บทที่ 3 มวลรวม (AGGREGATES)

บทที่ 3มวลรวม(AGGREGATES)

มวลรวมสำหรับงานคอนกรีตมวลรวมสำหรับงานคอนกรีต มวลรวม คือ วัสดุที่ใช้สำหรับผสมกับซีเมนต์เพสต์ ทำให้ผลผลิตที่ได้ออกมาเป็นคอนกรีต วัตถุประสงค์หลักของการใช้มวลรวมในการผลิตคอนกรีต • เพื่อให้ได้คอนกรีตที่มีราคาถูกลง • เพื่อให้ได้คอนกรีตที่มีความแข็งแรงและมีความคงทนต่อการใช้งาน • เพื่อให้คอนกรีตมีความการยืดหดตัวลดลง

มวลรวมที่ใช้มากที่สุดคือ หิน และ ทราย คอนกรีตทั่วไปจะมีหินและทรายผสมอยู่ประมาณ 70% - 80%ของปริมาตรคอนกรีต คุณภาพหินและทรายที่ใช้ต้องพิจารณาอย่างพิถีพิถันเนื่องจากจะมีผลกระทบต่อคุณภาพของคอนกรีตสดและคอนกรีตที่แข็งตัวแล้วเป็นอย่างมาก

ประเภทของมวลรวม แบ่งตามแหล่งกำเนิด • จากธรรมชาติ (Natural Mineral Aggregate) เกิดจากขบวนการกัดกร่อนและเสียดสีตามธรรมชาติ ได้แก่ หินย่อย (Crushed Stone) กรวดแม่น้ำ (Pebble) และทราย(Sand) • ที่มนุษย์ทำขึ้น (Artificial Aggregate) ได้แก่ ดินเหนียวเผา (Burnt Clay)

ประเภทของมวลรวม แบ่งตามหน่วยน้ำหนัก • มวลรวมน้ำหนักเบา (Light Weight Agg.) • มวลรวมน้ำหนักปกติ (Normal Weight Agg.) • มวลรวมน้ำหนักมาก (Heavy Weight Agg.)

ประเภทของมวลรวม • มวลรวมน้ำหนักเบา (Light Weight Agg.) • ความหนาแน่น 300 - 1,100 กก/ม3 ที่เกิดจากธรรมชาติ เช่นDiatomite, Pumice, Scoria, Volcanic Cinder, Tuff • มีการเผาวัสดุธรรมชาติ จนขยายตัวเนื่องจากก๊าซที่ดันออกมา เช่น การเผาดินเหนียว (clay) , ดินดาน (shale ) , หินชนวน (slate ) , perlite , vermiculite หินดินดาน หินชนวน

ประเภทของมวลรวม 2. มวลรวมน้ำหนักปกติ (Normal Weight Agg.) • ใช้ในการผลิตคอนกรีตสำหรับอาคารคอนกรีตทั่วไป • ความหนาแน่น 1,500 – 1,800 กก/ม3 และความถ่วงจำเพาะประมาณ 2.5 - 2.8 • ได้แก่ หินปูน หินแกรนิต หินทราย ทรายบก ทรายแม่น้ำ 3. มวลรวมน้ำหนักมาก (Heavy Weight Agg.) • ใช้ในการผลิตคอนกรีตสำหรับอาคารป้องกันการแพร่กระจายกัมมันตภาพรังสี เช่น เตาปฏิกรณ์ปรมาณู • ใช้หินธรรมชาติและความถ่วงจำเพาะตั้งแต่ 4 ขึ้นไป เช่น Barite, Hematite, Magnetite, Limonite • ความหนาแน่น 2,400 - 3,100 กก/ม3

การแบ่งขนาดเม็ดของมวลรวมการแบ่งขนาดเม็ดของมวลรวม 1. มวลรวมหยาบ (Coarse Aggregate) • นิยมใช้ทั่วไปมีขนาด 10 มม.(3/8 นิ้ว) ถึง 25 มม. (1 นิ้ว) • ส่วนใหญ่เป็นหินย่อย (Crushed Stone) ที่ได้จากการระเบิดภูเขาหิน แล้วนำไปย่อยให้เล็กลงตามขนาดที่ต้องการ 2. มวลรวมละเอียด (Fine Aggregate) • ขนาดเม็ดเล็กกว่า 4.75 มม. แต่มีขนาดใหญ่กว่า 0.074 มม. • ที่ใช้กันทั่วไปได้แก่ ทรายแม่น้ำ ทรายบก หรือทรายเหมืองที่ผ่านการล้างสะอาดแล้ว

