Green Chemistry in Cement and

Concrete Industry เกศรนทร พมรกษา, ปรญญา จนดาประเสรฐ

ผชวยศาสตราจารย, ภาควชาเคมอตสาหกรรม, คณะวทยาศาสตร, มหาวทยาลยเชยงใหม, kedsarin.p@cmu.ac.th

ศ าสต ร า จ า ร ย ร ะด บ 11, ภ า ค ว ช า ว ศ ว ก ร รม โ ย ธ า , คณ ะวศวกรรมศาสตร, มหาวทยาลยขอนแกน, prinya@kku.ac.th

1.บทน า

กระบวนการผลตในอตสาหกรรมทมประสทธภาพจะกอใหเกดการใชวตถดบทมประสทธภาพ ลดปญหาผลตภณฑทดอยประสทธภาพ ประหยดพลงงานและลดผลตภณฑทเปนพษตอสงแวดลอม จนท าใหอตสาหกรรมสามารถเขาสภาวะของการไรของเสยและกากอนตรายตางๆในทกรปแบบ ซงเปนททราบกนดวาปญหาหลกในอตสาหกรรมผลตปนซเมนตและคอนกรต ทกอใหเกดผลเสยตอสงแวดลอมคอ การใชพลงงานในการผลตสงมากเนองจากใชอณหภมสงถง 1,450-1,500 องศาเซลเซยส และมการปลดปลอยแกสคารบอนไดออกไซดออกสบรรยากาศเนองจากการใชสารตงตนชนด แคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) ทสามารถแตกตวเนองดวยความรอนทอณหภมประมาณ 800 องศาเซลเซยส ดงสมการ CaCO3 CaO + CO2 ซงถอวาเปนปฏกรยาดดความรอนทตองใชพลงงานเปนอยางมาก ถงประมาณ 1,800 เมกะจลตอการเผา CaCO3 1 ตน หรอ 3,160 เมกะจล ตอการผลต CaO 1 ตน [1] ดงนนในอตสาหกรรมซเมนตและคอนกรต จงไดมความพยายามวจยเพอหาแนวทางทจะชวยลดปญหาการปลอยกาซเรอนกระจกและลดการใช

พลงงานอยางมหาศาลในการผลต ไมวาจะเปนแนวทางของการเพมประสทธภาพการผลตปนซเมนต แนวทางการปรบเปลยนวตถดบตงตนใหมคณภาพ การใชสารตวเตมเพอเรงปฏกรยา (Mineralizer) เพอลดอณหภม [2] การเตมสารเคมทกอใหเกดการสนดาบของสารเคมผสมรวมกบวตถดบปน เพอลดอณหภมการเผา [3] วธนถงแมวาไมไดลดพลงงานทใชในการเกดปฏกรยาเคม แตการชวยลดอณหภมการสกตวในการเผาปนจะท าใหสามารถลดการสญเสยความรอนออกสบรรยากาศได และบดวตถดบใหมขนาดเหมาะสมทงายตอการเกดเปนปนซเมนต หรอการเพมประสทธภาพของเตาเผาทชวยเพมความสามารถในการถายโอนความรอนไปสวตถดบต งตนไดเรวขน และการลดการสญเสยการถายโอนความรอนออกสบรรยากาศ รวมถงการปรบปรงประสทธภาพการท างานของอปกรณตางๆ นอกจากการปรบปรงประสทธภาพการผลตปนซเมนตและการเพมประสทธภาพเตาเผาและอปกรณตางๆแลว ในอตสาหกรรมคอนกรตยงไดมการใชสารปอซโซลานทดแทนการใชปนซเมนตบางสวน รวมถงการออกแบบสงปลกสรางใหเหมาะสมและการเลอกใชวสดในการกอสรางทเหมาะสม ท าใหมความทนทานตอการใชงานมากขนเพอชวยลดการบรโภคปนซเมนตในทางออม อกทงยงหาทางเลอกใหมทจะผลตปนซเมนตทางเลอก เชน จโอพอลเมอรซเมนต และจโอพอลเมอรคอมพอสตซเมนต เปนตน [4] ทจะเปนอนาคตของอตสาหกรรมซเมนตและคอนกรตทนบวนจะมขอจ ากดในดานสงแวดลอมและพลงงานทวความรนแรงมากขน เนองจากการผลตปนซเมนตและคอนกรตเปนเรองของการเกดปฏกรยาเคมของสารตงตนเพอเกดเปนสารประกอบใหมตามทเราตองการ กลาวคอ เมอเราตองการเปลยนแคลเซยมคารบอเนตและดนไปเปนปนซเมนต ปฏกรยาเคมทเกดขนคอ 6CaCO3 + Al2O3.SiO2 3CaO. SiO2 + 3CaO. Al2O3 + 6CO2 ซงเปนปฏกรยาดดความรอน เนองจากสสารสะสมพลงงานไวในรปแรงยดเหนยวระหวางอะตอมและโมเลกล ดงนนในการท าใหเกดเปนปนซเมนตจงตองการพลงงานมหาศาลเพอเอาชนะพลงงานทจะท าใหสารตงตนสองชนดแตกตวและมารวมกนใหม พบวาโดยรวมตอการผลตปนเมด 1 ตน ใชพลงงานถง 4,000 เมกะจล ซงคานยงไมนบรวมพลงงานความรอนทสญเสยไปจากการเผา โดยพลงงานทใชกงหนงใชเพอแตกตวแคลเซยมคารบอเนต โดยการลดพลงงานสวนนท าไดจากการใชสารตงตนทให

แคลเซยมออกไซด (CaO) ตงแตตน และเมอเราตองการเปลยนปนซเมนต ไปเปนสารประกอบแคลเซยมซลเกตไฮเดรต ซงท าหนาทเชอมประสานในการผลตคอนกรต ยกตวอยางปฏกรยาเคมทเกดขนคอ 3CaO. SiO2 + 6H2O 3CaO. 2SiO2. 3H2O + 3Ca(OH)2 ซงเปนปฏกรยาคายความรอน โดยประมาณ 0.5 เมกะจลตอตนของปนเอไลต จะเหนวาการผลตแผนคอนกรตสกแผนหนง จงตองอาศยปฏกรยาเคมทงสองอยางรวมกน และยงพบวาพลงงานทใชในการผลตปนซเมนตนนมคามากมายมหาศาล มากกวาพลงงานทตวปนซเมนตคายออกมาเมอผสมกบน า พลงงานทสญหายไปนนไปอยในรปอนๆ ไดแก พลงงานยดเหนยวระหวางอนภาคท าใหไดคอนกรตทแขงแรง เปนตน ซงพลงงานเหลานนไมสามารถถกเปลยนมาอยในรปความรอนทจะกอใหเกดประโยชนได ดงนนแนวทางนจงยงไมสามารถกลาวไดวาเปนการผลตสเขยว (Green production) หรอเคมสเขยว (Green chemistry) ได เนองจากมความไมสมดลของการใชพลงงานคอนขางมากและยงปลดปลอยกาซเรอนกระจกในปรมาณมากอกดวยถงแมวาจะไดวสดทแขงแรงกตาม เนองจาก Green chemistry คอการค านงถงการใชทรพยากรอยางมประสทธภาพ มององครวมทงในระดบอะตอม โมเลกล และอนภาค เพอกอใหเกดปฏกรยาเคมทเกดประโยชนสงสด รวมไปจนถงการผลตทไมปลอยของเสยออกสสงแวดลอมเลย (Zero emission) [5] ถงแมวา Green chemistry ดเหมอนจะเปนแนวคดในอดมคต แตอนาคตของอตสาหกรรมซเมนตและคอนกรตอยทการไดเรมตนทจะศกษาการมอยจรงของมน

2. จดเรมตนของ Green chemistry

ในโลกของเรามแรอยมากมายหลายหมนชนด ท งเกดตามธรรมชาตและถกสงเคราะหขนมา แรทพบอยมากมายในธรรมชาตคอ คอรวซ (Quartz) ซงพบมากในทรายแมน าและทรายทะเล ประกอบดวยธาต Silicon จบกบออกซเจนสตวแบบ Tetrahedral ดงภาพท 1 (ก) เมอหลายๆโมเลกลมารวมกนเปนโครงสรางแบบโครงขายสามมต (Framework) ถกเรยกวาซลกอนไดออกไซด (SiO2) หรอคอรวซ ดงภาพท 1 (ข) เปนแรทมความแขงแรงสงและเฉอยตอปฏกรยาเคม โมเลกลแตละโมเลกลเชอมตอกนดวยพนธะทแขงแรง และมจดสนสดของการ

