การทดสอบแรงยดึเหน่ียวของคอนกรตีต่อเหล็กเสรมิ

(BOND STRENGTH)

บทนำ�

การทดสอบนี้มวีตัถปุระสงค์เพื่อทดสอบแรงยดึเหนี่ยวสงูสดุของเหล็กเสรมิชนิดกลมและชนิดขอ้อ้อยท่ีฝังในก้อนคอนกรตีตัวอยา่งด้วยวธิกีาร

ดึง (Pull-Out Test) ทัง้นี้เพราะโครงสรา้งคอนกรตีทัว่ไปสว่นใหญ่มกัมกีารเสรมิเหล็กเพื่อ

ชว่ยในการรบัแรง ไมว่า่จะเป็นการเสรมิเหล็ก ธรรมดาหรอืลวดเหล็กก็ตาม ดังนัน้กำาลังในการ

ยดึเหนี่ยว (Bond Strength) ของคอนกรตีกับเหล็กเสรมิที่เพยีงพอจงึเป็นสิง่สำาคัญที่ต้อง

พจิารณา เพื่อใหโ้ครงสรา้งคอนกรตีเสรมิเหล็กสามารถรบัแรงได้เต็มประสทิธภิาพตามท่ีออกแบบไว้

ทฤษฏีท่ีเก่ียวขอ้ง

กำาลังในการยดึเหน่ียว (Bond Strength) เกิดจากการ ยดึติด (Adhesion) และแรงเสยีดทาน (Friction)

ของเหล็กเสรมิกับซเีมนต์เพสท์ที่แขง็ตัวแล้ว แต่มคีวาม ยากในการวดัค่าที่แท้จรงิ ทัง้นี้เพราะมปีัจจยัหลายประการ

ท่ีเก่ียวขอ้ง เชน่- ขณะที่คอนกรตีได้รบัการบม่และแขง็ตัวจะเกิดการหด

ตัว ทำาใหพ้ื้นที่ผิวสมัผัสระหวา่งเหล็กเสรมิและคอนกรตีลดลงสง่ผลใหแ้รงยดึเหน่ียวลดลง- คอนกรตีมกีารแตกรา้วหรอืนำ้าซมึผ่านได้ง่ายก็จะทำาให้เกิดการกัดกรอ่นเหล็กเสรมิทำาใหแ้รงยดึเหนี่ยวลดลง

- ตำาแหน่งในการเสรมิเหล็ก เชน่ บรเิวณใต้ เหล็กบนอาจมชีอ่งอากาศเนื่องจากการเยิม้

ทำาใหแ้รงยดึเหนี่ยวลดลง- การใสส่ารผสมเพิม่ เชน่ สารกักกระจายฟอง

อากาศ ทำาใหแ้รงยดึเหนี่ยวลดลง

(รูป แสดงการเกิด Bond และ Adhesion ในโครงสรา้งคอนกรตีเสรมิเหล็ก)

ด้วยเหตผุลดังกล่าว จงึยงัไมม่วีธิกีารวดักำาลัง ในการยดึเหนี่ยว (Bond Strength) ที่เป็น

มาตรฐานแต่อยา่งไรก็ตามการทดสอบด้วยการดึง(Pull-Out Test), ASTM C 234) ถือเป็นวธิหีน่ึงท่ีได้รบัความนิยมในการเปรยีบเทียบค่ากำาลังในการ

ยดึเหนี่ยวของคอนกรตีซึ่งทำาโดย การหล่อก้อน ตัวอยา่งคอนกรตีทรงลกูบาศก์ขนาด 15 X 15 X

15 ซม. แล้วฝังเหล็กเสรมิไวต่้อจากนัน้ทำาการดึง เหล็กเสรมิออก ด้วยเครื่องทดสอบแรงดึงเพื่อหาแรง

ยดึเหนี่ยวสงูสดุของคอนกรตี กับเหล็กเสรมิ โดย กำาลังในการยดึเหนี่ยวสงูสดุ (Maximum Bond