ทรายบก ทรายแม่น้ำ

วัสดุที่มีขนาดเม็ดเล็กกว่า 0.074 มม. ที่อาจจะปนอยู่ในทราย แบ่งเป็น 2 ชนิด เช่น • ดินตะกอน หรือ หินฝุ่น (Silt) ขนาดเม็ด 0.074 มม.- 0.002 มม. • ดินเหนียว (Clay) ขนาดเม็ดเล็กกว่า 0.002 มม. *ดินตะกอนและดินเหนียวเป็นวัสดุที่ไม่พึงประสงค์สำหรับงานผลิตคอนกรีต

คุณสมบัติของมวลรวม วัสดุที่จะนำไปใช้เป็นมวลรวมต้องมีคุณสมบัติ 5 ประการคือ 1. มีความแข็งแกร่ง (Strength) 2. มีความต้านทานต่อการขัดสี (Abrasion Resistance) 3. มีเสถียรภาพทางเคมี (Chemical Stability) 4. มีรูปร่างและลักษณะผิว (Particle Shape and Surface Texture) 5. มีความสะอาด (Cleanness)

1. ความแข็งแกร่ง (Strength) มวลรวมที่ใช้ผสมคอนกรีตต้องสามารถรับแรงกดได้ไม่น้อยกว่ากำลังของคอนกรีต เพราะคอนกรีตจะไม่สามารถรับน้ำหนักตามความต้องการ เนื่องจากหินที่ผสมอยู่จะแตกเสียก่อน หินทรายที่ใช้ในปัจจุบันไม่ค่อยมีปัญหาเพราะหินทรายตามธรรมชาติจะสามารถรับแรงกดได้สูงกว่ากำลังอัดของคอนกรีต หินทรายสภาพดีจะสามารถรับกำลังอัดได้ประมาณ 700 - 3,500 ksc(kg/cm^2) ขึ้นกับชนิดของหิน หรือแร่ประกอบหิน อุปกรณ์ทดสอบความแข็งแกร่ง

กำลังของหินชนิดต่างๆ U.S. Bureau of Public Roads

หินแกรนิต หินปูน หินทราย หินอ่อน หินไนส์ หินครอตไซท์ หินชีซท์

2. ความต้านทานต่อการขัดสี (Abrasion Resistance) มวลรวมต้องทนทานการขัดสี โดยเฉพาะการก่อสร้างพื้นโรงงาน ถนนคอนกรีต การทดสอบตามมาตรฐาน ASTM C 131 Los Angeles Abrasion Test ใช้เครื่อง Los Angeles Abrasion Machine โดย - นำตัวอย่างไปชั่งหาน้ำหนัก (X) เข้าเครื่องบด 500 รอบ - นำตัวอย่างไปล้างผ่านตะแกรง No.12 - เอาส่วนที่ค้างไปอบแห้ง ชั่งน้ำหนักที่เหลือ (Y) - ค่า Abrasion ของตัวอย่างหิน วัดด้วยค่า Percentage of Wear Percentage of Wear = (X – Y) / X % X = น้ำหนักตัวอย่างที่นำไปทดสอบ Y = น้ำหนักที่เหลือจากการล้างผ่านตะแกรง No.12 เครื่องทดสอบ Los Angeles Abrasion Machine

3. เสถียรภาพทางเคมี (Chemical Stability) - มวลรวมต้องไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับซีเมนต์เพสต์ หรือสิ่งแวดล้อมภายนอกเพราะปฏิกิริยาจะมีผลให้คอนกรีตแตกร้าวและสึกกร่อน - มวลรวมปฏิกิริยา (Reactive aggregate) จะทำปฏิกิริยากับด่าง (Alkalis) ในซีเมนต์เพสต์ เกิดเป็นวุ้นและขยายตัวทำให้เกิดการแตกร้าว • กรณีที่ไม่อาจหลีกเลี่ยงการใช้มวลรวมปฏิกิริยา จะต้องใช้ปูนซีเมนต์ที่มีค่าร้อยละของด่างต่ำ คือมีปริมาณ Na2O กับ K2O ในปูนซีเมนต์ไม่เกินร้อยละ 0.6