เชอมตออยทขนาดอนภาคของมนเอง พบวาในธรรมชาตคอรวซมขนาดประมาณ 10-200 ไมโครเมตร คอรวซเกดขนจากการตกผลกของสารประกอบกลม SiO2 ทงทอยในรปของหลอมเหลวหรอแกวหลอม (Molten silica) และทอยในรปของสารละลายเปนไอออนซลเกต นอกจากแรคอรวซ ยงมแรอกกลมหนงทมโครงสรางคลายกบคอรวซมาก คอแรหนฟนมา หรอแรเฟลสปาร (Feldspar) มจดเรมตนของโครงสรางทเหมอนกบคอรวซ คอโครงขาย Tetrahedral (Tetrahedral framework) แตตางกนตรงทในโครงสราง Tetrahedral นนพบอะลมเนยมดวย ดงภาพท 2 โดยการก าเนดหนฟนมาเกดจาการหลอมรวมของแรหลายชนดทมกลมอลคาไลต (เชน Na และ K เปนตน) อลคาไลตเอรท (Ca, Mg และ Ba เปนตน) เขากบคอรวซ และหนกรานต แลวเกดการเยนตวอยางชาๆตกผลกเปนแร โซเดยมเฟลสปาร (Na2O. Al2O3. 6SiO2) และโปแตสเซยมเฟลสปาร (K2O. Al2O3. 6SiO2) เปนตน บนพนโลกของเรานบวามแรคอรวซและหนฟนมาอยมากทสดในโลก

ดงนนจงไมนาแปลกใจทมนจะเปนจดเรมตนของสรรพสงตางๆ นอกจากจะพบธาตซลกอนและอะลมนมในโครงสรางของหนฟนมาแลว ยงพบธาตหมอลคาไลตและอลคาไลตเอรทอกดวย เนองจากการเกดเปนโครงขาย Tetrahedral ของอะลมนมมความไมสมดลของประจในโครงสราง อนเนองมาจากเดมซลกอนเปนไอออนทมเวเลนซเปนสบวก คอ Si4+ แตอะลมนมเปนไอออนทมเวเลนซสามบวก คอ Al3+ การพบ Al3+ ในต าแหนงของ Si4+ จงขาดสมดลของประจ ดงนนอลคาไลต (Na+ และ K+) ทพบอยในโครงสรางจงท าหนาทในการสมดลประจนน (Charge balancing) พบวาโครงสรางของแรเฟลสปารกมความแขงแรงเชนเดยวกนกบคอรวซ หากจะท าลายโครงสรางจะตองท าโดยการใหความรอนไปจนถงจดหลอมตวของมน ซงอยทประมาณ 1,200-1,300 องศาเซลเซยส ส าหรบโปแตสเซยมเฟลสปาร และ 1,700 องศาเซลเซยสส าหรบคอรวซ

(ก)

(ข)

ภาพท 1 (ก ) โครงสรางแบบ Tetrahedral ของซลเกต (SiO4

4-) โดยทวไป (ข) โครงสรางโมเลกลของคอรวซ(SiO2) http://nature.berkeley.edu/classes/eps2//wisc/Lect13.html

ภาพท 2 โครงสรางโมเลกลหนฟนมาชนดโปแตสเซยม (KAlSi3O8) http://staff.aist.go.jp

ม

แรอกประเภทหนงทพบวามโครงสรางคลายกบคอรวซและเฟลสปาร คอแรซโอไลต (Zeolite) ซงถกเรยกวา “Framework structure” แตการกอก าเนดของแรซโอไลตมความแตกตางจากคอรวซกบหนฟนมาเปนอยางมาก เนองจากไมไดเกดจากการตกผลกเมอมการเยนตวลงของของหลอมเหลว หากแตเกดจากแรในธรรมชาตทประกอบดวยซลกอนและอะลมนมทสามารถถกชะละลายไดงายไปอยในรปไอออน ท าปฏกรยาเคมกบไอออนของอลคาไลต จ าพวกโซเดยม โปแตสเซยม และแคลเซยม จนเกดการตกตะกอนภายใตสภาวะอณหภมและความดนสงมากกวา 100 องศาเซลเซยสบรเวณใตพนโลก (Hydrothermal zone)เกดเปนโครงสรางทมรพรนสง โดยมซลกอนตอกบออกซเจนเปน Tetrahedral เปนโครงสรางหลก และพบอะลมนมอยในโครงสราง Tetrahedral ดวย ดงนนอลคาไลต (M = ธาตในหม 1 เชน Na+ และ K+) ทอยในระบบจงท าหนาทสมดลประจคลายกบกรณของเฟลสปาร ดงแสดงในภาพท 3 (ก) และ (ข) ซโอไลตมความเสถยรนอยกวาคอรวซและเฟลสปาร เนองจากมโครงสรางทมรพรนและพรอมจะแลกเปลยนไอออนบวกของธาตกลมอลคาไลตกบไอออนอนๆทมความแรงมากกวา สามารถละลายไดจากการถกกระตนดวยดาง ซโอไลตจงมกถก

(ก)

(ข)

ภาพท 3 (ก) โครงสรางพนฐานโดยทวไปของซโอไลต [6] (ข) โครงสรางโมเลกลของซโอไลตชนด Clinoptilolite [7]

เรยกวา “Metastable material” กลาวคอเปนวสดทอยในสภาพกงเสถยร จงมกพบวามการใชงานของซโอไลตท าหนาทเปนวสดปอซโซลานผสมรวมกบปนซเมนตดวย ชนดของซโอไลตทพบในธรรมชาตบอยๆคอ Clinoptilolite

แรทงสามชนดทไดกลาวมาอยในรปอนภาคผง (Particulate) ทไมสามารถเชอมประสานตวมนเองได ณ อณหภมหอง เนองจากโครงสรางโมเลกลของแรท งสามชนดมจดสนสดของการเชอมตอ แตแรทงสามชนดจะเชอมประสานตวมนเองได เมอน าแรชนดใดชนดหนงในสามชนดนไปผานการหลอมทอณหภมสงจนโครงสรางถกท าลายกลายเปนเนอแกว (Glass structure) ซงมโครงสรางหลกเปนซลเกตทเชอมตอกนเปนสายโซยาวทไมสนสด เกดเปนโครงสรางของ Tetrahedral ทเชอมตอกนของกลมซลเกต ดงภาพท 4 และอาจพบอะลมนมในโครงสราง Tetrahedral ดวยหากเปนเนอแกวทมาจากการหลอมตวของหนฟนมาและซโอไลต โดยธาตอลคาไลตและอลคาไลตเอรทธทมอยในหนฟนมาและซโอไลตจะอยในโพรงของการเชอมตอของโครงสราง Tetrahedral นน

ภาพท 4 โครงสรางโมเลกลของแกวชนดโซดาไลมซลเกต และอะลมโนซลเกต [8]

