Transcript C 3 A
บทที่ 2 ปู นซีเมนต ์ ความหมาย Cement ้ ตามความหมายของการใชงานทาง วิศวกรรม แบ่งออกเป็ น ๒ ชนิด 1.บิทม ู น ิ ัส (bitu-minous) 2.นอนบิทม ู น ิ ัส (nonbituminous) สารานุกรมไทย สาหรับเยาวชนฯ เล่มที่ 2 บิทม ู น ิ ัสซเี มนต์ บิทูมน ิ ส ั ซีเมนต ์ ้ นยำง ได ้แก่ มะตอย (asphalts) และนำมั ้ นยำงเป็ นตัว (tars) เรำใช ้มะตอยหรือนำมั ประสำนหินหรือกรวดในกำรทำผิวถนน นอกจำกนี ้ ยังใช ้บิทม ู น ิ ัสซีเมนต ์ผสมกับหิน ทรำย รำดทำผิวถนน และเรียกว่ำ แอสฟัลต ์คอนกรีต ( asphalt concrete) สารานุกรมไทยสาหรับเยาวชนฯ เล่มที่ 2 นอนบิทูมน ิ ส ั ซีเมนต ์ ได้แก่ อะลู มน ิ าซีเมนต ์ (alumina cement) ปอร ์ตแลนด ์ซีเมนต ์ (portland cement) • ลักษณะของนอนบิทูมน ิ ส ั ซีเมนต ์ เป็ นผงสีเทาอ่อน ผสมน้ าในปริมาณมาก ้ ให้แห้งจึงจะแข็งตัว พอสมควร แล้วทิงไว้ ้ า ไฮดรอลิกซีเมนต ์ เรียกซีเมนต ์ชนิ ดนี ว่ (Hydraulic Cement) ้ ต่อไปนี จะขอกล่ าวถึงปู นซีเมนต ์ปอร ์ต ่ แลนด ์ เพราะนิ ยมใช้โดยทัวไปในวงกว้ าง ทางวิศวกรรม ประวัตศ ิ าสตร ์ปู นซีเมนต ์ ่ อสร ้างทีปรากฏ ่ จากหลักฐานสิงก่ ่ ใช้งานมา มนุ ษย ์รู ้จักประดิษฐ ์ปู นซีเมนต ์เพือ หลายพันปี แล้ว เช่น กาแพงเมืองจีน ปิ รามิดอียป ิ ต ์ วิหาร กรีก โคลีเซียม ่ ตสมัยก่อนมีคณ ่ ใช้สาหร ับ ปู นทีผลิ ุ ภาพตา การก่ออิฐหรือฉาบผิว ่ ้ ปู นซีเมนต ์สมัยใหม่เริมผลิ ตขึนในปี พ.ศ. 2367 Joseph Aspdin ชาวอ ังกฤษ จดลิขสิทธ ์ เป็ นคนแรก ประวัตศ ิ าสตร ์ปู นซีเมนต ์ (ต่อ) ้ อแข็ ่ ซีเมนต ์นี เมื งต ัวจะมีสเี หลืองปนเทา ่ กอ เหมือนกับหินทีใช้ ่ สร ้างบริเวณเมือง ปอร ์ตแลนด ์ ในประเทศอ ังกฤษ ้ า ปู นซีเมนต ์ปอร ์ตแลนด ์ เรียกวัตถุนีว่ (Portland cement ) ประวัตป ิ ู นซีเมนต ์ในประเทศไทย ในปี พุทธศ ักราช 2456 พระบาทสมเด็จ พระมงกุฏเกล้าเจ้าอยู ่หวั (ร ัชกาลที่ 6) ทรงมีพระบรมราชโองการ โปรดเกล้าฯ ้ ให้กอ ่ ตง้ั บริษท ั ปู นซีเมนต ์ไทย จากัด ขึน ่ ด้วยพระราชประสงค ์ทีจะให้ ประเทศไทย ่ ผลิตปู นซีเมนต ์ใช้เอง ลดการพึงพาการ ่ นาเข้าจากต่างประเทศ และเพือจัดสรร การใช้ทร ัพยากรภายในประเทศอย่าง http://th.wikipedia.org คุม ้ ค่า ่ ในการผลิต วัตถุดบ ิ ทีใช้ ปู นซีเมนต ์ วัตถุดบ ิ ในการผลิตปู นซีเมนต ์ ประกอบด้วยแร่ธาตุสาคัญ 5 ชนิ ด 1. 2. 3. 4. 5. แคลเซียมออกไซด ์ (CaO) ซิลก ิ อนไดออกไซด ์ (SiO2) อลู มเิ นี ยมออกไซด ์ (Al2O3) เหล็กออกไซด ์ (FeO2, Fe2O3) แคลเซียมซ ัลเฟต (CaSO4) วัตถุดบ ิ ในการผลิตปู นซีเมนต ์ จากธรรมชาติ ่ CaO: วัตถุดบ ิ ทีให้ - หินปู น (Limestone) ดินสอพอง (Chalk) ดินขาว (Marl) ่ SiO2 และ Al2O3: วัตถุดบ ิ ทีให้ - หินดินดาน/หินเชล (Shale) หินชนวน (Slate) ดินเหนี ยว (Clay) ่ FeO2, Fe2O3: วัตถุดบ ิ ทีให้ - ดินลู กร ัง (Laterite) และดินศิลาแลง ่ CaSO4: วัตถุดบ ิ ทีให้ - แร่ยป ิ ซ ัม กรรมวิธก ี ารผลิตปู นซีเมนต ์ ปอร ์ตแลนด ์ ้ ประกอบด้วย 3 ขันตอน 1) การเตรียมวัตถุดบ ิ (Preparation of Raw Materials) 2) การเผาว ัตถุดบ ิ (Calcining) 3) การบดปู นเม็ด (Cement Milling) การเตรียมว ัตถุดบ ิ กรรมวิธก ี ารเตรียมวัตถุดบ ิ สาหร ับการ ้ ผลิตปู นซีเมนต ์ มี 2 วิธ ี ขึนอยู ่ก ับชนิ ด ่ ามาใช้และการลดต้นทุน ของวัตถุดบ ิ ทีน การผลิต 1. การเตรียมแบบเปี ยก (Wet Process) 2. การเตรียมแบบแห้ง (Dry Process) การเตรียมแบบเปี ยก (Wet Process) ดินสอพอง+ ดินลู กร ัง +ดินเหนี ยว บดให้ละเอียด +น้ า น้ าโคลน บรรจุถ ังไซโล การผลิตแบบแห้ง (Dry Process) หินปู น ดินลู กร ัง และดินดาน อบจนแห้ง บดให้ละเอียด ่ อ ัตราส่วนทีเหมาะสม ผสมใน ปั จจุบน ั โรงงานผลิตปู นซีเมนต ์ในประเทศ ไทย นิ ยมใช้กรรมวิธก ี ารเตรียมวัตถุดบ ิ แบบ แห้ง (Dry Process) เนื่ องจากใช้พลังงานในการเตรียมและเผา วัตถุดบ ิ น้อยกว่าวิธเี ปี ยก (Wet Process) ทาให้ตน ้ ทุนในการผลิตลดลง การเผาวัตถุดบ ิ (Calcining) วัตถุดบ ิ ลักษณะหมุน เหลว ปู นเม็ด เตาเผาปู น ใน เย็นตัวลง ปู น หม้อเผาทรงกระบอกยาว การเผาวัตถุดบ ิ (Calcining) หม้อเผาเป็ นทรงกระบอกยาว ขนาด เล็กสุด Φ ~ 2 ม. ยาว ~ 50 ม. ทาด้วยเหล็กกล้า ภายในบุดว้ ยอิฐทนไฟ วางเอียงเล็กน้อยกับแนวระดับ หมุนรอบตัว ช้าๆ ขณะหม้อเผาหมุน ส่วนผสมจะไหลช้าๆ ลงสู ่ ปลายล่างของหม้อเผา ่ นเรื ้ อยๆ ่ ส่วนผสมจะได้ร ับความร ้อนเพิมขึ จนถึงอุณหภู มท ิ จะก่ ี่ อปฏิก ิรย ิ าเคมี เกิดเป็ นปู น เหลว ไหลลงสู ่ดา้ นล่าง ต่อมาอุณหภู มจ ิ ะค่อยๆ ลดลง ปู นเหลวจะ แข็งตัวจับกันเป็ นก้อน ่ การเปลียนแปลงตามอุ ณหภู ม ิ ในหม้อเผา 1) ที่ 100oC น้ าในวัตถุดบ ิ ระเหยออกหมด 2) ที่ 150 - 500oC น้ าในโมเลกุลของ วัตถุดบ ิ ถูกขับออก 3) ที่ 600 - 900oC CO2 ใน CaCO3 และ MgCO3 ถูกไล่ออกมา ขณะเดียวกัน ่ CaO, SiO2, Al2O3 เริมหลอมละลายและ ทาปฎิก ิรย ิ ากัน ้ 4) ที่ 1,250 – 1,500oC ปฏิก ิรย ิ าเกิดขึน สมบู รณ์ หลอมรวมกันเป็ นสารประกอบ ่ ณหภู มล หลักของปู นซีเมนต ์ เมืออุ ิ ดลง ้ สารประกอบหลักนี จะจับกันเป็ นก้อน อุณหภู มใิ นการเผาวัตถุดบ ิ ่ ควบคุมอย่างใกล้ชด ิ ทุกช่วงทีวัตถุ ดบ ิ ที่ ไหลผ่าน ่ จะมีสด เผาได้สุกพอดี ปู นเม็ดทีได้ ี าปน เขียวแวววาว เผาไม่ได้ท ี่ ปู นเม็ดจะมีสน ี ้ าตาลเป็ น หย่อมๆ ไม่เป็ นมัน เผาสุกเกินไป ปู นเม็ดจะมีสน ี ้ าตาลไหม้ Cement Clinker หลังจากการ เผา ่ ปู นเม็ดทีออกจากหม้ อเผาจะร ้อนมาก ่ การลดอุณหภู มท ิ าโดยเครืองท าให้เย็น ้ องมีการ การทาให้ปูนเม็ดเย็นลงนันต้ ควบคุมเช่นกัน ถ้าปู นเม็ดเย็นต ัวเร็วจะบดง่ ายและทาให้ คอนกรีตได้กาลังระยะต้นดี ถ้าปู นเม็ดเย็นลงช้าๆ จะให้กาลังคอนกรีต ระยะต้นไม่ด ี ้ แต่กาลังระยะหลังจะสู งขึน การบดปู นเม็ด ่ นตวั แล้วจะ ปู นเม็ดทีเย็ ถูกนาไปบดละเอียดใน หม้อบดปู น โดยใช้ลูกเหล็กทรง กลมหลายพันลู กเป็ น ตัวบด ่ ั (Gypsum) เติมยิปซม ลงไปบดผสมกน ั ่ ั นตัวหน่ วงปฏิก ิริยา ยิปซมเป็ ระหว่างปู นซีเมนต ์กบ ั น้ า ทาให้คอนกรีตไม่แข็งตัวเร็ว เกินไป สะดวกต่อการนาไปใช้ ปู นผง หลังจากปู นซีเมนต ์ถู ก บดละเอียดได้มาตรฐานแล้ว จะถูกลาเลียงไปเก็บใน ถ ังเก็บ ่ ปู น (Silo) เพือรอการบรรจุใส่ ถุง หรือลาเลียงใส่รถบรรทุก ปู นในรู ปของปู นผงส่งให้ลูกค้า ต่อไป มาตรฐานไทยกาหนดให้บรรจุ ใส่ถงุ น้ าหนักสุทธิถงุ ละ 50 กก . ่ ผึงแห้ ง & โม่ ขุดแร่ แหล่งแร่ ่ เครืองบด ให้ความร ้อน ลาเลียง ่ั เติมยิปซม โม่แร่ดบ ิ โรงเก็บแร่ดบ ิ ถังเก็บแร่บด ขนส่งปู นผง ถังเก็บปู น เตาเผา บรรจุ ถังเก็ บ ปู น ผง เม็ด โม่ปูน ขนส่งปู นถุง แบบ ่ นปู น ผึ งเย็ หมุน เม็ด ่ นปู นโม่ ้ั ดท้าย เข้าเตาเผา & ผึงเย็ เม็ค ดรงสุ บรรจุพรรณ สารประกอบหลักในปู นซีเมนต ์ ส่วนใหญ่เป็ นพวกออกไซด ์ CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 ้ ้ ออกไซด ์เหล่านี ประกอบกันขึ นเป็ น ่ ับซ ้อน สารประกอบทีซ เป็ นสารประกอบหลัก 4 ตัว รวมปริมาณมากกว่า 90 ปู นซีเมนต ์ % ของ ่ ชือสารประกอบหลั ก ไตรแคลเซียม ซิลเิ กต(Tricalcium Silicate) ไดแคลเซียม ซิลเิ กต (Dicalcium Silicate) ไตรแคลเซียม อลู มเิ นต(Tricalcium Aluminate) เตตราแคลเซียมอลู มโ ิ นเฟอร ์ไรท ์ (Tetracalcium Aluminoferrite) ่ ชือสารประกอบ หลัก สัญลักษณ์ทางเคมี ่ อ ชือย่ ไตรแคลเซียม ซิล ิ (CaO)3.SiO2 เกต (Tricalcium Silicate) C3S ซิ (CaO)2.SiO2 C2S ไดแคลเซียม ลิเกต (Dicalcium Silicate) ไตรแคลเซียม อลู ม ิ (CaO)3.Al2O3 เนต (Tricalcium Aluminate) C3A 1. สารประกอบ หลั ไตรแคลเซียมซิ ลก เิ กต (C3S) ่ กาลังมากทีสุ ่ ดของปู น เป็ นต ัวทีให้ ทาปฏิก ิรย ิ ากับน้ าเร็ว แข็งตัวภายใน 2 - 3 ชม. ่ นมากในหนึ ้ ่งอาทิตย ์ กาลังอ ัดเพิมขึ ้ ่ ด 35-55% ปูนซีเมนต ์จะมีสำรประกอบนี มำกที สุ คุณสมบัตข ิ องสารประกอบหลัก ( 2. ไดแคลเซียมซิลเิ กต (C2S) ให้กาลังเช่นเดียวกับ C3S แต่ทาปฏิก ิรย ิ ากับน้ าช้า แต่จะให้กาลังสู ง ในระยะปลาย ได้กาลังอ ัด ใกล้เคียงกับ C3S ่ ความร ้อนจากปฏิก ิรย ิ า Hydration ตา โดยปล่อยความร ้อนออกมาประมาณ 250 จูลต่อกร ัม ้ ปู นซีเมนต ์จะมีสารประกอบนี 1~15 35% คุณสมบัตข ิ องสารประกอบหลัก (ต่อ) 3. ไตรแคลเซียมอลู มเิ นต (C3A) ทาปฏิก ิรย ิ ากับน้ าเร็ว ปล่อยความร ้อน มาก (~ 850 จูลต่อกร ัม) ่ กกัด หลังปฏิก ิรย ิ า สารประกอบทีจะถู กร่อนได้ง่ายจากสารซ ัลเฟตในน้ าทะเล ให้กาลังน้อยมาก