Transcript - สำนักวิชาวิศวกรรมศาสตร์

วัสดุในการก่ อสร้ าง: ส่ วนที่ 2/3.1
เรี ยบเรี ยงโดย
รศ.ดร.สิ ทธิชัย แสงอาทิตย์
สาขาวิชาวิศวกรรมโยธา
สานักวิชาวิศวกรรมศาสตร์
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุนารี
1
วัสดุในการก่ อสร้ าง: ส่ วนที่ 2/3 (วัสดุในงานก่ อสร้ าง)
- เหล็กโครงสร้าง (structural steel)
- คอนกรี ต (Concrete)
- ไม้ (timber)
- อิฐดินเผา (brick)
- ผลิตภัณฑ์คอนกรี ต
- คอนกรี ตบล๊อค (concrete block)
- พื้นคอนกรี ตสาเร็ จรู ป (precast concrete slab)
- เสาเข็มคอนกรี ต (concrete pile)
- ท่อคอนกรี ตเสริ มเหล็ก
2
เหล็กโครงสร้ าง (structural steel)
3
เหล็กโครงสร้ าง (Structural steel)
เหล็กที่ใช้ทาโครงสร้างได้จากการนาแร่ เหล็ก (iron ore) มาถลุงในเตา
ถลุง ซึ่งจะได้เหล็กดิบ (pig iron) หรื อเหล็กแท่งประเภทต่างๆ และเมื่อนามา
หลอมและปรับอัตราส่ วนของปริ มาณคาร์บอนจะได้เหล็กที่ใช้ในงาน
ก่อสร้างแบบต่างๆ โดยโรงงานเหล็กในไทยมีหลายโรง เช่น สหวิริยา บาง
สะพานบาร์มิล และสยามยาโมโตะ (ปูนใหญ่)
4
ขบวนการนาแร่ เหล็กมาถลุงในเตาถลุงจนได้เหล็กดิบและผลิตภัณฑ์เหล็กขั้นกลาง
Note: เหล็กแท่งแบน (Slab) เหล็กแท่งใหญ่ (Bloom) และเหล็กแท่งเล็ก (Billet)
5
ตัวอย่างโครงเฟรมเหล็กที่ใช้ในการก่อสร้างโกดังหรื อโรงงานอุตสาหกรรม
ที่มา: http://www.primesteelbuildings.com/images/features/frame-large.png
6
ตัวอย่างโครงเฟรมเหล็กที่ใช้ในการก่อสร้างสถานีไฟฟ้ า (substation)
ที่มา: http://img.alibaba.com/photo/50405479/Substation_Steel_Frame_110kV_.jpg
7
ประเภทของเหล็กที่เกีย่ วข้ องกับงานก่อสร้ าง
1. เหล็กเหนียวเป็ นเหล็กที่มีปริ มาณคาร์บอนน้อยกว่า 0.1% มีกาลังต่า แต่มี
ความเหนียวสูง ซึ่งถูกแปลงรู ปร่ างได้ง่ายและรับแรงกระทาซ้ าได้ดี
2. เหล็กกล้าเป็ นโลหะผสมที่ได้จากการผสมเหล็ก คาร์บอน และ/หรื อ สาร
ชนิดอื่นๆ
Carbon steel - เหล็กกล้าคาร์บอนเป็ นเหล็กที่มีปริ มาณคาร์ บอนอยู่
ในช่วง 0.2% ถึง 2% (โดยทัว่ ไป ≤ 1.2%)
Alloy steel - เหล็กกล้าอัลลอยเป็ นเหล็กที่มีสมบัติไม่ข้ ึนอยูก่ บั
คาร์บอนเป็ นหลัก แต่ข้ ึนอยูก่ บั สารชนิดอื่นๆ เช่น ซิลิกอน ซัลเฟอร์
ฟอสฟอรัส และแมงกานีส เป็ นต้น ด้วย
8
เหล็กหล่อ (cast iron) เป็ นเหล็กที่มี
ปริ มาณคาร์บอนอยูใ่ นช่วง 2.2%
ถึง 4.5% มีกาลังรับแรงกดอัดและมี
ความแข็งของผิวสูง แต่มีกาลังรับ
แรงดึงที่ต่าและเป็ นวัสดุเปราะ
9
ประเภทและลักษณะการใช้ งานของเหล็กกล้าคาร์ บอน
ประเภท
Very mild
Mild
A36
Medium
% คาร์บอน
ลักษณะการใช้งาน
0.05-0.15 ง่ายต่อการทาให้เป็ นรู ปต่างๆ มักใช้ทาเหล็กแผ่น ลวด ท่อ
และเหล็กรัดต่างๆ
0.15-0.25 เหล็กเหนียว ปรับแต่ ง/ดัดได้ ใช้ สาหรับงานก่อสร้ างอาคาร
สะพาน เรือขนาดเล็ก
0.25-0.35
Medium-hard
0.35-0.65
Spring
0.65-1.05
Tool
1.05-1.2
มีกาลังและแข็งสู งกว่า mild steel ใช้ทาเครื่ องจักรกล เรื อ
เดินสมุทร
ใช้ในโครงสร้างหรื อเครื่ องจักรกลที่รับการเสี ยดสี และขูด
ขีดสูง
ใช้ทาสปริ ง
แข็งและมีกาลังสู งสุ ด ใช้ในการทาเครื่ องมือต่างๆ เช่น สิ่ ว
10
ฆ้อน
สมบัติทางกลของเหล็กโครงสร้ าง
สมบัติทางกลของเหล็กโครงสร้างขึ้นอยูก่ บั ปัจจัยหลักดังนี้
ปริมาณคาร์ บอน
เมื่อปริ มาณคาร์บอน ↑ จะมีผลต่อสมบัติคือ กาลัง ↑ ความแข็ง ↑ และ
ความเหนียว ↓
สารผสม alloy
สาร alloy เช่น ซิลิกอน (เพิม่ กาลัง), ตะกัว่ (กลึงง่ายขึ้น), นิเกิล
โครเมียม และทองแดง (ทนการกัดกร่ อน) และแมงกานิส (เพิ่มความ
แข็ง) ทาให้เหล็กเป็ นเหล็กกล้าอัลลอยและมีคุณสมบัติต่างๆ ดีข้ ึน
เช่น stainless steel เป็ นเหล็กกล้าที่ทนการกัดกร่ อนได้ดีเพราะมี
