ปฏิกิริยาไฮเดรชั่น

บทท่ี 3 ทฤษฎที ่ีเก่ียวของ 3.1 ปฏกิ ริ ยิ าไฮเดรช่นั (Hydration Reaction) 3.1.1 ปฏกิ ริ ยิ าของสารประกอบ ปฏิกริ ิยาระหวา งปนู ซเี มนตกับนาํ้ เรียกวา ปฏิกิรยิ าไฮเดรชั่น ซ่ึงจะทําใหเกิดการกอตัวและ แข็งตัว โดยจะขึ้นอยูกับปริมาณสารประกอบในปูนซีเมนต สารประกอบน้ีจะทําปฏิกิริยาและมี อิทธิพลซ่ึงกันและกัน ดังนั้นปฏิกิริยาระหวางปูนซีเมนตกับน้ําสามารถเร่ิมตนดวยปฏิกิริยาของแต ละสารประกอบในปูนซเี มนต 1. ปฏกิ ิรยิ าไฮเดรชั่นของแคลเซียมซลิ เิ กต (C3S, C2S) แคลเซียมซิลิเกตจะทําปฏิกิริยากับนํ้า กอใหเกิด Ca(OH)2 และแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต (Calcium Silicate Hydrate, C-S-H) ดังสมการท่ี (3.1) และ (3.2) โดยมลี ักษณะดงั ภาพท่ี 3.1 2 ( 3CaO.SiO 2 ) + 7H 2O → 3CaO.2SiO2 4H 2O + 3Ca ( OH ) (3.1) 2 (3.2) 2(2CaO.SiO2 ) + 5H2O → 3CaO.2SiO2.4H2O + Ca (OH2 ) ภาพท่ี 3.1 ปฏกิ ริ ยิ าของแคลเซยี มซิลเิ กต (C3S, C2S) (ชัชวาลย เศรษฐบตุ ร, 2544) 17

18 จากภาพจะเห็นไดวา C-S-H จะอยูในภาพของอนุภาคเล็กๆ มีขนาดเทากับสารแขวนลอย (เล็กกวา 1 μm) มีลักษณะปรากฏเปนอสัณฐาน (Amorphous) และมีผลึกท่ีหยาบมาก (Poorly Crystalline) โดยอัตราสวนของแคลเซียมตอซิลิเกตใน C-S-H ไมคงที่ขึ้นอยูกับอายุ อุณหภูมิและ ปริมาณนํ้า สัญลักษณทางเคมีของไตรแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรตท่ีมีอัตราสวน C3S2H3 เปนเพียง คา เฉล่ยี เทานน้ั 2. ปฏิกิรยิ าไฮเดรชน่ั ของไตรแคลเซียมอะลมู ิเนตและยปิ ซัม่ ปฏกิ ริ ยิ าไฮเดรชัน่ ของไตรแคลเซียมอะลูมิเนต (C3A) จะเกิดทันทีทันใด และกอใหเกิดการ แขง็ ตัวอยา งรวดเร็วของซีเมนตเพสต ดังสมการที่ (3.3) 3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O (3.3) เพื่อหนวงไมใหปฏิกิริยาเกิดอยางรวดเร็ว จึงใสยิปซัมเขาไปในระหวางขบวนการบดปูน เม็ดยิปซัมจะเขาไปทําปฏิกิริยากับกอใหเกิดชั้นของเอ็ททริงไกด (Ettringite) ในภาพที่ 3.2 บนผิว ของอนุภาค C3A ดงั สมการท่ี (3.4) 3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 26H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (3.4) ชั้นของเอ็ททริงไกด (Ettringite) กอใหเกิดการหนวงการกอตัวของ C3A และทําใหการกอ ตวั ในชว งแรกนี้ข้ึนอยกู บั ปฏิกริ ยิ าไฮเดรชั่นของแคลเซียมซลิ ิเกต (C3S, C2S) ภาพที่ 3.2 ลักษณะของเอ็ททรงิ ไกด (Ettringite) มรี ูปทรงอสณั ฐาน (Amorphous) ซ่งึ มลี กั ษณะคลายกับเขม็ ผลกึ (Nevile, A.M., 1995)

19 3. ปฏกิ ริ ิยาไฮเดรช่ันของเตตระแคลเซียม อะลูมิโนเฟอรไ รต (C4AF) ปฏิกิริยาของ C4AF คลายกับปฏิกิริยาท่ีเกิดข้ึนใน C3A แตปฎิกิริยาจะเกิดชากวาและมี ความรอนทเ่ี กิดจากการทาํ ปฏิกิรยิ าทน่ี อยกวา ยิบซั่มจะหนวงปฎิกิริยาของ C4AF มากกวาที่หนวง ใน C3A ปฏิกิริยาระหวาง C4AF และ ยิบซ่ัมจะทําใหเกิดแคลเซียมซัลโฟอะลูมิเนต (Calcium Sulfoaluminate) และแคลเซยี มซัลโฟเฟอรไรต (Calcium Sulfoferrite) ดงั สมการที่ (3.5) 4CaO.Al2O3.Fe2O3 + CaSO 4 .2H 2 O + Ca ( OH ) → 3CaO (Al2O3, Fe2O3 ).3CaSO4 (3.5) 2 3.1.2 กลไกของปฏิกริ ยิ าไฮเดรชน่ั ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นที่เกิดข้ึนในปูนซีเมนตปอรตแลนดจะประกอบดวยปฏิกิริยาเคมีของแต องคประกอบแคลเซยี มซลั เฟต (CaSO4.2H2O) และนํา้ ท่ีตอ เนื่องกัน โดยปกติสารประกอบที่เขาทํา ปฏกิ ิรยิ าไดแก เอไลด (ไตรแคลเซียมซิลิเกตซ่ึงโครงสรางถูกแทนที่ไอออนอื่น) เบไลด (ไดแคลเซียม ซิลิเกตซ่ึงโครงสรางถูกแทนที่ไอออนอ่ืน) ไตรแคลเซียมอะลูมิเนต แคลเซียมอะลูมิโนเฟอรไรด แคลเซยี มออกไซดอ สิ ระ ซัลเฟตของอัลคาไลด แคลเซยี มซลั เฟต และนํ้า ปฏิกิริยาของเพสตในปูนซีเมนตปอรตแลนดท่ีอุณหภูมิแวดลอมประกอบดวย 4 ข้ันตอน พบวามลี ักษณะท่ีคลายกบั ปฏกิ ริ ยิ าทเ่ี กดิ ข้ึนในไตรแคลเซียมซลิ เิ กต ดังตอไปนี้ 1. ระยะ Pre-induction (นาทีแรก) โดยเม่ือปูนซีเมนตสัมผัสกับนํ้าจะมีการแตกตัวอยางรวดเร็วของไอออนบางชนิดไปยัง สถานะของของเหลวและมีการฟอรมตัวของไฮเดรต ซัลเฟตของอัลคาไลดจะแตกตัวอยางสมบูรณ ภายในไมก่ีวินาทีทําใหในสารละลายมีท้ังไอออนของโพแทสเซียม (K+) โซเดียม (Na+) และซัลเฟต ไอออน (SO42-) ในขณะท่ีแคลเซียมซัลเฟตก็มีการแตกตัวจนกระทั่งอ่ิมตัวดวยไอออนแคลเซียม ไอออน (Ca2+) และซัลเฟตไอออน (SO42-) เชนเดยี วกัน ไตรแคลเซียมซิลิเกตจะมีการแตกตัวอยางตอเน่ืองและจะมีช้ันของแคลเซียมซิลิเกตไฮ เดรตเกดิ ข้นึ บนผิวของอนุภาคปูนซีเมนต เม่ือพิจารณาอัตราสวนของแคลเซียมออกไซดตอซิลิกอน ไดออกไซด (CaO/SiO2) ของผลิตภัณฑไฮเดรตนี้จะมีคาต่ํากวาในไตรแคลเซียมซิลิเกตซึ่ง ปฏิกิรยิ าไฮเดรชัน่ ทส่ี ภาวะน้ีจะเพิม่ ขึ้นตามความเขมข้ึนที่เพ่ิมขึ้นของแคลเซียมไอออน (Ca2+) และ ไฮดรอกไซดไอออน (OH-) ในขณะท่ีไตรแคลเซียมอะลูมิเนตจะแตกตัวและทําปฏิกิริยากับ แคลเซียมไอออน (Ca2+) และซัลเฟตไอออน (SO42-) ไดผลิตภัณฑเปนเอ็ททริงไกท (Ettringite) ซ่ึง