มีประโยชน์ในการช่วยให้ปฏิก ิรย ิ าการ รวมตัวระหว่าง CaO และ SiO2 ใน ้ ้ ขันตอนการผลิ ตปู นซีเมนต ์เร็วขึน ปู นซีเมนต ์มีสารประกอบนี ้ 7 - 15% คุณสมบัตข ิ องสารประกอบหลัก (ต 4. เตทตราแคลเซียมอลู มโิ นเฟอร ์ไรท ์ (C4AF) ่ ด (~ 5 มีอยู ่ในปู นในปริมาณน้อยทีสุ 10 %) ทาปฏิก ิรย ิ ากับน้ าเร็วปานกลาง ปล่อยความร ้อนออกมา ~ 420 จูลต่อ กร ัม ่ ดในบรรดาสารประกอบ ให้กาลังน้อยทีสุ หลักของปู นซีเมนต ์ คุณสมบัตท ิ างกายภาพของ สารประกอบหลัก คุณสมบัต ิ อ ัตราการ เกิดปฏิก ิรย ิ า อ ัด การพัฒนากาลัง กาลังอ ัดประลัย C3S C2S C3A C4AF เร็ว ช้า เร็วมาก เร็ว ช้า เร็วมาก เร็วมาก สู ง สู ง ่ ตา เร็ว ่ ตา Compressive Strength , MPa R.H. BOGUE, Chemistry การพัฒนากาลังของสารประกอบหลั ก of Cement, 1955 80 _80_ CC33SS 70 _70_ C2S 60 60 C2 S __ 50 50 __ 40 30 _40_ C3A C3A 20 _30_ 10 _20_ C4AF C4AF _10_ 0 7 28 90 7 28 90 Age, days 180 180 360 360 ่ั ปฏิก ิรย ิ าไฮเดรชน ่ั ้ นทีทเติ ปฏิก ิรย ิ าไฮเดรชนเกิ ดขึนทั ี่ ม น้ าลงไปในปู นซีเมนต ์ ้ ้ แต่ปฏิก ิรย ิ านี จะยั งไม่สมบู รณ์ในเวลาอ ันสัน สารประกอบหลักแต่ละต ัวต้องใช้เวลา แตกต่างกัน ่ น ้ กาลังของสารประกอบหลักจะเพิมขึ ่ั ตามความสมบู รณ์ปฏิก ิรย ิ าไฮเดรชน ่ า สารประกอบหลักแต่ละต ัวเมือท ปฏิก ิรย ิ ากับน้ าจะเกิดเป็ นสารประกอบใหม่ ่ คณ ทีมี ุ สมบัตแ ิ ตกต่างกัน ด ังนี ้ ่ั 1. ปฏิก ิรยิ าไฮเดรชนของ C3S และ C2S แคลเซียมซิลเิ กตทาปฏิก ิรย ิ ากับน้ า จะได้ สาร Calcium Silicate Hydrate (CSH) และ Ca(OH)2 ด ังสมการด ังนี ้ 2((CaO)3.SiO2) + 6H2O 3CaO.2SiO2.2H2O + 3Ca(OH)2 + Heat หรือ 2C3S + 6H2O + 3Ca(OH)2 [100] [24] [75] [49] C3 S 2 H ่ั 1. ไฮเดรชนของ C3S และ C2S (ต่อ) และ 2((CaO)2.SiO2) + 4H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 + Heat หรือ 2C2S + 4H2O + 3Ca(OH)2 [100] [21] [99] [22] C3S2H ่ั 2 .ปฏิก ิรย ิ าไฮเดรชนของ C3A ่ั ้ ปฏิก ิรย ิ าไฮเดรชนของ C3A เกิดขีนรวดเร็ ว โดยจะแข็งตัวสู งสุดทันทีและปล่อยความ ร ้อนออกมามาก ดังสมการ (CaO)3.Al2O2 + 6H2O 3CaO.Al2O2.H2O หรือ C3A + 6H2O 3C3AH6 [100] [40] [140] ่ั 2.ปฏิก ิรยิ าไฮเดรชนของ C3A ต่อ การแข็งตัวอย่างรวดเร็วของ Calcium Aluminate Hydrate (CAH) ทาให้เกิดปั ญหาในทางปฏิบต ั ิ ้ ขันตอนการผสมและการเทคอนกรี ตต้อง ใช้เวลา จึงจาเป็ นต้องหน่ วงปฏิก ิรย ิ า C3A ด้วยการ ่ั เติมยิปซม ้ั ก่อให้เกิดชนของ Ettringite บนผิวของ อนุ ภาค C3A ดังสมการ C3A + 3CaSO4.2H2O ่ั 2. ปฏิก ิรยิ าไฮเดรชนของ C3A ต่อ ้ั Ettringite จะหน่ วงการก่อตัวของ ชน C3A ระยะเวลาหนึ่ ง แล้ว C3A จึงจะทาปฏิก ิรย ิ ากับน้ า แล้ว ่ อต ัว ซีเมนต ์เพสต ์ถึงจะเริมก่ Structure of ettringite ่ั 3. ปฏิก ิรย ิ าไฮเดรชนของ C4AF ่ั ปฏิก ิรย ิ าไฮเดรชนของ C4AF ่ กาลังด้านการเชือม ่ เกิดสารประกอบทีให้ ประสานน้อยมาก ่ั แต่จะช่วยเร่งปฏิก ิรย ิ าไฮเดรชนของ C3S และ C2S (CaO)4.Al2O2.Fe2O3 + CaSO2.2H2O + Ca(OH)2 3CaO(Al2O3.Fe2O3).3CaSO2 ่ เวลาทีสารประกอบหลั กทาปฏิก ิรย ิ าไฮ ่ั เดรชนสมบู รณ์ 80 % สารประกอบหลัก ไตรแคลเซียมซิลเิ กต (C3S) ไดแคลเซียมซิลเิ กต (C2S) ไตรแคลเซียมอลู มเิ นต (C3A) เตทตราแคลเซียมอลู มโิ นเฟอร ์ ไรท ์ (C4AF) เวลา (วัน) 10 100 6 50 ชนิ ดของ ปู นซีเมนต ์ปอร ์ ตแลน ประเภทของปู นซีเมนต ์ปอร ์ตแลนด ์ ปู นซีเมนต ์ปอร ์ตแลนด ์ แบ่งเป็ น 5 ประเภท ดังนี ้ Type 1 (Ordinary Portland Cement) ่ เหมำะสำหร ับงำนก่อสร ้ำงทัวไป ใช ้กับงำน คอนกรีตเสริมเหล็ก เช่น ทำผิวถนน สะพำน ท่อระบำยนำ้ เป็ นต ้น ่ นด่ำง จึงไม่ ข ้อเสียคือ ไม่ทนต่อสำรทีเป็ ่ ้องสัมผัสกับด่ำงจำกดินหรือ เหมำะสมกับงำนทีต นำ้ เช่น โรงงำนอุตสำหกรรมเคมี ปู นซีเมนต ์ปอร ์ตแลนด ์ประเภทที่ หนึ่ง Type 2 (Modified Portland Cement) ้ ผสมกับนำจะคำยควำมร ้อนออกมำน้อยกว่ำ ประเภทธรรมดำ มีควำมต ้ำนทำนต่อสำรที่ เป็ นด่ำงได ้บ ้ำง เหมำะสำหร ับงำนโครงสร ้ำง ขนำดใหญ่ เช่น ตอม่อขนำดใหญ่ สะพำนเทียบ ่ ่ ก เรือ เขือนหรื อกำแพงกันดินในบริเวณทีถู ้ มเป็ นครงครำว ้ั นำเค็ Type 3 (High Early Streght Portland Cement) มีความละเอียดมากกว่า เป็ นผลทาให ้ แข็งตัวและรับแรง ได ้เร็วกว่าปูนซเี มนต์ ประเภททีห ่ นึง่ จึงนิยมนาไปใชกั้ บงาน เร่งด่วนทีต ่ ้องแข่งกับเวลา หรือในกรณี ที่ ต ้องการถอดหรือรือ ้ แบบเร็วกว่าปกติ ปู นซีเมนต ์ปอร ์ตแลนด ์ Type 3 (High Early Streght Portland Cement) Type 4 (Low Heat Portlant Cement) ่ ้องกำรควบคุมทังปริ ้ มำณ และ เหมำะกับงำนทีต ่ ดขึนให ้ ้น้อยทีสุ ่ ด กำรเกิด อัตรำควำมร ้อนทีเกิ ่ สว่ นผสมของปูนซีเมนต ์ กำลังของคอนกรีตทีมี ้ ประเภทนี จะเป็ นไปอย่ำงช ้ำๆ จึงนิ ยมใช ้กับงำน ่ ้ ำ้ ซึงถ ่ ้ำมีควำมร ้อน ขนำดใหญ่ เช่น เขือนกั นน ่ เนื่ องจำกจะทำให ้เกิด อย่ำงร ้ำยแรงต่อตัวเขือน กำรแตกหรือร ้ำวได ้ Type 5 (Sulphate Resistance Portland Cement) ่ นด่ำง มีคณ ุ สมบัตใิ นกำรต ้ำนทำนต่อสำรทีเป็ ่ ได ้สูง จึงเหมำะทีจะใช ้กับงำนก่อสร ้ำงในบริเวณ ่ ้องสัมผัสกับด่ำง เช่น ในบริเวณทีดิ ่ นมีควำม ทีต ้ เป็ นด่ำงสูง หรือนำทะเล ระยะเวลำในกำรแข็งตัว ้ ่ ของปูนซีเมนต ์ประเภทนี จะช ้ำกว่ำประเภทอืนๆ Type Com Cmt. position I C3S % 55 C2S % 19 NPC II % 10 % % % 7 2.8 11 Ig. Free Loss CaO % % 2.9 1.0 1.0 2.9 2.5 0.8 1.0 (<15) 51 24 Mod.SR III C3A C4AF MgO SO3 6 (<8) 57 19 10 7 3.0 3.1 0.9 1.3 28 49 4 12 