โครเมียม > 10% ซึ่งทาให้เกิด chromium oxide เคลือบผิว
11
การดัดเหล็ก ทาให้เหล็กเกิดภาวะ strain hardening โดย
1. ทาให้วสั ดุมีช่วง elastic region ที่
ใหญ่ข้ ึน (ทาให้มีค่า yielding
stress สูงขึ้น)
แต่
2. ทาให้วสั ดุมีความเหนียวลดลง
และเปราะมากขึ้น (เป็ นผลให้ดูด
ซับพลังงานได้ลดลง)
12
กรรมวิธีการผลิตเหล็ก
1. Hot-working process เป็ นกรรมวิธีที่ให้ความร้อนแก่เหล็กและทาให้
เหล็กเย็นตัวลงเป็ นลาดับ เพื่อลดความเครี ยดในเนื้อเหล็กและทาให้ผลึก
เหล็กมีความละเอียดมากขึ้น ซึ่งทาให้เหล็กมีกาลังและความเหนียวสูงขึ้น
13
การรี ดร้อน (hot rolling) เป็ นการรี ดเหล็กขณะที่เหล็กยังร้อนแดง
อยู่ ใช้ในการผลิตเหล็กเสริ มคอนกรี ต เหล็กรู ปพรรณ และเหล็ก
แผ่น (หนาไม่นอ้ ยกว่า 3 mm)
14
2. Cold-working process เป็ นกรรมวิธีที่ทาให้เกิด strain-hardening ในเหล็ก
และทาให้เหล็กมีกาลังและความแข็งของผิวต่อการกดสูงขึ้นมากกว่า hotworking process แต่ทาให้ความเหนียวของเหล็กลดลง
การรี ดเย็น (cold rolling) เป็ นการ
รี ดเหล็กขึ้นเป็ นรู ปโดยการนา
เหล็กแผ่นที่ผา่ นการรี ดร้อนมาทา
การดัด กด หรื อการเชื่อมให้เป็ น
เหล็กโครงสร้าง
15
สมบัติทางกลของวัสดุภายใต้แรงดึงที่สาคัญ
- Yielding stress
- Ultimate stress
- Percent of elongation
- Modulus of elasticity
เหล็กโครงสร้ าง
16
วิธีออฟเซท (Offset method)
ใช้ในการหาหน่วยแรงคราก (yielding stress) ของโลหะที่ไม่มีจุดครากที่
ชัดเจน เช่น เหล็กกล้ากาลังสูง (ลวดอัดแรง) เป็ นต้น
17
ชนิดของเหล็กโครงสร้ าง
1. เหล็กโครงสร้ างรูปพรรณ (structural steel section)
2. เหล็กเส้ นเสริมคอนกรีต (reinforcing steel)
18
1. เหล็กโครงสร้ างรูปพรรณ ใช้ทาโครงสร้างเหล็กที่รับแรงมากๆ เช่น คาน
เสา โดยถูกผลิตโดยขบวนการรี ดร้อนหรื อรี ดเย็นและถูกออกแบบให้มี
ค่า I/A ที่สูง เพื่อให้หน้าตัดมีความสามารถในการรับแรงต่อน้ าหนัก
สูงสุ ด เช่น
- รู ปตัว H (Wide-flange shape)
- รู ปตัว I (I-section)
- รู ปตัว C (Channel section)
- รู ปตัว L (Angle section)
19
เหล็กโครงสร้างถูกกาหนดตามลักษณะรู ปร่ างของหน้าตัด ความลึก และ
น้ าหนักต่อหนึ่งหน่วยความยาว เช่น
W300x36.7 kg/m เป็ นเหล็กหน้าตัดรู ปตัว W มีความลึก 300 mm และหนัก 36.7 kg/m
I250x53.9 kg/m เป็ นเหล็กหน้าตัดรู ปตัว I มีความลึก 250 mm และหนัก 53.9 kg/m
C200x30.3 kg/m เป็ นเหล็กหน้าตัดรู ปตัว C มีความลึก 200 mm และหนัก 30.3 kg/m
L150x150x12.7 mm เป็ นเหล็กหน้าตัดรู ปตัว L มีขายาว 150 mm เท่ากันและหนา 12.7 mm
20
การตรวจสอบ
การตรวจสอบเหล็กโครงสร้างรู ปพรรณในฐานะผูค้ วบคุมการก่อสร้าง
ได้แก่
1. ขนาดและน้ าหนัก - ต้องเป็ นไปตามที่ระบุไว้ ดู มอก. 116
2. กาลังและระยะยืดตัว
สภาพของเหล็กรู ปพรรณที่นามาทดสอบจะต้องอยูใ่ นสภาพเดิม ไม่มกี าร
ปรับปรุ งสมบัติดว้ ยกรรมวิธีใดๆ โดยต้องถูกทดสอบทุกๆ 10 ตัน
โดยเก็บตัวอย่างความยาว 1.0-1.50 m จากนั้น ทาการตัด (โดยไม่ใช้ความ
ร้อน) ทาชิ้นทดสอบไม่นอ้ ยกว่า 3 ชิ้น โดยมีความกว้างไม่เกิน 8 เท่าของ
ความหนา
21
ตัวอย่ างทดสอบมาตรฐาน ASTM E8
เหล็กเหนียว
เหล็กหล่อ
22
ลักษณะของตัวอย่างทดสอบที่หา้ มนามาใช้ในการทดสอบ
23
สมบัติของเหล็กตามมาตรฐานของกระทรวงอุตสาหกรรม
เหล็กท่อนแบนและเหล็กแถบ (flat and square steel bar) ตาม มอก.55-2516
หน่วยแรงคราก (yielding stress)
2,400
kg/cm2
หน่วยแรงประลัย (ultimate stress)
3,900
kg/cm2
เปอร์เซ็นต์การยืดตัว
21
%
24
สมบัติของเหล็กตามมาตรฐานของกระทรวงอุตสาหกรรม
เหล็กกลวง (hollow section) สาหรับใช้ในงานก่อสร้างทัว่ ไป ตาม มอก.