ตัวอย่างที่แช่ในสารละลายโซเดียมซัลเฟตและแมกนีเซียมซัลเฟตตัวอย่างที่แช่ในสารละลายโซเดียมซัลเฟตและแมกนีเซียมซัลเฟต

4. รูปร่างและลักษณะผิว (Particle Shape and Surface Texture) รูปร่างของมวลรวมแบ่งออกได้เป็น 3 ลักษณะ คือ 1. เป็นก้อน (Chunky)คือ มวลรวมที่มีอัตราส่วนความยาว : ความกว้าง : ความหนา ใกล้เคียงกัน 2. เป็นแผ่นแบน (Flaky, Plate-like) คือ มวลรวมที่มีอัตราส่วนความกว้าง : ความหนา มากกว่า 3 : 1 3. เป็นแท่งยาว (Elongated, Needle-like)คือ มวลรวมที่มีอัตราส่วนความยาว : ความกว้าง มากกว่า 3 : 1 : 1

Z Y x ลักษณะรูปร่างของมวลรวม เป็นก้อน x : y : z ~ 1 : 1 : 1 แผ่นแบน x : y ~ 3 : 1 แท่งยาว x : y : z ~ 3 : 1 : 1

มาตรฐาน มอก. 566 รูปร่างของมวลรวม

มาตรฐาน มอก. 566 ลักษณะผิวของมวลรวม หินเชิร์ท

การทดสอบรูปร่างมวลรวมตาม BS 882 1. การทดสอบความแบน นำตัวอย่างหินมาแยกขนาดด้วยตะแกรงมาตรฐาน นำแต่ละขนาดมาลอดผ่านช่องของ แผ่นความหนา (Thickness gauge) ช่องของแผ่นวัดความหนาแต่ละช่องจะกว้าง 0.6 เท่า ของค่าเฉลี่ยของตะแกรงสองขนาดที่หินสามารถลอดผ่านตะแกรงหนึ่ง แต่ไปค้างบนอีกตะแกรงหนึ่งถัดลงไป เช่น หินที่ลอดผ่านตะแกรง 1½ นิ้ว ค้างบนตะแกรง 1 นิ้ว จะมีความกว้างของช่องวัดความหนา = 0.6 (1.5 + 1)/2 = 0.75 นิ้ว ดัชนีความแบน (Flakiness Index) = (Y/X) 100 % Y = น้ำหนักหินที่ลอดผ่านแผ่นวัดความหนา X = น้ำหนักหินทั้งหมดที่นำมาทดสอบ

ดัชนีความแบนของหินตามมาตรฐาน BS 882 1. คอนกรีตกำลังอัด 20-35 MPa (200-350 ksc) - ไม่เกิน 40%สำหรับหินโม่ (Crushed Rock) - ไม่เกิน 50%สำหรับหินไม่ได้โม่ (Uncrushed Gravel) 2. คอนกรีตกำลังอัดมากกว่า 35 MPa (>350 ksc) - ไม่เกิน 35%สำหรับมวลรวมทุกประเภท

การทดสอบรูปร่างมวลรวมตาม BS 882 2. การทดสอบความเรียว -นำตัวอย่างหินมาแยกขนาดด้วยตะแกรงมาตรฐาน - นำแต่ละขนาดมาลอดผ่านช่องของเครื่องวัดความเรียว (Length gauge) ความกว้างของช่องแต่ละช่องจะมีค่า 1.8 เท่าของค่าเฉลี่ยของตะแกรงสองขนาด ดัชนีความเรียว (Elongation Index) = (B/A) 100 % • A = น้ำหนักหินทั้งหมดที่นำมาทดสอบ • B = น้ำหนักหินไม่สามารถลอดผ่านช่องเครื่องวัดความยาวเรียว เครื่องมือทดสอบความยาว