20 ปริมาณของไตรแคลเซียมอะลูมิเนตท่ีทําปฏิกิริยาจะตางกันตามชนิดของปูนซีเมนต เชน เดียวกับเฟอรไรดท่ีใหผลิตภัณฑอยางเดียวกัน สวนเบตาไดแคลเซียมซิลิเกต (β-C2S) จะให แคลเซยี มซิลเิ กตไฮเดรต 2. ระยะ Induction หรอื ระยะดอรแมนท (Dormant) (ในช่วั โมงแรก) หลังจากชวงสั้นๆของปฏิกิริยาไฮเดรช่ันท่ีผานไปอยางรวดเร็ว อัตราเร็วของปฏิกิริยา โดยรวมจะลดลงในชวงชั่วโมงแรก สาเหตุที่ปฏิกิริยาลดลงเปนผลเน่ืองมาจากความเขมขนของ แคลเซียมไฮดรอกไซด (Ca(OH)2) ในของเหลวที่เร่ิมเขาสูจุดสูงสุดและกําลังจะลดลง ในขณะที่ ความเขมขนของ ซัลเฟตไอออน (SO42-) อยูในระดับท่ีคงที่ตามสัดสวนที่ใชในการเกิดของเอ็ททริง ไกท (Ettringite) 3. ระยะเรง (Acceleration Stage) (3 – 12 ชวั่ โมงหลังการผสม) ในชวงน้ีจะมีการพัฒนาของปฏิกิริยาไฮเดรช่ันที่เพ่ิมข้ึนอีกครั้งและจะถูกควบคุมโดยการ เกิดและพัฒนาโครงสรางของผลิตภัณฑไฮเดรช่ัน ผลึกของแคลเซียมไฮดรอกไซดจะเร่ิมตกผลึกทํา ใหความเขมขนของแคลเซียมไอออน (Ca2+) ลดลง ในขณะที่แคลเซียมซัลเฟตจะกลับมาแตก ตัวอยางสมบูรณแตความเขมขนของซัลเฟตไอออน (SO42-) จะลดลงเนื่องจากการฟอรมตัวของ เอท็ ทรงิ ไกท 4. ระยะหลังการเรง (Post – Acceleration Period) ในระยะน้อี ตั ราการเกดิ ปฏกิ ิรยิ าไฮเดรชั่นจะลดลงตามปริมาณของสารตั้งตนของปฏิกิริยา ที่ ลดลง ในขณะที่แคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต (C–S–H) มีการฟอรมตัวอยางตอเนื่องซ่ึงเปนผลมา จากปฏิกิริยาไฮเดรช่ันที่ตอเนื่องของไตรแคลเซียมซิลิเกตและเบตาไดแคลเวียมซิลิเกต และเมื่อ แคลเซียมซัลเฟตถูกใชหมดไปมีผลทําใหความเขมขนของซัลเฟตไอออน (SO42-) ลดลง ตามมา ดวยเอ็ททริงไกทจะฟอรมตัวขึ้นจะเร่ิมทําปฏิกิริยากับไตรแคลเซียมอะลูมิเนต (C3A) และได แคลเซียมซ่ึงมีโมเลกุลของอะลูมิเนียมและ/หรือเฟอรไรดไดโมโนซัลเฟต ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของ ปนู ซเี มนตป อรตแลนดแ สดงไดใ นภาพที่ 3.3 และ 3.4

ป ิรมาณของสารต้ังตนในปฏิกิ ิรยา 21 ไฮเดรช่ัน ( รอยละ) เวลาในการเกดิ ปฏิกริ ยิ าไฮเดรชั่น (วนั ) ป ิรมาณของผลิตภัณฑในปฏิกิ ิรยาภาพที่ 3.3 การพัฒนาของปฏิกริ ิยาไฮเดรชน่ั ในแตล ะสารประกอบหลัก ไฮเดรช่ัน ( รอยละ) (Nevile, A.M., 1995) เวลาในการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาไฮเดรชนั่ (วนั ) ภาพที่ 3.4 ปรมิ าณของผลิตภณั ฑจ ากปฏกิ ริ ยิ าไฮเดรชนั่ ทเ่ี กดิ ขึ้นที่เวลาตางๆ (Nevile, A.M., 1995) 3.2 ปฏกิ ริ ยิ าปอซโซลานิก 3.2.1 ความหมายของสารปอซโซลาน วัสดุปอซโซลาน (Pozzolanic Material) ตามมาตรฐาน ASTM C 618 ไดใหคําจํากัด ความของวสั ดปุ อซโซลานไวว า วสั ดทุ ีม่ ีสว นประกอบเปน ซิลิคอน (Siliceous) หรือมีท้ังซิลิคอนและ

22 อะลมู ินา (Siliceous and Alumineous) ซ่งึ ทอี่ ณุ หภูมจิ ะไมท ําปฏิกริ ยิ าแตเ ม่อื ทําการบดใหมีความ ละเอยี ดเพม่ิ ขึน้ จะสามารถทาํ ปฏกิ ิริยากับแคลเซยี มไฮดรอกไซด (Ca(OH)2) ได 3.2.2 ปฏิกิริยาปอซโซลานิกของสารปอซโซลาน ปฏิกิริยาปอซโซลานิกคือ ปฏิกิริยาของซิลิคอนไดออกไซด (SiO2) และ/หรืออะลูมิเนียม ออกไซด (Al2O3) ในสารปอซโซลานทําปฏิกิริยากับแคลเซียมไฮดรอกไซด (Ca(OH2)) ซึ่งเปน ผลิตภณั ฑจากการไฮเดรชั่นของไตรแคลเซียมซิลิเกต และไดแคลเซียมซิลิเกต โดยท่ีผลิตภัณฑของ ปฏิกิริยาปอซโซลานิกของซลิ ิคอนไดออกไซดไ ดแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต ในขณะที่ปฏิกิริยา ปอซ โซลานิกของอะลูมิเนียมออกไซด ไดแคลเซียมอะลูมิเนตไฮเดรต (C3A2H3) ดังสมการที่ (3.6) และ (3.7) 2SiO2 + 3Ca (OH) ⎯H⎯2O⎯→ 3CaO.2SiO2.3H2O (3.6) 2 (3.7) 2Al2O3 + 3Ca (OH) ⎯H⎯2O⎯→ 3CaO.2Al2O3.3H2O 2 3.2.3 กลไกของปฏิกริ ยิ าไฮเดรช่นั ท่ีมสี ารปอซโซลาน จากภาพที่ 3.5 กลไกของปฏิกิริยาไฮเดรชั่นในระบบซ่ึงมีท้ังไตรแคลเซียมซิลเกต (C3S) และสารปอซโซลานเร่ิมขึ้นจากไอออนของแคลเซียม (Ca2+) จะละลายออกจากสารประกอบ ไตรแคลเซียมซิลิเกต (C3S) อยางอิสระลงไปในของเหลว แตไอออนดังกลาวจะถูกดักจับดวย อนุภาคที่มปี ระจุลบจากสารปอซโซลานโดยอาศัยการชนกนั และถกู ดดู ซบั ท่ีไวทผ่ี ิวของอนภุ าคปอซ โซลาน แคลเซียมซิลิเกตไฮเดรตท่ีไดจากปฏิกิริยาไฮเดรช่ันของไตรแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรตจะเกิด การตกตะกอนทีอ่ ัตราสว นแคลเซยี มออกไซดต อซลิ ิกอนออกไซด (CaO/SiO2) สูง ในขณะที่ บนผิว ของสารปอซโซลานจะเกิดข้ึนเชนเดียวกันแตจะไดผลิตภัณฑจากปฏิกิริยาไฮเดรช่ันที่มีอัตราสวน ระหวางแคลเซียมออกไซดตอซิลิกอนออกไซดตํ่าและมีความพรุนสูง โดยปกติเม่ืออนุภาคปอซโซ ลานสัมผัสกับน้ําผิวของสารปอซโซลานจะมีคุณสมบัติเปนประจุบวกอันเนื่องมาจากการดึงดูด ไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) ที่ไดจากการแตกตัวของนํ้าไวและจะทําใหมีการแตกตัวของโซเดียม ไอออน (Na+) และโพแทสเซียมไอออน (K+) และไอออนอื่นๆ ทีละนอยตามมา เปนผลใหเกิดชั้นท่ี ผิวของอนุภาคปอซโซลานซึ่งมีสวนประกอบของซิลิกอนและ/หรืออะลูมิเนียมเปนสวนใหญ การ ละลายของโซเดียมไอออนและโพแทสเซียมไอออนจะชวยเรงการแตกตัวของนํ้าใหมีปริมาณของ

23 ไฮโดรเนียมไอออนเพ่ิมข้ึนซึ่งเปนการเรงการแตกตัวของซิลิเกตไอออน (SiO44-) และอะลูมิเนียม ไอออน (AlO2-) ดวยและเมื่อรวมกับผลของแคลเซียมไอออนจึงทําใหความหนาของชั้นบนอนุภาค ปอซโซลานเพ่มิ ข้นึ และแตกออกในทสี่ ุด ภาพท่ี 3.5 ปฏิกิรยิ าไฮเดรชน่ั ทีเ่ กดิ รว มกับปฏิกิรยิ าปอซโซลานกิ (Nevile, A.M., 1995) 3.3 ทฤษฎเี กย่ี วกับคณุ สมบัติทท่ี าํ การทดสอบ 3.3.1 การกระจายขนาดคละของอนุภาค (Particle Size Distribution) การกระจายขนาดคละของอนุภาคเปนคุณสมบัติทางกายภาพที่มีผลตอคุณสมบัติของ คอนกรีตท้ังในสภาวะสดและแข็งตัวแลว โดยมีเทคนิคในการทดสอบการกระจายขนาดคละหลาย วิธีอาทิเชน วิธีการรอน (Sieve) วิธีการตกตะกอน (Sedimentation Method) และการแทรกสอด ของเลเซอร (Laser Diffraction Method) เปนตน ซ่ึงในวิธีการแทรกสอดของเลเซอรมีขอไดเปรียบ