3. ปจจบนและอนาคตของ Green chemistry ในอตสาหกรรมซเมนตและคอนกรต

เมอไมนานมานมนกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส ชอ Joseph Davidovits คนพบวาเราสามารถผลตวสดซเมนตทสามารถเชอมประสานตวมนเองได ณ อณหภมต ากวา 100 องศาเซลเซยส [9] และเปนการผลตทมการปลดปลอยของเสยออกสสงแวดลอมนอยมากหรออาจไมมเลยขนกบวตถดบตงตนทใช วสดซเมนตนถกเรยกวา วสดจโอโพลเมอร (Geopolymer) จงอาจกลาวไดวาวสดจโอโพลเมอร เปนวสดทผลตขนโดยใชเคมสเขยวทจะกอใหเกดความสมดลทาง เศรษฐศาสตร สงแวดลอม และสงคม [10] โดยการผลตวสดชนดนจะอาศยหลกการคลายกบการเกดซโอไลตในธรรมชาต กลาวคอ สารตงตนทประกอบดวยธาตซลกอนและอะลมนมในโครงสรางถกชะละลายดวยสารละลายดางใหอยในรปไอออน ยกตวอยางสารตงตนเหลาน คอสารปอซโซลานทประกอบดวยซลเกตและอะลมเนตอยในรปอสณฐาน เชน เถาถานหน เถาภเขาไฟ แรพมมส เมตาเกาลน ตะกรนเหลก และเมอระบบมไอออนของซลเกตและอะลมเนตเกดขนในปรมาณมากพอ ไอออนของอะลมเนตจะเหนยวน าใหเกดการเชอมตอของโครงสรางซลเกตเชอมตอกนเปนสายโซยาวอยางตอเนองทไรระเบยบเหมอนกบโครงสรางของแกว (Glass structure) ดงภาพท 5 ซงมลกษณะเปนโครงขาย (Framework structure) เหมอนกบคอรวซ เฟลสปารและซโอไลต หากแตการผลตวสดจโอโพลเมอรนนจะเกดภายใตสภาวะทมความรนแรงของดางทเขมขนกวา และมปรมาณน าในระบบนอยกวาซโอไลตมาก อาจกลาวไดวาจดก าเนดของการเชอมตอของโครงสรางวสดจโอโพลเมอรเลยนแบบการเชอมตอของสารซโอไลต แตจโอโพลเมอรจะมการเชอมตอเปนสายโซยาวมากกวาซโอไลตมาก และมโครงสรางทแนนตวมากกวาซโอไลตมาก หากพจารณาถงความแนนของโครงสรางโมเลกลของมน วสดจโอโพลเมอรมโครงสรางเลยนแบบหนฟนมาและคอรวซมากกวาทจะคลายกบซโอไลต ท าใหวสดจโอโพลเมอรมความหนาแนนมากกวาซโอไลต และการทวสดจโอโพลเมอรเกดขนภายใตระบบทมน าจ ากดนเอง จงเปนไปไมไดเลยทจะท าใหการจดเรยงโครงสรางของมนเปนระเบยบ โครงสรางของวสดจโอโพลเมอรจงไรระเบยบเหมอนกบโครงสรางของแกวและสามารถเชอมประสานและพฒนาความแขงแรงได ซงเหมอนกบตอนทน าเอาคอรวซหรอหนฟนมาหรอซโอไลตไปหลอมทอณหภมสงเพอกอใหเกดความสามารถใน

การเชอมประสาน ดงนนจงมนกวทยาศาสตรบางคนเรยกวสดจโอโพลเมอรวา “Glass without firing” หรอ “Ceramic without firing”

(ก)

(ข)

ภาพท 5 โครงสรางโมเลกลของวสดจโอโพลเมอรชนด โซเดยมโพลไซอะเลตทเสนอโดย J. Davidovits (ก) แสดงพนธะไดโพล-ไอออน (Dipole ion) ของไอออนโซเดยมกบโมเลกลของน า (ข) โครงขายโซเดยมโพลไซอะเลตทแสดงการเชอมตอระหวางซลเกตและอะลมเนต [11]

หากพจารณาดโครงสรางทางเคมของวสดจโอโพลเมอร หรอเปนวสดทถกเรยกวา อลคาไลตโพลไซอะเลต (Alkali polysialate) พบวามการเขยนสตรทางเคมคลายกบวสดซโอไลต คอมน าอยในโครงสรางของวสดจโอโพลเมอรคลายกบซโอไลตดวย ดงนคอ Mn [-(SiO2)z-AlO2 ]n .wH2O [12] โดย M คอไอออนทมประจ +1 หรอ +2 เชน Na+, K+ และ Ca2+ เปนตน n คอระดบของการเชอมตอของสายโซซลเกตและอะลมเนต ทงทเปนลกษณะเชอมตอแบบสายโซยาว (Chain) และแบบเชอมตอระหวางสายโซ (Cross-linked) z คอ 1, 2 หรอ มคามากกวา 3 มากๆ คานอยแสดงถงการมอะลมนมในระบบนอย w คอปรมาณน าในโครงสรางของวสดจโอโพลเมอร หากมอตราสวนของน าตอดาง (H2O/Na2O) มากกวา 20-25 พบวาจะไมเกดการเชอมตอของสายโซ และพบวาหากเตรยมวสดจโอโพลเมอรโดยใชอตราสวนของ SiO2/Al2O3 เขาใกล 1 ถงแมวาจะใชน าเพยงเลกนอย จะมโอกาสพบสารซโอไลตดวย [13] และ

ยงพบรพรนมากขนดวย [14] สรปวาการสงเคราะหวสดจโอโพลเมอรตองเกดผาน 2 ขนตอนใหญๆ คอ 1) ขนตอนการชะละลาย (Dissolution stage) ของสารปอซโซลานทประกอบดวยกลมซลเกตและอะลมเนตใหอยในรปไอออน ดวยการกระตนดวยการใชดางเชนโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) หรอโปแตสเซยมไฮดรอกไซด (KOH) และโซเดยมซลเกต (Na2SiO3) ความเปนดางทแรงมากขนจะท าใหการชะละลายของซลเกตและอะลมเนตเกดไดดขน และใหชนดของไอออนทมประโยชนตอการพฒนาโครงสรางจโอโพลเมอรตอไป 2) ขนตอนการควบแนน เพอใหเกดการเชอมตอของไอออนซลเกตและอะลมเนต (Polycondensation or polymerization stage) คลายกบสารโพลเมอร โดยไอออนของอะลมเนตเปนจดก าเนดทจะท าใหเกดขนตอนน นอกจากโซเดยมซลเกตท าหนาทเปนดางชวยในการชะละลายแลว โครงสรางโมเลกลของมนยงใหไอออนของซลเกตทเชอมตอเปนสายโซยาว (Silicate chain polymeric anion) พรอมทจะตอกบไอออนของอะลมเนตไดทนท ท าใหการพฒนากระบวนการควบแนนนเกดไดในระยะเวลาอนส น โดยแสดงขนตอนการเกดวสดจโอโพลเมอร ดงภาพท 6 (ก) และแสดงปฏกรยาเคมการเกดวสดจโอโพลเมอร ดงภาพท 6 (ข)

(ก)

(ข)

ป ปจจยทส าคญตอการสงเคราะหวสดจโอโพลเมอร คอ 1) อตราสวนระหวาง SiO2/Al2O3 ถาคามากจนเกนไป จะท าใหมไอออนอะลมเนตนอย เกดการควบแนนไปเปนสายโซไดยาก และยงท าใหมการจ ากดปรมาณการดลประจดวย Na+ และ K+ ดวย ท าใหระบบไมสามารถใชความเขมขนของดางไดมาก ซงจะไปลดประสทธภาพของขนตอนการชะละลาย 2) อตราสวนระหวาง Na2O/Al2O3 หรอ K2O/Al2O3 อตราสวนนเปนสดสวนทเกยวเนองกนโดยตรง เนองจากการเชอมตอระหวางสายโซของอะลมเนตกบซลเกตนนตองการประจบวกของ Na+ หรอ K+ มาดลประจ ณ ต าแหนงทเปนอะลมเนต แบบหนงตอหนง แตหากมดางเกนอะลมนามากๆ จะมผลดตอประสทธภาพการชะละลาย ดงนนหากตองการดางทจ ากดเพอใหมสมดลของดางกบอะลมเนต วตถดบตงตนตองเออตอการถกชะละลายไดงาย 3) อตราสวนระหวาง H2O/Na2O หรอ H2O/K2O เนองจากน าท าหนาทเปนตวกลางทส าคญตอการชะละลาย และนอกจากนปรมาณน ายงสมพนธโดยตรงกบ Na2O โดยน าจะอยหอมลอมไอออนชนด Na+ หรอ K+ สรางพนธะแบบไดโพลของน ากบไอออนอลคาไลต (Dipole-Ion) อยรวมกบโครงสรางสายโซของอะลมเนตและซลเกต ดงภาพท 5 (ก) 4) อณหภมในการบมเพอใหเกดการควบแนน โดยการควบแนนจะเกดขนไดทอณหภมในชวง 20-200 องศาเซลเซยส แตการควบแนนจะเกดไดเรวทชวงอณหภมสงๆ เนองจากมพลงงานจลนเพยงพอทจะเอาชนะพลงงานกอกมมนต ท าใหเกดการควบแนนเปนการเชอมตอแบบสายโซในทสด หากท าใหเกดการควบแนนทอณหภมไมเกน 90 องศาเซลเซยส โครงสรางของวสดจโอโพลเมอรจะเปนอสณฐาน หากท าทอณหภมมากกวา 90 องศเซลเซยส โครงสรางของวสดจโอโพลเมอรจะมสวนของผลกซโอไลตรวมอยกบโครงสรางอสณฐาน [16] ซงเปนลกษณะของจโอโพลเมอรคอมพอสต

