Construction Materials - Lecture 4 (เหล็กรูปพรรณ และเหล็กเสริมคอ

Construction Materials LECTURE 4 – เหลก็ เสริมคอนกรีต และเหลก็ รปู พรรณ อาจารย์ นาชยั จอ้ ยสูงเนิน สาขาวศิ วกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั เทคโนโลยรี าชมงคลอสี าน นครราชสีมา

Construction Materials Lecture 4 : เหล็กเสรมิ คอนกรีต และเหลก็ รปู พรรณ ▪ ประเภทของเหล็ก ▪ เหลก็ เสริมคอนกรตี และการนาไปใช้งาน ▪ เหลก็ รูปพรรณ และการนาไปใชง้ าน ▪ วธิ เี กบ็ รกั ษาเหลก็

ความหมายของเหลก็ (Definition of Steel) เหลก็ คอื อะไร ? เหล็ก คือ “โลหะผสมที่ประกอบธาตุเหล็ก คารบ์ อน แมงการ์นสี และสารองค์ประกอบอ่ืนๆ เช่น ฟอสฟอรัส โครเมียม นิกเกิล เป็นต้น” ทั้งนี้มนุษย์ได้นำเหล็กมำใช้ประโยชน์ในด้ำน ต่ำงๆมำกมำย โดยเฉพำะในอุตสำหกรรมกำรก่อสร้ำง เน่ืองจำกเหล็กมีคุณสมบัติท่ีดี แข็งแรง ทั้งในกำรรับแรงดึงและแรงอัด อีกทั้งยังสำมำรถปรับใช้ในรูปแบบของกำรก่อสร้ำงต่ำงๆได้ สะดวก

ประเภทของเหลก็ (Type of Steel) เหลก็ ทผ่ี ่านกระบวนการผลติ เพ่ือนามาใชใ้ นงานก่อสรา้ งและอุตสาหกรรมอ่นื ๆสามารถแบ่งออกเป็นประเภทตา่ งๆ ไดด้ งั น้ี 1. เหล็กพิก (Pig Iron) ได้มำจำกกำรถลุงแร่เหล็กเพื่อให้ได้เหล็กดิบ หรือเหล็กพิก ซึ่งมีส่วนประกอบของเหล็กประมำณ 95% คำรบ์ อน 3-4% ซลิ ิกอน 1% และธำตุอื่นๆ ต้องนำมำทำให้บริสุทธิ์ขึ้นและเติมสำรอัลลอยเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติ เหล็กพิก เปน็ ต้นกำเนิดของวัสดุผลิตภณั ฑ์เหลก็ ทใี่ ชใ้ นงำนอตุ สำหกรรม เช่น เหล็กเหนยี ว เหล็กหล่อ และเหลก็ กล้ำ เปน็ ตน้ Pig Iron

2. เหล็กเหนียว หรือเหล็กอ่อน (Wrought Iron) เป็นเหล็กท่ีมีควำมแข็งและกำลังวัสดุต่ำกว่ำเหล็กชนิดอ่ืน ๆ เนื่องจำก มสี ว่ นผสมของธำตคุ ำร์บอนนอ้ ย เหลก็ เหนยี วที่ดีจะมีธำตุคำร์บอนประมำณ 0.15% และมีตะกรันละเอียดปนอยู่ประมำณ 1.3% กระจำยอยทู่ ว่ั ชนิ้ โลหะ Wrought Iron

3. เหล็กหล่อ (Cast Iron) เป็นเหล็กท่ีมีธำตุคำร์บอนผสมอยู่มำก ขึ้นรูปโดยวิธีหลอมละลำย และเทลงในแบบหล่อท่ีทำ ดว้ ยทรำยหรือวสั ดทุ นควำมร้อน จึงได้ชอื่ ตำมกรรมวิธกี ำรขึ้นรปู ว่ำ “เหล็กหล่อ” Cast Iron

