพิจารณาร่วม? ง่าย/ยาก ระดับฝีมือของช่าง เครื่องจักร 6. วิธีการกำหนดมาตรฐานของวัสดุที่จะนำมาใช้งานต้องทำอย่างไร? ตาม มอก./กฏกระทรวง 7. วิธีการทดสอบและตรวจสอบวัสดุเป็นอย่างไร?

ชนิดของโครงสร้าง “โครงสร้าง (structure)”ได้จากการก่อสร้างหรือประกอบชิ้นส่วนต่างๆ ของโครงสร้างเข้าด้วยกัน เพื่อรองรับแรงกระทำต่างๆ (loads) ตามวัตถุประสงค์ของโครงสร้างอย่างปลอดภัย โครงข้อหมุน/โครงถัก (Truss) Bridge truss Roof truss • ประกอบด้วยชิ้นส่วนรับแรงดึงและแรงอัด ซึ่งถูกจัดเรียงในลักษณะของสามเหลี่ยมต่อเนื่องกัน เหมาะสมในกรณีที่โครงสร้างมี span 9-40 m

โครงเฟรม (frame) เฟรมเป็นโครงสร้างที่ได้มาจากการนำคานและเสามาเชื่อมต่อกันด้วยจุดเชื่อมต่อแบบหมุด (pinned joint) หรือแบบยึดแน่น (rigid joint) Reinforced Concrete frame ตัวอย่างโครงข้อแข็ง (rigid frame) Steel frame

เคเบิล เคเบิล (cable) เป็นโครงสร้างที่ดัดไปมาได้ง่ายและรองรับแรงกระทำโดยการพัฒนาแรงดึงในตัวเคเบิล (ไม่เกิดแรงเฉือนและโมเมนต์ภายใน) ตัวอย่างสะพานแขวน (suspension bridge) ในจังหวัดเลยถ่ายเมื่อ พ.ศ. 2544 เคเบิลได้เปรียบเหนือคานและโครงข้อหมุนเมื่อ span ของโครงสร้างมีความยาวมากกว่า 45 m

Arch (โค้งตั้ง) Arch เป็นโครงสร้างที่ต้านทานแรงกระทำโดยการพัฒนาแรงกดอัดขึ้นภายในตัว arch เป็นหลัก ที่มา: การรถไฟแห่งประเทศไทย

การวิบัติของโครงสร้างการวิบัติของโครงสร้าง การวิบัติของหลังคาของศาลาประชาคมที่เมือง Hartford, CT เนื่องจากน้ำหนักของหิมะในปี ค.ศ. 1978 (พ.ศ. 2521)

การวิบัติของโครงสร้างการวิบัติของโครงสร้าง การวิบัติของสะพานลอยเหนือถนน US Route 29 ที่เมือง Concord, NC เมื่อ 20 พ.ค. 2000 (2543) เนื่องจากการผุกร่อนของลวดอัดแรงหลังจากที่เปิดใช้งานได้เพียง 5 ปี

สมบัติของวัสดุ วัสดุก่อสร้าง: เหล็ก VS คอนกรีต โดยทั่วไป สมบัติของวัสดุที่ต้องพิจารณาแบ่งได้เป็น 8 ข้อดังนี้ 1. สมบัติทางกายภาพ ได้แก่ ขนาด น้ำหนัก ความหนาแน่น และปริมาณความชื้น ฯลฯ 2. สมบัติทางกล ได้แก่ กำลัง ความแกร่ง และความยืดหยุ่น ฯลฯ 3. สมบัติทางเคมี ได้แก่ ความต้านทานต่อการเกิดสนิม ความเป็นกรดหรือด่าง ฯลฯ 4. สมบัติทางเคมีกายภาพ ได้แก่ การดูดซึมน้ำ การยืดตัวหรือการหดตัวเนื่องจากความชื้น ฯลฯ