ภาพท 6 (ก) ขนตอนของการเกดวสดจโอโพลเมอร [10] (ข) ปฏกรยาเคมของการเกดวสดจโอโพลเมอร [15]

การศกษาโครงสรางของวสดจโอโพลเมอรท าไดยากเนองจากมโครงสรางทไรระเบยบ (Amorphous structure) จงยากตอการตรวจวดดวยเครอง X-ray diffraction (XRD) ซงมกใชวเคราะหหาองคประกอบทางแรของแรชนดตางๆ หากแตสามารถบอกระดบของความเปนอสณฐานไดจากกราฟทไดจากการวดดวย XRD นมนกวทยาศาสตรพยายามอธบายความสมพนธของโครงสรางโมเลกลกบการพฒนาความแขงแรงและความทนทานตอการใชงานของวสดจโอโพลเมอร โดยใชเทคนคทาง FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) ซสามารถวเคราะหชนดของหมฟงกชนของการเชอมตอของวสดตางๆได และ NMR (Nuclear Magnetic Resonance) ซงสามารถวเคราะหชนดของการเชอมตอของกลมซลเกตหรออะลมเนตได โดยจากการศกษาโดยใช 29Si NMR วเคราะหสารผสมของเมตาเกาลน โซเดยมไฮดรอกไซดและโซเดยมซลเกต (SiO2/Al2O3=3.3, Na2O/SiO2=0.25 และ H2O/Na2O=10) ทยงอยในสถานะของเหลวเมอเรมตนผสม พบวาลกษณะของเสนกราฟทไดมการเปลยนแปลงไปจากเสนกราฟของสารตงตนทใช ในเวลาเพยง 40 นาทเทานนและเพยงในเวลา 6 ชวโมง เสนกราฟจะมการเปลยนแปลงใหเหนถงการเกดการเชอมตอของสายโซเกดเปนวสดจโอโพลเมอรได [11] ในงานวจยนไดอธบายถงความพยายามใช 27Al NMR รวมดวยเพอหาการเปลยนแปลงของไอออนชนดอะลมนมแตไมประสบความส าเรจ ผวจยกลาววาเนองจากมไอออนของอะลมนมละลายออกมานอย ซงไมสอดคลองกบผลของความแขงแรงทไดรายงานไว วาวสดจโอโพลเมอรทผลตไดมความแขงแรงทนตอการกดอดถง 48 เมกะปาลคาล ภายในเวลา 1 ชวโมงเทานน มงานวจยทยงแสดงใหเหนถงองคประกอบของวสดจโอโพลเมอรทวเคราะหไดจาก XRD โดยวเคราะหสวนผสมทใชสารตงตนเหมอนกน แตบมทอณหภมตางกน โดยสวนผสมท 1 บมทอณหภม 65 องศาเซลเซยส และสวนผสมท 2 บมทอณหภมหอง ทงสองสวนผสมใหความแขงแรงทนตอการกดอดทไมแตกตางกน และพบวากราฟ XRD ทไดจากทงสองสวนผสมไมมความแตกตางทงเชงคณภาพและปรมาณ และเมอวเคราะหสวนผสมทเตรยมจากการใชน าปรมาณมากขน (H2O/Na2O = 25) โดยม SiO2/Al2O3 และ Na2O/SiO2 เทาเดม และบมท 65 องศาเซลเซยส พบวาสวนผสมทมน ามากเกนไปน ไมมการเซตตวและไมมการพฒนาความแขงแรง (Poorly polymerized) ซงกยงใหพค XRD ทเหมอนกบสวนผสมทม

น านอยกวาทสามารถพฒนาความแขงแรงไดด ท าใหเราทราบวาความเปนอสณฐานทไดจากเทคนค XRD ไมไดมความสมพนธกบสมบตเชงกลของวสดจโอโพลเมอร หากแตท าใหเราทราบเพยงวา วสดจโอโพลเมอรทผานการพฒนาโครงสรางโมเลกลโดยมการเชอมตอทงทด (Well polymerized) และทไมด (Poorly polymerized) ตางกมความเปนอสณฐาน และเมอมการใช NMR วเคราะหวสดจโอโพลเมอรในสภาพทมการพฒนาโครงสรางโมเลกลจนสมบรณแลว พบวาทงซลเกตและอะลมเนตเชอมตอกบออกซเจนแบบ Tetrahedral ถงแมวากอนหนานนอะลมมนจะตอกบออกซเจนแบบ Octahedral ตอนเปนสารตงตนมากอนกตาม แสดงใหเหนถงอะลมเนตถกควบแนนใหเกดการเชอมตอแบบสายโซยาวรวมกบซลเกต และยงพบวาความเขมของพคอะลมเนตทไดจาก NMR นนจะมคามาก ส าหรบในตวอยางทเปน Well polymerized geopolymer และมคาลดลงส าหรบตวอยางทเปน Poorly polymerized geopolymer ทงๆทเตรยมมาจากสวนผสมตงตนทมปรมาณ SiO2/Al2O3 เทากน แตม H2O/Na2O ตางกนมาก โดยสวนผสมทเปน Poorly polymerized geopolymer ม H2O/Na2O = 25 ความเขมพคทลดลงเนองมาจากขอจ ากดของการวเคราะหของเครองมอ NMR ทไมสามารถนบรวมต าแหนงของโครงสรางของตวอยางทเปน Poorly polymerized ได และพบวาหากเรมตนจากสวนผสมเหมอนกนแตบมทอณหภมตางกน และเมอปลอยใหมการพฒนาโครงสรางเกดขนไดจนสมบรณแลว สวนผสมทผานการบมทอณหภมหองจะมความเขมพค NMR ของซลเกตสงกวาสวนผสมทผานการบมทอณหภม 65 องศาเซลเซยส แสดงใหเหนวาสวนผสมทผานการบมทอณหภมหองมการพฒนาโครงสรางของการเชอมตอสายโซทด (Well polymerized) ซงถอวาดกวาสวนผสมทบมทอณหภม 65 องศาเซลเซยส ทเปน Less-well polymerized แตจะพบวาปฏกรยาการควบแนนจะด าเนนไปไดชากวาการบมทอณหภม 65 องศาเซลเซยส งานวจยยงพบอกวาความแขงแรงทนตอการกดอดทไดจากวสดจโอโพลเมอรทงทผานการบมทอณหภมหองและท 65 องศาเซลเซยส มคาไมแตกตางกน มอกงานวจยหนงไดรายงานวาการบมวสดจโอโพลเมอรทอณหภมต ามความสามารถทนตอแรงกดอดไดมากกวา มความหนาแนนมากกวาวสดทบมทอณหภมสง แตใชเวลาบมนานกวามาก [16] แตไมไดมรายงานถงความสมพนธกบการพฒนาการเชอมตอของสายโซซลเกตและอะลมเนต ดงนนความสมพนธของระดบของการ

เชอมตอของสายโซอะลมเนตกบซลเกต และสมบตเชงกลและความทนทานตอการใชงานจงยงเปนเรองทตองศกษาในเชงลกตอไป เพอท าใหเราเขาใจถงความมอยจรงของมนและสามารถใชท านายความทนทานตอการใชงานของวสดจโอโพลเมอรในอตสาหกรรมซเมนตและคอนกรตไดในอนาคตอนใกลน

เอกสารอางอง

[1] W. Moffat, M.R.W Walmsley, Understanding lime calcinations kinetics for energy cost

reduction, Proceeding of the 59th Appita Conference, New Zealand 2006.

[2] X. W. Ma, H. X. Chen, R. M. Wang, Effect of CuO on the formation of clinker minerals and the hydration properties, Cement & Concrete Research 40 (2010) 1681-1687.