107-2517
สัญลักษณ์
HS 41
HS 50
หน่วยแรงคราก
(kg/cm2)
2,400
3,200
หน่วยแรงประลัย
(kg/cm2)
4,100
5,000
เปอร์เซ็นต์การยืดตัว
(%)
23
23
25
เหล็กโครงสร้างรู ปพรรณ (structural steel section) ตาม มอก. 116-2529
สัญลักษณ์
Fe 24
Fe 30
หน่วยแรงคราก
(kg/cm2)
2,400
3,000
หน่วยแรงประลัย
(kg/cm2)
4,100
5,000
เปอร์เซ็นต์การยืดตัว
(%)
23
23
26
2. เหล็กเส้ นเสริมคอนกรีต (reinforcing steel)
ประโยชน์ของเหล็กเสริ มในงานคอนกรี ต
- ทาหน้าที่รับแรงดึง เนื่องจากคอนกรี ตมีกาลังรับแรงดึงต่าเพียงร้อยละ
10 ของกาลังรับแรงอัดเท่านั้น
- ช่วยลดการคืบ (creep) และลดความกว้างของรอยแตกร้าวในคอนกรี ต
27
- เหล็กเสริ มคอนกรี ตเป็ นเหล็กกล้าละมุน (mild steel) ที่มีปริ มาณของ
คาร์บอนผสมอยูต่ ่า (ประมาณ 0-0.3%) เป็ นเหล็กเหนียว
- เหล็กทุกเส้นจะมีหมายเลขขนาด ชื่อย่อ และเครื่ องหมายการค้าของ
บริ ษทั ผูผ้ ลิต หล่อเป็ นตัวนูนติดกับผิวเหล็ก
28
เหล็กเส้ นเสริมคอนกรีต (reinforcing steel) แบ่งออกได้เป็ น 2 ชนิด คือ
- เหล็กเส้นกลม (round bar)
- เหล็กข้ออ้อย (deformed bar)
เหล็กเส้ นกลม เป็ นเหล็กที่มีผวิ เรี ยบ มีอยูเ่ กรดเดียว SR24 (มีกาลัง
ต้านทานต่อแรงดึงที่จุดคราก ≥ 2,400 ksc) ขนาดของเหล็กเรี ยกตามเส้นผ่าน
ศูนย์กลาง เช่น RB6 และ RB 22 มีขนาด 6-25 mm และมีความยาวมาตรฐาน
10 m
29
ขนาดและนา้ หนักของเหล็กเส้ นกลม
ชื่อขนาด
RB 6
RB 9
RB 12
RB 15
RB 19
RB 22
RB 25
RB 28
เส้นผ่านศูนย์กลาง
(mm)
6
9
12
15
19
22
25
28
เส้นรอบวง พื้นที่ภาคตัดขวาง
(mm)
(mm2)
18.85
28.3
28.27
63.6
37.70
113.1
47.12
176.7
59.69
283.5
69.12
380.1
78.54
490.9
87.96
615.8
มวล
(kg/m)
0.222
0.499
0.888
1.387
2.226
2.984
3.853
4.834
30
การตรวจสอบคุณสมบัติทเี่ กีย่ วข้ อง (มอก. 20-2543)
เหล็กเส้นกลมจะต้องเป็ นเหล็กเส้นที่มีผวิ เรี ยบ ไม่มีรอยปริ แตกหรื อรอย
ร้าว โดยหน้าตัดมีลกั ษณะกลมตลอดพื้นที่ลาดตัดขวางอย่างสม่าเสมอ
31
1. ตรวจสอบขนาด
วัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเหล็กโดยใช้เวอร์เนียร์ฯ อย่างน้อย 3 จุด
หรื อโดยการชัง่ น้ าหนักแล้วหาขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยจาก
D
162W
L
หน่วยวัด: D(mm), W(kg) และ L(m)
โดยความคลาดเคลื่อนต้องอยูภ่ ายในเกณฑ์ที่กาหนด
ชื่อขนาด
Ø mm
RB6-15
RB19-25
RB28-34
6-15
19-25
28-34
เกณฑ์ความคลาด
เคลื่อน (mm)
0.4
0.5
0.6
ผลต่างขนาด Ø
(mm)
0.64
0.80
0.96
32
2. ตรวจสอบสมบัติเชิงกล
การทดสอบแรงดึง - อัตราการเพิ่มแรง ≤ 80 kg/cm2/sec และความยาว
ของพิกดั วัดความยืด (gage length) = 5 เท่า Ø เฉลี่ยและระยะระหว่างหัวจับ
ต้อง ≥ 5.5 เท่า Ø เฉลี่ย หากรอยขาดอยูน่ อกช่วง gage length ไม่ให้เอาผล
การทดสอบมาพิจารณา
Dia.