Strength) สามารถหาได้จากแรงดึงสงูสดุหารด้วยพื้นที่ของเหล็กเสรมิที่สมัผัสกับคอนกรตี

ในทางปฏิบติันัน้ถือวา่กำาลังยดึเหนี่ยวของ คอนกรตี (Bond Strength) มคีวามสมัพนัธกั์บ

กำาลังอัดของคอนกรตี คือ เมื่อกำาลังอัดของคอนกรตีเพิม่ขึ้นกำาลังยดึเหนี่ยวของคอนกรตีจะ

เพิม่ตาม และกำาลังยดึเหนี่ยวของเหล็กขอ้อ้อยจะ มากกวา่เหล็กกลม ดังรูปท่ี 1 และพบวา่กำาลังใน

การยดึเหนี่ยวลดลงอยา่งมากเมื่ออุณหภมูสิงูขึ้นทัง้นี้เพราะสมัประสทิธิก์ารขยายตัวท่ีไมเ่ท่ากันของเหล็กและคอนกรตี

ความสมัพนัธร์ะหวา่งกำาลังยดึเหน่ียวกับกำาลังอัดของคอนกรตี

รูปท่ี 1 ความสมัพนัธร์ะหวา่งกำาลังยดึเหนี่ยวกับกำาลังอัดของคอนกรตี ( จากหนังสอืConcrete Structure,Properties, and Materials; Mehta & Monteiro)

ก�รทดสอบแรงยดึเหนี่ยวของคอนกรตีต่อเหล็กเสรมิ

ม�ตรฐ�นท่ีใช้ASTM C 234Standard Test Method for

Comparing Concrete on the Basis of the Bond Developed with Reinforcing Steel

เครื่องมอืท่ีใชใ้นก�รทดสอบ(UNIVERSAL TESTING MACHINE)

(รูปท่ี2อุปกรณ์ทดสอบแรงยดึเหนี่ยวและเครื่องทดสอบแรงดึง)

วธิกี�รทดสอบ

1. หล่อก้อนตัวอยา่งคอนกรตีทรงลกูบาศก์ขนาด15 X 15 X 15 ซม. แล้วฝังเหล็กขอ้อ้อยหรอื

เหล็กกลมท่ีต้องการทดสอบลงไป เมื่อก้อน ตัวอยา่งแขง็ตัวแล้ว 24 ซม. จงึถอดแบบและบอ่ม

ภายในหอ้งบม่ เพื่อรอการทดสอบที่ 28 วนัต่อไป2. วดัเสน้ผ่านศูนยก์ลางเหล็กเสรมิโดยMicrometer และระยะท่ีฝังเหล็กลงไปในก้อนตัวอยา่งคอนกรตีด้วยไมบ้รรทัดเหล็ก

3.ติดตัง้อุปกรณ์ทดสอบแรงยดึเหน่ียวเขา้กับก้อนตัวอยา่ง

4.ติดตัง้ก้อนตัวอยา่งเขา้กับหวัจบัเครื่องทดสอบ กำาลังดึง และ Dial Micrometer เพื่อวดั

ระยะเล่ือนของเหล็กเสรมิ

5.วดัความยาวของเหล็กท่ีปลายจนถึงสว่นที่ปลายอีกด้านท่ีสมัผัสคอนกรตีและจากหวัจบัถึงด้านท่ีสมัผัสคอนกรตี

6. เปิดเครื่องเพื่อดึงเหล็กเสรมิ โดยควบคมุแรง ดึงใหไ้มเ่กิน 5.78 กก./ตร.ซม./วนิาที

7.ทำาการทดสอบจนกวา่แรงท่ีใชด้ึงเหล็กเสรมิถึง จุดสดุสดุ หรอืเมื่อคอนกรตีเริม่ชำารุดแยกออก

จากกันหรอืเมื่อระยะล่ืนมค่ีามากกวา่ 2.5 มม. บนัทึกค่าแรงดึงสงูสดุ

8. คำานวณหากำาลังยดึเหนี่ยวสงูสดุ (Maximum Bond Stress)