4. เหล็กกล้า (Steel) เป็นเหล็กท่ีผสมด้วยแร่เหล็ก คำร์บอน และธำตุอ่ืนๆบำงชนิด เช่น แมงกำนีส ฟอสฟอรัส กำมะถัน ซลิ ิคอน เป็นต้น กำรผลิตเหล็กกล้ำขึ้นมำน้ันก็เพื่อปรับปรุงคุณภำพเหล็กให้มีคุณสมบัติดียิ่งข้ึน เช่น ควำมแข็งแรง ควำมยืดหยุ่น ทนทำนต่อแรงกระแทก และมีควำมสำมำรถในกำรรับน้ำหนักได้มำก เป็นต้น ทั้งนี้เหล็กกล้ำสำมำรถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท หลักๆ ดงั น้ี 4.1 เหล็กกล้ำผสม (Alloy Steel) มีธำตุอ่ืนๆผสมอยู่ไม่เกิน 10% ธำตุที่ผสมในเหล็กกล้ำผสม ได้แก่ คำร์บอน ฟอสฟอรัส แมงกำนีส ซลิ ิคอน ทองแดง โครเมยี ม และนิกเกิล เป็นต้น โดยท่ีฟอสฟอรัส แมงกำนีส โครเมียม และนิกเกิลนั้น ผสมเข้ำไปเพื่อ เพมิ่ ควำมแข็งแรง สว่ นทองแดงผสมเขำ้ ไปเพื่อเพ่ิมควำมต้ำนทำนต่อกำรกัดกร่อน สำหรับเหล็กกล้ำผสมจะนิยมนำมำผลิต เหล็ก เสริมคอนกรตี เหลก็ รูปพรรณ เป็นตน้ เหล็กเสริมคอนกรีต เหล็กรปู พรรณ 4.2 เหล็กกล้ำคำร์บอน (Carbon Steel) มีธำตุอ่ืนๆ ผสมอยู่เกิน 10% เป็นเหล็กกล้ำพิเศษที่ผลิตขึ้นมำโดยมีวัตถุประสงค์ เพ่ือนำไปทำเคร่อื งมอื ตดั ในกำรตดั เฉอื นขึน้ รูปวสั ดอุ น่ื ๆ เหล็กกลำ้ ชนิดน้ีมีคุณสมบตั ิคอื ทนตอ่ กำรสึกหลอ ทนต่อควำมร้อน และ มคี วำมแขง็ แรงสูง

เหล็กเสรมิ คอนกรตี (Reinforced Steel Bar) เหล็กเสริมคอนกรีตจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ 1. เหล็กเส้นกลม (Round bar, RB) 2. เหล็กข้อ อ้อย (Deformed Bar, DB) โดยเหล็กเส้นกลมและเหล็กข้ออ้อยจัดเป็นเหล็กในประเภทเหล็กกล้ำคำร์บอนต่ำ ซ่ึง จะมีปริมำณคำร์บอนไม่เกินร้อยละ 0.3 นำมำใช้เพื่อรับแรงดึงในโครงสร้ำงคอนกรีตเสริมเหล็ก เหล็กเส้นจะมี น้ำหนัก 7,850 กก./ลบ.ม โดยมคี วำมยำวมำตรฐำนให้เลือก 2 ขนำด คอื 10 เมตร และ 12 เมตร เหลก็ เสน้ กลม เหล็กขอ้ ออ้ ย

คุณสมบตั ิทางกลของเหล็กเสรมิ มำตรฐำนผลิตภณั ฑอ์ ุตสำหกรรม มอก. 20 – 2543 สำหรับเหล็กเส้นกลมผิวเรียบ และมอก. 24 – 2548 สำหรับ เหล็กขอ้ ออ้ ย ได้กำหนดคุณสมบัตทิ ำงกลซง่ึ ก็คอื กำลงั รับแรงดงึ ของเหล็กเสรมิ โดยแบง่ ตำมชนั้ คณุ ภำพไว้ดังตอ่ ไปน้ี คุณสมบัติทางกลของเหล็กเสรมิ ตามมาตรฐาน มอก. 20 – 2543 และ มอก. 24 - 2548 ชนิดของเหลก็ เสรมิ ชั้นคุณภาพ กาลงั รบั แรงดึงท่ีจดุ คราก กาลงั รบั แรงดงึ ประลยั การยดื ตัว กก./ตร.ซม (ksc.) กก./ตร.ซม (ksc.) ร้อยละ (%) เหลก็ เสน้ กลม SR24 2,400 3,900 เหลก็ ข้อออ้ ย SD30 3,000 4,900 21 SD40 4,000 5,700 17 SD50 5,000 6,300 15 13 หมายเหตุ : SR ยอ่ มำจำก Standard Round Bar หรอื ก็คอื มำตรฐำนของเหลก็ เส้นกลม SD ย่อมำจำก Standard Deformed Bar หรือก็คอื มำตรฐำนของเหล็กเส้นขอ้ อ้อย