Ø mm
RB 6-9
RB > 12
หน่วยแรงคราก
(kg/cm2)
2500
2400
หน่วยแรงดึงประลัย
(kg/cm2)
การยืดตัว
(%)
4100
21
การทดสอบการดัดโค้ ง ให้นาเหล็กเส้นมากดด้วยหัวกดรู ปตัว U ที่มีขนาด
1.5 เท่า Ø เฉลี่ยของชิ้นทดสอบ โดยจนเป็ นรู ปตัว U โดยไม่มีการปริ แตกของ
ผิวส่ วนโค้งด้านนอก
33
เหล็กข้ ออ้อย เป็ นเหล็กเส้นที่ผวิ มีบ้ งั (rib) เป็ นระยะๆ เท่าๆ กันตลอดทั้ง
เส้น โดยบั้งต้องทามุมกับแกนของเหล็กเส้น ≥ 45 องศา ถ้ามุมอยูใ่ นช่วง 4570 องศา บั้งจะวางสวนทางสลับกัน แต่ถา้ บั้งทามุมเกิน 70 องศาไม่
จาเป็ นต้องสลับกัน
ขนาดของเหล็กเรี ยกตามเส้นผ่านศูนย์กลาง เช่น DB10 และ DB20 โดยมี
ขนาดที่ขายตามท้องตลาดคือ 10-32 mm
34
ขนาดและนา้ หนักของเหล็กข้ ออ้อย
ชื่อขนาด มวล/เมตรระบุ พื้นที่หน้าตัด
(mm)
(kg/m)
ระบุ
ช่วงระหว่าง
(mm2)
บั้งสู งสุ ด
(mm)
DB 10
DB 12
DB 16
DB 20
DB 22
DB 25
DB 28
0.161
0.888
1.578
2.466
2.984
3.853
4.834
78.54
113.10
201.06
314.16
380.87
490.87
615.75
7.0
8.4
11.2
14.0
15.4
17.5
19.6
เกณฑ์สาหรับข้อ
ส่ วนสู งของบั้ง
ต่าสุ ด สูงสุ ด
(mm)
(mm)
0.4
0.8
0.5
1.0
0.7
1.4
1.0
2.0
1.1
2.2
1.3
2.6
1.4
2.8
ผลรวมของ
ช่องว่าง
ไม่เกิน (mm)
7.9
9.4
12.6
15.7
17.0
19.7
22.0
35
การตรวจสอบคุณสมบัติทเี่ กีย่ วข้ อง (มอก. 20-2536)
1. ตรวจสอบสมบัติเชิงกล
การทดสอบแรงดึง - แต่ละชุดตัวอย่างที่นามาทดสอบแรงดึงมีจานวนไม่
น้อยกว่า 2 ชิ้น โดยมีความยาว 1.0-1.50 m
ในกรณี ที่ผลการทดสอบบางส่ วนต่ากว่าเกณฑ์ ให้นาชิ้นตัวอย่างจาก
ตัวอย่างชุดเดิม จานวน 2 เท่าของชิ้นตัวอย่างที่ต่ากว่าเกณฑ์มาทดสอบ
ซ้ า เพื่อชดเชยหักล้าง โดยที่ผลการทดสอบที่ได้ตอ้ งผ่านเกณฑ์ท้ งั หมด
Dia.
Ø mm
SD30
SD35
SD40
หน่วยแรงคราก
(kg/cm2)
3000
3500
4000
หน่วยแรงดึงประลัย
(kg/cm2)
4900
5000
5700
การยืดตัว
(%)
17
20
18
36
2. ตรวจสอบขนาด
โดยการชัง่ น้ าหนักแล้วหาขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยจาก
D
ชื่อขนาด
DB 10-16
DB 19-25
DB 28-32
162W
L
Ø mm
10-16
19-25
28-32
เกณฑ์ความคลาดเคลื่อน (mm)
0.4
0.5
0.6
37
มาตรฐานการทดสอบ (Standard Tests)
วิ ธี ก ารทดสอบสมบัติ ท างกลของผลิ ต ภัณ ฑ์ โ ลหะได้ถู ก ระบุ ไ ว้ใ น
ASTM A370 ดังนี้
ASTM E8: Tension Testing of Metallic Materials.
ASTM E9: Compression Testing of Metallic Materials.
ASTM E10: Test for Brinell Hardness of Metallic Materials.
ASTM E18: Test for Rockwell Hardness and Rockwell
Superficial Hardness of metallic materials.
ASTM E23: Notched-Bar Impact Testing of Metallic Materials.