สมบัติของวัสดุ วัสดุก่อสร้าง: เหล็ก VS คอนกรีต 5. สมบัติทางความร้อน ได้แก่ การนำความร้อน การหดตัวหรือขยายตัวเนื่องจากความร้อน ฯลฯ 6. สมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก ได้แก่ การนำไฟฟ้า การแทรกผ่านของสนามแม่เหล็ก ฯลฯ 7. สมบัติทางคลื่นเสียง ได้แก่ การส่งผ่านและการสะท้อนของเสียง ฯลฯ 8. สมบัติทางแสง ได้แก่ สี การส่งผ่านและการสะท้อนของแสง ฯลฯ

สมบัติทางกลของวัสดุ - พฤติกรรมทางกลของวัสดุ ภายใต้การกระทำของแรง ซึ่งมีสมบัติที่สำคัญ เช่น • กำลัง เป็นความสามารถของวัสดุในการต้านทานต่อแรงกระทำ โดยไม่เกิดการวิบัติ เหล็ก = การคราก (yielding)/ คอนกรีต = การบดแตก (crushing) • ความแกร่งเป็นความสามารถของวัสดุในการต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ภายใต้แรงกระทำ ดูค่าโมดูลัสยืดหยุ่น (modulus of elasticity) • ความยืดหยุ่น เป็นความสามารถของวัสดุในการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ภายใต้แรงกระทำ โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างถาวรเกิดขึ้น

มาตรฐานกำหนดสมบัติของวัสดุมาตรฐานกำหนดสมบัติของวัสดุ จุดประสงค์ของการมีมาตรฐานกำหนดคือ เป็นการป้องกันอันตรายที่จะเกิดแก่ผู้บริโภคและป้องกันการสูญเสียทางเศรษฐกิจ เช่น ป้องกันไม่ให้ผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพต่ำ ซึ่งอาจจะมีราคาถูกแต่มักจะไม่คุ้มค่า และให้ผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีความสอดคล้องกัน เช่น ความยาวของหลอดนีออน มาตรฐานที่ใช้ในประเทศไทยถูกกำหนดขึ้นโดยกระทรวงอุตสาหกรรม เรียกว่า มอก. และมีหมายเลขกำกับและปี พ.ศ. ที่ออกใช้ เช่น มอก. 59-2526 คอนกรีตบล็อค มาตรฐานอุตสาหกรรมมีพื้นฐานมาจากมาตรฐานของสหรัฐอเมริกาหรือ ASTM (American Society for Testing and Materials) และของอังกฤษหรือ BS (British Standards)

มาตรฐานกำหนดสมบัติของวัสดุประกอบด้วยมาตรฐานกำหนดสมบัติของวัสดุประกอบด้วย 1. ข้อกำหนดคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ (specifications) ซึ่งกำหนดให้ผลิตภัณฑ์นั้นๆ ต้องมีคุณสมบัติตามที่ได้ระบุไว้ เหล็กโครงสร้างรูปพรรณตาม มอก.116-2529 2. วิธีการทดสอบ (testing method) ซึ่งบอกวิธีการทดสอบผลิตภัณฑ์ว่า มีคุณสมบัติตามมาตรฐานหรือไม่

ทดสอบแรงกดอัดของคอนกรีตตามมาตรฐาน ASTM C 31 ทดสอบแรงดึงของเหล็กเส้นตามมาตรฐาน มอก. 20-2527

มาตรฐานอุตสาหกรรมของไทยแบ่งออกเป็น 2 ประเภท 1. ประเภทที่ผู้ผลิตต้องผลิตให้ได้มาตรฐาน ถ้าผลิตไม่ได้มาตรฐานจะผิดกฏหมาย เช่น ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ เหล็กเส้นเสริมคอนกรีต และกระจกนิรภัยรถยนต์ ซึ่งจะต้องติดเครื่องหมาย มอก. 20-2527 เหล็กเส้นเสริมคอนกรีต : เหล็กเส้นกลม มอก. 24-2536 เหล็กเส้นเสริมคอนกรีต : เหล็กข้ออ้อย 2. ประเภทที่ผู้ผลิตต้องผลิตให้ได้มาตรฐานหรือไม่ก็ได้ แต่ถ้าผลิตได้มาตรฐานจะติดเครื่องหมาย มอก. 80-2550 ปูนซีเมนต์ผสม