1.8 1.9 0.9 0.8 9 1.9 1.8 0.9 0.8 HES IV Low HH V SR (<7) 38 43 4 (<5) 2(C3A) + C4AF < 20% ปู นซีเมนต ์ปอร ์ตแลนด ์ ผสม (Mix Portland Cement ) ่ ตโดยการเติมสารบางชนิ ด ปู นทีผลิ ลงไปผสมก ับปอร ์ตแลนด ์ซีเมนต ์มาตรฐาน 1. ปู นซีเมนต ์ซิลก ิ า้ (Silica Cement) ผลิตโดยการบดปู นซีเมนต ์ปอร ์ตแลนด ์ ประเภทที่ 1 กับทรายหรือหินปู น ประมาณ 25 - 30 % ่ั คุณสมบัตท ิ วไปคื อ แข็งต ัวช้า ไม่ยด ื หรือหด ่ ว เหมาะ ต ัวมาก ช่วยลดการแตกร ้าวทีผิ ่ ตอ สาหร ับงานทีไม่ ้ งการกาลังอ ัดสู งมาก นัก งานก่ออิฐ และงานฉาบผิว เป็ นต้น ปู นซีเมนต ์ปอร ์ตแลนด ์สาหร ับงาน ่ พิเศษอืนๆ ปู นซีเมนต ์ขาว (White Portland Cement) ่ เหล็กออกไซด ์ แมกนี เซียมออกไซด ์ ทีมี ่ และอ ัลคาไลตา ่ เป็ นดินเหนี ยวขาว (China ดินเหนี ยวทีใช้ Clay) ้ ขันตอนการบดปู นเม็ดต้องป้ องกันไม่ให้ม ี ่ การปนเปื ้ อนทีจะท าให้สด ี า ่ งดา ปู นซีเมนต ์ขาวมีราคาแพงกว่าปู นซีเมนต ์ ประเภทที่ 1 เท่าต ัว ่ องการความ เหมาะสาหร ับงานตกแต่งทีต้ สวยงาม เช่น งานหินขัด หินล้าง การปู ้ งานสุขภัณฑ ์ และงาน กระเบือง สถาปั ตยกรรม 2. ปู นซีเมนต ์สาหร ับบ่อน้ ามัน ้ ตขึนมาเพื ้ ่ ปู นชนิ ดนี ผลิ อใช้ สาหร ับงานขุด เจาะบ่อน้ ามัน มีคณ ุ สมบัตท ิ สามารถทนความร ี่ ้อนได้สูงถึง 170 oC ก่อตัวช้ามาก สามารถคงความเหลว ่ พอทีจะท างานได้ ~ 3 ชม. ้ หลังจากนันจะแข็ งต ัวโดยเร็ว 3. High Alumina Cement (HAC) ทนต่อสารซ ัลเฟต แข็งต ัวเร็วมาก ่ ยมในงานเร่งด่วน เป็ นทีนิ ้ เวลาสัน ผลิตจากการเผาหินปู นหรือหินชอล ์ค บ๊ อกไซท ์ (Bauxite) เหล็กออกไซด ์ และ ้ าปู นเม็ดทีได้ ่ ซิลก ิ า ที่ 1600 oC จากนันน ไปบดให้ละเอียดมาก ่ ข้อเสียคือ เมือใช้ นานคอนกรีตจะสลายตัว เป็ นโพรงและพรุน กาลังอ ัดและความทึบ 4. Magnesium Phosphate Cement ้ คณ ปู นชนิ ดนี มี ุ สมบัตพ ิ เิ ศษคือ แข็งต ัวและให้กาลังอ ัดสู งมากภายในเวลา 45 นาที เหมาะสาหร ับงานซ่อมต่างๆ โดย เฉพาะงานซ่อมถนนในนครใหญ่ทมี ี่ ปริมาณจราจรมาก ้ มก ปู นชนิ ดนี ไม่ ี ารผลิตในประเทศไทย สัง่ เข้ามาใช้งานจากต่างประเทศ ได้แก่ ปู นซีเมนต ์ SET 45 ่ ค่าเฉลียประมาณของสารประกอบหลั กในปู น ประเภ ทที่ ่ ชือ ปริมา ณ 1 ปู นซีเมน ต์ ธรรมดา Max Min Mean 2 ปู นซีเมน ต์ ดัดแปลง Max Min Mean 3 ปู นซีเมน ต ์แข็งตวั เร็ว Max Min Mean 4 ปู นซีเมน ต ์ความ ่ ร ้อนตา Max Min Mean สัดส่วนของสารประกอบ หลัก % รวม C3 S C2S C3 A C4AF 67 42 49 31 8 25 14 5 12 12 6 8 94 55 37 46 39 19 29 8 4 6 16 6 12 93 70 34 56 38 0 15 17 7 12 10 6 8 91 44 21 30 57 34 46 7 3 5 18 6 13 94 คุณสมบัตท ิ างกายภาพ ่ องตรวจสอบตามมาตรฐาน ทีต้ มอก. 15 มอก. 15 ่ อง กาหนดคุณภาพของปู นซีเมนต ์ทีต้ ตรวจสอบ ่ ่ ต เพือประกันว่ าปู นซีเมนต ์ทีผลิ ออกจาหน่ ายจะต้องได้มาตรฐาน มี คุณภาพให้ความปลอดภัยแก่ผูบ ้ ริโภค คุณสมบัตท ิ ส ี่ าค ัญบางประการ ่ องตรวจสอบมีด ังนี ้ ทีต้ 1. ความละเอียดของซีเมนต ์ (Fineness of Cement) ่ ้ ปูนทีละเอี ยดกว่ำจะทำปฏิก ิรยิ ำกับนำได ้เร็วกว่ำ ทำให ้ก่อตัวเร็วและพัฒนำกำลังได ้เร็ว ่ ปูนทีละเอี ยดยังช่วยลดกำรคำยนำ้ (bleeding) ไม่กอ ่ ให ้เกิดควำมเสียหำยต่อผิวหน้ำคอนกรีต ้ ปูนเสือม ่ ข ้อเสีย ต ้นทุนกำรบดปูนจะสูงขึน ้ คุณภำพเร็วกว่ำ อำยุกำรเก็บร ักษำสันลง และ ทำให ้ปฏิก ิรยิ ำ Alkali - Reactive Aggregate รุนแรง ขึน้ หน่ วยวัดความละเอียด พท.ผิวของเม็ดปู นต่อหน่ วยของมวล ปู น ้ ผิ ่ วจาเพาะ เช่น ตร.ซม./กร ัม คือพืนที (specific surface) มาตรฐานตรวจสอบความ ละเอียด 2 วิธ ี ่ ก. เครืองวัดความขุ ่นแวกเนอร ์ (Wagner Turbidimeter) ่ องผ่ำนสำรแขวนลอย วัดควำมเข ้มของแสงทีส่ ด ้วย Photocell ่ ้ไปคำนวณกำรกระจำยขนำดเม็ดและ นำค่ำทีได Specific Surface ่ อนี แม้ ้ จะไม่ใช่คำ่ พืนที ้ ผิ ่ ว ค่ำทีวั่ ดได ้จำกเครืองมื ่ ้จริงของปูน แต่ก็สำมำรถ จำเพำะทีแท เปรียบเทียบควำมละเอียดของปูนแต่ละ ตัวอย่ำงได ้ดี ่ ข. เครืองหาความซึ มอากาศเบลน (Blaine Air-Permeability Apparatus) ่ นอนด ้วยควำมดันที่ อัดอำกำศปริมำณทีแน่ ้ั วอย่ำงปูนทีทรำบค่ ่ กำหนดให ้ไหลผ่ำนชนตั ำ ควำมหนำแน่ นและควำมพรุน ่ จับเวลำทีอำกำศไหลผ่ ำน นำมำคำนวณค่ำ ้ ผิ ่ วจำเพำะ พืนที ้ ผิ ่ วจำเพำะ Sw พืนที = K t ตร.ม./กิโลกร ัม K = ค่ำคงที่ t = เวลำ ้ ยงั ไม่ใช ้ค่ำทีแท ่ ้จริงของพืนที ้ ผิ ่ ว ค่ำทีวั่ ดได ้โดยวิธน ี ี ก็ ของปูนซีเมนต ์ 2. ความอยู ่ตวั (Soundness) ่ เมนต ์เพสต ์ไม่ Soundness หมำยถึงกำรทีซี ่ ่ อตัว เปลียนแปลงปริ มำตรมำกนักหลังจำกทีก่ หรือแข็งตัวแล ้ว สาเหตุการขยายตัวของซีเมนต ์เพสต ์ เกิดจำกกำรมี Free Lime หรือ แมกนี เซีย (Magnesia, MgO) ในปูนซีเมนต ์มำกเกินไป ่ มนำลงไปผสมกั ้ เมือเติ บปูนซีเมนต ์ ปูนขำวอิสระ ้ ้ำมำก และ หรือแมกนี เซีย จะทำปฏิก ิรยิ ำกับนำช ่ เมนต ์เพสต ์แข็งตัวไปแล ้ว จะขยำยตัวหลังจำกทีซี ทำให ้คอนกรีตเกิดกำรแตกร ้ำวได ้ การทดสอบความอยู ่ต ัวของ ปู นซีเมนต ์ ตามมาตรฐาน ASTM C 151 ่ ำจำกปูนซีเมนต ์ผสมกับ หล่อตัวอย่ำงซึงท ้ ควำม ่ ปริมำณนำที ข ้นเหลวปกติ (Normal Consistency) ขนำดหน้ำตัด จัตรุ ัส 1”x 1” และควำมยำวประสิทธิผล ้ ้ในอำกำศ 24 ชม. 10” ทิงไว ้ Autoclave ควำมดัน นำเข ้ำเตำอบไอนำ 295 psi อุณหภูมิ 420 oF 3 ชม. วัดและเปรียบเทียบควำมยำวของแท่ง ตัวอย่ำงทีวั่ ดไว ้ก่อนทดสอบ ถ ้ำตัวอย่ำงขยำยตัว < 0.8 % แสดงว่ำ ่ ตัวอย่ำงทีทดสอบมี ควำมอยู่ตวั 3.