มาตรฐานการทดสอบสาหรับเหล็กเสริม
ASTM A615: Standard Specification for Deformed and Plain Billet-Steel
Bars for Concrete Reinforcement
38
ข้ อดีและข้ อเสี ยในการใช้ เหล็กโครงสร้ าง
ข้ อดี
1. มีกาลังต่อน้ าหนักสูง - เหมาะในการก่อสร้างอาคารที่มีระยะช่วงที่ยาว
มากๆ และอาคารสูง
2. มีสมบัติทางกลสม่าเสมอ - ออกแบบและก่อสร้างง่าย
3. มีความยืดหยุน่ สูง - ลดการเสี ยรู ปอย่างถาวร
4. มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน - ถ้าดูแลเหมาะสมและถูกต้อง
5. มีความเหนียว - เปลี่ยนแปลงรู ปร่ างที่สูงก่อนการวิบตั ิ
6. ก่อสร้างได้ง่ายและรวดเร็ ว
39
ข้ อเสี ย
1. มีค่าดูแลรักษาสูง - หากออกแบบไม่เหมาะสมกับการใช้งาน
2. มีค่าใช้จ่ายในการพ่นกันไฟ - กาลังของเหล็กค่าลดลงมากในกรณี ที่เกิด
ไฟไหม้และเหล็กเป็ นสื่ อนาความร้อนได้ดี
3. เกิดการโก่งเดาะได้ง่าย – ในองค์อาคารเหล็กที่รับแรงกดอัดและมีความ
ชะลูดสูง เนื่องจากเหล็กมีกาลังที่ค่อนข้างสูง
4. อาจวิบตั ิโดยการล้า (fatigue) - หากออกแบบไม่เหมาะสมและถูกใช้งาน
ในที่อุณหภูมิต่าและถูกแรงกระทาซ้ า
5. อาจวิบตั ิโดยการแตกหักแบบเปราะ (brittle fracture) - เมื่อโครงสร้าง
เหล็กอยูใ่ นพื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ามากๆ
40
คอนกรีต (concrete)
41
คอนกรีตเป็ นวัสดุก่อสร้างที่ถูกนามาใช้งานมาก มีท้งั แบบหล่อในที่ (castin-place) และแบบหล่อสาเร็ จ (precast concrete)
คอนกรี ตรับแรงกดอัดได้ดี แต่รับแรงดึงได้ต่า (10%) ดังนั้น คอนกรี ตจึงถูก
เสริ มด้วยเหล็กเสริ มเพื่อช่วยรับแรงดึง
โครงเฟรมอาคารคอนกรี ตเสริ มเหล็ก
(reinforced concrete)
สะพานที่มีคานคอนกรี ตอัดแรง
(prestressed concrete) ถูกรองรับโดยโครง
42
เฟรมคอนกรี ตเสริ มเหล็ก
คอนกรีต (Concrete) เป็ นวัสดุผสมที่มีส่วนผสม 2
ส่ วนได้แก่
ซีเมนต์เพสต์ (cement paste) ได้แก่ ปูนซีเมนต์
ปอร์ตแลนด์ (portland cement) ผสมน้ า
วัสดุอดั แทรก (filler) ได้แก่ มวลรวม (aggregate)
แบ่งเป็ นมวลรวมหยาบ (โตกว่า 4.75 mm/3/16 นิ้ว):
หิ น กรวด และมวลรวมละเอียด: ทราย
คอนกรี ตเกิดการแข็งตัวเนื่องจาก
ปฏิกริ ยาทางเคมีระหว่างปูนซีเมนต์
ปอร์ตแลนด์และน้ า ซึ่งเรี ยกว่า
ขบวนการไฮเดรชั่น (hydration
process)
43
มาตรฐาน ASTM C150 แบ่งปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ออกเป็ น 5 ประเภทได้แก่
ชนิ
ประเภท
ด
I
II
III
ทัว่ ไป
การใช้งานหรื อคุณลักษณะทัว่ ไป
ใช้ในงานโครงสร้างทัว่ ไป
มีความต้านทานต่อซัลเฟตดีกว่าชนิดที่1 และ
ปานกลาง
มีความร้อนปานกลาง
กาลังสู งเร็ ว
ให้กาลังได้รวดเร็ ว ถอดแบบได้เร็ ว ใช้เร่ ง
งานก่อสร้าง
44
45
สัดส่ วนผสมคอนกรี ตที่ใช้ทวั่ ไปและการบ่มคอนกรี ตสาหรับงานประเภทต่างๆ
ที่มา: http://www1.cementhaionline.com/CRC/Product/CementGray.asp
46
คอนกรีตผสมเสร็จ (ready-mixed concrete) เป็ นคอนกรี ตที่มีขายโดย
ผสมจากโรงงาน ได้รับความนิยมในการใช้งานสูง เนื่องจากมีการควบคุม
คุณภาพที่ดีและสะดวกรวดเร็ ว ในการสัง่ ซื้อต้องบอกกาลัง ค่าการยุบตัว
(หรื อปริ มาณน้ า) และขนาดใหญ่สุดของหิ น (ดู มอก. 213-2520)
47
ที่มา: http://www1.cementhaionline.com/CRC/Product/
48
คอนกรีตผสมที่หน้ างานยังคงพบเห็นโดยทัว่ ไปในโครงการก่อสร้าง
ขนาดเล็ก แต่มกั มีคุณภาพไม่คงที่ โดยใช้อตั ราส่ วน 1: 2: 4 ซึ่งให้กาลังอัด
ประลัยประมาณ 150-175 ksc
49
