เมื่อกล่าวถึงคอนกรีต กำลังอัด เป็นคุณสมบัติประการแรกและประการสำคัญที่ผู้ออกแบบ ผู้ควบคุมงานก่อสร้างและผู้รับเหมา คำนึงถึง รวมทั้งข้อกำหนดสำหรับงานก่อสร้างต่างๆล้วนระบุถึงกำลังอัดคอนกรีตของโครงสร้างที่ออกแบบไว้ แต่คุณสมบัติที่มักจะถูกมองข้ามนั้นคือ ความทนทาน( Durability )
ความทนทานของคอนกรีตเป็นคุณสมบัติที่สำคัญมากประการหนึ่งซึ่งหมายถึง ความสามารถในการทนต่อการเปลี่ยนแปลงต่อสภาพแวดล้อม ทนต่อการทำลายจากสารเคมี ทนต่อแรงกระแทกหรือการกระทำอื่นๆ ตลอดอายุการใช้งานของโครงสร้างนั้น
คอนกรีตที่ทนทานจะต้องคงสภาพได้นานตลอดอายุการใช้งาน สิ่งก่อสร้างคอนกรีตจำนวนมากที่ถูกออกแบบและก่อสร้างโดยไม่คำนึงถึงความทนทานจึงส่งผลให้เกิดความเสียหาย สามารถสรุปได้ 3 ประการใหญ่ๆ คือ
1. สาเหตุด้านกายภาพ (Physical)
เช่น ความเสียหายเนื่องจาก ความร้อน น้ำหนักที่บรรทุกมากเกินไป เป็นต้น
2. สาเหตุด้านเคมี (Chemical)
เช่น มีการซึมผ่านของสารเคมีเข้ามากัดกร่อนคอนกรีตและเหล็กเสริม
3. สาเหตุด้านกล (Mechanical)
เช่น การเสียดสีจนเกิดความเสียหาย
ขอบเขตของความเสียหายขึ้นอยู่กับองค์ประกอบเฉพาะที่มาเกี่ยวข้องอันได้แก่ คุณภาพของคอนกรีต ความหนาแน่นของคอนกรีต และความรุนแรงของสภาพแวดล้อม เป็นต้น
คอนกรีตดีต้องมีกำลังตามความต้องการและทนทานต่อสภาพดินฟ้าอากาศหรือสภาวะแวดล้อมตลอดอายุการใช้งานโดยยังสามารถคงรูปร่าง คุณภาพ คุณสมบัติ และการใช้งานได้ดีเช่นเดิม ความทนทานของคอนกรีตที่ทำจากปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์หมายถึงความสามารถของคอนกรีตในการทนต่อสภาพกัดกร่อน ไม่วาจะเป็นทางเคมี ทางกลหรือทางกายภาพ สาเหตุทางเคมีที่ทำลายคอนกรีตที่ทำลายคอนกรีตในระหว่างการใช้งาน ได้แก่ การเกิดคาร์บอเนชัน การเกิดปฏิกิริยาอัลคาไลซิลิกา การกัดกร่อนเนื่องจากซัลเฟต คลอไรด์ กรด ของเสียที่อยู่ในรูปของเหลว และก๊าซต่างๆจากโรงงานอุตสาหกรรม เป็นต้น สาเหตุทางกลที่ทำให้คอนกรีตเสียหานได้แก่ การกระแทก การขัดสี และการสึกกร่อน เป็นต้นสำหรับสาเหตุทางกายภาพที่กระทำต่อคอนกรีตได้แก่ อุณหภูมิที่แตกต่างกันที่ทำให้เกิดการขยายตัวที่ไม่เท่ากันในคอนกรีตและสภาวะการแข็งตัวและละลายของน้ำสลับกัน เป็นต้น
นอกจากตัวคอนกรีตที่มีคุณสมบัติเหมาะสมกับกานใช้งานแล้ว การที่จะได้โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กที่มีความทนทานจะต้องอาศัยองค์ประกอบอื่นๆ อีกตั้งแต่การออกแบบโครงสร้างจนถึงการใช้งาน ซึ่งสามารถสรุปได้เป็น 4 ขั้นตอน คือ
1การออกแบบที่ดี
2ข้อกำหนดที่เหมาะสม
3การก่อสร้างที่ดี
4การบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ
ปัจจัยที่สำคัญที่มีผลคือ ความสามารถในการซึมผ่านของน้ำสู่คอนกรีต (Permeability)
