การศึกษาวัสดุศาสตร์ที่ เกี่ยวข้องกับงานคอนกรีต (Concrete technology) ได้เจริญก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วมากในศตวรรษนี้ โดยมีงานวิจัยและพัฒนาวัสดุผสมคอนกรีตประเภทอื่น ๆ ซึ่งมีวัตถุประสงค์ที่สำคัญคือ ต้องการปรับปรุงคุณสมบัติต่าง ๆ ของคอนกรีตให้ ดีขึ้น ทั้งคอนกรีตที่อยู่สภาพเหลว เช่นความสามารถเทได้ และคอนกรีตที่แข็งตัวแล้ว เช่นกำลังอัด และสิ่งที่สำคัญคือ ต้องการให้ได้คอนกรีตที่มีความทนทาน รวมทั้งต้องการให้ได้คอนกรีตที่มีราคาเหมาะสมด้วย โดยได้มีการนำวัสดุอื่น ๆ มาผสมวัสดุที่นำมาใช้กันอย่างแพร่หลายก็คือ วัสดุปอซโซลาน ได้แก่

– เถ้าลอย (Pulverized Fuel Ash ; PFA)
– ตะกรันเหล็ก (Ground Granular Blast Furnace Slag ; GGBS)
– ผงฝุ่นซิลิกา (Microsilica ; MS หรือ Silica Fume ; SF)
ซึ่งการนำวัสดุ เหล่านี้มาใช้จะมีประโยชน์ 2 ทาง คือ
– ประโยชน์ทางตรง คือ การปรับปรุงคุณสมบัติของคอนกรีตให้ดีขึ้น
– ประโยชน์ทางอ้อม คือ เป็นการนำของเสีย (waste) มาใช้ ซึ่งช่วยขจัดปัญหาเรื่องมลภาวะ

เถ้าลอย (Pulverized Fuel Ash)
เถ้าลอยเป็นของแข็งเม็ดกลมมีความละเอียด ซึ่งลอยขึ้นมาพร้อมกับอากาศที่ร้อน ที่เกิดจากการเผาไหม้ของถ่านหินที่บดละเอียด (Pulverized Coal) ในโรงงานผลิตกระแสไฟฟ้า และจะถูกจับด้วยเครื่องดักจับ (Precipitator) หลังจากนั้นจะถูกส่งต่อไปยังถังเก็บ ซึ่งถ่านหินที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงนี้ประกอบไปด้วย สารประกอบคาร์บอนและแร่ธาตุอื่น ๆ เช่น ดินดาน ดินเหนียว ซัลไฟด์ และคาร์บอเนต เมื่อถูกเผาที่อุณหภูมิสูงในเตาเผา คุณสมบัติของสาร ประกอบต่าง ๆ ในถ่านหินจะเปลี่ยนไป ทั้งทางด้านกายภาพและด้านเคมี ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในเตาเผา รวมทั้งวิธีการที่ทำให้เย็นตัวของเถ้าลอย ซึ่งเถ้าลอยนี้ส่วนใหญ่เป็นออกไซด์ของซิลิกา และอะลูมินา

ประโยชน์ของเถ้าลอย

1. ช่วยปรับปรุงความสามารถเทได้ของคอนกรีต
2. ลดการเยิ้ม (Bleeding) และแนวโน้มการแยกตัวของคอนกรีต
3. อัตราการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นช้า ดังนั้นความร้อนจากปฏิกิริยาจะลดลง
4. เพิ่มกำลังอัดของคอนกรีตที่อายุมากกว่า 28 วัน
5. เพิ่มความทนทานของคอนกรีต ด้วยเหตุผล 2 ประการคือ

• ปริมาณน้ำที่ใช้จะลดลงเมื่อต้องการความสามารถเทได้ที่เท่ากัน
• ปฏิกิริยาระหว่างเถ้าลอยกับ Ca(OH)₂ ทำให้ช่องว่างในเนื้อคอนกรีตลดลง