เหลก็ เสริมคอนกรตี

เหล็กเสน้ กลม เหล็กเส้นกลม (Round Bars) ใช้ตัวอักษรย่อว่ำ RB เป็นเหล็กท่ีมีผิวเรียบตลอดควำมยำวของเหล็กเสริม โดย เหลก็ เสน้ กลมน้ันจะไมน่ ิยมใช้เป็นเหล็กเสริมหลกั ในงำนโครงสร้ำงหลัก แต่จะนิยมใช้ในงำนโครงสร้ำงรอง เช่น พ้ืน บันได และ เหล็กปลอกในคำน เสำ เป็นต้น เน่ืองจำกสำมำรถดัดงอได้ง่ำยกว่ำเหล็กข้ออ้อย อย่ำงไรก็ตำมหำกมีควำมจำเป็นต้องใช้ เหล็กเส้นกลมเป็นเหลก็ เสริมหลกั กค็ วรทำกำรงอขอเพอ่ื เพ่ิมคำ่ แรงยึดเหนย่ี วระหวำ่ งคอนกรีตกับเหลก็ เสรมิ ให้มีค่ำเพียงพอ ขนาดของเหลก็ เส้นกลมตามมาตรฐาน มอก. 20 - 2543 ช่ือขนาด ขนาดเสน้ ผ่านศูนย์กลาง ขนาดพ้นื ทหี่ น้าตดั มวลระบุ (มม.) (ซม2) (กก./ม.) RB6 6 0.283 0.222 RB9 9 0.636 0.499 0.888 RB12 12 1.131 1.387 2.226 RB15 15 1.767 2.984 3.583 RB19 19 2.835 4.834 RB22 22 3.801 RB25 25 4.909 RB28 28 6.158

เหลก็ ข้อออ้ ย เหล็กข้ออ้อย (Deformed Bars) ใช้ตัวอักษรย่อว่ำ DB เป็นเหล็กท่ีมีผิวเป็นบ้ังและครีบตลอดควำมยำวของเหล็ก เหล็กข้ออ้อยนิยมใชเ้ ป็นเหล็กเสริมหลักในงำนโครงสร้ำงทุกประเภท เนื่องจำกเหล็กข้ออ้อยจะมีแรงยึดเหนี่ยวสูงกว่ำเหล็กเส้น กลมถึงสองเท่ำ ดังน้ันมำตรฐำน ว.ส.ท. จึงกำหนดให้ใช้เหล็กข้ออ้อยเป็นเหล็กเสริมหลัก (main reinforcement) สำหรับกำร ออกแบบคอนกรตี เสรมิ เหลก็ โดยวธิ ีกำลงั ขนาดของเหลก็ เส้นกลมตามมาตรฐาน มอก. 24 - 2548 ชอ่ื ขนาด ขนาดเสน้ ผ่านศูนย์กลาง ขนาดพืน้ ทห่ี น้าตดั มวลระบุ (มม.) (ซม2) (กก./ม.) DB10 10 0.785 0.616 DB12 12 1.131 0.888 1.578 DB16 16 2.011 2.466 3.853 DB20 20 3.142 4.834 6.313 DB25 25 4.909 7.990 DB28 28 6.158 DB32 32 8.042 DB36 36 10.179

เหล็กเสริมหลกั การเสรมิ เหลก็ ในคาน เหล็กเสริมหลัก เหล็กปลอก เหลก็ ปลอก แบบกอ่ สรา้ ง การกอ่ สรา้ งจริงจากแบบกอ่ สรา้ ง

การเสริมเหลก็ ในเสา เหลก็ เสรมิ หลกั เหลก็ เสริมหลัก เหลก็ ปลอก เหล็กปลอก การกอ่ สรา้ งจริงจากแบบกอ่ สร้าง แบบก่อสรา้ ง