[3] A. Zapata, P. Bosch, Low temperature of belitic cement clinker, Journal of European Ceramic Society 29 (2009) 1879-1885.

[4] A. R. Sakulich, Reinforced geopolymer composites for enhanced material greenness and durability, Sustainable Cities & Societies 1 (2011) 195-210.

[5] K. A. Komnitsas, Potential of geopolymer technology towards green buildings and sustainable cities, Procedia Engineering 21 (2011) 1023-1032.

[6] L. Martins, R.T. Boldo, D. CardosoIon, exchange and catalytic properties of methylammonium FAU zeolite, Microporous & Mesoporous Materials 98 (2007) 166-173.

[7] B. Concepcio´n-Rosabal, G. Rodrı´guez-Fuentes, N. Bogdanchikova , P. Bosch, M. Avalos, V.H. Lara, Comparative study of natural and synthetic clinoptilolites containing silver in different states, Microporous & Mesoporoous Materials 86 (2005) 249-255.

[8] T. Isaji, T. Wakasugi, K. Fukumi, K. Kadono, Reversible redox and clusterization of

silver in glasses by X-ray irradiation and heat treatment: Mechanism of photochromic behavior of halogen-free silver-doped glass, Chemical Physics Letters 522 (2012) 72-78.

[9] J. Daviddovits, Geopolymer-inorganic polymeric new materials, Journal of Thermal Analysis 37 (1991) 1633-1656.

[10] J.S.J. Van Deventer, J. L. Provis, P. Duxson, Technical and commercial progress in the adoption of geopolymer cement, Minerals Engineering 29 (2012) 89-104.

[11] V.F.F. Barbosa, K.J.D. Mackenzie, C. Thaumaturgo, Synthesis and characterization of materials based on inorganic polymers of alumina and silica: sodium polysialate polymers, International of Inorganic Materials 2 (2000) 309-317.

[12] K. Komnitsas, D. Zaharaki, Geopolymerization: A review and prospects for the minerals industry, Minerals Engineering 20 (2007) 1261-1277.

[13] Z. Zhang, H. Wang, J. L. Provis, F. Bullen, A. Reid, Y. Zhu, Quantitative kinetic and structural analysis of geopolymers. Part 1. The activation of metakaolin with sodium hydroxide, Thermochemica Acta 539 (2012) 23-33.

[14] P. Duxson, J.L. Provis, G.C. Lukey. S.W. Mallicoat, W.M. Kriven, J.S.J. Van Deventer, Understanding the relationship between geopolymer composition, microstructure and mechanical properties, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 269 (2005) 47-58.

[15] Geopolymer’88, First European Conference on Soft Mineralurgy, Compiegne, France, Vol. 1, page 2 (1988).

[16] R. Cioffi, L. Maffucci, L. Santoro, Optimization of geopolymer synthesis by calcinations and polycondenstation of a kaolinite residue, Resources, Conservation and Recycling 40 (2003) 27-38.

“นะโม อยาโตอก (เลย)”

โดย นายชางโอม

สวสดคราบ...ผม...นายชางโอม เจาเกาตวจรงเสยงจรง...กลบมาคยกบคณ คณอกแลว...หลงจาก

หายไปเสยนาน..วนนเราจะมาคยกนเรอง “โต ม โต” ดไหม?

คณเคยไดยนไหมครบ เคาวากนวาเวลาจะปลกตนไม ถาคนปลกทาปากขมบขมบ ทองคาถาระหวาง

รดนาไปใสปยไป “นะโม โต เรว เรว นะ”...ตนไมกจะโตวนโตคน ผลดอกออกใบใหคณชนตาชนใจได

ดกวาปกต...แตหลายกรณเราไมอยากใหสงทเราปลก(สราง) (กอาคารไงครบ....ทเรานยมเรยกวาสงปลก

สราง) นนโตแมแตนอย...เพราะถา “โตขน” จรงๆจะมปญหาตามมาแนนอน อยางเชน ถาเราปลก(สราง)

เขอน...แลวคณเขอนโตขน ทงๆทไมไดทองคาถาสกหนอย...เปนทแนนอนวาทงเจาของและผเกยวของทก

ระดบ โดยเฉพาะผบรหาร(เขอน) วศวกร ผออกแบบและบารงรกษา ตองปวดหวมากๆอยางแนนอน

เขอนหลายแหงในโลก “โต” ขนไดจรงๆนะครบ...บางแหงก “โตเอา โตเอา” หมายความวาโตโดย

ไมหยด แตบางแหงอาจโตไประยะหนงแลวหยด...ชวยใหสถานการณทางจตใจของนายชางทเกยวของดขน

มาก

คณ คณ คงสงสย...เขอนนะ ไมใชตนไม จะโตไดยงไง โตแลวเปนยงไง...แลวจะมปญหาอะไรไหม

..กถาไมอยาใหโตตอจะทายงไงด?

กอนอน..ขอบอก..วาปญหาหนง(และปญหายอดนยม) ทมกมผคนรายงานเกยวกบการ “โต” ของ

เขอนสวนใหญกคอการเสอมสภาพทางเคมของคอนกรตจากปญหา Alkali Silica Reaction (ASR) หรอ

ปฏกรยาระหวางดางในซเมนต กบแรธาตบางชนดในหนทใชเปนมวลรวม...ทงสองอยางนเปนสวนผสม

สาคญของคอนกรต...คณ คณคงเรมคนๆหกนบางแลวใชไหมครบวา ผลจากปฏกรยานจะทาใหเกดอลคาไล

ซลกาเจลทมคณสมบตดดซบความชน แถมยงขยายตวได...นนคอสาเหตททาใหเขอนบางแหงเคารองเพลง

วา “เราจะโต...เราจะโต” (เหมอนเพลงโฆษณานมทขายใหเดกๆไงครบ)....เขอนเทานนเหรอทจะโตได..คณ

อาจจะทาหนางงๆ

คาตอบกคอไมใชหรอกครบ โครงสรางชนดอนๆ ทเกดปญหาASR กขยายตวกนไดทงนน แต

โครงสรางเขอนสวนใหญมกเปนคอนกรตทเสรมเหลกนอยมาก แถมยงมขนาดใหญโตทาใหการยดรงและ

การขยายตวโดยรวมจงมขนาดททาใหเกดปญหาคอนขางรนแรงได.......แถมทมรายงานเกยวกบเขอนเปน

สวนใหญกเพราะคนรายงานสวนใหญเคาจะใหความสนใจโครงสรางสาธารณปโภคขนาดใหญ ทมราคา

แพง และเมอเสยหายไป มลคาของผลกระทบ หรอของการซอมแซมมกจะมราคาสง แถม “ไมซอม...ไมได”

เสยอก ผลลพธกคอเราเลยพบแตรายงานความเสยหายของโครงสรางขนาดใหญเสยมากกวา...มเหมอนกน

ครบ ทมการพบความเสยหายในฐานรากสะพานหรออาคารพาณชย (Geovani Almeida da Silva and

Romilde Almeida de Oliveira 2008; Viggo Jensen 2003) แตพวกนซอมไมยากเทากบเรอง “เขอน เขอน” ท

คณกาลงจะอานหรอกครบ หรอถาหากซอมไมได การทบทงสรางใหม กไมยงยากหรอเกดความเสยหาย

เทากบการซอมหรอทบเขอนทง

เรามาทบทวนอกนดดไหม กอนจะเลาเรอง “เขอนโต”...วา มตวการสาคญ สาคญ สามอยางของ

ASR คออลคาไลในซเมนต (ซงจรงๆแลวกคอตองคดอลคาไลทงหมดในคอนกรตอยด) แรธาตเฉพาะชนด

ในมวลรวมบางชนดทไวตอการเกดปฏกรยา และความชน นอกจากนนผลลพธของการเกดปฏกรยา กคอ

ASR Gel ทสามารถขยายตวได ทาใหเกดการแตกราวทงภายใน ซงทาใหคอนกรตเสยความเปนเนอเดยวกน

(กมนแตกซะอยางนน) การแตกราวภายนอก การลดกาลง การลดความคงทน การลดความสามารถใชงาน

(สารพดลดละครบ) ตลอดจนการเพมคาซอมแซมแกไข บารงรกษาทสงกวากรณอนมาก เรอง...เขอน “โต”