24 กวาสองวิธีแรกหลายกลาวคือ จํานวนตัวอยางนอยและทดสอบไดเร็ว ความแมนยําสูง แตก็มี ความ ซับซอ นมากตง้ั แตเครือ่ งมอื ดังแสดงในภาพที่ 3.6 ซ่งึ ประกอบดวยแหลง กําเนดิ แสง ระบบ การตรวจวัดระบบการกระจายอนุภาคตลอดจนกระจกและโปรแกรมในการวิเคราะห นอกจากนั้น จะมีการเตรียมตัวอยา ง และการวเิ คราะหผลการทดสอบ เปนตน สําหรับการวิเคราะหผลการทดสอบจะใชทฤษฎีทรงกลมเทียบเทา (Equivalent Sphere Theory) ซึ่งมีหลักการท่ีการเปลี่ยนปริมาตรของรูปทรงตางๆ (โดยปกติจะบอกขนาดดวยของกวาง ยาว และสูง) ใหมีปริมาตรเทียบเทากับทรงกลมแลวแสดงขนาดในรูปของจํานวนเดียว (Unique Number) ซ่งึ กค็ อื รัศมีหรือเสนผา นศนู ยกลางของทรงกลม ภาพท่ี 3.6 เครื่อง Laser Particle Size Analyzer (บญั ชา ธนบุญสมบตั ิ, 2544) 3.3.2 ทฤษฎคี วามเปนผลกึ ของสาร การวิเคราะหความเปนผลึกดวยเทคนิค X-Ray มีประโยชนในการระบุชนิดและปริมาณ ของเปนผลึกของสารท่ีเปนองคประกอบของวัสดุ โดยจากหลักการท่ีวาธาตุหรือสารประกอบมี คุณสมบัติในการแทรกสอดตางกันทําใหสามารถระบุธาตุหรือสารประกอบน้ันได นอกจากนั้น สามารถพิจารณาไดวาผลึกประกอบดวยชั้นหรือระนาบของอะตอมซ่ึงสามารถสะทอ นเคล่ือนท่ีตก กระทบ โดยมุมตกกระทบเทากบั มุมสะทอ น ซึง่ ขน้ึ อยูกับเงื่อนไขวาลําคล่ืนที่ตกกระทบตองมีความ เขมสูงและความแตกตางของระยะเดินทาง (Path Difference) ของคลื่นท่ีสะทอนจากระนาบที่อยู ขา งเคียงกนั มีคา เปนจํานวนเทา ของความยาวคลื่นที่ตกกระทบดงั แสดงในภาพท่ี 3.7 และสมการที่ (3.8)

25 2dhlk sin θ = nλ (3.8) เมือ่ λ คือ ความยาวคลน่ื (เมตร) n คอื ลําดบั ของการสะทอนซึ่งมคี า เทา กับ 1, 2, 3,…, n dhlk คือ ระยะหางระหวางระนาบ (เมตร) θ คือ มมุ ตกกระทบและมุมสะทอ นเมื่อวัดจากแนวระนาบทก่ี ําลงั พิจารณา คลน่ื ตกกระทบ คล่นื สะทอน ภาพที่ 3.7 แบบจําลองสําหรับการแทรกสอดของคลืน่ ตามสมการ 2dhlk sin θ = nλ (บัญชา ธนบญุ สมบัติ, 2544) 3.3.3 คณุ สมบตั ขิ องคอนกรีตสด คอนกรีตสด (Fresh Concrete) คือ คอนกรีตท่ีเพ่ิงผสมใหมๆ ซ่ึงยังเหลวพอเทได ในงาน คอนกรตี ใดๆ คอนกรตี สดจะตองมคี ณุ สมบัติที่สําคัญท่ีถือวา เปนคอนกรีตทดี่ ี ดังน้ี - ผสมไดน านเพียงพอจนมีเน้อื สมํา่ เสมอเหมือนกนั - มคี วามสามารถเทได - ไมเ กิดการแยกตวั ระหวางการลําเลยี งหรือขณะเทคอนกรีต - ไมเกิดการเย้มิ มากเกินไป จนทําใหการแตงผิวหนาไมสะดวก และมีผลกระทบตอคุณภาพ ของคอนกรีตเมอื่ แขง็ ตัวแลว - มีเวลาในการกอ ตัวนานพอทส่ี ามารถทํางานได - ควรมปี ริมาณฟองอากาศพอเหมาะ ซง่ึ มผี ลตอ ความสามารถเทได

26 - สําหรับคอนกรีตที่ใชเทฐานรากขนาดใหญ คุณสมบัติที่สําคัญคือ มีคายุบตัวสูง Slump loss ชา และใชป รมิ าณปูนซเี มนตตาํ่ เพื่อหลกี เลีย่ งความรอนจากปฏกิ ริ ยิ าไฮเดรชนั่ 3.3.3.1 ความสามารถเทได (Workability) ความสามารถเทไดของคอนกรีตคือ “ผลรวมของพลังงานหรือกําลังงานที่จะเอาชนะแรง เสียดทานระหวางอนุภาคของสวนผสมในเนื้อคอนกรีตสดอันกอใหเกิดการอัดแนนของคอนกรีต อยางสมบูรณ” ดังน้ัน คอนกรีตสดท่ีดีควรท่ีจะมีความขนเหลวท่ีพอเหมาะ ที่จะสามารถเทลงแบบ ไดเปนอยางดี ถาหากคอนกรีตมีสัดสวนความขนเหลวมากจนเกินไปทําใหเกิดการแยกตัวในขณะ ทําการลําเลียงและเท ทั้งยังทําใหกําลังและความคงทนตํ่ามีโอกาสแตกราวไดงาย นอกจากน้ี ความสามารถในการเทขึ้นอยูกับ ขนาดหนาตัดหรือแบบหลอ และระยะหางของเหล็กเสริมอีกดวย ซ่งึ การวดั ความสามารถในการทาํ งานไดของคอนกรตี มีอยูหลายวิธีดังแสดงใน ตาราง ซ่ึงวิธีที่ใชใน การทํางานในครั้งนี้คือ วธิ กี ารทดสอบคายุบตัว (Slump Test) โดยปกติคอนกรีตสดจะแข็งตัวตามเวลาท่ีผานไป ที่เปนเชนน้ีเพราะน้ําที่ผสมอยูใน คอนกรีตบางสวนถูกดูดซับไปโดยมวลรวม บางสวนระเหยไป และนํ้าบางสวนถูกใชไปใน ปฏกิ ริ ิยาไฮเดรช่นั การสญู เสียคา การยุบตัวของคอนกรตี รกู ันในชือ่ วา “Slump Loss” ตารางท่ี 3.1 การทดสอบความสามารถเทไดข องคอนกรตี การทดสอบ มาตรฐาน ขอบขา ยการทดสอบ 1.การทดสอบวีบี BS EN 12350-3 ใชกบั คอนกรตี ทเี่ นือ้ แหงถึงแหง มาก (VB Test) 2.ระดบั ของความสามารถอัดแนน BS EN 12350-4 ใชก ับคอนกรีตทเี่ นอ้ื แหง (Degree of Compactability) 3.การทดสอบคายุบตัว ASTM C 143 ใชก ับคอนกรีตสดโดยทว่ั ไป (Slump Test) BS EN 12350-2 4.การทดสอบโตะ การไหล BS EN 12350-5 ใชก บั คอนกรตี ทเี่ นอื้ เหลวมาก (Flow Table Test)