เหล็กรูปพรรณ (Structural Steel) เหล็กรูปพรรณ (Structural Steel) เป็นเหล็กท่ีใช้ในงำนโครงสร้ำง หรือประดับตกแต่งในงำนสถำปัตยกรรม ต่ำงๆ สำมำรถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทหลักๆ คือ เหล็กรูปพรรณรีดร้อน และ เหล็กรูปพรรณข้ึนรูปเย็น ซ่ึงแต่ละประเภท จะมลี กั ษณะทต่ี ่ำงกนั ดังนี้ 1. เหลก็ รูปพรรณรีดร้อน คอื เหล็กท่ีมีกำรรีดในขณะท่เี หล็กยงั มอี ณุ หภมู ิสูงประมำณ 1,200 องศำเซลเซียส เพื่อให้ได้รูปทรง ตำมท่ีต้องกำร เช่น เหล็ก H-Bean, I-Beam, Channel ซึ่งในกำรรีดเหล็กในขณะท่ีมีอุณหภูมิสูงน้ี เป็นกรรมวิธีท่ีให้ควำม ร้อนแก่เหล็กและทำให้เหล็กเย็นตัวลงเป็นลำดับ เพ่ือลดควำมเครียดในเน้ือเหล็กและทำให้ผลึกเหล็กมีควำมละเอียดมำกข้ึน ทำให้เหลก็ มกี ำลังรวมถึงควำมเหนียวที่สงู ข้นึ ซึ่งสำมำรถรีดเหลก็ ทมี่ ีควำมหนำทม่ี ำกๆได้ สง่ ผลใหเ้ มือ่ มีกำรนำไปออกแบบใช้ งำน จะสำมำรถใช้งำนไดห้ ลำกหลำย H-Beam I-Beam Channel

การใช้งานโครงสร้างเหลก็ รูปพรรณรีดร้อนในงานโครงสร้าง Air Port bridge

การใช้งานโครงสร้างเหล็กรปู พรรณรดี รอ้ นในงานโครงสรา้ งใต้ดนิ Mat Foundation

การใช้งานโครงสร้างเหล็กรปู พรรณรีดรอ้ นในงานโครงสร้างใต้ดิน Sheet Pile

2. เหลก็ รูปพรรณขน้ึ รูปเย็น คือ เป็นกำรขึน้ รูปจำกเหลก็ แผ่นที่มีอณุ หภูมิปกติ โดยเป็นกำรพบั แผ่นเหล็กและเช่ือมให้ กลำยเป็น เหล็กกล่อง เหล็กท่อกลม เป็นต้น ซึ่งกำรนำเหล็กแผ่นมำพับหรือม้วนนั้น จะต้องมีกำรเชื่อมเหล็กเข้ำ ด้วยกัน และต้องมีกำรตรวจสอบรอยเช่ือมดังกล่ำว ทำให้เหล็กมีกำลังและควำมแข็งของผิวต่อแรงกดอัดสูงข้ึน มำกกว่ำเหลก็ รปู พรรณรดี รอ้ น เหล็กกลอ่ ง เหล็กท่อกลม

การใช้งานโครงสร้างเหล็กรปู พรรณขนึ้ รปู เยน็ ในงานโครงสรา้ ง Concrete Filled Steel Tubes Column