การทดสอบวัสดุ ในการออกแบบโครงสร้างทฤษฎีและผลการทดสอบวัสดุมีความสำคัญเท่ากัน โดยทฤษฎีจะนำมาใช้ในการหาสมการที่ใช้ทำนายพฤติกรรมของโครงสร้าง แต่สมการจะไม่สามารถนำมาใช้ได้ หากเราไม่ทราบสมบัติทางกลของวัสดุซึ่งได้จากการทดสอบวัสดุเท่านั้น

การทดสอบวัสดุ แบ่งตามวัตถุประสงค์ของการทดสอบได้เป็น 3 รูปแบบคือ 1. การทดสอบเพื่อการควบคุม เป็นการทดสอบเพื่อตรวจสอบว่าวัสดุที่ผลิตมีสมบัติตามที่ต้องการหรือไม่? โดยแบ่งย่อยออกเป็น 1.1 การทดสอบเพื่อควบคุมคุณภาพการผลิต (quality controltesting) เป็นการทดสอบเพื่อตรวจสอบว่า วัสดุที่ผลิตมีสมบัติตามที่ต้องการหรือไม่? ซึ่งกระทำโดยผู้ผลิตเพื่อให้วัสดุมีสมบัติเป็นไปตามมาตรฐานและไม่ดีจนเกินไป 1.2 การทดสอบเพื่อการยอมรับ (acceptance testing) เป็นการทดสอบเพื่อตรวจสอบว่า วัสดุที่ผลิตมีสมบัติไม่ด้อยกว่าที่ต้องการ ซึ่งกระทำโดยผู้ซื้อ

ตัวอย่างผลการทดสอบเพื่อควบคุมการผลิตเหล็กกำลังสูงตัวอย่างผลการทดสอบเพื่อควบคุมการผลิตเหล็กกำลังสูง ค่า mean ค่า standard variation

ตัวอย่างผลการทดสอบเพื่อการยอมรับคอนกรีตตัวอย่างผลการทดสอบเพื่อการยอมรับคอนกรีต แผนภาพ stress ( σ )และ strain ( ε ) ของคอนกรีต

ตัวอย่างผลการทดสอบเพื่อการยอมรับเหล็กโครงสร้างตัวอย่างผลการทดสอบเพื่อการยอมรับเหล็กโครงสร้าง แผนภาพ stress ( σ )และ strain ( ε ) ของเหล็ก

2. การทดสอบเพื่อการวิจัยและพัฒนาวัสดุ เป็นการทดสอบเพื่อหาข้อมูลเพิ่มเติมหรือข้อมูลใหม่จากวัสดุที่มีอยู่แล้ว หรือเพื่อค้นคว้าผลิตวัสดุชนิดใหม่ขึ้นมาใช้งาน 3. การทดสอบเพื่อวัดค่าทางวิทยาศาสตร์ของวัสดุ เป็นการทดสอบเพื่อหาสมบัติพื้นฐานของวัสดุ เพื่อใช้เป็นข้อมูลสำหรับการวิเคราะห์พฤติกรรมของวัสดุ การทดสอบทั้งสามรูปแบบมีความแตกต่างกันในวิธีการทดสอบเครื่องมือที่ใช้ความละเอียดแม่นยำของการวัด คุณสมบัติและความสามารถของผู้ทดสอบ และค่าใช้จ่าย ดังนั้น การเลือกรูปแบบการทดสอบวัสดุจึงต้องทำให้เหมาะสมกับงาน