27 3.3.3.2 คา การยบุ ตัว (Slump) ความสามารถในการทํางานได (Workability) คือ คุณสมบัติของคอนกรีตหรือมอรตาร ในสภาวะสด (Fresh State) ซ่ึงคุณสมบัติเปนเน้ือเดียวกันตั้งแตการผสม เทเขาแบบ การยุบตัว และการตบแตง (ACI 116R-90) โดยสามารถทดสอบไดหลายวิธี แตวิธีและงายในทางปฏิบัติคือ การทดสอบคาการยุบตวั (Slump) และปจจัยท่ีมีผลตอคาการยุบตัวของคอนกรีต (สมนึก ตั้งเติม สริ กิ ุล, 2542) ประกอบดวย 1. อตั ราสวนปริมาตรเพสตต อปรมิ าตรชองวา งระหวางมวลรวมทอ่ี ดั แนน (γ) โดยคอนกรีต ท่ีมีปรมิ าณเพสตม ากหรือคา γ สูงจะมีคาการยุบตัวมากกวา คา γ ตํ่า 2. พ้ืนท่ีผิวทั้งหมดของมวลรวม ซ่ึงคอนกรีตที่มีพ้ืนที่ผิวท้ังหมดของมวลรวมมากมี ความสามารถในการเทไดนอยกวาคอนกรีตท่ีมีพ้ืนท่ีผิวทั้งหมดของมวลรวมนอย ทั้งน้ีเพราะการที่ มพี ื้นทีผ่ วิ ทัง้ หมดของมวลรวมมากจะทําใหแรงเสียดทานระหวางผวิ อนภุ าคมากข้ึน 3. พื้นที่ผิวทั้งหมดของปูนซีเมนตและ/หรือสารปอซโซลาน โดยมีผลกระทบเชนเดียวกับ มวลรวม นอกจากน้ันอนุภาคดังกลาวจะมีความสามารถในการกักเก็บนํ้าอิสระไดซึ่งจะเปนผลให ความสามารถในการเทไดลดลง 4. ปริมาณนาํ้ อสิ ระ (Free Water) โดยปกตินํา้ คอนกรีตจะแบง ออกเปน 2 สวนคือ นํ้าท่ีถูก กักเก็บในอนุภาคซึ่งสามารถเคลื่อนที่ไดเมื่ออนุภาคเคล่ือนที่และน้ําอิสระ คอนกรีตจะมีคาการ ยุบตวั มากจะตอ งมีนาํ้ อสิ ระมาก 3.3.3.3 การสญู เสยี คาการยบุ ตัว (Slump Loss) การสูญเสียคาการยุบตัว คือ การสูญเสียความขนเหลวของคอนกรีตสดเม่ือเวลาไป การ สูญเสียคาการยุบตัวเนื่องจากจากผลของการแข็งตัวของซีเมนตเพสต การสูญเสียนํ้าอิสระ (Free Water) ท่เี กดิ จากปฏิกริ ยิ าไฮเดรช่ัน จากการดูดซึมของมวลรวมและการระเหย ดังน้ันเม่ือคอนกรตี ถูกผสมขนึ้ มาแลว ควรรบี ลําเลียง เท และแตงผวิ ใหท นั กบั เวลาท่ีคอนกรีตยงั สามารถทํางานไดเพื่อ หลีกเล่ียงการสูญเสียคาการยุบตัว โดยมีปจจัยท่ีมีผลตอการสูญเสียคาการยุบตัวคือ อุณหภูมิ ปรมิ าณไตรแคลเซียมอะลมู เิ นต (C3A) หรอื อัลคาไลนสูงในปนู ซีเมนต และสารผสมเพม่ิ

28 ปจจัยที่มีผลตอการสูญเสียคา การยุบตัว 1. อุณหภูมิ อุณหภูมิของคอนกรีตขณะท่ีคอนกรีตถูกผสม ลําเลียง ยิ่งสูงมากเทาไร ระยะเวลาการสูญเสยี คา การยบุ ตวั ยง่ิ เร็วขึ้น ดังนั้นในสถานที่ที่อากาศรอน มวลรวมท่ี ใชในการผสมควรทําใหมีอุณหภูมิตํ่าท่ีสุดเทาที่สามารถทําได เชนการพรมน้ํา หรือ การกองเกบ็ ในบริเวณทีร่ ม 2. องคประกอบของปนู ซีเมนต การสูญเสียคาการยุบตัวจะมีคามากเมื่อปูนซีเมนตท่ีใชมี สวนผสมของไตรแคลเซียมอะลมู ิเนต (C3A) หรอื มีสวนประกอบท่ีมอี ัลคาไลนส งู 3. สารผสมเพ่ิม คอนกรีตที่ใสน้ํายาลดน้ําจํานวนมาก (Superplasticizer) มีแนวโนมท่ี จะเกิดการสญู เสยี คา การยบุ ตวั มากกวาคอนกรีตปกติ ท้ังน้ีเพราะน้ํายาดังกลาวจะทํา ใหผลปูนซีเมนตกระจายตัวอยางมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะสงผลใหอัตราการ เกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นมีมากข้ึน ดังน้ันในการใชนํ้ายาชนิดดังกลาวควรใชในปริมาณท่ี เหมาะสมตามขอกาํ หนดของผูผ ลติ 3.3.4 คุณสมบัตทิ างดา นกาํ ลงั รบั แรงอดั ของคอนกรตี กําลังรับแรงเปนคุณสมบัติของคอนกรีตในสภาวะแข็งตัวแลว (Hardened State) หมายถึงคอนกรีตที่พัฒนาการของกําลังรับน้ําหนักไดเต็มท่ีตามที่ออกแบบไว โดยทั่วไปคือ คอนกรีตทอี่ ายุ 28 วนั เปน ตนไป คอนกรตี ในสภาวะแข็งตวั แลว ตอ งมีกําลังทดี่ ี โดยข้ึนอยูกับปจจัย ทส่ี าํ คัญ 3 ประการคือ 1. กําลังของมอรตารซ่ึงข้ึนอยูกับอัตราสวนน้ําตอปูนซีเมนตและระดับของปฏิกิริยาไฮ เดรชั่น 2. กําลังและโมดูลัสยืดหยุนของมวลรวมซ่ึงโดยท่ัวไปกําลังของมวลรวมจะมากกวามอร ตารหลายเทา ดังน้นั การเพม่ิ ปรมิ าณของมวลรวมลงในสว นผสมจะเปนการเพ่ิมกําลัง อดั ของคอนกรตี 3. แรงยึดเหน่ียวระหวางมอรตารกับผิวของมวลรวม โดยแรงยึดเหนี่ยวนี้จะขึ้นอยูกับ ลักษณะทางกายภาพเชน รูปราง ลักษณะผิวของมวลรวม และปฏิกิริยาเคมีระหวาง ปูนซีเมนตกบั แรธาตใุ นเนอ้ื มวลรวม

29 ในทางปฏิบัติปจจัยท่ีผลตอกําลังของคอนกรีตจะมีตั้งแต คุณสมบัติของวัสดุผสม การทํา คอนกรตี และการบมคอนกรตี กลาวคือ 1. คุณสมบัติของวัสดุผสมซึ่งประกอบดวย ปูนซีเมนต มวลรวม และน้ําที่จะตองเปนไป ตามมาตรฐานกําหนดจงึ จะไดคอนกรีตทมี่ ีคุณภาพ 2. การทําคอนกรีตตั้งแตการชั่งสวนผสม การผสมคอนกรีตและการเทคอนกรีตเขาแบบ หลอและการอัดแนน 3. การบมคอนกรีต ซ่ึงเปนท่ีทราบดีวาความช้ืนมีผลตอกําลังอัดของคอนกรีต อัน เน่ืองมาจากปฏิกิริยาไฮเดรช่ันตองการน้ําอยางตอเน่ือง นอกจากน้ันยังขึ้นอยู อณุ หภมู แิ ละเวลาที่ใชในการบม สําหรบั การพฒั นากําลังของคอนกรีตแสดงในภาพที่ 3.8 กําลังอัด (กก./ซม.2) 3 7 14 28 90 180 อายุ (วนั ) ภาพที่ 3.8 การพฒั นากําลงั ของคอนกรตี ทอี่ ายตุ า งๆ (ชัชวาลย เศรษฐบตุ ร, 2544) 3.3.5 คณุ สมบตั ทิ างดา นความทนทานของคอนกรตี 3.3.5.1 การหดตัวแบบแหง การหดตัวแบบแหงเปน การหดตัวทเี่ กดิ จากการสญู เสียนาํ้ ของซเี มนตเ พสตไปสบู รรยากาศ ท่ีมีสภาวะความช้ืนต่ํา ซึ่งเกิดจากการสูญเสียนํ้าทั้งจากโพรงคะปลลารี (Capillary Pore) และ โพรงเจล (Gel Pore) ในซีเมนตเพสตดังแสดงในภาพที่ 3.9 ใหกับส่ิงแวดลอมเน่ืองจากความ แตกตางกันของความชื้นสัมพัทธระหวางคอนกรีตและสิ่งแวดลอมเพ่ือทําใหระบบอยูในภาวะ