5. ความสะอาด (Cleanness) • มวลรวมต้องปราศจากสิ่งเจือปน ที่ทำให้คอนกรีตสูญเสียกำลังและความคงทน • สิ่งเจือปนต่างๆ ที่เป็นอันตรายต่อคอนกรีตได้แก่ ดินเหนียว ฝุ่นหรือผงละเอียด • สารอินทรีย์ เช่น เปลือกหอย เศษไม้ สารเคมีต่างๆ เช่น คลอไรด์ และซัลเฟต

การกำจัดสิ่งปนเปื้อน - ฝุ่น ผง ดินเหนียว สามารถกำจัดได้ง่าย โดยการนำไปฉีดล้างด้วยน้ำ - เศษไม้ เปลือกหอย ใช้วิธีการร่อนผ่านตะแกรง ซึ่งจะแยกเศษวัสดุอื่นๆ ออกได้ - สารเคมีที่ปนเปื้อนอยู่ในมวลรวมจะไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ดังนั้น จึงต้องใช้วิธีตรวจสอบอื่นๆ

สิ่งเจือปน

การตรวจสอบปริมาณฝุ่นตะกอน (Silt) ในทราย วัสดุละเอียดมากๆ เช่น ฝุ่น ผง โคลน หรือตะกอนดิน ที่มีขนาดเล็กสามารถลอดผ่านตะแกรงเบอร์ 200 จะทำให้ความแข็งแรง (Strength) และความคงทน (Durability) ของคอนกรีตลดลง * ASTM C 33 กำหนดปริมาณวัสดุละเอียดเหล่านี้ ไว้ไม่เกิน 3% - 5%

ปริมาณของสารปนเปื้อนในมวลรวมที่ยอมให้ (ASTM C 33)

ข้อมูลมวลรวมในการออกแบบส่วนผสมคอนกรีตข้อมูลมวลรวมในการออกแบบส่วนผสมคอนกรีต ค่าสำคัญของมวลรวม 4 ค่าที่ต้องนำมาใช้ คือ 1. การดูดซับความชื้นของมวลรวม (Absorption) 2. ความถ่วงจำเพาะของมวลรวม (Specific Gravity) 3. หน่วยน้ำหนักของมวลรวม (Unit Weight) 4. ส่วนคละของมวลรวม (Gradation)

1. การดูดซับความชื้นของมวลรวม (Absorption) • มวลรวมมีรูพรุนภายในบางส่วนที่ติดต่อกับผิวนอก ดังนั้นมวลรวมจึงสามารถดูดความชื้น และน้ำบางส่วนยังสามารถเกาะบริเวณผิวของมวลรวม มวลรวมจึงมีความชื้นต่างกันไปตามสภาพธรรมชาติ • หากมวลรวมอยู่ในสภาพแห้งก็จะดูดน้ำผสมเข้าไป ทำให้อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์จริงลดลง หากเปียกอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์จริงก็จะสูง ความชื้นคือ อัตราส่วน นน.น้ำในมวลรวม ต่อ นน. แห้งสนิทของมวลรวม

สภาวะของความชื้น (States of Moisture) แบ่งออกเป็น 4 สภาวะ 1. อบแห้ง (Oven-dry, OD)หินทรายแห้งสนิท ทำได้โดยการอบในเตาอบที่อุณหภูมิ 105oC ได้น้ำหนักอบแห้ง 2. แห้งในอากาศ (Air-dry, AD)แห้ง แต่ชื้น หรือมีน้ำเกาะที่ผิวเล็กน้อย 3. อิ่มตัวผิวแห้ง (Saturated Surface-dry, SSD)ดูดน้ำหรือความชื้นไว้บนผิวจนอิ่มตัว แต่ไม่มีน้ำอิสระ เรียกความชื้นนี้ว่า ค่าดูดซึมความชื้น (Absorption) 4. เปียก (Wet)น้ำมาก มีน้ำอิสระเยิ้มไหลออกมาจนเปียกแฉะ

2. ความถ่วงจำเพาะ (Specific Gravity) ความถ่วงจำเพาะของวัตถุคือ อัตราส่วนระหว่างน้ำหนักของวัตถุ ต่อน้ำหนักของน้ำที่มีปริมาตรเท่าวัตถุ อุปกรณ์หาค่าความถ่วงจำเพาะและการดูดซึมน้ำ