วิธีการให้แรงกระทำต่อตัวอย่างทดสอบ วิธีการให้แรงกระทำต่อตัวอย่างทดสอบ เงื่อนไขการทดสอบ ประเภทของการทดสอบทางกล

1. ประเภทของหน่วยแรงที่เกิดขึ้นในตัวอย่างทดสอบ - การทดสอบแรงดึง -การทดสอบแรงอัด - การทดสอบแรงเฉือน - การทดสอบแรงบิด - การทดสอบแรงดัด วิธีการให้แรงกระทำต่อตัวอย่างทดสอบ

การทดสอบแรงดึงของเหล็กการทดสอบแรงดึงของเหล็ก • - หน่วยแรงคราก (yielding stress) • - หน่วยแรงประลัย (ultimate stress) • เปอร์เซ็นต์การยืดตัว • (percent of elongation) • - โมดูลัสความยืดหยุ่น • (modulus of elasticity) การทดสอบแรงอัดของคอนกรีต • - หน่วยแรงกดอัดประลัย • (ultimate compressive stress) • โมดูลัสความยืดหยุ่น • (modulus of elasticity)

2. อัตราการให้แรงกระทำต่อตัวอย่างทดสอบ - การทดสอบแบบสถิตย์ (static test) - การทดสอบแบบพลวัติ (dynamic tests) เช่น การทดสอบแรงกระแทก - การทดสอบแบบ long-term เช่น การทดสอบการคืบ (creep test)

3. จำนวนครั้งที่แรงกระทำต่อตัวอย่างทดสอบ - การให้แรงกระทำต่อตัวอย่างทดสอบเพียงรอบเดียว - การให้แรงกระทำต่อตัวอย่างทดสอบเกินกว่า 1 รอบ เช่น การทดสอบการล้า (fatigue test)

เงื่อนไขการทดสอบ สมบัติทางกลของวัสดุโดยส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับสภาวะแวดล้อม - อุณหภูมิ - การทดสอบที่อุณหภูมิห้อง - การทดสอบที่อุณหภูมิต่ำ - การทดสอบที่อุณหภูมิสูง - ความชื้น - สารเคมี เช่น โครงสร้างห้องเย็น เช่น โครงสร้างโรงผลิตเหล็ก เช่น บ่อบำบัดน้ำเสีย โรงงานปิโตรเคมี น้ำทะเล ฯลฯ

การเลือกและจัดเตรียมตัวอย่างทดสอบการเลือกและจัดเตรียมตัวอย่างทดสอบ ตัวอย่างทดสอบจะต้องถูกจัดเตรียมขึ้นมาตามมาตรฐานการทดสอบที่ใช้อ้างอิง เช่น • ซีเมนต์ (cement) ตามมาตรฐาน ASTM C183 • อิฐดินเผา (brick) ตามมาตรฐาน ASTM C67 • อิฐบล๊อก (concrete block) ตามมาตรฐาน ASTM C143 • ไม้ (timber) ตามมาตรฐาน ASTM D143 เป็นต้น โดยจะต้องให้มี - ความคลาดเคลื่อนของขนาดและรูปร่างที่อยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ - จำนวนของตัวอย่างทดสอบให้มีจำนวนมากเพียงพอต่อการทดสอบในแต่ละครั้ง (มักต้องเตรียมเผื่อไว้)

เครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบเครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบ • ในการเลือกเครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบต้องคำนึงถึงปัจจัย 3 ข้อคือ • จุดประสงค์ของการทดสอบ • ความถูกต้องแม่นยำและความน่าเชื่อถือที่ต้องการ • ค่าใช้จ่าย

ตัวอย่างเครื่องมือวัดในการทดสอบวัสดุตัวอย่างเครื่องมือวัดในการทดสอบวัสดุ

จบการบรรยาย ส่วนที่ 2/1

วัสดุในการก่อสร้าง : ส่วนที่ 2/1

วัสดุในการก่อสร้าง : ส่วนที่ 2/1

Presentation Transcript