ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับคอนกรีต
คอนกรีตเป็นวัสดุทางวิศวกรรมที่เกิดจากของผสมของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ วัสดุผสม (เช่น ทรายหรือกรวด) และนํ้า คอนกรีตเป็นวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างมากที่สุดในโลกซึ่งมีความแข็งแรงมาก ราคาถูก และทนทาน เมื่อปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์รวมตัวกับนํ้า จะสามารถยึดวัสดุผสมคอนกรีตให้เป็นก้อนเดียว กันได้ ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์นี้ผลิตมาจาก หินปูน และ ชอล์ค รวมกับซิลิเกตโดยการเผาที่อุณหภูมิสูง ความเป็นมาถึงแม้ว่าจะได้มีการใช้วัสดุจำ พวกซีเมนต์กันมาตั้งแต่สมัยอียิปต์และโรมันแล้ว แต่พึ่งได้มีการจดสิทธิบัตรของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ โดย โจเซฟ แอสปดิน ช่างก่อสร้างในเมืองลีดส์ประเทศอังกฤษ ในปี คศ. 1824 และ ที่ตั้งชื่อนี้เนื่องจากมันมีสีคล้ายกับหินจากเกาะปอร์ตแลนด์ US Bureau of Mines รายงานว่าในแต่ละปีทั่วโลกมีการผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ถึง 700,000,000 เมตริกตัน และในปี คศ. 1991 มีการผลิตถึง 1,250,000,000 ตัน เคมีเกี่ยวการผลิต ในการผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ต้องใช้แคลเซียม ( หินปูนหรือชอล์ค ) และซิลิเกตกับอะลูมิเนต ( เคลย์ , เปลือกหอย ,ทราย ) วัตถุดิบจะถูกบดและผสมเข้าด้วยกัน จากนั้นจะเผาในเตาเผาแบบหมุน ( rotary cement kiln ) จนถึงอุณหภูมิ 1480 o C ( 2700 o F ) ในขบวนการเผานี้จะทำ ให้เกิดปฏิกิริยาขึ้น 2 ปฏิกิริยาคือปฏิกิริยาแรกหินปูนหรือแคลเซียมคาร์บอเนตจะถูกเปลี่ยนไปเป็นไลม์และคาร์บอนไดออกไซด์ จากนั้นไลม์จะรวมตัวกับซิลิเกตเป็นไดแคลเซียมอะลูมิเนต (dicalcium aluminate) ( 25% ) และไตรแคลเซียมซิลิเกต (tricalcium silicate) ( 55% ) และยังทำปฏิกิริยากับอะลูมิเนตเป็นไตรแคลเซียมอะลูมิเนต (tricalcium aluminate) ( 10 % ) เททระแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ (tretracalcium aluminoferrite) ( 8 % ) และอื่นๆ ( 2 %) ส่วนผสมที่ได้นี้จะถูกทำ ให้เย็นลงและบดเป็นผงละเอียด และนำ มาผสมกับปูนยิปซัม ( ใช้ควมคุมความเร็วในการแข็งตัว ) ในที่สุดก็จะได้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ปฏิกิริยาเคมีในการผสม เมื่อเราเติมนํ้าลงในปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ซิลิเกตจะรวมตัวกับนํ้าอย่างรวดเร็วในตอนแรก จากนั้นปฏิกิริยาจะค่อยๆช้าลงแต่ไม่ยุติอย่างสมบูรณ์จะดำเนินต่อไปเรื่อยๆถ้ายังมีความชื้นอยู่ ถ้า้คอนกรีตแข็งตัวภายใน1 วัน มันจะมีความแข็งเพิ่มขึ้นมากกว่า 4 เท่า หลังจากเวลาผ่านไป 1 อาทิตย์ ในเวลา 1 เดือน จะมีความแข็งเป็น 6 เท่า และมีความแข็งมากกว่า 8 เท่าเมื่อคอนกรีตอายุได้ 5 ปี ซิลิเกตทั้ง 2 ชนิดที่กล่าวถึงในตอนต้น จะเป็นสารประกอบหลักที่ทำ ให้เกิดความแข็งแรงของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เมื่อรวมตัวกับนํ้าเป็นสารประกอบแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรตและแคลเซียมไฮดรอกไซด์ ไตรแคลเซียมอะลูมิเนต สามารถทำ ปฏิกิริยากับนํ้าได้เช่นเดียวกันแต่ให้ ความแข็งแรงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ส่วนเททราแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ไม่มีผลใดๆ ต่อปูนซีเมนต์เลย นอกจากเป็นตัวการที่ทำ ให้ปูนซีเมนต์เป็นสีเทาเท่านั้น ถ้าเรากำ จัดสารประกอบนี้ไปจะได้ปูนซีเมนต์สีขาวโดยไม่ทำ ให้ความแข็งแรงของปูนซีเมนต์ลดลงเลยในการผสมคอนกรีตเพื่อทำ กำ แพง พื้น ผนัง ถนน หรือ บาทวิถี โดยปกติจะผสมปูนซีเมนต์ กับวัสดุผสมก่อนแล้วจึงเติมนํ้าตามลงไป อัตราส่วนผสมที่ใช้ในการก่อสร้าง (ปูนซีเมนต์ : ทราย : หิน) จะแตกต่างกันไป ตั้งแต่ 1 : 2 : 3 , 1 : 2 : 4 จนถึง 1 : 3 : 5 ในกรณีของมอร์ตาร์สำหรับก่ออิฐหรือคอนกรีตบล๊อคมักจะใช้ปูนซีเมนต์และทรายผสมกับไลม์ ปริมาณนํ้าที่ใช้ผสมนั้นมีความสำคัญมากต่อความแข็งแรงของคอนกรีตถ้าปริมาณนํ้ายิ่ง น้อยคอนกรีตก็จะยิ่งมีความแข็งแรงมากขึ้น โดยปกติจะใช้นํ้า 1 – 1.5 เท่า ของปริมาตรคอนกรีต นอกจากนี้อาจมีการเติมสารผสมเพิ่มอื่นๆ ลงไปด้วย เช่น :
- สารกระจายกักฟองอากาศ ( air entraining chemical) เพื่อให้สามารถทำงานได้สะดวกขึ้นและยังป้องกันอันตรายเนื่องจากการแข็งตัว
- ลาเทกซ์สำ หรับเพิ่มความแข็งแรง
- เส้นใยพลาสติกสำ หรับควบคุมการแตกเนื่องจากการหดตัว
- พลาสติกไซเซอร์ ทำ ให้คอนกรีตมีความต้องการนํ้าในการผสมน้อยลงและมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น
- เหล็กเส้นเสริมแรงหรือตะแกรงเหล็ก ทำ ให้คอนกรีตมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น
- ใยแก้ว(ชนิดทนด่าง) ช่วยเพิ่มความสามารถในการรับแรงดึง
- เม็ดสี สำ หรับทำ ให้คอนกรีตมีสีในขณะที่ปูนซีเมนต์ทำ ปฏิกิริยากับนํ้าแล้วแข็งตัว จะจับยึดวัสดุผสมและเหล็กเสริมแรงไว้ด้วยกัน
ควรรักษาคอนกรีตให้ชื้นอยู่ตลอดเวลาเป็นเวลาหลายวันจนกระทั่งคอนกรีตแข็งตัวเต็มที่ คอนกรีตมีความสามารถในการรับแรงอัดได้สูงมากแต่รับแรงดึงได้น้อย ในขณะที่เหล็กมี ความสามารถในการรับแรงดึงได้สูง จึงได้มีการนำ เอาวัสดุทั้งสองชนิดมาใช้งานร่วมกันในการทำสะพาน อาคาร และโครงสร้างทางวิศวกรรมอื่นๆ แม้แต่ในงานศิลปก็มีการใช้ลวดเหล็กและตะแกรงเหล็กมาช่วยเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้าง โดยเฉพาะในส่วนที่ยื่นออกมาโดยไม่มีอะไร รองรับในส่วนของโครงสร้างที่บาง อาจมีการนำเอาใยแก้วชนิดทนด่างมาใช้แทนเหล็กเส้นเพื่อเพิ่มความสามารถในการรับแรงดึง การแตกร้าวของคอนกรีตจะเกิดมากที่สุดในช่วง 24 ชั่วโมงแรก ซึ่งสามารถแก้ไขปัญหานี้ โดยการเติมเส้นใยโพลีโพรพิลีนลงไปในตอนผสมคอนกรีต นอกจากนี้ยังสามารถใช้ใยแก้วในการป้องกันการแตกร้าวได้เช่นเดียวกัน เนื่องจากปูนซีเมนต์เป็นวัสดุที่แข็งแต่มีความสามารถในการรับแรงดึงตํ่า อาจจะทำ ให้คอนกรีตเปราะและแตกหักได้ง่าย ดังนั้นจึงได้มีการเติมลาเทกซ์ลงไปในนํ้าผสมคอนกรีตเพื่อทำ ให้คอนกรีตเหนียวขึ้นและในขณะเดียวกันก็สามารถป้องกันการซึมของนํ้าได้อีกด้วย
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น