ความสามารถซึมผ่านได้จะต่ำ สำหรับเพสต์ที่มีอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ต่ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่ W/C ต่ำกว่า 0.60 ซึ่งช่องทางไหลของน้ำ (Capillary) จะถูกแบ่งหรือทำให้แยกออกไม่ต่อเนื่องกัน และยิ่งมีการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นอย่างต่อเนื่อง ความสามารถซึมผ่านได้ก็จะลดลง
การแตกร้าวของคอนกรีต
ปัจจัยที่ให้เกิดการแตกร้าว
1.วัตถุดิบ และสัดส่วน การผสมคอนกรีต
2.การเทคอนกรีต (Placing)
3.สภาพการทำงาน
4.การบ่ม
5.การยึดดรั้งตัว
ความสามารถซึมผ่านได้ ( Permeability )
ความสามารถในการซึมผ่านของน้ำ คือ ความสะดวกหรือง่ายซึ่งของเหลวหรือก๊าซ สามารถซึมผ่านคอนกรีต คุณสมบัตินี้จะเป็นตัวบ่งชี้ว่าคอนกรีตในโครงสร้างนั้นๆ จะทนมากน้อยเพียงใด
ถึงแม้ว่าจะไม่มีการกำหนดวิธีการทดสอบ แต่ความสามารถในการซึมผ่านของน้ำ สามารถวัดได้โดยใช้น้ำที่มีความดัน ดันผ่านคอนกรีตเมื่อถึงสภาพที่คอนกรีตอิ่มตัว น้ำจะซึมผ่านคอนกรีตนั้นออกมา ทำการวัดปริมาณของน้ำนี้ในช่วงเวลาหนึ่ง รวมทั้งวัดความหนาของคอนกรีต โดยความสามารถในการซึมผ่านของน้ำจะถูกแสดงผ่านออกมาในรูปของสัมประสิทธิ์การซึมผ่านของน้ำ ดังสมการ
ของ Darcy
นอกจากนี้ยังมีการทดสอบมาตราฐานของประเทศอังกฤษ คือ การทดสอบการดูดซึมของน้ำของผิวคอนกรีต( Initial Surface Absorption ) ซึ่งเป็นอัตราการไหลของน้ำเข้าไปในคอนกรีตต่อหน่วยพื้นที่ภายในเวลาที่กำหนด
สำหรับคอนกรีตที่ใช้หินทั่วๆไป ความสามารถในการซึมผ่านของน้ำ จะถูกควบคุมโดยความพรุนของซีเมนต์เพสต์โดยความพรุน ( Capillary Porosity ) จะมากน้อยขึ้นกับอัตราส่วนน้ำต่อปูนซีเมนต์และความสมบูรณ์ของปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ( Degree of Hydration ) รูปที่ 14.4 แสดงให้เห็นว่า ณ ความสมบูรณ์ของปฏิกิริยาไฮเดรชั่นที่กำหนด ความสามารถซึมผ่านได้จะต่ำ สำหรับเพสต์ที่มีอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่ W/C ต่ำกว่า 0.60 ซึ่งช่องทางไหลของน้ำ ( Capillary ) จะถูกแบ่งหรือทำให้แยกออกไม่ต่อเนื่องกัน ในส่วนผสมที่กำหนด W/C ให้ความสามารถซึมผ่านจะลดลงถ้าปูนซีเมนต์มีการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นอย่างต่อเนื่อง ดังรูป 14.5
รูปที่ 14.4 ความสัมพันธ์ระหว่างการซึมผ่านของน้ำกับอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์
รูปที่ 14.5 ความสามารถซึมผ่านของน้ำลดลงเมื่อปฏิกิริยาไฮเดรชั่นสมบูรณ์ขึ้น
การสามารถซึมผ่านได้ของน้ำไม่ใช่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความพรุนของเนื้อคอนกรีต ในรูปที่ 14.6 แสดงให้เห็นว่าคอนกรีตทั้ง 2 มีความพรุนเท่ากัน แต่มีความสามารถในการซึมผ่านของน้ำแตกต่างกัน