ที่มา: http://www1.cementhaionline.com/CRC/Product/
50
คอนกรีตหล่อสาเร็จรูป (precast
reinforced/prestressed concrete) เป็ น
รู ปแบบการก่อสร้างที่ได้รับความนิยม
เพิ่มมากขึ้น เนื่องจากความสะดวก
รวดเร็ วในการก่อสร้างและมีคุณภาพดี
ที่มา: http://www.vconthai.com
51
มวลรวม (aggregate)
มวลรวมที่ใช้เป็ นส่ วนผสมของคอนกรี ต ได้แก่ หิ นย่อย กรวด และทราย
มวลรวมต้ อง
1. มีความแข็งแกร่ ง ทนทาน สามารถรับแรงอัดได้ดี ไม่ขยายตัวมาก และ
ไม่มีสารเคมีเจือปน
2. มีขนาดใหญ่-เล็กคละกันดี เพื่อช่วยให้ได้คอนกรี ตที่มีเนื้อแน่น
สม่าเสมอ มีช่องว่างระหว่างก้อนน้อย ทาให้ใช้ซีเมนต์เพสท์นอ้ ยลงและราคา
ของคอนกรี ตถูกลง
52
นา้ (water)
น้ าผสมคอนกรี ตต้องสะอาด มีความขุ่นต่า (ไม่เกิน 2,000 ส่ วนในล้าน)
ปราศจากกรด ด่าง น้ ามันและสารอินทรี ยอ์ ื่นๆ ในปริ มาณที่จะเป็ นอันตราย
ต่อคอนกรี ตหรื อเหล็กเสริ ม โดยปกติ น้ าประปาและน้ าจืดตามธรรมชาติส่วน
ใหญ่ ถือว่ามีคุณภาพดีพอสาหรับงานคอนกรี ต
หน้าที่หลักของน้ าในการใช้ผสมคอนกรี ต คือ
1. ทาปฏิกิริยาเคมีแล้วทาให้ผงซีเมนต์กลายเป็ นวุน้ และเป็ นซีเมนต์เหนียว
ซึ่งเป็ นตัวประสานผิวระหว่างเม็ดของมวลรวมเมื่อแข็งตัว
2. เคลือบหิ นและทรายให้เปี ยก เพื่อให้ปูนซีเมนต์เข้าเกาะโดยรอบและ
แข็งตัวยึดติดกันแน่น
3. หล่อลื่นทาให้สามารถเทและเขย่าเข้าแบบหล่อให้เป็ นรู ปต่างๆ ได้
53
สารผสมเพิม่ (admixtures)
ถูกใช้เพื่อปรับปรุ งให้คอนกรี ตสดหรื อคอนกรี ตที่แข็งตัวแล้วมีสมบัติ
ตามที่ตอ้ งการ เช่น ให้คอนกรี ตสดมีความสามารถในการเทได้ดีข้ ึนหรื อก่อ
ตัวช้าลง
ประเภทของสารผสมเพิ่มที่นิยมใช้ได้แก่
1. สารเพิม่ ฟองอากาศ (air-entraining admixture) ตามมาตรฐาน
ASTM C260 ซึ่งเป็ นสารอินทรี ยท์ ี่ละลายน้ า โดยทาให้ฟองอากาศขนาด
ใหญ่ในเนื้อคอนกรี ตแตกตัวเป็ นขนาดเล็ก ทาให้คอนกรี ตมีกาลังสูงขึ้น
2. สารเคมีผสมเพิม่ (chemical admixture) ตามมาตรฐาน ASTM
C494 ซึ่งเป็ นสารประกอบเคมีที่ละลายน้ า ช่วยปรับปรุ งคุณภาพของ
คอนกรี ตสด เช่น สารลดปริ มาณน้ า สารหน่วงหรื อเร่ งการก่อตัว เป็ นต้น
54
3. สารผสมเพิม่ แบบแร่ ธาตุ (mineral admixture) ตามมาตรฐาน
ASTM C 618 ซึ่งเป็ นวัสดุผงละเอียด ช่วยปรับปรุ งคุณภาพของคอนกรี ต
สดและคอนกรี ตที่แข็งตัวแล้วโดยการช่วยปรับส่ วนขนาดคละของวัสดุ
ผสมให้ดีข้ ึน และยังช่วยลดปริ มาณปูนซีเมนต์ลงได้บางส่ วน ได้แก่ เช่น
เถ้าลอย วัสดุปอซโซลาน และซิลิกา้ ฟูม
4. สารผสมเพิม่ อืน่ ๆ (miscellaneous admixtures) เป็ นสารผสมเพิ่มที่
ยังไม่จดั อยูใ่ นมาตรฐานของ ASTM ได้แก่ สารเพิ่มการยึดเหนี่ยว
(bonding agent) และสารลดการกัดกร่ อน (corrosion agent) เป็ นต้น
55
การบ่ มคอนกรีต (curing)
เป็ นการควบคุมและป้ องกันมิให้น้ าที่เหลือจากการทาปฏิกิริยากับซีเมนต์
ระเหยออกมาจากคอนกรี ตที่เทลงแบบหล่อและแข็งตัวแล้ว เพื่อทาให้
ซีเมนต์มีน้ าทาปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง และทาให้คอนกรี ตมีสมบัติในการรับ
แรงและทนทานตามต้องการ
ขึ้นอยูก่ บั
- ชนิดของปูนซีเมนต์ที่ใช้
- ส่ วนผสมของคอนกรี ต
- กาลังของคอนกรี ตที่ตอ้ งการ
- อุณหภูมิและความชื้นขณะทาการบ่ม
56
ลักษณะของการบ่ม - เมื่อคอนกรี ตถูกบ่มโดยให้ความชื้น
อย่างต่อเนื่องและถ้าอุณหภูมิที่บ่มมีค่าสูงขึ้นแล้ว คอนกรี ตที่
ได้จะมีกาลังสูงขึ้น
57
ระยะเวลาบ่ มคอนกรีต
ประเภทของงานคอนกรี ต