ระยะเวลาก่อต ัว (Setting Time) ้ นซีเมนต ์เพสต ์จะอยู่ในสภำพ ปูนผสมกับนำเป็ เหลวช่วงแรก ่ อตัว กำรไหลของ เวลำผ่ำนไปซีเมนต ์เพสต ์จะเริมก่ เพสต ์หยุดลง ้ ยกว่ำ ระยะเวลำก่อตัวเบืองต ้ ช่วงนี เรี ้น (Initial Setting Time) ่ ้ เริม่ เวลำผ่ำนไปซีเมนต ์เพสต ์จะเริมแข็ งตัว ตังแต่ ่ ผสมจนเริมแข็ งตัวเรียกว่ำ ระยะเวลำก่อตัวสุดท ้ำย (Final Setting Time) ่ เร็ว ปูนซีเมนต ์ยังต ้องมีระยะเวลำก่อตัวทีไม่ ่ ้มีเวลำกำรทำงำน เช่น กำรผสม เกินไป เพือให Penetration mm ตัวอย่างกราฟการหา Initial Setting Time 40 102.5 min 30 20 10 0 45 60 75 90 105 Elapsed Time , min. 120 135 การทดสอบระยะเวลาก่อตัวของซีเมนต ์ เพสต ์ มี 2 วิธ ี ก. การทดลองแบบไวแคต (Vicat Test) ข. การทดลองแบบกิลล ์มอร ์ (Gillmore Test) ่ ผลต่อระยะเวลาการก่อ ปั จจัยสาคัญทีมี ตัวของซีเมนต ์เพสต ์ 1. 2. ่ ในการผสมปู นซีเมนต ์ ปริมาณน้ าทีใช้ อุณหภู มห ิ อ ้ งทดลอง ้ ความข้นเหลวปกติ (Normal Consistency) ก่อนทดลองหา Setting Time จาเป็ นต้อง ่ หาปริมาณน้ าทีเหมาะสมส าหร ับใช้ผสม กับปู นซีเมนต ์ ่ ASTM C 187 ใช้เครืองมื อทดลองแบบ Vicat กาหนดอุณหภู มใ ิ นห้องทดลอง 20๐C 27.5๐C ้ มพัทธ ์ของอากาศไม่น้อยกว่า ความชืนสั 50 % ้ ่ ่ ปริมาณน้ าทีความข้ นเหลวปกตินี้ กาหนดให้เข็มไวแคตมาตรฐาน (Plunger) จมลงในซีเมนต ์เพสต ์ 10 มม. ในเวลา 30 วินาที ในการทดลอง ให้ผสมปู นซีเมนต ์กับน้ าที่ ปริมาณต่างๆ วัดว่าเข็มไวแคตมาตรฐานจมลงในซีเมนต ์ เพสต ์เท่าไหร่ ่ ด แล้วนามาพล๊อตกร ๊าฟหาปริมาณน้ าทีจุ Penetration mm ตัวอย่างกราฟการหาความข้นเหล 20 15 10 26.1% 5 0 24 25 26 27 W/C % 28 29 30 4. กาลังอด ั ของมอร ์ตาร ์ (Compressive Strength of Mortar) การทดสอบกาลังอ ัดของปู นซีเมนต ์ ตาม มาตรฐาน ASTM C 109 ผสมมอร ์ตาร ์ ซงประกอบด้ ึ่ วยปู นซีเมนต ์ 1 ส่วนโดยน้ าหนัก กับทรายมาตรฐานอ๊อตตาวา (Ottawa Sand) 2.75 ส่วน Water Cement Ratio 0.485 นาไปหล่อเป็ นแท่งต ัวอย่างทรงลู กบาศก ์ ขนาด 2” x 2” x 2” ความร ้อนจากปฏิก ิรย ิ าไฮ ่ ั (Heat of Hydration) เดรชน ่ สารประกอบหลักของปู นซีเมนต ์ เมือ ้ ทาปฏิก ิรย ิ ากับน้ าเกิดความร ้อนขึน ่ ่งของความร ้อนทังหมดจะถู ้ ครึงหนึ ก ปลดปล่อยออกมาระหว่าง 1 ถึง 3 วัน ประมาณ 75 % ในเวลา 7 วัน และ ประมาณ 90%ในเวลา 6 เดือน สารประกอบหลักแต่ละตัวจะ ปลดปล่อยความร ้อนออกมาไม่เท่ากัน การลดปริมาณความร ้อนจาก ่ั ปฏิก ิรย ิ าไฮเดรชน สามารถทาได้โดย 1. 2. 3. 4. ่ ใช้ปูนซีเมนต ์ความร ้อนตา ใช้น้ าเย็นในการผสมคอนกรีต ใช้ระบบหล่อเย็นฝั งอยู ่ภายในคอนกรีต ่ เพือระบายความร ้อนข้างในออกมา ่ ใช้สารหน่ วงปฏิก ิรย ิ า ซึงจะท าให้ความ ร ้อนจากปฏิก ิรย ิ าออกมาช้าลง จบบทที่ 2 นาเสนอโดย นำย วนัส เถินหิต 5210110521