(a) การซึมผ่านของน้ำสูง – เนื่องจาก Capillary Pore เชื่อมต่อกัน
(b) การซึมผ่านของน้ำต่ำ – เนื่องจาก Capillary Pore แยกจากกัน
จะเห็นได้ว่าเฉพาะ Capillary Pore ที่เชื่อมกันจะก่อให้เกิดการซึมผ่านของน้ำสูงในขณะที่ความพรุนเท่ากันดังรูป 14.6
เมื่อพิจารณาในเรื่อง ความทนทาน จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องทำให้คอนกรีตเกิดความสามารถในการซึมผ่านของน้ำที่ต่ำ ( Low Permeability ) ในเวลาที่เร็วที่สุด นั่นคือ ควรเลือกใช้ซีเมนต์ที่มีอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ต่ำ ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมาก
นอกจากอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์แล้ว การทำให้คอนกรีตอัดแน่น และการบ่มยังเป็นองค์ประกอบที่สำคัญมาก ที่จะทำให้การซึมผ่านของน้ำต่ำ ช่วยให้คอนกรีตมีความทนทานสูงขึ้น
ขบวนการซึมผ่านของน้ำ ความชื้น และอากาศ
ขบวนการที่ทำให้คอนกรีตเสียหาย หรือขาดความทนทานส่วนใหญ่มาจากการที่น้ำ ความชื้นหรืออากาศซึมผ่านช่องว่างที่ต่อเนื่อง หรือรอยแตกร้าวของคอนกรีต โดยทั้งน้ำและอากาศที่ซึมผ่านนี้จะนำพาสารที่เป็นอันตรายเข้าไปในเนื้อคอนกรีต เมื่อปริมาณที่เหมาะสมจนก่อให้เกิดความเสียหาย ขบวนการซึมผ่านของน้ำ สามารถเขียนเป็นแผนภาพได้ดังรูปที่ 14.7
ที่มา : concrete technology cpac & tpipolene
sungkomonline
ความทนทานของคอนกรีตเป็นคุณสมบัติที่สำคัญมากประการหนึ่งซึ่งหมายถึง ความสามารถในการทนต่อการเปลี่ยนแปลงต่อสภาพแวดล้อม ทนต่อการทำลายจากสารเคมี ทนต่อแรงกระแทกหรือการกระทำอื่นๆ ตลอดอายุการใช้งานของโครงสร้างนั้น
คอนกรีตที่ทนทานจะต้องคงสภาพได้นานตลอดอายุการใช้งาน สิ่งก่อสร้างคอนกรีตจำนวนมากที่ถูกออกแบบและก่อสร้างโดยไม่คำนึงถึงความทนทานจึงส่งผลให้เกิดความเสียหาย สามารถสรุปได้ 3 ประการใหญ่ๆ คือ
1. สาเหตุด้านกายภาพ (Physical)
เช่น ความเสียหายเนื่องจาก ความร้อน น้ำหนักที่บรรทุกมากเกินไป เป็นต้น
2. สาเหตุด้านเคมี (Chemical)
เช่น มีการซึมผ่านของสารเคมีเข้ามากัดกร่อนคอนกรีตและเหล็กเสริม
3. สาเหตุด้านกล (Mechanical)
เช่น การเสียดสีจนเกิดความเสียหาย
ขอบเขตของความเสียหายขึ้นอยู่กับองค์ประกอบเฉพาะที่มาเกี่ยวข้องอันได้แก่ คุณภาพของคอนกรีต ความหนาแน่นของคอนกรีต และความรุนแรงของสภาพแวดล้อม เป็นต้น