เสา คาน และกาแพง
พื้น พื้นถนนในบ้าน
ถนนชั้นหนึ่ง หรื อลานบิน
โครงสร้างโค้งหรื อพิเศษอื่นๆ
ระยะเวลาบ่มคอนกรี ตของ
ปูนซีเมนต์ปอรต์แลนด์ประเภทที่ 1
(วัน)
7
8
14
14
58
มาตรฐานการทดสอบสาหรับคอนกรีต
ASTM C31: Method of Making and Curing Concrete Compression
and Flexural Test Specimens in the Laboratory
ASTM C39: Test for Compressive Strength of Molded Concrete
Cylinder
ASTM C78: Test for Flexural Strength of Concrete (Using Simple
Beam with Third-Point Loading)
ASTM C293: Test for Flexural Strength of Concrete (Using Simple
Beam with Center-Point Loading)
ASTM C496: Test for Splitting Tensile Strength of Molded Concrete
Cylinder
59
ตัวอย่ างทดสอบแรงกดอัดของคอนกรีตตามมาตรฐาน ASTM C 31
ตัวอย่างทดสอบรู ปทรงกระบอกมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่
กว่าขนาดใหญ่สุดของมวลรวมไม่นอ้ ยกว่า 3 เท่า
และ
เนื่องจากขนาดใหญ่สุดของมวลรวมที่ใช้ในการก่อสร้างมีค่าอยู่
ในช่วง 25-51 mm
ดังนั้น ตัวอย่างทดสอบรู ปทรงกระบอก ตาม
ASTM ที่นิยมใช้จึงมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 150
mm และสูง 300 mm และต้อง capping ก่อนการ
ทดสอบ
60
ความสั มพันธ์ ระหว่ างหน่ วยแรงกดอัดกับความเครียดกดอัดของคอนกรีต
ทดสอบตามมาตรฐาน ASTM C 39
f  = 840 kg/cm2
กาลังของคอนกรี ตจะเป็ นที่
80
800
ยอมรับได้ เมื่อผลเฉลี่ยกาลังอัด
700
70
700
ของการทดสอบ 3 ครั้ง
60
600
ต่อเนื่องกันให้ค่า ≥ กาลังรับแรง
560
50
500
กดอัดสูงสุ ดที่กาหนด โดยที่กาลัง
420
40
อัดที่ได้จากการทดสอบแต่ละ
400
350
ครั้ง ต่ากว่ากาลังรับแรงกดอัด
30
280
300
210
สูงสุ ดได้ไม่เกิน 3.5 MPa (35.7
20
200
2)
kg/cm
10
100
kg/cm2
Concrete compressive stress,
f c
, ( MPa )
c
0.001
0.002 0.003
Strain, (mm/mm)
0.004
61
สมบัติทางกลภายใต้ แรงกดอัด
คอนกรี ตประกอบด้วยวัสดุเปราะ แต่คอนกรี ตมีกราฟหน่วยแรงความเครี ยดแบบไร้เชิงเส้นตรง (nonlinear) จนถึงจุดวิบตั ิ
สาเหตุ: ในขณะที่คอนกรี ตกาลังวิบตั ิ รอยแตกขนาดเล็กในเนื้อคอนกรี ตจะมี
การขยายตัวอย่างต่อเนื่อง เป็ นผลให้หน่วยแรงในเนื้อคอนกรี ตเกิด
การกระจายจากส่ วนหนึ่งของแท่งตัวอย่างทดสอบไปยังบริ เวณ
ใกล้เคียง ทาให้การแตกร้าวเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและค่อยเป็ นค่อ62ยไป
ลักษณะการวิบตั ิภายใต้แรงกดอัดในวัสดุเปราะเป็ นการวิบตั ิเนื่องจากการ
เฉือน (shear failure) แบ่งออกได้เป็ น 3 แบบคือ
Shear cone หรื อ Hourglass ซึ่งพบมาก
ในการทดสอบแรงกดอัดของปูนก่อ
(mortar) รู ปทรงสี่ เหลี่ยมด้านเท่า
ระนาบเฉือน (shear plane) ซึ่งพบมาก
ในการทดสอบแรงกดอัดของเหล็กหล่อ
และคอนกรี ตรู ปแท่งทรงกระบอก
กรวยเฉือน (shear cone) และการ
แตกแยกด้ านบน ซึ่งพบมากในการ
ทดสอบแรงกดอัดของคอนกรี ตรู ปแท่ง
63
ทรงกระบอก
กาลังของคอนกรีตขึน้ อยู่กบั ตัวแปรต่ างๆ ดังนี้
Water - cement ratio เมื่ออัตราส่ วนของน้ า
ต่อซีเมนต์ ↑ แล้ว กาลังรับแรงกดอัดของ
คอนกรี ต ↓ เนื่องจากมีปูนให้ทาปฏิกิริยา ↓
อายุ - เมื่อคอนกรี ตมีอายุ ↑ กาลังรับแรงกดอัด
ของคอนกรี ต ↑ เนื่องจากมีขบวนการไฮ
เดรชัน่ เกิดขึ้นมากและยังคงเกิดขึ้นอย่าง
ต่อเนื่อง
ลักษณะของปูนซีเมนต์ - ปูนที่ละเอียดมากและ
มีองค์ประกอบทางเคมีที่เหมาะสมทาให้
คอนกรี ตมีกาลังสูง โดยเฉพาะเมื่อคอนกรี ตมี