กำาลังยดึเหนี่ยวสงูสดุ = แรงดึงสงูสดุ พื้นท่ีเหล็กเสรมิท่ีสมัผัส

คอนกรตี

9.ทำาการทดสอบเปรยีบเทียบผลระหวา่งเหล็กขอ้อ้อยกับเหล็กกลม

ผลก�รทดสอบ

ผลการทดสอบพบวา่ในการหากำาลังยดึเหน่ียวของเหล็ก เสรมินัน้ เป็นไปตามท่ีกำาหนดไวคื้อ

- เหล็กขอ้อ้อยจะ ไมม่กีารครูดหรอืล่ืนไถลเมื่อมกีาร ทดสอบ

-สว่นเหล็กเสน้กลมนัน้มกีารล่ืนไถลเล็กน้อยเมื่อมกีาร ทดสอบ

- ซึ่งถ้าหากมกีารเพิม่ คณุภาพคอนกรตีใหม้ค่ีากำาลังอัดท่ีมากขึ้นก็จะสามารถทำาใหค่้าของกำาลังยดึเหน่ียวในเหล็กเสรมิเพิม่มากขึ้นด้วย

-เหล็กเสรมิขอ้อ้อยมค่ีาหน่วยแรงยดึเหนี่ยวสงู กวา่ในเหล็กเสน้กลมเรยีบ เท่ากับ 60 %

- และเหล็กเสรมิขนาดเสน้ผ่านศูนยก์ลาง 25 มม. มค่ีาหน่วยแรงยดึเหนี่ยวสงูกวา่เหล็กเสรมิ

ขนาดเสน้ผ่าน ศูนยก์ลาง 19 มม. เท่ากับ 30 %

เทคโนโลยคีอนกรตีท่ีสามารถ

เพิม่แรงยดึเหน่ียวใหกั้บคอนกรตี

ก�รใชเ้สน้ใยสงัเคร�ะห์ในคอนกรตีSYNTHETIC FIBERS FOR CONCRETE   

ซึ่งเสน้ใยสงัเคราะหบ์างชนิดสามารถใชเ้พื่อเพิม่แรงดึงและแรงยดึเหนี่ยวใหกั้บคอนกรตีนอกเหนือจากการเสรมิเหล็กได้

-เสน้ใยสงัเคราะหถ์กูผลิตขึ้นโดยเฉพาะเพื่อใช้ สำาหรบังานวศิวกรรมคอนกรตี ซึ่งสงัเคราะหจ์ากวสัดุ

ท่ีสามารถทนต่อสภาวะท่ีเป็นด่างสงูของคอนกรตีได้ ในระยะยาวซึ่งต่างกับเสน้ใยธรรมชาติท่ีไมค่งทน

-เราสามารถใสเ่สน้ใยสงัเคราะหเ์พิม่ลงไปในระหวา่งการผสมคอนกรตีในปรมิาณท่ีเหมาะสมตามคำาแนะนำาจากผู้ผลิตโดยไมต้่องทำาการเปล่ียนแปลงสว่นผสมคอนกรตีที่ได้ออกแบบไว้

แล้ว โดยเสน้ใยสงัเคราะหส์ามารถผสมรว่มกับ สารผสมเพิม่อ่ืนๆ ได้ไมว่า่จะเป็น นำ้ายาผสม

คอนกรตี, ซลิิก้าฟูม หรอืปูนซเีมนต์พเิศษต่างๆ

เสน้ใยสงัเคร�ะห์ทำ�หน้�ท่ีอย�่งไรในสภ�วะอ�ยุคอนกรตีเริม่ต้น

คอนกรตีเป็นสาเหตท่ีุทำาใหผ้ิวหน้าของ คอนกรตีอ่อนแอและเกิดรอยรา้วขึ้น

เนื่องจากแรงเค้น (Stress) ท่ีเกิดขึ้นมเีกิดมีมากกวา่กำาลังที่คอนกรตีจะรบัได้ในขณะนัน้  รอยแตกรา้วที่มขีนาดเล็กจะถกูหยุดการขยายตัวโดยคณุสมบติัทางกายภาพของ