ตะกรันเหล็ก (Ground Granular Blast Furnace Slag)
ตะกรันเหล็กเป็นของเหลือ (by-product) ของกระบวนการผลิตเหล็กโดยใช้เตาหลอม ตะกรันที่เกิดขึ้นเป็นผลจากการหลอมตัวของแคลเซียมออกไซด์จากหินปูน กับซิลิกอนและอะลูมินาจากแท่งเหล็กและถ่านโค้ก (Coke) ตะกรันเหล็กที่หลอมจะลอยอยู่ ด้านบนของบ้า หลอม จะถูกทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วโดยการเทน้ำหรือใช้น้ำฉีดทันที ผลก็คือ ตะกรันเหล็กส่วนใหญ่จะกลายเป็นเม็ดแก้วกลมที่มีองค์ประกอบทางเคมีที่ค่อน ข้างแน่นอน หลังจากนั้นจะผ่านขบวนการระเหยน้ำออก และทำการบดเช่นเดียวกับการบดปูนซีเมนต์ โดยไม่มีการเติมวัสดุอื่นเข้าไป สุดท้ายจะทำการตรวจสอบคุณภาพเพื่อดูความสม่ำเสมอขององค์ประกอบทางเคมี

ประโยชน์ของตะกรันเหล็ก

1. ปฏิกิริยาของคอนกรีตที่ผสมด้วยตะกรันเหล็กจะช้ากว่าคอนกรีตทั่วไป ส่งผลให้ความร้อนจากปฏิกิริยาต่ำ ทำให้เหมาะที่จะใช้ในงานโครงสร้างที่มีปัญหาการแตกร้าวเนื่องจากความร้อน เช่น ฐานรากแผ่ขนาดใหญ่ และเขื่อนเป็นต้น
2. คอนกรีตมีความทนทานต่อซัลเฟต, น้ำทะเล และสารเคมีต่าง ๆ
3. ลดปฏิกิริยา Alkali-Aggregate Reaction (AAR) ในคอนกรีตที่ใช้หินที่ทำปฏิกิริยาอัลคาไลน์ในปูน
4. ทำให้คอนกรีตมีเนื้อแน่น มีความต้านทานการซึมผ่านของน้ำได้ดี (Low Permeability) ทำให้เหมาะที่จะใช้ในงาน สระว่ายน้ำและถังเก็บน้ำ เป็นต้น
5. เพิ่มกำลังอัดและกำลังดัด (Flexural Strength) ของคอนกรีตที่มีอายุมากกว่า 28 วัน

ซิลิกาฟูม (silica fume) หรือไมโครซิลิกา (microsilica)
เป็นชื่อเรียกวัสดุผสมเพิ่มชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นผลพลอยได้ของการผลิตซิลิกอนเมททัลและเฟอร์โรซิลิกอนอัลลอยด์เป็น กระบวนการรีดักชั่นจากควอร์ด (quartz)  ที่บริสุทธิ์ไปเป็นซิลิกอนโดยวิธี electric arc ที่อุณหภูมิสูงถึง 2,000 องศาเซลเซียส ทำให้เกิดไอ (fume) ของ SiO² ซึ่งต่อมาจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและกลั่นตัวที่อุณหภูมิต่ำได้เป็นอนุภาคของซิลิกาขนาดเล็กมากที่ไม่เป็นผลึก ซิลิกาฟูมจะถูกดักจับในตัวดักจับเพื่อบรรจุใส่ถุงไว้

1

1

ประโยชน์ของซิลิกาฟูม

1. ลดการเยิ้ม (Bleeding) และการแยกตัวของคอนกรีตสด
2. เพิ่มกำลังอัด ของคอนกรีตทั้งในระยะสั้นและระยะยาว
3. เพิ่มความหนาแน่น ทำให้คอนกรีตมีเนื้อแน่นมาก ส่งผลให้มีความทนทานสูง การซึมผ่านน้ำและอากาศเป็นไปได้ยาก

บทความโดย ผศ.ดร.อานนท์   ชัยพานิช  วัสดุปอซโซลานสำหรับงานคอนกรีต (Pozzolan)

Subject : วัสดุปอซโซลานสำหรับงานคอนกรีต (Pozzolan)

Tags : pozzolan