64
อายุนอ้ ยๆ
ปริมาณความชื้นในแท่งตัวอย่างทดสอบขณะทาการทดสอบ - ถ้า
แท่งคอนกรี ตมีความชื้นสูงแล้ว กาลังของคอนกรี ตที่ได้จะมีค่า
ลดลง เมื่อเทียบกับแท่งคอนกรี ตที่มีความชื้นต่า
ปริมาณส่ วนผสมและลักษณะมวลรวม - ปริ มาณของปูนซีเมนต์ที่
ต่าและลักษณะรู ปร่ างที่กลม/ไม่มีเหลี่ยมและการคละกันของมวล
รวมที่ไม่ดีจะมีผลทาให้คอนกรี ตมีกาลังต่าลง
65
โมดูลสั ยืดหยุ่น (modulus of elasticity) ของคอนกรีต
EC แสดงถึงความต้านทานต่อการเสี ยรู ปของคอนกรี ตเมื่อมีแรงกดอัดมา
กระทา
f c = 840
800
60
560
Concrete compressive stress,
50
420
40
350
280
210
30
20
10
700
600
500
400
kg/cm2
700
70
f c
, ( MPa )
80
kg/cm2
ขึ้นอยูก่ บั
- กาลังของคอนกรี ต
- หน่วยน้ าหนักของคอนกรี ต
- ขนาดและระยะเวลาที่รับ
น้ าหนักบรรทุก
300
200
100
0.001
0.002 0.003
Strain, (mm/mm)
0.004
66
มาตรฐาน ว.ส.ท. 1008-38 กาหนดให้
Ec  4270 wc
1.5
Ec  0.043 wc
1.5
fc

kg/cm2

MPa
fc
= หน่วยน้ าหนักของคอนกรี ต (ton/m3)

f = กาลังอัดสู งสุ ดของคอนกรี ตรู ปทรงกระบอกเมื่ออายุ 28วัน (kg/cm2)
wc
c
67
มาตรฐาน ASTM C469-94 กาหนดให้
Ec  (S2  S1 ) /( 2  0.000050)
Compressive stress
f c
S1 = หน่วยแรงที่ตวั อย่างทดสอบเกิดความเครี ยดกดอัด 50x10-6 mm/mm
S2 = หน่วยแรงที่มีค่า ~ 40%
ของหน่วยแรงกดอัด
สูงสุ ด
Ultimate strain typically
varies from 0.003 to 0.004
0.45 f c
ε2 = ความเครี ยดกดอัดที่เกิด
จากหน่วยแรง S2
Secant modulus at 0.45 f c
0.001
0.002
0.003
Compressive strain, mm/mm
0.004
68
กาลังรับแรงดึงของคอนกรีตมักถูกหาโดยใช้ splitting tensile test ตาม
มาตรฐาน ASTM C496 โดยใช้ตวั อย่างทดสอบรู ปทรงกระบอกขนาด
150x300 mm และถูกกระทาโดยแรงกดอัด
f ct 
2P
ld
แรงกดอัดนี้ทาให้เกิด arch action ซึ่งทาให้เกิดแรงดึงในแนวราบและทาให้
เกิดการแตกร้าวในแท่งคอนกรี ตในแนวดิ่ง
69
กาลังต้านทานแรงดึงของคอนกรี ต (tensile strength) มีค่าแปรเปลี่ยน
มาก อยูใ่ นช่วงประมาณ 8-15 เปอร์เซ็นต์ของกาลังรับแรงอัด
ในการคานวณออกแบบโครงสร้างคอนกรี ตเสริ มเหล็ก จะไม่นากาลัง
ต้านทานแรงดึงของคอนกรี ตมาพิจารณา โดยพิจารณาให้เหล็กเสริ มทา
หน้าที่รับแรงดึงแทน
70
ข้ อดีและข้ อเสี ยในการใช้ คอนกรีตในการก่อสร้ าง
ข้ อดี
1. ประหยัด - เนื่องจากคอนกรี ตเป็ นวัสดุที่มีราคาค่อนข้างต่า หาได้ง่าย
และต้องการการดูแลรักษาน้อย
2. เหมาะกับงานสถาปัตยกรรมและวิศวกรรม - เนื่องจากคอนกรี ตถูกหล่อ
เป็ นรู ปร่ าง ลักษณะ และขนาดที่ตอ้ งการได้ง่าย
3. มีความต้านทานต่อไฟไหม้ได้ดี - ไม่ตอ้ งมีถูกพ่นทับด้วยฉนวนกันไฟ
และไม่มีค่าใช้จ่าย
4. มีมวลและความแกร่ งสูง - การสัน่ (vibration) ที่เกิดขึ้นในโครงสร้าง
คอนกรี ตจึงมีนอ้ ยกว่าในโครงสร้างเหล็กมาก
71
ข้ อเสี ย
1. มีกาลังรับแรงดึงต่า - ต้องเสริ มเหล็กในส่ วนของคอนกรี ตที่รับแรงดึง ซึ่ง
ทาให้การวิเคราะห์และออกแบบโครงสร้างยุง่ ยากมากขึ้น
2. ต้องการไม้แบบและค้ ายัน - ทาให้โครงสร้างมีราคาสู งขึ้น เนื่องจาก
ค่าแรงและวัสดุในการก่อสร้าง
3. มีอตั ราส่ วนของกาลังต่อน้ าหนักค่อนข้างต่า - ไม่นิยมใช้ในการก่อสร้าง
โครงสร้างที่มีระยะ span ที่ยาวมากๆ
4. มีพฤติกรรมขึ้นกับเวลา - คอนกรี ตเป็ น
วัสดุที่มีพฤติกรรม shrinkage และ creep
ซึ่งจะต้องนามาพิจารณาในการ
วิเคราะห์และออกแบบโครงสร้าง
72
จบการบรรยาย
ส่ วนที่ 2/3.1
73