เลยเปนเรองเลาเชา(เมษา)นไงครบ

เขอนแรกๆทมรายงานการ “โต” ขนคอ เขอน Parker ในรฐคาลฟอรเนย สหรฐอเมรกาทสรางขนใน

ปค.ศ.1938 และเปนเขอนแรกทไดรบการตรวจสอบ ยนยนปญหา ASR ในปค.ศ. 1940 (A. Corneille 1991)

การ “โต” หรอการขยายตว ทาใหเขอนโกงตวมากถง 180 มม. แตนบวาโชคดทการ “โตเอา โตเอา”

เนองจากการใชหนโอปอล หนandesite และการปะปนของหน Rhyolite นน เกดขนเรวในชวงแรก และเรม

คงทในภายหลง ขณะทเจาของเขอนอกหลายๆแหงไมไดโชคดอยางนน อยางเขอน Seminoe ในรฐไวโอมง

เมองลงแซมเหมอนกน ทมการขยายตวตอเนองทงๆทใชงานมาแลวกวา 50 ป กตาม (A.B.Poole ใน

(R.N.SWAMY 2003) ตวอยางทไดรบการกลาวขวญกนบอยๆคอ เขอน Mactaquac ทอยใน Maritime

Province ใน แคนาดา เขอนนสรางมาตงแตป 1968 วศวกรทเคามหนาทตรวจสอบเขอน พบวามการขยายตว

ตอเนอง ทาใหสนเขอน “สงขน” ถง 10 ซม.! นอกเหนอไปจากการทเขอนสงขนแลว การขยายตวอยางมากน

ทาใหอปกรณ เครองมอบางอยางใชงานไมไดตองหาทางซอมแซมดวยวธการตางๆกนโกลาหล อยางเชน

การตดรองเปนตน(Robin Charlwood 2012)

เขอนทเปนตวอยางยอดนยม ในดาน ASR และการอางองพลของการ “โต โต” อกแหงหนงคอ

เขอน Chambomในฝรงเศษทสรางขนในตนทศวรรษ 1930 (Victor Saouma and Xi 2004).......เขอนนสง 88

ม. และมอตราการโตอยางตอเนอง คอ สงขนปละ 3.6 มม.! แถมมการขยายตวระหวาง 10-80 microstrain ตอ

ป ตวเลขพวกนถงจะดเลกนอยจอยจด แตพอมนเกดขนตอเนองไมหยดนกทาใหคนทตองเกยวของปวดหว

ไดมากเหมอนกนนะครบ

เอ....เมอเขอนทาทาจะโตตอน......เคาจะทากนยงไงนะ คณ คณอาจจะสงสย...เคากตองหาวธใหหยด

“โต” ไงครบ แตคาตอบและผลลพธไมไดเหมอนกนไปทกกรณหรอกคราบ เขอนบางแหงเคา อาจใชเลอก

วธฉดอดรอยราว ซงอาจไดผล แตกตางกนไป บางครงอาจไดผลด แตบางครงกเสยตงคเปลาๆ บางกรณอยาง

เขอน Mactaquac ทเลามา หรอเขอนChambom ทสดทายเลอกใชวธการตดรองเปนระยะๆ เพอลดหนวย

แรงอดทเกดขนตามยาว หรอในหลายๆกรณ เจาของอาจเลอกใชวธแกไขหลายๆแบบรวมกนกได....เรยกวา

กนไวทกวถทาง

แตเรองเลาเชา(เมษา)น จะเปนเรองเขอนในเมอง Portugal ของคณทาวทองกบมา หวานใจของ

เจาพระยาวชาเยนทร ฝรงชาตโปรตเกสทเขามารบราชการจนไดด สมยอยธยาไงครบ.....

เมองทมขนมประจาชาตหนาตาเหมอนฝอยทองบานเรา มเขอนทมปญหา ASR หลายแหง หลาย

แบบ..แตทนาสนใจคอเขอนPracanaซงกนแมนา Ocreza อยแถวตอนกลางๆของประเทศ

....เขอนนเปนเขอนHydroelectric ทาดวยคอนกรตแบบทเรยกวา buttress คอมกาแพงคาทายนา12 แผง สราง

ขนระหวางปค.ศ. 1948-1951 สงขนาด 60 เมตร มความยาวสนเขอน 245 ม. (ดรปท 1)หนฐานรากเปนพวก

Phyllie และ grewacke หนทใชในงานคอนกรต เปนพวก quartzite, chalแedony และหนบางชนดทม pyrite

และ potassium feldspar [Matos et al 1995 in Matos et al 2013] อนนแหละครบททาใหเกดความนาสนใจ

ตามมา กคอ การตรวจพบปญหา ASR พบรอยแตกราวทงเหนอนาทายนาเพยบ แถมเขอนยง “โต” ขนทง

แนวราบและแนวดง ความทเขอนแบบนเคา “ซบซอน” กวาแบบอนๆอยางพวกเขอนโคง เขอน Gravity ซง

การขยายตวในโครงสรางทซบซอนอาจสรางความรนแรงไดมากกวาเขอนลกษณะอน เพราะอาจทาใหเกด

การเคลอนตวทแตกตางและทาใหมผลกระทบตอชนสวนโครงสรางทตองรบแรงโดยตรง หรออาจทาใหเกด

การรวบรเวณรอยตอได (Robin Charlwood 2012) และเมอซอมเสรจใชงานตออก 20 ป

วศวกรยนยนวาเขอน “เลกโตแลวนะจะ” แตความนาสนใจของเขอนนอยทกระบวนการและวธการซอม ท

อาจมผลกระทบตอควมสาเรจของการซอมเขอนชนดทเขอนอนทาตามไดยาก

.......มนเปนยงไงหรอครบ ....ลองตามมาฟง เอย อานกนไหมครบ

รปท 1เขอนPracana รปท 2 รอยแตกราวทพบทางเหนอนา

รปท 3 รอยแตกราวทพบในbuttressทางทายนา รปท 4 การตดตงPVC geomembrane (D.Silva Matos, et

al. 2013)

หลงจากเจาของเขอนคอ EDP หรอ Energias de Portugal SA เปดใชเขอนมาไมนาน (Mator el al

2013) กมการตรวจพบ รอยราวจานวนมาก (ดรปท 2 และ3) รวมถงการเคลอนตวท"ไม"ปกตในแนวดงและ

เคลอนทางทายนา....กลมนายชางเคาพยายามหาสาเหตจนพบวา ออ..เขอนมน “โต” ขนเพราะคอนกรต

ขยายตว แถมจากการตรวจหลายวธทง SEM, Petrography ยนยนวามสาเหตจาก ASR แน แน

ความจรงระหวางปวดหวกบการหาทางแกไข เคากยงคงใชเขอนอยนะครบ แตใชไป ใชไปทางทาย

นา นาชกรวมากขน แถมจากการตรวจวดหลายวธ....บงชวา มแนวโนมการขยายตวสง (1000-1400

microstrain) โดยเฉพาะเขอนสงขนในอตรา 1-1.4 มม.ตอป ทาใหEDP เจาของเขอนตดสนใจหยดใชเขอน

ชวคราว หลงจากใชมา 29 ป (อนนตดสนใจอยนาน) และระบายนาทขงไวออกใหหมดในป 1980 จดการ

ตรวจสอบใหญดวยใชวธตางๆ รวมถงการวเคราะหดวย linear finite element analysis….. เชอไหมครบวา

เจาของใจถงยอมทงเขอนใหแหงและรางการใชงานนานถง 8 ป กอนทจะเรมงานซอมแซมโดยตดสนใจทจะ

อดรอยแตกราวจานวนมากทงในตวเขอน แผงคา ดวยอพอกซเพอใหคอนกรตคนสภาพเปนเนอเดยวกน

แถมดวยการตดตงระบบ PVC Geomembrane เพอกนซมทางดานเหนอนา เพอควบคมการแทรกซมของนา

เขาในคอนกรต ขณะเดยวกนกซอมแซมฐานรากเขอนใหอยในสภาพด สรางทางรระบายนาลนใหมเพอ

ควบคมนาลน สารพดกจกรรมทจะกชวตเขอน Pracana นทาภายใน4 ป หลงจากปดเขอนมา 8 ป

มาใชอกทกค.ศ. 1992 ละครบ ทตางจากเขอนอนๆกตรงท เขอน Pracana เคาตดตง PVC Geomembrane

หลงจากเขอน “แหง”มา 8 ปแลว ...โดย EDP เคาเลอกระบบ Carpi ซงเปน PVC Geomembrane หนา 2.5

