ความทนทานของคอนกรีต

1. ความทนทานของคอนกรีต

2. จัดทำโดย นายพีร์รัชต์ เลขขำ รหัส5210110416 สาขาวิศวกรรมศาสตร์สิ่งแวดล้อม ชั้นปีที่ 3

3. ความทนทานของคอนกรีต ความทนทานของคอนกรีตเป็นคุณสมบัติที่สำคัญมาก ประการหนึ่งซึ่งหมายถึงความสามารถในการทนต่อการ เปลี่ยนแปลงต่อสภาพแวดล้อม ทนต่อการทำลายจากสารเคมี ทนต่อแรงกระแทกหรือการกระทำอื่นๆตลอดอายุการใช้งานของโครงสร้างนั้น

4. ความทนทานของคอนกรีต เมื่อกล่าวถึงคอนกรีต กำลังอัด เป็นคุณสมบัติประการแรกและประการสำคัญที่ผู้ออกแบบ ผู้ควบคุมงานก่อสร้างผู้รับเหมา คำนึงถึง รวมทั้งข้อกำหนดสำหรับงานก่อสร้างต่างๆล้วนระบุถึงกำลังคอนกรีตของโครงสร้างที่ออกแบบไว้ แต่คุณสมบัติที่สำคัญมากที่มักจะถูกมองข้ามนั้นคือ ความทนทาน (Durability)

5. คอนกรีตที่ทนทานจะต้องคงสภาพได้งานตลอดอายุการใช้งาน สิ่งก่อสร้างคอนกรีตจำนวนมากที่ถูกออกแบบและก่อสร้างโดยไม่คำนึงถึงความทนทานจึงส่งผลให้เกิดความเสียหายอย่างมากในปัจจุบันทำให้สิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายจำนวนมหาศาลในการซ่อมแซมรวมทั้งอายุการใช้งานของสิ่งก่อสร้างนั้นก็จะลดลงด้วย

6. ต้นเหตุที่ทำให้คอนกรีตขาดความทนทาน และเกิดความเสียหาย สามารถสรุปได้ 3ประการใหญ่ๆ คือ 1.) สาเหตุด้านกายภาพ (Physical) 2.)สาเหตุด้านเคมี(Chemical) 3.)สาเหตุด้านกล(Mechanical)

9. นอกจากตัวคอนกรีตที่มีคุณสมบัติเหมาะสมกับการใช้งานแล้ว การที่จะได้โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กที่มีความทนทานจะต้อง อาศัยองค์ประกอบอื่นๆ อีกตั้งแต่การออกแบบโครงสร้างจนถึงการ ใช้งาน ซึ่งสามารถสรุปได้เป็น 4 ขั้นตอนคือ 1) การออกแบบที่ดี 2) ข้อกำหนดที่เหมาะสม 3) การก่อสร้างที่ดี 4) การบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ

11. ในบทนี้ขอกล่าวถึงปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่มีผลต่อความทนทานของคอนกรีตนั่นคือ ความสามารถในการซึมผ่านขอน้ำสู่คอนกรีต (Permeability)และขบวนการซึมผ่านของน้ำ ความชื้น และอากาศสู่คอนกรีต

12. ความสามารถซึมผ่านได้ (Permeability) ความสามารถซึมผ่านของน้ำ คือ ความสะดวกหรือง่ายซึ่งของเหลวหรือก๊าซ สามารถซึมผ่านคอนกรีต คุณสมบัตินี้จะเป็นตัวชี้บ่งว่าคอนกรีตในโครงสร้างนั้นๆ จะทนทานมากน้อยเพียงใด

13. ถึงแม้ว่าจะไม่มีการกำหนดวิธีการทดสอบ แต่ความสามารถซึมผ่านของน้ำ สามารถวัดได้โดยน้ำที่มีความดัน ดันผ่านคอนกรีตเมื่อถึงสภาพที่คอนกรีตอิ่มตัวน้ำจะซึมผ่านคอนกรีตนั้นออกมาทำการวัดปริมาณน้ำนี้ในช่วงเวลาหนึ่งรวมทั้งวัดความหนาของคอนกรีต โดยความสามารถซึมผ่านของน้ำจะถูกแสดงออกมาในรูปของสัมประสิทธิ์การซึมผ่านของน้ำ ดังสมการของ Dracy

14. สมการของ Darcy คือ อัตราการไหลของน้ำ A คือ ขนาดหน้าตัดของตัวอย่าง คือ การลดลงของ Hydraulic head L คือ ความหนาของก้อนตัวอย่าง K คือ ค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่านของน้ำมีหน่วยเป็น ม./ วินาที

15. 10 8 รูปแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง สัมประสิทธิ์การซึมผ่านของน้ำ และความพรุนภายในเนื้อคอนกรีต • 6 สัมประสิทธิ์การซึมผ่าน( ×10-12 ม. / วินาที) • 4 • 2 • 0 • 10 • 20 • 30 ความพรุน ( %)