ความถ่วงจำเพาะ (Apparent Specific Gravity) ของมวลรวมต่างๆ

3. ความหนาแน่น หรือ หน่วยน้ำหนัก (Unit Weight) ค่า Unit Weight ขึ้นกับความแน่นของมวลรวม - สภาวะหลวม เรียกว่า ความหนาแน่นหลวม (Loose Unit Weight) - สภาวะอัดแน่น เรียกว่า ความหนาแน่นอัดแน่น (Dry-rodded Unit Weight)

Vv V Vs ร้อยละของช่องว่าง (Percentage of Void) คืออัตราส่วนระหว่างปริมาตรช่องว่าง (Void) ในมวลรวม ต่อปริมาตรรวม(Bulk volume) เพื่อแสดงว่ามวลรวมมีช่องว่างอยู่ร้อยละเท่าไร

อุปกรณ์ทดสอบหาหน่วยน้ำหนักและช่วงว่างในมวลรวมอุปกรณ์ทดสอบหาหน่วยน้ำหนักและช่วงว่างในมวลรวม

4. ส่วนคละขนาดเม็ดของมวลรวม (Gradation of Aggregate) มวลรวมที่ใช้ผสมคอนกรีตมีขนาดเม็ดหลายๆ ขนาดคละปนกันในสัดส่วนที่เหมาะสม ทำให้ 1. ความสามารถเทได้ของคอนกรีตไหลลื่นได้ดีขึ้น 2. ประหยัดซีเมนต์เพสต์ เป็นผลให้ราคาคอนกรีตถูกลง การตรวจสอบส่วนคละขนาดเม็ดของมวลรวมสามารถทำได้โดยวิธีการร่อนผ่านตะแกรงมาตรฐาน เรียกว่าการวิเคราะห์ส่วนคละด้วยตะแกรง (Sieve analysis)

ขนาดตะแกรงมาตรฐาน ตะแกรงมาตรฐานจะมีขนาดเล็กลงครึ่งหนึ่งของขนาดตะแกรงที่ถัดขึ้นไป ส่วนที่มีเครื่องหมาย * หมายถึงตะแกรงขนาดกึ่งกลาง (Half size)

ตะแกรงร่อนหิน

ตะแกรงร่อนทราย

การปรับแก้ส่วนคละของมวลรวม (Adjustment of Gradation) กรณีที่มวลรวมมีส่วนคละไม่ได้ตามข้อกำหนด ASTM C 33 จะต้องทำการปรับแก้ด้วยการนำมวลรวมหนึ่งตัวอย่างหรือสองตัวอย่างที่มีส่วนคละแตกต่างกัน มาผสมกันในสัดส่วนที่เหมาะสม เพื่อให้ได้มวลรวมใหม่ที่มีส่วนคละตามข้อกำหนด วิธีการผสมมวลรวมเพื่อให้ได้ส่วนคละตามข้อกำหนด ทำได้ 2 วิธี 1. สำหรับใช้ในห้องปฏิบัติการ 2. สำหรับใช้ในงานสนาม

การพองตัวของทราย (Bulking of Sand) เกิดจากแรงตึงผิวของน้ำที่เกาะอยู่บนผิวของทราย โดยจะดึงให้อนุภาคของทรายห่างจากกัน ทำให้ปริมาตรรวมของทรายเพิ่มขึ้น ทรายจะพองตัวเมื่อมีความชื้นสูงขึ้น จนถึงจุดๆ หนึ่ง การพองตัวของทรายจะกลับลดลงจนมีปริมาตรเท่าเดิม เนื่องจากแรงตึงผิวของน้ำลดลงเมื่อปริมาณน้ำมากขึ้น การพองตัวของทรายละเอียดจะมากกว่าการพองตัวของทรายหยาบ เพราะเม็ดทรายละเอียดน้ำหนักเบากว่าเม็ดทรายหยาบ การพองตัวไม่เกิดขึ้นในหิน เพราะหินมีขนาดใหญ่และน้ำหนักมาก แรงตึงผิวของน้ำไม่สามารถดึงให้เม็ดหินห่างออกจากกันได้

การพองตัวของทรายในภาวะต่างๆ ก) ทรายแห้ง ข) ทรายชื้น ค) ทรายอิ่มตัว

THE END นางสาว เทพสุดา สุดเสนาะ 5210110214

บทที่ 3 มวลรวม (AGGREGATES)