การหดตัวของคอนกรีต

/

การหดตัวของคอนกรีต
       การหดตัวของคอนกรีตส่วนใหญ่เกิดขึ้นในซีเมนต์เพสต์ และก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของคอนกรีต ซึ่งอาจจะนำไปสู่การแตกร้าว ได้ถ้ามีการยึดรั้ง การหดตัวของคอนกรีตที่มักพบโดยทั่วไป และจำเป็นต้องคำนึงถึงในการออกแบบคอนกรีตด้วย ได้แก่ การหดตัวแบบออโตจีเนียส และการหดตัวแบบแห้ง ในหลายกรณี การหดตัวทั้งสองชนิดนี้จะเกิดขึ้นไปด้วยกัน แต่มักจะรุนแรงต่างเวลากัน โดยการหดตัวแบบออโตนีเนียสมักจะเกิดมากในช่วงอายุต้น แต่การหดตัวแบบแห้งมักจะเกิดมากเมื่อผิวหน้าคอนกรีตเกิดการแห้งตัวแล้ว หลังจากการบ่ม ทำให้ต้องคำนึงถึงการหดตัวทั้งสองชนิดนี้ ในการออกแบบส่วนผสมคอนกรีต และในการออกแบบโครงสร้างเพื่อไม่ให้เกิดปัญหาในการแตกร้าวที่ไม่พึงประสงค์


การหดตัวแบบออโตนีเนียส (Autogeneous Shrinkage)

        การหดตัวแบบออโตนีเนียสเกิดจากผลรวมของการหดตัวทางเคมีที่เกิดจากปฏิกิริยาไฮเดรชั่น (Chemical Shrinkage) รวมกับการหดตัวที่เกิดจากการสูญเสียความชื้นในช่องว่างคะปิลลารีในเพสต์ ทำให้เกิดแรงดึงคะปิลลารี (Capillary Tension) ขึ้นในช่องว่างคะปิลลารี ซึ่งจะมีผลให้คอนกรีตหดตัว (Physical Shrinkage due to Self-desiccation) การหดตัวแบบออโตนีเนียสจะเกิดขึ้นอย่างมีนัยสำคัญหากคอนกรีตมีอัตราส่วนน้ำต่อวัสดุประสานต่ำ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วคือต่ำกว่า 0.4


การหดตัวแบบแห้ง (Drying Shrinkage)
         การหดตัวแบบแห้งเกิดจากการที่คอนกรีตอยู่ในสภาวะอากาศที่มีความชื้นสัมพัทธ์ต่ำกว่าความชื้นสัมพัทธ์ในช่องว่างและโพรงอากาศในคอนกรีต ทำให้คอนกรีตบริเวณผิวที่สัมผัสกับอากาศสูญเสียความชื้นไปสู่สิ่งแวดล้อม และเกิดการหดตัว โดยการหดตัวที่เกิดขึ้นนั้น บางส่วนไม่อาจกลับคืนสู่สภาพเดิมได้แม้ว่าจะทำให้คอนกรีตเปียกชื้นขึ้นมาใหม่ คอนกรีตที่มีอัตรส่วนน้ำต่อวัสดุประสานสูงจะมีช่องว่างคะปิลลารี (Capillary Pores) และปริมาณน้ำอิสระมาก ทำให้น้ำระเหยออกจาคอนกรีตได้สะดวกและมาก ดังนั้นจึงมีการหดตัวแบบแห้งที่สูง