16. นอกจากนี้ยังมีการทดสอบมาตรฐานของประเทศอังกฤษ คือ การ ทดสอบการดูดซึมน้ำของผิวคอนกรีต ( Initial Surface Absorption ) ซึ่งเป็นอัตราการไหลของน้ำเข้าไปในคอนกรีตต่อหน่วยพื้นที่ภายใน เวลาที่กำหนด เครื่องทดสอบ การดูดซึมน้ำของผิวคอนกรีต

17. สำหรับคอนกรีตที่ใช้ทั่วๆไป ความสามารถในการซึมผ่านของน้ำ จะถูกควบคุมโดยความพรุนของซีเมนต์เพสต์โดยความพรุน (Capillary Porosity )จะมากน้อยขึ้นกับอัตราส่วนน้ำต่อปูนซีเมนต์และความสมบูรณ์ของปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ( Degree of Hydration )

18. 140 120 100 80 สัมประสิทธิ์การซึมผ่าน( ×10-12 ม. / วินาที) 60 40 20 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ รูปความสัมพันธ์ระหว่างการซึมผ่านของน้ำกับอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์

19. จากรูปความสัมพันธ์ระหว่างการซึมผ่านของน้ำกับจากรูปความสัมพันธ์ระหว่างการซึมผ่านของน้ำกับ อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์แสดงให้เห็นว่า ณ ความสมบูรณ์ ของปฏิกิริยาไฮเดรชั่นที่กำหนด ความสามารถซึมผ่านได้ จะต่ำสำหรับเพสต์ที่มีอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ต่ำโดยเฉพาะ อย่างยิ่งในช่วงที่ w/c ต่ำกว่า 0.60

20. ช่องทางไหลของน้ำ(Capillary)จะถูกแบ่งหรือทำช่องทางไหลของน้ำ(Capillary)จะถูกแบ่งหรือทำ ให้แยกออกไม่ต่อเนื่องกัน ในส่วนผสมที่กำหนด w/c ให้ความสามารถการซึมผ่านลดลงถ้าปูนซีเมนต์มีการ เกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นลดลงอย่างต่อเนื่องดังรูป ความสามารถการซึมผ่านของน้ำลดลงเมื่อปฏิกิริยา ไฮเดรชั่นสมบูรณ์ขึ้น

21. 10-4 10-6 10-8 สัมประสิทธิ์การซึมผ่านของน้ำ ( ม. / วินาที) 10-10 10-12 10-14 0 10 20 30 อายุคอนกรีต (วัน) รูปความสามารถซึมผ่านของน้ำลดลงเมื่อปฏิกิริยาไฮเดรชั่นสมบูรณ์ขึ้น

22. การสามารถซึมผ่านของน้ำไม่ใช่เป็นสัดส่วน โดยตรงกับความพรุนของเนื้อคอนกรีต จาก รูปแสดงให้เห็นว่าคอนกรีตทั้ง 2 มีความพรุน เท่ากัน แต่มีความสามารถในการซึมผ่านของน้ำ แตกต่างกัน

23. Capillary pores C-S-H framework (a) Capillary pores C-S-H framework (b) รูปคอนกรีตมีความพรุนเท่ากัน แต่ (a) การซึมผ่านของน้ำสูง – เนื่องจาก Capillary Pore เชื่อมต่อกัน (b)การซึมผ่านของน้ำต่ำ – เนื่องจาก Capillary Pore แยกจากกัน

24. จะเห็นได้ว่าเฉพาะ Capillary Pore ที่เชื่อมกันจะ ก่อให้เกิดการซึมผ่านของน้ำสูงในขณะที่ความพรุนเท่ากัน เมื่อพิจารณาในเรื่อง ความทนทานจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องทำให้คอนกรีตเกิดความสามารถซึมผ่านของน้ำที่ต่ำ (Low Permeability) ในเวลาที่เร็วที่สุดนั่นคือควรเลือกใช้คอนกรีตที่มีอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ต่ำ

25. นอกจากอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์แล้วการทำให้คอนกรีตอัดแน่นและการบ่มยังเป็นองค์ประกอบที่สำคัญมากที่จะทำให้การซึมผ่านของน้ำต่ำช่วยให้คอนกรีตมีความทนทานสูงขึ้น

26. ขบวนการซึมผ่านของน้ำ ความชื้น และ อากาศ ขบวนการที่ทำให้คอนกรีตเสียหาย หรือขาดความทนทานส่วนใหญ่มาจากการที่น้ำ ความชื้นหรืออากาศซึมผ่านช่องว่างที่ต่อเนื่อง หรือรอยแตกร้าวของคอนกรีต โดยทั้งน้ำและอากาศที่ซึมผ่านนี้จะนำพาสารที่เป็นอันตรายเข้าไปในเนื้อคอนกรีตเมื่อมีปริมาณที่เหมาะสมจะก่อให้เกิดความเสียหาย ขบวนการซึมผ่านของน้ำ สามารถเขียนเป็นแผนภาพดังนี้

28. คอนกรีตชายฝั่งทะเล (Marine Concrete)