30 สมดุล ซ่ึงความช้ืนที่สูญเสียไปไมสามารถกลับคืนมาได (Irreversible Process) โดยที่ปริมาตร ของซีเมนตเพสตท่ีหดตัวมีคาไมเทากับปริมาตรของนํ้าท่ีสูญเสียไป อันเนื่องจากการยึดรั้งของ โครงสรา งของแคลเซยี มซิลิเกตไฮเดรต น้ํา โพรงคาพิวลารี ภาพที่ 3.9 การสญู เสียความชืน้ ผา นทางโพลงคาพวิ ลารแี ละเจล ( Nevile, A.M., 1995 ) ปจจัยทม่ี ีผลตอ การหดตวั แบบแหง เน่ืองจากการหดตัวแบบแหงเกิดจากการสูญเสียน้ําออกจากคอนกรีตไปสูบรรยากาศ แวดลอ ม ดังน้นั ปจ จยั ทงั้ ภายในและภายนอกท่ีมีผลตอการสญู เสยี ความช้ืนออกจากคอนกรีต จึงมี ผลตอการหดตัวแบบแหง ทั้งสนิ้ ปจจัยดังกลา วมีดงั ตอไปนี้ 1. ปริมาณน้ําตอลูกบาศกเมตรของคอนกรีต คอนกรีตท่ีมีปริมาณน้ําตอลูกบาศกเมตร ของ คอนกรีตมาก จะมีปริมาณนํ้าอิสระ (Free Water) มาก น้ําอิสระเปนนํ้าที่ สามารถจะระเหยออกจากคอนกรตี ไปได 2. อัตราสวนน้ําตอปูนซีเมนต คอนกรีตท่ีมีอัตราสวนนํ้าตอปูนซีเมนตสูง จะทําใหมี ชองวางคะปลลารี (Capillary Pores) มาก ปริมาณนํ้าอิสระก็จะมากดวย การที่ คอนกรตี มีชอ งวางคะปล ลารีมาก จะทําใหน า้ํ ระเหยออกจากคอนกรีตไดส ะดวก 3. ปริมาณมวลรวม โดยปกติแลวการหดตัวจะเกิดในซีเมนตเพสต ดังนั้นคอนกรีตท่ีมี ปริมาณซีเมนตเพสตนอ ยหรือ อีกนยั หนึง่ มปี ริมาณมวลรวมมาก ก็จะทําใหเ กดิ การหด ตัวนอ ยลงดวย 4. ชนิดและคุณภาพของมวลรวม เนื่องจากมวลรวมมักจะเปนสวนที่ไมมีการ เปล่ียนแปลงในเร่ืองของปริมาตร ดังน้ันมวลรวมจึงมีคุณสมบัติท่ีจะชวยตอตานการ หดตวั ในคอนกรตี ได โดยเฉพาะอยางยิ่งถามวลรวมมีโมดูลสั ของความยดื หยนุ สงู การ แตะกันของมวลรวมเปนกลไกท่ีสําคัญอันหน่ึงของการตานทานการหดตัวซ่ึงเกิดจาก ซีเมนตเพสตไ ด มวลรวมท่มี ีการดูดซึมน้าํ มาก ก็มักจะกอใหเกิดการหดตัวแบบแหงใน

31 คอนกรีตมากตามไปดวย ตัวอยางมวลรวมท่ีมีการดูดซึมน้ํามาก เชน มวลรวมเบา (Light Weight Aggregate) เปนตน ซ่ึงปกติแลวมวลรวมที่มีคาการดูดซึมน้ําสูงก็ มักจะมีคา โมดูลสั ของความยดื หยนุ ตา่ํ ดวย ทําใหแ รงตน ทานการหดตัวต่าํ ตามไปดวย ขนาดคละของมวลรวมที่ดี ก็จะเปนสวนหนึ่งที่ชวยใหการหดตัวของคอนกรีตลดลง เนื่องจากจะทาํ ใหค อนกรตี ตอ งการปรมิ าณซีเมนตเพสตน อ ยลง 5. ชนิดและปริมาณของวัสดุผสม การใชสารปอซโซลาน หรือวัสดุผงบางชนิด ก็มีผลตอ การหดตัวของคอนกรีต เชน เถาลอยสามารถชวยลดการหดตัวแบบแหงได เน่ืองจาก ชวยลดความตองการนํ้าของคอนกรีต และเถาลอยบางชนิดก็ยังมีคุณสมบัติชวยให คอนกรีตขยายตัวเล็กนอย ทําใหชดเชยการหดตัวไดบางสวน การใชผงซิลิกาฟูมก็ สามารถชว ยลดการหดตัวแบบแหง ไดเ นือ่ งจากชวยเพ่มิ ความแนน ใหก บั คอนกรตี การ ใชผงฝุนหินก็อาจสามารถชวยลดการหดตัวแบบแหงดวยเชนกัน ถาการใชนั้นไมเปน การเพิ่มปริมาณปูนซีเมนตต อ ลูกบาศกเมตรของคอนกรตี เปน ตน 6. อุณหภูมิและความช้ืนของส่ิงแวดลอม สิ่งแวดลอมท่ีมีอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ ต่ํา จะทาํ ใหค อนกรตี สญู เสยี นาํ้ ไดเ รว็ ขนึ้ จงึ ทาํ ใหเกิดการหดตวั แบบแหงมากขึ้น 7. มติ ิและรปู รา งลักษณะของโครงสรา งคอนกรีต โครงสรางที่มีพื้นท่ีผิวตอปริมาตรมากก็ จะสูญเสียความชืน้ ไดเร็ว จงึ ทาํ ใหเ กดิ รอยแตกราวเนือ่ งจากการหดตวั แบบแหง ได 3.3.5.2 การเกดิ ปฏกิ ิรยิ าคารบ อเนชน่ั ปฏิกิริยาคารบอเนช่ันเปนขบวนการที่เปล่ียนผลิตผลบางชนิดของปฏิกิริยาไฮเดรช่ัน ซ่ึง โดยปกตมิ ักจะเปน แคลเซยี มไฮดรอกไซด(Ca(OH)2) และแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรท (C-S-H) ใหเปน ผ ลิ ต ภั ณ ฑ ค า ร บ อ เ น ต โ ด ย ป ฏิ กิ ริ ย า จ ะ เ กิ ด ข้ึ น ไ ด ก็ ต อ เ มื่ อ ต อ ง มี ค ว า ม ชื้ น แ ล ะ ก า ซ คารบ อนไดออกไซด คารบอเนชั่นเกิดจากการที่กาซคารบอนไดออกไซดในอากาศ ทําปฏิกิริยากับแคลเซียมไฮ ดรอกไซด (Ca(OH)2) หรือแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรท (C-S-H) บริเวณผิวหนาหรือใกลผิวหนังหนา ของคอนกรตี ตามสมการของปฏกิ ริ ยิ าดังตอ ไปนี้ Ca(OH)2 + CO2 CaCO3+H2 O (3.9) หรอื 3CaCO3 . 2SiO2 . 3H2O (3.10) 3CaO . 2SiO2 . 3H2O + 3CO2

32 ซึ่งสวนใหญแลวจะเปนปฏิกิริยา (5.4.1) มากกวา (5.4.2) และในความเปนจริงแลว ทั้ง สองปฏิกิริยาก็ตองการนํ้าในการทําปฏิกิริยาดวย เน่ืองจากปฏิกิริยาคารบอเนชั่นเปนปฏิกิริยาท่ี เกิดในสภาพของสารละลาย คอนกรีตท่ีถูกคารบอเนตไปแลวจะมีความพรุนนอยลงเนื่องจาก แคลเซียมคารบอเนตซ่ึงเปนผลิตผลจากปฏิกิริยาคารบอเนชั่นจะชวยอุดชองวางสวนหนึ่งใน คอนกรตี ลักษณะของการทาํ ปฏกิ ริ ิยาจะเกิดในบริเวณใกลผวิ หนาของคอนกรีตที่มีโอกาสสัมผัสกับ กาซคารบอนไดออกไซด (CO2) ในอากาศ และกาซคารบอนไดออกไซดก็จะซึมผานเขาไปใน คอนกรีตไดดีโดยผานทางชองวางที่ไมอ่ิมตัว (Unsaturated Pores)เขาไปทําปฏิกิริยาในบริเวณ ใกลผิวหนาของคอนกรีตได ดังน้ันคารบอเนช่ันจะคอยๆ คืบหนาเขาไปในเนื้อคอนกรีตดวยอัตราที่ ชาลงเรื่อยๆ เพราะกาซคารบอนไดออกไซดตองแพรผานโครงสรางชองวาง (Pore Structure) ของ คอนกรีตและผานสวนที่ถูกคารบอเนตไปแลวซึ่งจะมีความพรุนนอยลง ทําใหซึมผานเขาไปไดยาก ข้นึ เนอื่ งจากการทาํ ปฏกิ ิริยาคารบอเนช่ันตองการทง้ั กาซคารบอนไดออกไซดแ ละนาํ้ ดังนนั้ ใน คอนกรีตท่ีอ่ิมตัวดวยน้ําหรือคอนกรีตท่ีแหงสนิทจะไมเกิดคารบอเนชั่น เน่ืองจากในคอนกรีตที่ อ่ิมตัวดวยนํ้าจะไมมีกาซคารบอนไดออกไซดซึมผานเขาไปไดมาก สวนในคอนกรีตที่แหงสนิทก็จะ ไมม นี ํา้ ในการทําปฏกิ ิริยา ดังนั้น คารบอเนชน่ั จะรุนแรง ในกรณที ม่ี ีความช้ืนสัมพัทธของอากาศอยู ระหวางก่ึงช้ืนแหง (Semi-Dry) นั่นคอื ความชื้นสัมพัทธอยูระหวางรอยละ 40 ถึงรอยละ 60 และมี กาซคารบ อนไดออกไซดใ นอากาศมาก ผลของคารบ อเนชน่ั คารบอเนชัน่ ทําใหเกดิ ผลที่สําคัญ 3 ประการคือ 1. ทําใหค วามพรนุ ของคอนกรตี บรเิ วณท่ีเกดิ คารบอเนชั่นตํ่าลง 2. ทําใหความเปนดางของคอนกรีตในบริเวณที่เกิดคารบอเนช่ันตํ่าลง เน่ืองจาก แคลเซียมไฮดรอกไซด (Ca(OH2)) ถูกใช ไปในปฏิกิริยาคารบอเนชั่น ผลในประการ แรกอาจจะเปน ผลดีตอ คอนกรตี ในเรื่องของความคงทน แตผลประการหลังจะสามารถ ทําใหเหล็กเสริมเปนสนิมได ถาคารบอเนชั่นเกิดเขาไปจนถึงตําแหนงเหล็กเสริมจนทํา ใหความเปน ดา งของคอนกรตี รอบเหลก็ เสรมิ ลดตา่ํ ลงจนใกลห รอื ต่าํ กวา ระดบั วกิ ฤต 3. ทําใหเกิดการหดตัว (Carbonation shrinkage) ซ่ึงเปนผลมาจากการท่ี กาซ คารบอนไดออกไซด ทําปฏิกิริยากับ แคลเซียมไฮดรอกไซด (Ca(OH)2) ภายใตหนวย