มม.(ทมคาความซมนาต าคอ k~10-12 cm/s) มความออนตวสง แตเหนยว ทาใหทนทานตอการฉกขาด การ

เจาะทะล แถมยงทนทานตอการเปลยนแปลงอณหภม หรอการเคลอนทจากแรงแผนดนไหวหรออนๆไดด

(D.Silva Matos, et al. 2013)

เจาแผนพเศษนเคาไมไดตดกาวกบผวคอนกรตหรอกนะครบแตใชระบบวธยดตรงทางกลพเศษ ซง

ทาใหการเปลยนแผนทาไดงาย และเรว (ถาจาเปนนะคราบ) โดยมระบบระบายนาประกอบ ดการตดตงใน

รปท 4 นะครบ เรยกวาระบบนไมเพยงแตปองกนการซมของนาแลวยงยอมใหมการรวบรวมนา

ทรวเขาไประบายออกสระบบทเตรยมไว แถมเมอเตรยมระบบทงหลายรวมทงระบบตรวจวดระยะอางอง

จานวนมาก (มรายละเอยดอกตรม) แลวยงมระบบการตดตามตรวจสอบทงดวยสายตา โดยทางเรอ รวมทง

ใชเครองมอทตดตงไวกอน ซงสามารถตรวจจบสงผดปกตทอาจทาให Geomembrane ฉกขาดไปได

ระบบทผม(พยายาม)เลาใหฟงนนตดตงเสรจในปคศ. 1992 และใชงานมา 20 ปแลว

การตรวจตดตามผลทงทไดจากการวดและนามาวเคราะห โดยใชแบบจาลอง เพอตดตามพฤตกรรมของ

เขอนอยางตอเนอง ซงคาการเคลอนตวทวดและวเคราะหแสดง ในรปท 5 บงชวาการขยายตวทงแนวดง

ลดลงอยางมาก แมวาจะยงคงปรากฎรอยราวอยบางแตเปนรอยเกาทงทซอมแลวและยงไมซอม

รปท 5คาการเคลอนตวทวดไดกอนและหลงการซอม รปท6 สภาพหลงการซอมและใชงานมาแลว 20

ป(D.Silva Matos, et al. 2013)

รปท 8 การใชงานปกตในปจจบนหลงการซอม

รปท7 รองรอยการแตกราวหลงการซอมและใชงานมาแลว 20 ป

ทมงานเคารายงานผลสาเรจของการซอมผานบทความในการประชมตางๆ...ผเชยวชาญเคา

สนนษฐานกนวาความสาเรจของการซอมเขอนนนาจะมาจากอานสงคของลกษณะของเขอนทไมไดหนา

มากนก และการปลอยใหเขอนแหงเปนเวลานานพอทการเกดปฎกรยาจะชลอลง และการตดตงPVC

geomembrane มผลสาคญตอการลดการ"บวม"(Liberal O., et al. 2003) อยางไรกตาม อนนเปน"คาทเคาบอก

นะคราบ...นาเสยดายทตอนนยงไมมหลกฐานยนยนทชดเจน

ยงไงกตาม คณ คณ เหนดวยกบผมไหมครบวานเปนกรณทนาสนใจไมนอย....แตกอยางทบอกละ

ครบ ..ไมใชทกเขอนทจะโชคดอยางน...ซอมแลวประดานายชางทงหลายอาจจะยงตองภาวนาตออกนาน

"นะโม...อยาโตอก(เลย)!"

........สวสดครบ....แลวเจอกนใหมเมอชาตตองการนะครบ.....

บรรณานกรม

A. Corneille, G. Douillet, J.-P. Garbe, A. Leroux, P. Monachon, M. Moranville-Regourd, P. Poitevin, M.

Berra, R. Turriziani, D. Palmer, J. Graham, 1991 Alkali-aggregate Reaction in Concrete

Dams/Alcali-réaction dans les Barrages en Béton. ICOLD 1991. Vol. Bulletin of ICOLD 79.

D.Silva Matos, et al.2013 Pracana Dam 20 Years After Rehabilitation-Observed Behaviour of the Dam

and its Exposed Geomembrane ICOLD 2013 International symposium, Seattle, USa, 2013.

Geovani Almeida da Silva, and Romilde Almeida de Oliveira 2008 INJECTIONS OF MICROCEMENT

IN PILE CAPS CRACKED BY ALKALI-AGGREGATE REACTION. 13th International

Conference on Alkali-Aggregate Reactions in Concrete (ICAAR), Trondheim, 2008.

Liberal O., et al. 2003 Observed behaviour and deterioration assessment of Pracana dam. ICOLD 21st

International Congress,, Montréal, 2003, pp. pp 185-205.

R.N.SWAMY, ed. 2003 The Alkali-Silica Reaction in Concrete: Taylor & Francis e-Library, 2003.

Robin Charlwood, Karen Scrivener, Ian Sims, 2012 Recent developments in the management of chemical

expansion of concrete in dams and hydro projects - Part 1: Existing structures. Hydro 2012,

Bilbao, Spain, 2012.

Victor Saouma, and Yunping Xi 2004 Literature Review of Alkali Aggregate Reactions in Concrete

Dams. Swiss Federal Office for Water and Geology FOWG.

Viggo Jensen 2003 Elgeseter Bridge in Tronheim Damaged by Alkali Silica Reaction: Microscopy,

Expansion and Relative Humidity Measurements, Treatment with Monosilanes and Repair. 9th

Euroseminar on Microscopy Applied to Building Materials,, Trondheim Norway, 2003.

เกรดความรเกยวกบการท าใหคอนกรตมโมดลสยดหยนสงขน

สทธชย แสงอาทตย รองศาสตราจารย ส านกวชาวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร กรรมการวชาการ สาขาโครงสรางคอนกรต สมาคมคอนกรตแหงประเทศไทย

ในงานวศวกรรมโยธา คอนกรตถอไดวาเปนวสดพนฐานทใชในการกอสราง

โครงสรางมากทสด ซงจะอยในรปคอนกรตเสรมเหลกและเปนการใชวสดรวมกนทชาญฉลาดอยางหนง ในการเรยนการสอนในวชาทเกยวของกบวธการหาสดสวนผสมคอนกรต เชน คอนกรตเทคโนโลยและการทดสอบวสด เปนตน ผสอนโดยทวไปมกจะเนนไปทวธการหาสดสวนผสมคอนกรตทเกยวเนองกบคณสมบตของคอนกรตสด ความคงทน และก าลงรบแรงกดอดประลย (ultimate compressive strength) ของคอนกรตเปนหลก อยางไรกตาม ศกยภาพในการใชงานและการตอบสนองของโครงสรางคอนกรตตอแรงกระท าไมไดขนอยกบก าลงของคอนกรตเพยงอยางเดยว หากยงขนอยกบการใชงานตามวตถประสงคทก าหนด และเสถยรภาพของโครงสรางอกดวย โดยจะเหนไดจากการทมาตรฐานการออกแบบไดก าหนดใหชนสวนโครงสรางตองมคาการเปลยนแปลงรปรางไดไมเกนคาทก าหนดคาหนง เชน ความยาวชวงของชนสวนโครงสรางหารดวย 360 เปนตน ซงในการตรวจสอบคาการเปลยนแปลงรปรางดงกลาว คาโมดลสยดหยน(modulus of elasticity) ซงเปนสมบตทางกลของทบงบอกถงความแกรงของคอนกรตจะเปนปจจยหลกปจจยหนงในการค านวณ ดงนน บทความนจะกลาวถงเกรดความรทเกยวของกบการหาคาโมดลสยดหยนของคอนกรตและการท าใหคอนกรตมโมดลสยดหยนสงขน ซงมกจะไมมการกลาวถงมากนกในการเรยนการสอนวชาทเกยวของกบคอนกรตในระดบปรญญาตร