คอนกรีตดีต้องมีกำลังตามความต้องการและทนทานต่อสภาพดินฟ้าอากาศหรือสภาวะแวดล้อมตลอดอายุการใช้งานโดยยังสามารถคงรูปร่าง คุณภาพ คุณสมบัติ และการใช้งานได้ดีเช่นเดิม ความทนทานของคอนกรีตที่ทำจากปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์หมายถึงความสามารถของคอนกรีตในการทนต่อสภาพกัดกร่อน ไม่วาจะเป็นทางเคมี ทางกลหรือทางกายภาพ สาเหตุทางเคมีที่ทำลายคอนกรีตที่ทำลายคอนกรีตในระหว่างการใช้งาน ได้แก่ การเกิดคาร์บอเนชัน การเกิดปฏิกิริยาอัลคาไลซิลิกา การกัดกร่อนเนื่องจากซัลเฟต คลอไรด์ กรด ของเสียที่อยู่ในรูปของเหลว และก๊าซต่างๆจากโรงงานอุตสาหกรรม เป็นต้น สาเหตุทางกลที่ทำให้คอนกรีตเสียหานได้แก่ การกระแทก การขัดสี และการสึกกร่อน เป็นต้นสำหรับสาเหตุทางกายภาพที่กระทำต่อคอนกรีตได้แก่ อุณหภูมิที่แตกต่างกันที่ทำให้เกิดการขยายตัวที่ไม่เท่ากันในคอนกรีตและสภาวะการแข็งตัวและละลายของน้ำสลับกัน เป็นต้น
นอกจากตัวคอนกรีตที่มีคุณสมบัติเหมาะสมกับกานใช้งานแล้ว การที่จะได้โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กที่มีความทนทานจะต้องอาศัยองค์ประกอบอื่นๆ อีกตั้งแต่การออกแบบโครงสร้างจนถึงการใช้งาน ซึ่งสามารถสรุปได้เป็น 4 ขั้นตอน คือ
1การออกแบบที่ดี
2ข้อกำหนดที่เหมาะสม
3การก่อสร้างที่ดี
4การบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ
ปัจจัยที่สำคัญที่มีผลคือ ความสามารถในการซึมผ่านของน้ำสู่คอนกรีต (Permeability)
ความสามารถซึมผ่านได้จะต่ำ สำหรับเพสต์ที่มีอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ต่ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่ W/C ต่ำกว่า 0.60 ซึ่งช่องทางไหลของน้ำ (Capillary) จะถูกแบ่งหรือทำให้แยกออกไม่ต่อเนื่องกัน และยิ่งมีการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นอย่างต่อเนื่อง ความสามารถซึมผ่านได้ก็จะลดลง
การแตกร้าวของคอนกรีต
ปัจจัยที่ให้เกิดการแตกร้าว
1.วัตถุดิบ และสัดส่วน การผสมคอนกรีต
2.การเทคอนกรีต (Placing)
3.สภาพการทำงาน
4.การบ่ม
5.การยึดดรั้งตัว
ความสามารถซึมผ่านได้ ( Permeability )
ความสามารถในการซึมผ่านของน้ำ คือ ความสะดวกหรือง่ายซึ่งของเหลวหรือก๊าซ สามารถซึมผ่านคอนกรีต คุณสมบัตินี้จะเป็นตัวบ่งชี้ว่าคอนกรีตในโครงสร้างนั้นๆ จะทนมากน้อยเพียงใด
ถึงแม้ว่าจะไม่มีการกำหนดวิธีการทดสอบ แต่ความสามารถในการซึมผ่านของน้ำ สามารถวัดได้โดยใช้น้ำที่มีความดัน ดันผ่านคอนกรีตเมื่อถึงสภาพที่คอนกรีตอิ่มตัว น้ำจะซึมผ่านคอนกรีตนั้นออกมา ทำการวัดปริมาณของน้ำนี้ในช่วงเวลาหนึ่ง รวมทั้งวัดความหนาของคอนกรีต โดยความสามารถในการซึมผ่านของน้ำจะถูกแสดงผ่านออกมาในรูปของสัมประสิทธิ์การซึมผ่านของน้ำ ดังสมการ
ของ Darcy
ในรูปที่ 14.2 แสดงความสัมพันธ์ระหว่าง สัมประสิทธิ์การซึมผ่านของน้ำ และความพรุนของคอนกรีต
นอกจากนี้ยังมีการทดสอบมาตราฐานของประเทศอังกฤษ คือ การทดสอบการดูดซึมของน้ำของผิวคอนกรีต( Initial Surface Absorption ) ซึ่งเป็นอัตราการไหลของน้ำเข้าไปในคอนกรีตต่อหน่วยพื้นที่ภายในเวลาที่กำหนด