33 แรงอัด ทีเ่ กิดจากการหดตัวแบบแหง หรอื จากการทําใหแ คลเซียมซลิ ิเกตไฮเดรท (C-S- H) เกดิ การสญู เสียน้าํ (Dehydrate) ซ่ึงสง ผลใหเกดิ การหดตวั ผลของคารบ อเนช่นั ท้งั 3 กรณี ในกรณีที่ 2 คือกรณีท่ีทําใหความเปนดางในคอนกรีตลดลง จะเปนกรณีทีม่ ีผลเสยี ตอ ความคงทนของคอนกรีตมากท่ีสุด สวนในกรณีท่ี 1 คือ กรณีท่ีทําใหความ พรนุ ของคอนกรตี ลดลง จะเปนกรณีท่ีเปนผลดีตอความคงทนของคอนกรีต อยางไรก็ดี ในกรณีของ คอนกรตี เสรมิ เหล็กคารบ อเนช่ันจะมผี ลเสียมากกวาผลดีที่ไดจากการลดความพรุน ปจจยั ท่ีมีผลตอ การเกดิ คารบ อเนชั่น 1. ความช้ืนสัมพัทธของอากาศ ดังท่ีไดอธิยายไปแลวขางตนวา ความช้ืนสัมพัทธที่ไมช้ืนและ แหงเกินไปจะทาํ ใหเกิดคารบ อเนชนั่ รนุ แรง 2. ปริมาณกาซคารบ อนไดออกไซดในอากาศ ยง่ิ มากกจ็ ะทาํ ใหเ กิดคารบ อเนช่นั รนุ แรง 3. อุณหภูมสิ งู จะทาํ ใหป ฏิกริ ิยาคารบ อเนช่ันดําเนินไปเร็ว 4. ความพรุนของคอนกรตี คอนกรตี ทม่ี ีความทบึ นา้ํ ต่ําจะเกดิ คารบ อเนชน่ั ไดเร็วและมาก 5. การใชสารปอซโซลานบางชนิด จะทําใหเกิดคารบอเนช่ันมากข้ึนถาใชในปริมาณมาก เกนิ ไป 3.3.5.3 การทําลายโดยซัลเฟต เกลือซัลเฟต (SO42) ที่อยูในรูปของสารละลายสามารถทําอันตรายตอซีเมนตเพสตใน คอนกรีตได ตัวอยางของเกลือซัลเฟตท่ีพบมากในธรรมชาติและเปนอันตรายตอคอนกรีต เชน โซเดยี มซลั เฟต (Na2SO4) แมกนเี ซยี มซลั เฟต (MgSO4) และแคลเซยี มซลั เฟต (CaSO4) เปน ตน แหลง ของเกลอื ซลั เฟต เกลือซัลเฟตจะมอี ยูม ากในน้าํ ทะเล น้ํากรอย ในดนิ บรเิ วณรมิ ทะเล หรอื ในดนิ ท่ัวไป เกลือ ซัลเฟตชนิดท่ีพบมากที่สุดมักจะเปนเกลือโซเดียมซัลเฟต รองลงมาก็คือแมกนีเซียมซัลเฟต เกลือ ซลั เฟตยงั มกั จะพบอยใู นน้ําเสยี จากบานเรือน หรือตามแหลง นาํ้ พรุ อนธรรมชาติดว ย กลไกของการทําลายโดยซลั เฟต ในการศึกษาเร่ืองราวการทําลายโดยซัลเฟต สามารถทําไดโดยการนําตัวอยางซีเมนต เพสตมารตา หรือคอนกรีตไปแชในสารละลายโซเดียวซัลเฟต หรือ แคลเซียมซัลเฟต แตเน่ืองจาก

34 แคลเซียมซัลเฟตมีความสามารถในการละลายน้ําไดนอยมาก ดังน้ันจึงใชสารละลายโซเดียว ซัลเฟต (NS) และแมกนีเซียมซัลเฟต (MS) แทน เมื่อสารท้ังสองดังกลาวปรากฏอยูในดิน นํ้าทะเล น้ําเสีย ก็มีความจําเปนที่จะตองเขาใจกลไกลการทําลายโดยซัลเฟต เพี่อที่จะไดปองกันโครงสราง คอนกรีตจากส่งิ แวดลอมท่อี นั ตรายดงั กลา ว การทาํ ลายโดยโซเดียมซัลเฟต กลไกน้ีเริ่มตนเม่ือเกิดปฏิกิริยาระหวางโซเดียมซัลเฟต (NS) กับ แคลเซียมไฮดรอกไซด (CH) ทีเปนผลผลิตจากปฏิกิริยาไฮเดรช่ัน ดังแสดงในสมการ (3.11) ทําใหไดโซเดียมไฮดรอกไซด (NH) ซึ่งทําใหคา pH ของซีเมนตเพสตสูงข้ึนเปน 13.5 ซึ่งมากกวาคา pH ของสารละลาย CH อิ่มตัวท่ีมีคาเพียง 12.4 ดังนั้นจึงเปนการรักษาเสถียรภาพของ C-S-H และ Ettringite (C6ASH32) ไมใหทําปฏิกิริยากลายไปเปนผลิตผลอื่น สารยิปซั่ม (CSH2) ที่ไดจากสมการ (3.11) จะทํา ปฏิกิริยากับผลผลิตไฮเดรช่ันบางตัว เชน แคลเซียมอลูมิเนตไฮเดรต (C4AH13) โมโนซัลเฟต (C4ASH12) และ/หรือไตรแคลเซียมอลูมิเนต (C3A) ท่ีเหลือจากปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ทําใหได Secondary Ettringite อีกดังแสดงในสมการ (3.12) ถึง (3.14) เน่ืองจากโดยธรรมชาติแลว Ettringite จะมีความหนาแนนต่ํากวาผลิตผลของปฏิกิริยาไฮเดรชั่นชนิดอ่ืนมาก จึงทําใหเกิดการ ขยายตัว ดังน้ันผลที่เกิดจากการทําลายโดยโซเดียมซัลเฟตจึงเปนการขยายตัวและการแตกราว ของคอนกรีต CH + NS + 2H CSH2 + NH (3.11) (3.12) C4AH13 + 3CSH2 + 14H C6ASH32 + CH (3.13) (3.14) C4ASH12+ 2CSH2 + 16H C6ASH32 C3A + 3CSH2 + 26H C6ASH32 โดยที่ C = CaO, N=Na2O, M=MgO, S=SiO2, S=SO3, H=H2O กลาวโดยสรุป การทําลายโดยโซเดียมซัลเฟตนั้นข้ึนอยูกับการเกิด Secondary Ettringite ดังแสดงในสมการ (5.7.2) ถึง (5.7.4) สารตั้งตนในสมการดังกลาวมีองคประกอบของอลูมิเนต ดังน้ันในการผลิตปูนซีเมนตจานทานโซเดียมซัลเฟต จึงมีเหตุผลท่ีตองจํากัดปริมาณ C3A ใหนอย กวารอยละ 5 ถาปริมาณ C3A มีอยูระหวางรอยละ 5 ถึง 8 การทําลายโดยซัลเฟตจะมีความเปนไป ไดท น่ี า จะเกดิ ขึ้น