เสน้ใยสงัเคราะห์ อีกทัง้เสน้ใยสงัเคราะหย์งัชว่ยยบัยัง้การพฒันาการเกิดรอยแตกรา้วจากการทรุดตัวของคอนกรตี

เสน้ใยสงัเคราะหท์ี่กระจายตัวอยา่งสมำ่าเสมอนัน้จะชว่ยลดการเกิดโพรงอากาศที่เรยีงตัวต่อ

เนื่องในทิศทางเดียวกัน (Capillary Pores) ซึ่งเป็นสาเหตท่ีุทำาใหเ้กิดการคายนำ้าขึ้นมาบนผิว

หน้าของคอนกรตีสด โดยเสน้ใยสงัเคราะหจ์ะ ทำาใหค้วามสามารถในการซมึผ่านของนำ้าตำ่าลง

สง่ผลใหช้ว่ยลดการเกิดรอยแตกรา้วแบบ พลาสติก รวมทัง้สามารถลดการเยิม้

(Bleeding) ของคอนกรตีสดลงได้

เสน้ใยสงัเคร�ะห์ทำ�หน้�ท่ีอย�่งไรในสภ�วะท่ีคอนกรตีแขง็ตัวแล้ว

การใชเ้สน้ใยสงัเคราะหม์สีว่นทำาให้ คณุสมบติัของคอนกรตีที่แขง็ตัวแล้วดีขึ้นด้วย

โดยคอนกรตีท่ีผสมเสน้ใยสงัเคราะหจ์ะมี คณุสมบติัในการลดการซมึผ่านของนำ้า เพิม่

ความทนทานต่อการขดัสแีละต้านทานการแตก รา้วจากแรงกระแทก

ความสามารถในการต้านทานต่อการแตกรา้วจากแรงกระแทกจะถกูปรบัปรุงเพิม่ขึ้นโดยสงัเกตจากคอนกรตีธรรมดาที่ไมไ่ด้ผสมเสน้ใยสงัเคราะหเ์มื่อได้รบัแรงอัดจะชำารุดและแตกเป็น

ชิน้เล็กชิน้น้อยตามแนวที่เริม่แตกรา้ว สว่นคอนกรตีท่ีผสมเสน้ใยสงัเคราะหจ์ะสามารถป้องกันผลกระทบจากการแตกละเอียดเนื่องจากเสน้ใยที่ผสมอยูภ่ายในเนื้อคอนกรตีจบัตัวกันอยา่งซบัซอ้นและเหนียวแน่นทานการ

แตกรา้วจากแรงกระแทก

ก�รประยุกต์ก�รใชง้�นท่ีเหม�ะสม เพื่อลดรอยแตกรา้วเน่ืองจากการแตกรา้วแบบพลาสติก เป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการออกแบบเพื่อทดแทนเหล็ก

เสรมิรบัการแตกรา้วเนื่องจากอุณหภมูิ (Wire Mesh) เพิม่คณุสมบติัในการยดึเกาะตัวใหกั้บคอนกรตีท่ีต้องเทในท่ี

ลาดชนัสงู อาทิเชน่ Shotcrete หรอืงาน Slipform   ลดรอยแตกรา้วท่ีเกิดจากการทรุดตัวของคอนกรตีสด เพิม่คณุสมบติัในการลดการซมึผ่านของนำ้าใหต้ำ่าลง เป็นวสัดผุสมคอนกรตีท่ีสามารถทนทานต่อด่างและสาร

เคมไีด้ดี

เอกสารอ้างอิง

http://www.cte.kmutt.ac.th:8080/civillabpro/pdf/M16.pdf

http://www.cte.kmutt.ac.th:8080/civillabpro/MatLab16.htm

http://library.kmutnb.ac.th/projects/edu/TTC/ttc0105t.html

http://www.cpacacademy.com/index.php?tpid=0131