การใช้งานโครงสร้างเหลก็ รปู พรรณขึน้ รูปเยน็ ในงานโครงสร้าง Steel Tubes

ข้อดขี องโครงสร้างเหลก็ รูปพรรณ 1. เหล็กเป็นวัสดุที่มีอัตรำส่วนของกำลัง (strength) ต่อน้ำหนักที่ค่อนข้ำงสูง ซ่ึงทำโครงสร้ำง เหล็กมีน้ำหนักรวมท่ีค่อนข้ำงต่ำ ดังน้ันจึงเหมำะที่จะใช้ในกำรก่อสร้ำงสะพำนท่ีมีควำมยำว span มำกๆ และอำคำรสูง 2. เหล็กเป็นวัสดุที่สำมำรถผลิตที่โรงงำนแล้วนำมำประกอบที่สถำนท่ีก่อสร้ำงได้ง่ำยจึงทำให้ กำรก่อสรำ้ งโครงสร้ำงเหลก็ ทำไดอ้ ยำ่ งรวดเร็วกว่ำโครงสร้ำงคอนกรีตเสรมิ เหลก็ 3. เหลก็ เปน็ วสั ดุท่ีมีกำลังสูงและสำมำรถเปล่ียนแปลงรูปร่ำงได้มำกก่อนกำรวิบัติดังน้ัน เหล็กจึง เป็นวัสดุที่สำมำรถดูดซึมพลังงำนได้สูง กำรเปล่ียนแปลงรูปร่ำงที่สูงก่อนกำรวิบัติของเหล็กนั้น ยงั จะเปน็ สิ่งเตอื นภยั วำ่ โครงสร้ำงกำลงั จะเกดิ กำรวิบตั อิ กี ดว้ ย 4. โครงสร้ำงเหล็กที่ไดรับกำรดูแลท่ีเหมำะสมและถูกตองจะเปนโครงสรำงท่ีมีอำยุกำรใชงำนท่ี ยำวนำน 5. คุณสมบตั ทิ ำงกลของเหล็กไม่เปลย่ี นแปลงตำมเวลำมำกเหมอื นดัง เช่น คอนกรตี หรอื วสั ดุกอ่ สร้ำงชนดิ อ่นื ๆ

ขอ้ เสียของโครงสรา้ งเหลก็ รปู พรรณ 1. เหล็กเป็นวัสดุท่ีผุกร่อนได้งำยถ้ำไมได้รับกำรดูแลรักษำท่ีดี ดังน้ันถำโครงสรำงเหล็กไมไดถูก ออกแบบใหถูกตองแลว คำบำรุงรักษำโครงสรำงเหลก็ จงึ มกั จะมคี ำสูง 2. กำลังของเหล็กจะลดลงอย่ำงมำกเมอ่ื เกิดไฟไหมและเนื่องจำกเหล็กเป็นวัสดุท่ีนำควำมรอนได ดี ดังนั้นควำมรอนอำจจะถูกถ่ำยเทจำกจุดท่ีเพลิงไหมไปยังบริเวณอ่ืนๆของโครงสร้ำงจนกระท่ัง ทำใหวัสดุท่อี ยู่ตดิ กับโครงเหล็กในบริเวณดงั กลำวเกดิ กำรติดไฟได 3. กำลังของโครงสร้ำงเหล็กอำจจะลดลงเป็นอย่ำงมำกเม่ือถูกกระทำโดยแรงกระทำซ้ำไปซ้ำมำ (fatigue) 4. เม่ือโครงสร้ำงเหล็กตั้งอยู่ในบริเวณท่ีมีอุณหภูมิต่ำมำกๆ และเมื่อโครงสร้ำงเหล็กถูกกระทำ โดยแรงกระทำซ้ำไปซ้ำมำเป็นเวลำนำนแล้ว โครงสร้ำงเหล็กดังกล่ำวจะเกิดกำรวิบัติแบบเปรำะ ได้ 5. โครงสร้ำงเหลก็ จะมคี ่ำใชจ้ ่ำยในกำรกอ่ สรำ้ งทค่ี ่อนข้ำงสงู

การดแู ลรกั ษาเหลก็ 1. กำรเก็บรักษำเหล็กควรจัดวำงไว้เหนือพ้ืนดินและอยู่ในท่ีแห้ง ควรจัดหำวัสดุปิดคลุมให้มิดชิดเพ่ือป้องกันน้ำและ ควำมชืน้ ทอ่ี ำจทำให้เหลก็ เปน็ สนิมได้ การจดั วางเหลก็

ส่งิ ที่ไมค่ วรทาอยา่ งย่งิ ในการจดั เกบ็ เหล็กเสรมิ คอนกรตี

2. กำรดูแลรักษำไม่ให้เหล็กเป็นสนิม ควรทำสีกันป้องกันสนิมและควรเลือกใช้ให้เหมำะสมกับลักษณะงำน เพ่ือให้ ชน้ิ งำนมอี ำยุกำรใชง้ ำนยำวนำนมำกขน้ึ การทาสกี ันสนมิ สาหรับเหลก็ รปู พรรณ

แล้วพบกนั ใหม่...