คาโมดลสยดหยนของคอนกรตเปนสมบตทางกลทมส าคญมากคาหนงของ

คอนกรตซงขนอยกบซเมนทเพสซ (cement paste) ความแกรงของมวลรวม (aggregates)และวธการทดสอบ ตามมาตรฐานการทดสอบของAmerican Society for Testing and Materials คาโมดลสยดหยนของคอนกรตจะหาไดตามมาตรฐาน ASTM C469 ซงในการทดสอบ คาการเปลยนแปลงรปรางของตวอยางทดสอบคอนกรตมาตรฐานจะถกวดโดยใช compressometerหรอ extensometer ในชวง gage length ของตวอยางทดสอบ ดงทแสดงในรปท 1 โดยขนตอนในการทดสอบเรมตนดวยการทดสอบหาก าลงกดอดประลยของตวอยางทดสอบในชดของการหลอตวอยางทดสอบเดยวกนกอน เพอใชขอมลดงกลาวในการทดสอบหาคาโมดลสยดหยนตอไป จากนน ท าการทดสอบหาคาโมดลสยดหยนโดยการใหแรงกระท าตอตวอยางทดสอบ 2 รอบ โดยรอบแรกจะ

เปนการท าpreloadingตวอยางทดสอบ เพอใหตวอยางทดสอบและเครองมอวดแรงและการเปลยนแปลงรปรางมความพรอมส าหรบการทดสอบ จากนน ท าการใหแรงกระท ารอบทสองโดยทคาแรงกระท าและคาการเปลยนรปรางในแนวแกนหรอคาความเครยดในแนวแกน(longitudinalstrain)จะถกบนทกทจดสองจดตอไปน 1.) จดทการเปลยนรปรางในแนวแกนใหคา longitudinalstrain เทากบ 5(10-6) mm/mm และ 2.) จดทแรงกระท ามคา 40% ของแรงกดอดประลย สดทาย คาโมดลสยดหยนจะค านวณไดจากแผนภาพหนวยแรง-ความเครยด (stress-strain diagram)ของจดทงสองทวดได

รปท 1 การตดตงตวอยางทดสอบตามมาตรฐาน ASTM C469

การท าใหคอนกรตโดยเฉพาะคอนกรตก าลงสงมโมดลสยดหยนสงขนนนมหลาย

วธ วธการหนงในการเพมโมดลสยดหยนส าหรบคอนกรตทมสดสวนผสมคาหนงคอ การเพมปรมาณมวลรวมหยาบในสดสวนผสมรปท 2 แสดงผลของการเพมสดสวนของมวลรวมหยาบ (โดยน าหนก) ทมผลตอการเพมขนของโมดลสยดหยนส าหรบคอนกรตทมสดสวนของวสดอนๆ ทเหมอนกนแตกตางกนเฉพาะสดสวนของมวลรวมหยาบจากรป พบวา ส าหรบตวอยางทดสอบทไดรบการบมดวยความชนตามาตรฐาน ASTM เมอปรมาณมวลรวมหยาบเพมขนโดยเฉลย2% แลวโมดลสยดหยนมคาเพมขนโดยเฉลย3.5% ทอายคอนกรต 28 วนและ 56 วนและคอนกรตทมสดสวนของมวลรวมหยาบทสงกวาจะมการเพมขนของคาโมดลสยดหยนตามชวงอายคอนกรตตางๆ หลงจากจาก1 วนสงกวาคอนกรตทมสดสวนของมวลรวมหยาบทต ากวา ซงนาจะมสาเหตมาจากการเพมปรมาณมวลรวมหยาบเปนการเพมพนทผวของมวลรวมหยาบ ซงท าใหการพฒนาพนธะทใชยดระหวางซเมนทเพสซและมวลรวมหยาบดขนเมอเวลามากขนอยางไรกตาม การเพมปรมาณมวลรวมหยาบจะท าใหเกดผลขางเคยงทจะตองท าการปรบสดสวนสวนผสมอนๆ ของคอนกรตเพอใหคอนกรตมความสามารถในการน าถกไปใชงานได(workability)ทเหมาะสม เชน การเพมพนทผวของมวลรวมหยาบจากการเพมปรมาณมวลรวมหยาบจะท าใหคอนกรตตองการซเมนทเพสซมากขน เพอใหไดworkability เทาเดม เปนตน นอกจากนนแลว จากการศกษาของ Myers และ Carrasquillo [1] พบวาคา โมดลสยดหยนนอกจากขนอยกบปรมาณของมวลรวมหยาบแลว ยงขนอยกบชนดของมวลรวมหยาบดวย การเพมของปรมาณมวลรวมหยาบเกนกวา 40%ของสดสวนผสมจะชวยท าใหโมดลสยดหยนของคอนกรตมคาเพมขน แตไมท าใหการพฒนาการของก าลงรบแรงกดอดของคอนกรตตออายของคอนกรตดขน และคาโมดลสยดหยนไมขนอยกบขนาดของมวลรวม ถงแมนวา ขนาดของมวลรวมทเลกลงส าหรบปรมาณมวลรวมคาๆ หนงจะชวยลด unit bond stress เนองจากการทพนทผวของมวลรวมเพมขน และท าใหก าลงรบแรงกดอดประลยของคอนกรตมคาเพมขนเลกนอย (4 ถง 5%) กตาม

รปท 2 กราฟความสมพนธของโมดลสยดหยนและสดสวนของมวลรวมหยาบ [ปรบแปลงจาก 1]

วธการทสองในการเพมโมดลสยดหยนส าหรบคอนกรตทมสดสวนผสมคาหนงคอการเลอกใชชนดมวลรวมทมาจากแหลงมวลรวมทเหมาะสมกบซเมนทเพสซรปท 3 แสดงความสมพนธของโมดลสยดหยนและคารากทสองของก าลงรบแรงกดอดประลยของคอนกรตตามชนดมวลรวมทมาจากแหลงมวลรวมประเภทตางๆ จากรปจะเหนไดวา การใชมวลรวมทแกรงกวาและแนนกวาจะชวยท าใหคอนกรตมคาโมดลสยดหยนสงขน แตมวลรวมดงกลาวจะท าใหเกด stress concentration และ microcracksขนท interface ระหวางมวลรวมและซเมนทเพสซ ซงจะท าใหก าลงรบแรงกดอดประลยของคอนกรตมคาลดลง ดงนน วสดตางๆ ทน ามาผลตคอนกรตก าลงสงจะตองมสมบตทเหมาะสมซงกนและกน เพอทท าใหการพฒนาการของสมบตตางๆ ทงโมดลสยดหยนและก าลงรบแรงกดอดประลยของคอนกรตดขน นอกจากนนแลว มวลรวมทไดจากการบดแตกหรอมลกษณะเปนเหลยมมมจะเปนมวลรวมทเหมาะสม เนองจากจะชวยใหมวลรวมและของซเมนทเพสซยดตดกนดขน

รปท 3 แสดงความสมพนธของโมดลสยดหยนและคารากทสองของก าลงรบแรงกดอด ประลยของคอนกรตตามชนดมวลรวมทมาจากแหลงมวลรวมประเภทตางๆ [1]

จากบทความขางตน คาโมดลสยดหยนส าหรบคอนกรต โดยเฉพาะคอนกรตก าลง

สง ทมสดสวนผสมคาหนงจะถกท าใหเพมขนไดโดยการเพมปรมาณมวลรวมหยาบและการใชชนดมวลรวมทมาจากแหลงมวลรวมทเหมาะสมกบซเมนทเพสซและมลกษณะเปนเหลยมมมอยางไรกตาม ในทางปฏบตแลว ความเหมาะสมของปรมาณมวลรวมหยาบและชนดของมวลรวมทใชเพอใหไดสดสวนผสมของคอนกรตทมคาโมดลสยดหยนและคาก าลงรบแรงกดอดประลยของคอนกรตมความเหมาะสมทสดจะหาไดจากการทดลองผสมตามสดสวนผสมตางๆกอนเทานน

เอกสารอางอง

1. Myers, J.J. andCarrasquillo, R.L., “Production and Quality Control of High Performance Concrete in TexasBridge Structures,” CTR, University of Texas at Austin, Research Report 580/589-1, 2000.

2. สทธชย แสงอาทตย ,“เอกสารค าสอนวชา Material Testings,” มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร, 2552