29. สาเหตุที่มีการผลิต Marine Concrete เนื่องจากโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กที่ต้องสัมผัสน้ำทะเลน้ำกร่อยหรืออยู่บริเวณชายฝั่ง รวมทั้งโครงสร้างใต้ดินบริเวณนั้นจะประสบปัญหาความเสียหายอย่างมากจากสภาพแวดล้อม ดังนั้นในการออกแบบให้โครงสร้างมีอายุการใช้งานตามที่ต้องการจะต้องคำนึงถึงความต้านทานความเสียหายที่จะเกิดขึ้นด้วย ซึ่งคอนกรีตถือว่าเป็นส่วนสำคัญเนื่องจากเป็น "ด่านแรก"ของโครงสร้างที่จะต้านทานความเสียหาย

30. เดิมมีความเข้าใจกันว่า คอนกรีตที่มีส่วนผสมของปูนซีเมนต์ประเภทที่ 5 ซึ่งมีปริมาณ C3A ที่ต่ำจะเหมาะสำหรับโครงสร้างที่สัมผัสน้ำทะเล แต่เมื่อพิจารณาถึงองค์ประกอบในน้ำทะเลโดยแท้จริงแล้วพบว่าวิธีการนี้ไม่เพียงพอเสียแล้ว ทั้งนี้เพราะในน้ำทะเล มีปริมาณซัลเฟตอยู่ประมาณ 10% ส่วนคลอไรด์นั้นกลับมีปริมาณถึง 90% ดังนั้นการคำนึงถึงทุกองค์ประกอบของน้ำทะเล ดูจะมีเหตุผลมากกว่าการพิจารณาแต่เพียงซัลเฟตเท่านั้น

31. นอกจากโครงสร้างสัมผัสน้ำทะเลแล้ว โครงสร้างที่สัมผัสไอทะเล ที่อาจจะอยู่ห่างชายฝั่งหลายกิโลเมตรก็ยังจัดว่าเป็นโครงสร้างที่ต้องคำนึงถึงความต้านทานต่อน้ำทะเลเช่นกัน เนื่องจากเกลือในอากาศสามารถแพร่ไปถึงโครงสร้างที่ห่างจากทะเลถึง 3 กิโลเมตร

32. คลอไรด์เป็นสาเหตุสำคัญของการกัดกร่อนในเหล็กเสริมคลอไรด์เป็นสาเหตุสำคัญของการกัดกร่อนในเหล็กเสริม คลอไรด์ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักในน้ำทะเลจะซึมเข้าสู่เนื้อคอนกรีต โดยคลอไรด์อิสระ(Free Chloride) จะเป็นส่วนสำคัญ ทำให้เหล็กเสริมภายในเกิดสนิม สนิมเหล็กจะทำให้คอนกรีตสูญเสียแรงยึดเกาะกับเหล็กเสริมและจะขยายตัวดันให้คอนกรีตหุ้มเหล็กเสริมหลุดร่อนนอกจากนั้นพื้นที่หน้าตัดเหล็กเสริมก็จะลดลงจนทำให้โครงสร้างพังทลายได้

33. คุณสมบัติของ Marine Concrete ที่เหมาะสมกับงานโครงสร้างบริเวณชายฝั่งทะเล - ความสามารถทนทานต่อการแพร่ของคลอไรด์ - การเพิ่มความสามารถในการจับยึดคลอไรด์ในคอนกรีต(Chloride Binding Capacity) การใช้วัสดุเชื่อมประสานที่เหมาะสม ได้แก่ ปูนซีเมนต์ชนิดที่มีปริมาณ C3A เหมาะสม และวัสดุปอซโซลานจะช่วยลดการแพร่ของคลอไรด์

34. - ความสามารถทนทานต่อแมกนีเซียมซัลเฟต ด้วยความทึบน้ำที่ดีเยี่ยมของ CPAC Marine Concrete แมกนีเซียมอิออนจะแพร่เข้าไปทำลาย CSH ได้ยาก นอกจากนั้น Ca(OH)2 ซึ่งเป็นสารประกอบที่ก่อให้เกิดการขยายตัวก็จะลดลงจากปฏิกริยาปอซโซลานด้วยเช่นกัน

35. -ความสามารถทนทานต่อแรงกระทำทางกายภาพ คุณสมบัตินี้ออกแบบมาเพื่อให้สามารถต้านทานต่อแรงกระแทกของคลื่นและการขัดสีของกรวด ทราย โดย CPAC Marine Concrete สามารถอัดแน่นได้ง่ายซึ่งจะทำให้คอนกรีตมีเนื้อสม่ำเสมอ และได้ระยะหุ้มตามต้องการ ดังเห็นได้จากผลทดสอบความสามารถในการต้านทานการขัดสีของ CPAC Marine Concrete ที่มีค่าสูงกว่าคอนกรีตทั่วไปอย่างชัดเจน

36. เหล็กเสริมภายในโครงสร้างที่สัมผัสน้ำทะเลหรือน้ำกร่อยจะเสียหายจากการกัดกร่อนของคลอไรด์เหล็กเสริมภายในโครงสร้างที่สัมผัสน้ำทะเลหรือน้ำกร่อยจะเสียหายจากการกัดกร่อนของคลอไรด์

37. จบการนำเสนอ