กลไกของการหดตัวแห้ง
         การหดตัวแห้งของคอนกรีตขึ้นอยู่กับการหดตัวของซีเมนต์เพสต์ เพราะโดยทั่วไปมวลรวมมีการหดตัวต่ำมาก
       1. การหดตัวในช่วงความชื้นสัมพัทธ์ร้อยละ 50 การหดตัวในช่วงนี้เกิดจากการสูญเสียน้ำในโพรงคาปิลารีเป็นหลัก โดยในช่วงแรกน้ำในโพรงคาปิลารีขนาดใหญ่จะถูกขับออกมาก่อนตามด้วยน้ำในโพรงคาปิลารีที่มีขนาดเล็กลง การสูญเสียน้ำทำให้น้ำที่เหลืออยู่ในโพรงเกิดเป็นผิวโค้ง Meniscus)และเกิดแรงตึงผิว (Surface tension) ซึ่งมีขนาดสูงขึ้นเมื่อโพรงมีขนาดเล็กลงนอกจากนี้การสูญเสียน้ำดูดซับที่อยู่ในซอก (Hindered adsorbed water) หรือที่อยู่ในโพรงขนาดเล็ก (Microspore) มีส่วนทำให้เกิดการหดตัว ในการหดตัวพบว่าแผ่นแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต (CSH) จะเคลื่อนเข้าใกล้กันมากขึ้นแผ่น CSH บางแผ่นที่เคลื่อนเข้าใกล้กันพอก็จะยึดเกาะกันอย่างถาวรทำให้เกิดชั้น(Layer) ของแผ่นCSH ซึ่งการเคลื่อนตัวและยึดเกาะกันดังกล่าวเป็นส่วนของการหดตัวอย่างถาวรซึ่งคืนกลับไม่ได้(Irreversible shrinkage)
       2. การหดตัวในช่วงความชื้นสัมพัทธ์ร้อยละ 10 ถึง ร้อยละ 50 การหดตัวของซีเมนต์เพสต์ในช่วงนี้เกิดในอัตราที่ต่ำกว่าในช่วงความชื้นสัมพัทธ์เกินร้อยละ 50 ที่ความชื้นสัมพัทธ์ร้อยละ 40 ถึง50 น้ำในโพรงคาปิลารีถูกขจัดออกไปและแรงตึงผิวจะหมดไป การหดตัวในช่วงนี้เกิดจากการสูญเสียน้ำดูดซับ (Absorbed water) ที่ผิวของอนุภาคของเจลเป็นหลัก ซึ่งเริ่มมีความสำคัญเมื่อความหนาของชั้นน้ำลดลงเหลือเพียง 2 โมเลกุล ที่ความชื้นสัมพัทธ์ประมาณร้อยละ 50 การหดตัวจากการสูญเสียน้ำอาจยังคงมีอยู่แต่ไม่มากนัก เมื่อความชื้นลดลงจะเกิดการสูญเสียน้ำที่ดูดซับชั้นสุดท้ายและทำให้เกิดการหดตัวมากขึ้น การหดตัวในช่วงนี้เป็นการหดตัวแบบคืนกลับได้ (Reversible shrinkage)
        3. การหดตัวในช่วงต่ำกว่าร้อยละ 10 การหดตัวของซีเมนต์เพสต์ในช่วงนี้เกิดขึ้นในอัตราที่สูงการตากแห้งที่สภาวะนี้ทำให้น้ำระหว่างแผ่น CSH (Interlayer water) ถูกขจัดออกไป การสูญเสียน้ำในช่วงนี้ทำให้แผ่น CSH เคลื่อนที่เข้าหากัน การหดตัวจะเป็นแบบคืนกลับได้ แต่ถ้าการตากแห้งรุนแรงและนานพอ แผ่น CSH ที่เคลื่อนที่เข้าใกล้กันจะสามารถยึดเกาะกันได้ ซึ่งทำให้เกิดการหดตัวแบบถาวร