35 นอกจากน้ียังมีองคประกอบอีกสองประการ ที่มีอิทธิพลตอการทําลายในลักษณะน้ีคือ ปริมาณ C4AF ซ่ึงแมวาจะทําปฏิกิริยากับโซเดียมซัลเฟตไดนอยกวา C3A แตมีกลไกการพัฒนา คลายกับการเกิด Ettringite แตมีการขยายตัวนอยกวา สวนองคประกอบอีกประการหน่ึงคือ NH ที่ เปนผลผลิตจากสมการ (3.11) ซ่ึงทําให Ettringite มีเสถียรภาพ ดังนั้นจึงทําใหการขยายตัวมีมาก ขนึ้ นอกจากนี้ ยิปซัม่ ท่ไี ดจ ากสมการ (3.11) ยงั มีปริมาตรมากกวาสารตงั้ ตน ดังน้ันถา ตองการผลิต ปูนซีเมนตท่ีตานทานซัลเฟตตองลดปริมาณ CH ลง พรอมๆกับการจํากัดปริมาณ C3A และ C4AF ในการลดปรมิ าณ CH ทําไดโ ดยการลดอัตราสว น C3S/C2S ลง หรือใชป ูนซีเมนตผสม การทาํ ลายโดยแมกนีเซยี มซลั เฟต กลไกการทําลายเร่ิมตนจากปฏิกิริยาในสมการ (3.15) อยางไรก็ตาม MH ที่เกิดข้ึนนี้ไม เหมือนกัน NH ตรงที่มีความสามารถในการละลายนํ้าท่ีนอยมาก และคา pH ของสารละลาย MH ทอี่ ม่ิ ตัวมคี า 10.5 ดงั น้นั จึงทําใหทงั้ C-S-H และ Ettringite ไมมีเสถยี รภาพ CH + MS + 2H CSH2 + MH (3.15) xMH + 0.5yS2H (3.16) CXSYHZ + xMS + (3x+0.5y-z)H xCSH2 M4SH8..5+ (n-4.5) H (3.17) 4MH + SHn ผลกระทบจากการทม่ี ีคา pH ต่าํ มีดังนี้ 1.Secondary Ettringite จะไมเกดิ ขน้ึ 2.MS จะทําปฏิกิริยา กับ C-S-H ดังแสดงในสมการ (3.16) ไดยิปซั่ม (CSH2) Brucite (MH) และ Silica Gel (S2H) ซ่ึง Gel น้จี ะมคี วามสามารถในการประสานไดนอยกวา ของ C-S-H 3.C-S-H มีแนวโนมแตกตัวให Lime ทําใหคา pH สูงข้ึน โดย Lime น้ีจะไปทําปฏิกิริยา กบั MS ทําใหได MH มากขน้ึ ดงั แสดงในสมการ (3.15) 4.ความเขมขนของยิปซ่ัมและ Brucite ในซีเมนตเพสตท่ีแข็ง มีมากขึ้น ในขณะที่ C-S-H ยังสญู เสยี Lime ตอ เนอ่ื ง และมีความสามารถในการประสานนอยลง 5.การลดลงของ MH นั้นมาจากการท่ี MH ทาํ ปฏกิ ิรยิ ากบั S2H ดงั แสดงในสมการ (3.17) ได M-S-H ซึง่ ไมมีความสามารถในการประสานเลย ดังน้ันกลไกในการทําลายโดยแมกนีเซียมซัลเฟตจะเร่ิมตนจากสมการ (3.16) ถึง (3.17) โดยการเปล่ียน C-S-H เปน M-S-H ซึ่งไมมีความสามารถในการประสานเลย การทําลายดังกลาว

36 จะทําใหเกิดการออนตัวและเส่ือมสภาพของผิวซีเมนตเพสตที่แข็งตัว และเกิดการสะสมของยิปซั่ม และ Brucite อยางไรก็ดีในท่ีสุด Brucite จะถูกเปล่ียนไปเปน M-S-H ดังแสดงในสมการ (3.17) โดยทีไ่ มเกิดการขยายตัวมากอยางกรณกี ารทําลายโดยโซเดียมซลั เฟต ปจ จัยที่มีผลตอการทําลายโดยซลั เฟต 1.ส่งิ แวดลอมทีม่ ีซลั เฟต ตลอดจนความเขมขนของซัลเฟต ถาความเขมขนของซัลเฟตสูง ก็จะมกี ารทาํ ลายท่รี ุนแรงมากขึ้น 2.ความทึบนํ้าของคอนกรีต คอนกรีตท่ีมีความทึบน้ําสูงจะทําใหซัลเฟตซึมผานเขาไปใน คอนกรีตไดยากขึ้น ทําใหระดับความรนุ แรงลดลง 3.ปริมาณ C3A และ C4AF ในปนู ซเี มนต ปนู ซีเมนตท ีม่ ีปริมาณ C3A และ C4AF นอ ยจะมี แนวโนมท่ีจะตานทานการทําลายของซัลเฟตไดดีกวาปูนซีเมนตท่ีมีปริมาณ C3A และ C4AF สูง และปนู ซเี มนตท ่มี ีอัตราสว น C3S ตอ C2S ต่ําก็จะมีความตานทานซัลเฟตดขี ึน้ 4.ปริมาณ Ca(OH)2 .ในคอนกรีต ถาสามารถลดปริมาณ Ca(OH)2 ในคอนกรีตไดก็จะ ชวยลดความรุนแรงลงไดดวย วิธีการลด Ca(OH)2 ในคอนกรีตอาจทําไดโดยการใชสารปอซโซลาน แทนทีป่ นู ซีเมนตบ างสวน 3.3.5.4 การทาํ ลายโดยคลอไรด สภาวะแวดลอมท่ีมีคลอไรดเปนสาเหตุหน่ึงที่ทําใหเกิดการกัดกรอนของเหล็กเสริมได โดยอิออนของคลอไรด (Chloride Ions) เปนตัวการที่ทําใหความเปนดางของคอนกรีตที่ปองกัน เหล็กเสริมไมใหเกิดสนิมลดลง และหลังถึงจุดวิกฤตแลว ถามีน้ําและออกซิเจนเพียงพอ ก็จะทําให เหล็กเกดิ สนิมได คลอไรดอาจมีอยใู นคอนกรีตเอง เชน มีอยูในนํ้าท่ีใชผสมคอนกรีต หิน ทราย (โดยเฉพาะ อยางย่ิง ในทรายจากแหลงใกลทะเล) หรือน้ํายาผสมคอนกรีตบางชนิด เชน แคลเซียมคลอไรด (CaCl2) ที่มักมีอยูในสารเรงการกอตัว อยางไรก็ตาม ไดมีการกําหนดมาตรฐานไวสําหรับปริมาณ คลอไรดที่ยอมรับไดในคอนกรีตสด (วสท. 1014-40) แตปญหาของคลอไรดท่ีกระทบตอความ ทนทานของคอนกรีตน้ัน สวนมากจะมาจากภายนอกคอนกรีตในชวงท่ีใชงาน เชน จากนํ้าทะเล จากดิน หรือจากเกลือที่ใชละลายนํ้าแข็งในประเทศที่มีอากาศหนาว (De-Icing Salt) ซ่ึงคลอไรด อาจจะเขา สคู อนกรีตไดโ ดยวิธี ดังตอ ไปน้ี

37 1. การซึมผา นเขา ไปในคอนกรีตท่แี หง ของน้าํ ทม่ี คี ลอไรด (Capillary Suction) 2. การแพรของอิออนของคลอไรด (Chloride Ions) จากภายนอกที่มีความเขมขนของ คลอไรดส งู กวา ภายในของคอนกรตี 3. การซึมผานเขาไปในคอนกรีตของนํา้ ท่มี ีคลอไรด โดยแรงดนั ของนํ้า โดยทั่วๆ ไปแลวแหลงของคลอไรด ท่ีมีผลกระทบตอโครงสรางคอนกรีตน้ันมาจากน้ําทะเล สําหรับคอนกรีตท่ีแชอยูในน้ําทะเลตลอดเวลาน้ัน ถึงแมคลอไรดสามารถซึมผานเขาไปในคอนกรีต ไดดี แตถาไมมีออกซิเจน การเกิดสนิมของเหล็กเสริมก็ไมสามารถเกิดขึ้นได จึงไมเปนปญหานัก ความเสี่ยงที่จะเกิดการกัดกรอนของเหล็กเสริมมากท่ีสุด มักพบในบริเวณคลื่นและละอองนํ้า (Splash Zone) รองลงมาเปนบริเวณใตนํ้าทะเล (Submerged Zone) จะมีความเสี่ยงตอการกัด กรอนเหล็กเสริมนอยมาก ในบริเวณใตน้ําทะเลความเส่ียงตอการเกิดสนิมของเหล็กเสริมมีนอย เนื่องจากมีความเขมขนของออกซิเจนนอย และอัตราการแพรของออกซิเจนเขาไปในคอนกรีตต่ํา มาก เนื่องจากชองวางภายในคอนกรีต เปนชองวางอิ่มตัวดวยน้ํา ซึ่งออกซิเจนละลายน้ําไดนอย มาก ทําใหอัตราการแพรเกิดขึ้นนอย ถึงแมวาจะมีปริมาณออกซิเจนมาก ในบริเวณน้ําขึ้นน้ําลง แต การเกิดสนิมก็ถูกจํากัด โดยอัตราการแพรท่ีต่ําของออกซิเจน ผานชองวางท่ีอิ่มตัวดวยน้ําของ คอนกรีตในชว งทคี่ อนกรีตเปยก 4 3 ระดบั นํา้ สงู สดุ 2 ระดับนา้ํ ตา่ํ สดุ 1 ภาพท่ี 3.10 ความเสย่ี งทจี่ ะเกิดการสนมิ ตามสงิ่ แวดลอมยอ ยโดย 1. บรเิ วณใตน ํ้า 2.บริเวณนาํ้ ขึน้ นาํ้ ลง 3.บรเิ วณคล่นื และละอองนา้ํ ทะเล 4.บริเวณบรรยากาศของทะเล (คณะอนุกรรมการคอนกรตี และวัสดุ วสท., 2543)