สำหรับคอนกรีตที่ใช้หินทั่วๆไป ความสามารถในการซึมผ่านของน้ำ จะถูกควบคุมโดยความพรุนของซีเมนต์เพสต์โดยความพรุน ( Capillary Porosity ) จะมากน้อยขึ้นกับอัตราส่วนน้ำต่อปูนซีเมนต์และความสมบูรณ์ของปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ( Degree of Hydration ) รูปที่ 14.4 แสดงให้เห็นว่า ณ ความสมบูรณ์ของปฏิกิริยาไฮเดรชั่นที่กำหนด ความสามารถซึมผ่านได้จะต่ำ สำหรับเพสต์ที่มีอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่ W/C ต่ำกว่า 0.60 ซึ่งช่องทางไหลของน้ำ ( Capillary ) จะถูกแบ่งหรือทำให้แยกออกไม่ต่อเนื่องกัน ในส่วนผสมที่กำหนด W/C ให้ความสามารถซึมผ่านจะลดลงถ้าปูนซีเมนต์มีการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นอย่างต่อเนื่อง ดังรูป 14.5
รูปที่ 14.4 ความสัมพันธ์ระหว่างการซึมผ่านของน้ำกับอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์
รูปที่ 14.5 ความสามารถซึมผ่านของน้ำลดลงเมื่อปฏิกิริยาไฮเดรชั่นสมบูรณ์ขึ้น
การสามารถซึมผ่านได้ของน้ำไม่ใช่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความพรุนของเนื้อคอนกรีต ในรูปที่ 14.6 แสดงให้เห็นว่าคอนกรีตทั้ง 2 มีความพรุนเท่ากัน แต่มีความสามารถในการซึมผ่านของน้ำแตกต่างกัน
(a) การซึมผ่านของน้ำสูง – เนื่องจาก Capillary Pore เชื่อมต่อกัน
(b) การซึมผ่านของน้ำต่ำ – เนื่องจาก Capillary Pore แยกจากกัน
จะเห็นได้ว่าเฉพาะ Capillary Pore ที่เชื่อมกันจะก่อให้เกิดการซึมผ่านของน้ำสูงในขณะที่ความพรุนเท่ากันดังรูป 14.6
เมื่อพิจารณาในเรื่อง ความทนทาน จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องทำให้คอนกรีตเกิดความสามารถในการซึมผ่านของน้ำที่ต่ำ ( Low Permeability ) ในเวลาที่เร็วที่สุด นั่นคือ ควรเลือกใช้ซีเมนต์ที่มีอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ต่ำ ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมาก
นอกจากอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์แล้ว การทำให้คอนกรีตอัดแน่น และการบ่มยังเป็นองค์ประกอบที่สำคัญมาก ที่จะทำให้การซึมผ่านของน้ำต่ำ ช่วยให้คอนกรีตมีความทนทานสูงขึ้น
ขบวนการซึมผ่านของน้ำ ความชื้น และอากาศ
ขบวนการที่ทำให้คอนกรีตเสียหาย หรือขาดความทนทานส่วนใหญ่มาจากการที่น้ำ ความชื้นหรืออากาศซึมผ่านช่องว่างที่ต่อเนื่อง หรือรอยแตกร้าวของคอนกรีต โดยทั้งน้ำและอากาศที่ซึมผ่านนี้จะนำพาสารที่เป็นอันตรายเข้าไปในเนื้อคอนกรีต เมื่อปริมาณที่เหมาะสมจนก่อให้เกิดความเสียหาย ขบวนการซึมผ่านของน้ำ สามารถเขียนเป็นแผนภาพได้ดังรูปที่ 14.7
ที่มา : concrete technology cpac & tpipolene
sungkomonline