องค์ประกอบที่มีอิทธิพลต่อการหดตัวของคอนกรีต
       องค์ประกอบสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการหดตัวของคอนกรีต ได้แก่ มวลรวม ปริมาณของน้ำ และปูนซีเมนต์ คุณสมบัติของปูนซีเมนต์ รูปร่างและขนาดของคอนกรีต เป็นต้น การเสริมเหล็กในคอนกรีตสามารถลดการหดตัวเพราะเหล็กช่วยยึดไม่ให้คอนกรีตหดตัวแต่ทำให้เกิดแรงอัดในเหล็กและแรงดึงในคอนกรีตได้ คอนกรีตที่อยู่ในอุณหภูมิสูงและความชื้นสัมพัทธ์ต่ำจะเกิดการหดตัวสูง
        1. มวลรวม เนื่องจากซีเมนต์เพสต์เป็นต้นกำเนิดของการหดตัว ดังนั้นการเพิ่มปริมาตรของมวลรวมจึงลดปริมาณซีเมนต์เพสต์และลดการหดตัวได้อย่างดี นอกจากนี้การหดตัวของคอนกรีตยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของมวลรวม ได้แก่ กำลัง โมดูลัสยืดหยุ่น ความพรุน ลักษณะของผิว รูปร่างปริมาณ ขนาด และขนาดคละ มวลรวมที่แข็งแกร่งมีการดูดซึมน้ำน้อยและมีโมดูลัสยืดหยุ่นสูงทำให้คอนกรีตมีการหดตัวน้อย ส่วนกำลังของมวลรวมนั้นไม่เป็นปัจจัยที่สำคัญนักเพราะกำลังของมวลรวมจะสูงกว่าซีเมนต์เพสต์มาก การใช้หิน ทราย และมวลรวมเบา ซึ่งไม่แข็งแกร่งจะทำให้คอนกรีตมีการหดตัวสูงกว่าการใช้หินควอร์ตในส่วนผสมคอนกรีต ขณะที่หินปูนและหินอ่อนจะทำให้การหดตัวต่ำ ส่วนหินบะซอลต์ กรวด และหินแกรนิต จะให้การหดตัวปานกลาง ขนาดคละและขนาดของวัสดุผสมจะมีผลทางอ้อมต่อการหดตัวของคอนกรีต คอนกรีตที่มีขนาดคละของวัสดุผสมที่ใช้กันทั่วไปจะมีการหดตัวใกล้เคียงกัน การใช้มวลรวมขนาดใหญ่ขึ้นทำให้ใช้ซีเมนต์เพสต์น้อยลงจึงทำให้การหดตัวน้อยลงด้วยส่วนรูปร่างของวัสดุผสมจะมีผลเพียงเล็กน้อยต่อการหดตัว การใช้มวลรวมก้อนกลมสามารถลดปริมาณน้ำได้ซึ่งการลดปริมาณน้ำจะทำให้การหดตัวแห้งลดลงได้ การเพิ่มปริมาตรของหินโดยให้อัตราส่วนน้ำต่อปูนซีเมนต์คงที่ทำให้การหดตัวลดลงแต่ทำให้ส่วนผสมมีค่าการยุบตัวต่ำลงด้วย
       2. ปริมาณน้ำและปูนซีเมนต์ เนื่องจากปริมาณน้ำและปูนซีเมนต์เป็นตัวกำหนดปริมาณและคุณสมบัติของซีเมนต์เพสต์ ดังนั้นการหดตัวของคอนกรีตจึงขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำและปริมาณปูนซีเมนต์อย่างมาก ส่วนผสมที่มีปริมาณน้ำมากจะมีการหดตัวสูง และการหดตัวจะมีค่าสูงขึ้นตามค่าอัตราส่วนน้ำต่อปูนซีเมนต์ที่สูงขึ้น เพราะการมีน้ำในส่วนผสมมากย่อมมีน้ำระเหยออกจากคอนกรีตมากขึ้น การหดตัวของไฮเดรตซีเมนต์มีค่าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราส่วนน้ำต่อปูนซีเมนต์ในช่วงประมาณ 0.2 ถึง 0.6
       3. ความชื้น ความชื้นอาจแบ่งได้เป็นความชื้นขณะที่บ่มคอนกรีตและความชื้นของอากาศตอนตากแห้ง การบ่มมีผลต่อการหดตัวของคอนกรีตไม่มากนัก การบ่มที่ดีย่อมทำให้ปูนซีเมนต์ทำปฏิกิริยากับน้ำได้มากขึ้นและได้จำนวนของเจลเพิ่มขึ้น เม็ดปูนจะทำปฏิกิริยากับน้ำจนเหลือเม็ดปูนที่ยังไม่ทำปฏิกิริยาอยู่น้อย ซึ่งเม็ดปูนที่ยังไม่ได้ปฏิกิริยาจะทำหน้าที่ต้านทานการหดตัว นอกจากนี้การบ่มที่ดีย่อมทำให้โพรงคาปิลารีน้อยลงและคอนกรีตมีความแข็งแรงขึ้น ดังนั้นการบ่มธรรมดาจึงมีผลต่อการหดตัวไม่มาก การใช้ความดันสูงในการบ่มสามารถลดการหดตัวได้มาก เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเจล ถ้าทิ้งคอนกรีตไว้ในน้ำจะมีการขยายตัวแต่ถ้าทิ้งไว้ในอากาศแห้งจะเกิดการหดตัวความชื้นสัมพัทธ์ที่ทำให้คอนกรีตอยู่ในสภาพสมดุลมีค่าประมาณร้อยละ 94 สำหรับคอนกรีตที่ตากแห้งแล้วนำเอามาใส่ในน้ำสามารถขยายตัวกลับคืนมาบางส่วนแต่มีบางส่วนเป็นการหดตัวแบบถาวรและถ้าเอาไปตากแห้งอีกคอนกรีตจะหดตัวได้อีก
       4. ขนาดและรูปร่างของแท่งทดสอบ อัตราการสูญเสียน้ำของคอนกรีตขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวพื้นที่ผิวที่มากทำให้การสูญเสียน้ำเกิดได้รวดเร็วขึ้น นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของคอนกรีต กล่าวคือ คอนกรีตขนาดเล็กจะสูญเสียน้ำไวกว่าคอนกรีตขนาดใหญ่ คอนกรีตเมื่อสูญเสียน้ำจะเกิดการหดตัว การหดตัวเกิดที่ผิวของคอนกรีตและขยายเข้าไปส่วนในของคอนกรีตซึ่งใช้เวลานานมากเมื่อเป็นคอนกรีตขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงเป็นที่ยอมรับกันว่า การหดตัวจะขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของคอนกรีต โดยการหดตัวจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรของคอนกรีต

 

 

 

Tag:

เครื่องผลิตอิฐมวลเบา/เครื่องตัดอิฐมวลเบา/วิธีการก่ออิฐมวลเบา/การทำอิฐมวลเบา/บล็อกมวลเบา/ขั้นตอนการก่ออิฐมวลเบา/วิธีการทําอิฐมวลเบา/น้ำยาโฟมผสมคอนกรีต/คอนกรีตมวลเบา/แบบโมล

 

Visitors: 44,792