38 ในกรณีของสภาพเปยกสลับแหงนั้น นํ้าทะเลจะเขาสูคอนกรีตท่ีแหงโดย Absorption หรือ Capillary Suction จนกระท่ังคอนกรีตอยูในสภาพอิ่มตัว (Saturated) เม่ือสภาพภายนอก เปล่ียนเปนแหง น้ําที่ผิวคอนกรีตก็จะระเหยออกไป ท้ิงไวแตคราบเกลือ เม่ืออยูในสภาพเปยกอีก ความเขมขนของคลอไรดที่ใกลผิวกจ็ ะสูงข้ึน ดังน้ัน อิออนของคลอไรด (Chloride Ions) ซึ่งมีความ เขมขนสูงท่ีบริเวณผิว จะซึมเขาสูภายในโดยการแพร ซ่ึงในแตละรอบของการเปยกและการแหงจะ ทําใหคลอไรดบริเวณใกลผิวมีความเขมขนสูงข้ึนเร่ือยๆ และจะเขาไปสูภายในคอนกรีตและสู บริเวณ เหล็กเสริมมากข้ึน โดยปกติแลวคอนกรีตจะเปยก (Saturated) ไดเร็ว แตจะแหงไดชากวา มาก และภายในของคอนกรตี นน้ั ไมสามารถทําใหแ หงไดโ ดยสมบูรณ ดงั น้ัน การแพรข องอิออนของ คลอไรดเขาไปในคอนกรีตที่แชอยูในน้ําทะเลตลอดเวลาจึงชากวาการเขาไปของคลอไรดโดยการ เปย กสลับแหงโดยน้าํ ทะเล การเคลอ่ื นตัวของออิ อนของคลอไรดไปในคอนกรีตนน้ั ขนึ้ อยูกบั ระยะเวลาของสภาพเปยก และแหง ซ่ึงขึ้นอยูกับสถานที่และสภาพแวดลอม เชน อุณหภูมิ ความชื้น การไหลของน้ําทะเล ทิศทางลม ทศิ ทางแสงอาทิตย และการใชงานของโครงสราง เปนตน ทําใหในโครงสรางเดียวกันแต ละสวนอาจจะประสบกับสภาวะเปยกและแหงไดไมเหมือนกัน โดยทั่วไปแลวคอนกรีตที่สภาพแหง นานกวาสภาพเปยกมักจะเรงใหอิออนของคลอไรดเ ขาสูคอนกรีตไดเร็วข้ึน ดังน้ันคอนกรีตที่ถูกนํ้า ทะเลเปนบางครั้ง (ชวงแหงนาน) จะมีโอกาสเกิดปญหาการกัดกรอนของเหล็กเสริม มากกวา คอนกรตี ทปี่ ระสบกับสภาวะชว งแหงส้ัน การกัดกรอนจะเริ่มเกิดขึน้ ก็ตอเม่ือ ปริมาณอิออนของคลอ ไรด (Chloride Ions) มีมากพอที่ผิวของเหล็กเสริม (Threshold Content of Chloride Ions) ซ่ึงทํา ใหคา ความเปน ดา งของคอนกรีตลดลงจนถงึ ระดับวิกฤต สภาวะของคลอไรดใ นคอนกรีต คลอไรดเมื่ออยูในคอนกรีตนั้น จะมีคลอไรดบางสวนที่ถูกจับยึด (Fixed Chloride) โดย กลไกดงั ตอไปนี้ 1. Chemical Binding คลอไรดบางสวนจะถูกจับโดยผลผลิตของปฏิกิริยาไฮเดรชั่น เชน ผลผลติ ของหรอื แมแตอ ยูในโครงสรางของผลติ ผลของปฏกิ ิรยิ าไฮเดรชัน่ 2. Physical Binding คลอไรดบางสวนสามารถถูกยึดดวยแรงทางกายภาพ (Surface force) ไดบนผิวของผลผลิตไฮเดรชั่น เชน C-S-H และ C-A-H เปนตน อีกท้ังยัง สามารถถูกยดึ อยูบนผวิ ของวสั ดทุ เ่ี ปน ของแขง็ ที่ไมม ปี ฏิกริ ยิ า เชน มวลรวม หรอื ผงฝนุ หินไดดวย ถึงแมจะเปนปรมิ าณนอ ยมากกต็ าม

39 คลอไรดสวนที่ไมถูกจับยึดเรียกวา คลอไรดอิสระ (Free Chloride) ซ่ึงจะมีสภาพเปน สารละลายอยใู นน้าํ ท่ีอยูใ นชองวา งของคอนกรีต (Pore Solution) คลอไรดอิสระน้ีเปนสวนของคลอ ไรดท่ีสามารถแพรเขาไปยังคอนกรีตที่มีความเขมขนของคลอไรดอิสระต่ํากวา และเปนสวนท่ีทําให ความเปนดางในคอนกรีตลดลง ดังนั้นถาสามารถจับยึดคลอไรดไวเปนจํานวนมาก ก็จะสามารถ ยดื เวลาของการเกิดสนมิ ในเหลก็ เสรมิ ออกไปได การเพ่ิมขึ้นของความเขมขนขอบคลอไรดบรเิ วณใกลผิวท่ีสมั ผสั กับส่ิงแวดลอ มคลอไรด ความเขมขน ของคลอไรดบริเวณผวิ ของคอนกรีตท่ีสัมผัสกับส่ิงแวดลอมคลอไรด เชน ทะเล เปน เวลานาน จะมคี วามเขม ขนของคลอไรดในสารละลายท่อี ยใู นชอ งวางของคอนกรตี สูงกวาความ เขม ขนของคลอไรดในสิ่งแวดลอมได ปรากฏการณนี้เรียกวา Chloride Condensation ซ่ึงเกิดไดใน 2 ลักษณะดังนี้ 1. ในกรณีของสภาวะเปยกสลับกับแหงดวยนํ้าทะเล ในขณะท่ีบริเวณผิวคอนกรีตแหง คอนกรีตจะสูญเสียเฉพาะนํ้าซง่ึ จะระเหยออกจากผิวของคอนกรีต ทิ้งเกลือไวในบริเวณผิวคอนกรีต ท่ีแหง แตพอคอนกรีตเขาสูสภาวะเปยก น้ําเกลือจะซึมเขาไปในคอนกรีตอยางรวดเร็ว เม่ือสภาวะ เปยกสลับแหงดําเนินไปหลายๆรอบ ก็จะทําใหความเขมขนของคลอไรดในบริเวณผิวของคอนกรีต สงู กวา ในส่ิงแวดลอมได 2. ในกรณีของสภาวะเปยกตลอดเวลาในนํ้าทะเลหรือนํ้าใตดินที่มีเกลือ ในกรณีน้ีคลอไรด ในส่ิงแวดลอมสามารถถูกดึงเขาไปในชองวางของคอนกรีตไดดวยแรงทางประจุไฟฟา เนื่องจากผิว ของชองวางในคอนกรีตซึ่งมักจะเปนผลผลิตทางไฮเดรช่ัน เชน แคลเซียมซิลิเกตไฮเดรท (C-S-H) จะมีคุณสมบตั ิทางศักยไฟฟาเปนบวกซึ่งสามารถดึงคลอไรดในส่ิงแวดลอมซึ่งมีประจุเปนลบเขาไป ได อยางไรก็ดี ในสภาพของสิ่งแวดลอมท่ีเปยกตลอดเวลา ถึงแมคลอไรดจะเขาไปในคอนกรีตได มากก็มักไมเปนอันตรายตอเหล็กเสริม เน่ืองจากไมมีออกซิเจนเพียงพอในการเกิดสนิม ยกเวนแต วา ในบรเิ วณที่ติดกับคอนกรีตจะมีสวนท่ีมีสภาวะแหงไดดวย เชน บริเวณผิวดิน ซึ่งคลอไรดที่เขาไป อาจแพรเขาไปสูบริเวณท่ีสามารถแหงได ทําใหปริมาณคลอไรดในคอนกรีตบริเวณผิวดินมีมากขึ้น และในบรเิ วณผิวดนิ ซ่ึงมอี อกซเิ จนมากเพียงพอ จึงอาจนําพาใหโครงสรางบริเวณผิวดินเกิดสนิมใน เหลก็ เสรมิ ได