ซีเมนต์และคอนกรีต - สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ
 
สารานุกรมไทย
สำหรับเยาวชน  เมนู 2
เล่มที่ ๒
เรื่องที่ ๑ การจำแนกและการจัดหมวดหมู่ของสัตว์
เรื่องที่ ๒ เวลา
เรื่องที่ ๓ บรรยากาศ
เรื่องที่ ๔ การตรวจอากาศ
เรื่องที่ ๕ อุตสาหกรรม
เรื่องที่ ๖ อุปกรณ์ขยายขอบเขตของสัมผัส
เรื่องที่ ๗ มหาราชในประวัติศาสตร์ไทย
เรื่องที่ ๘ การศึกษา
เรื่องที่ ๙ กรุงเทพมหานคร
เรื่องที่ ๑๐ ตราไปรษณียากรไทย
รายชื่อผู้เขียน

กลับหน้าแรก

สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ / เล่มที่ ๒ / เรื่องที่ ๕ อุตสาหกรรม / ซีเมนต์และคอนกรีต

 ซีเมนต์และคอนกรีต
ซีเมนต์และคอนกรีต

มีสิ่งก่อสร้างในปัจจุบันเป็นจำนวนมากที่ทำขึ้นด้วยส่วนผสมของซีเมนต์ หิน ทราย และน้ำ เราเรียกส่วนผสมนี้ว่า คอนกรีต คอนกรีตเป็นวัสดุก่อสร้างที่มีปริมาณการใช้งานเพิ่มขึ้นทุกที ทั้งนี้ เพราะไม้ซึ่งเป็นวัสดุก่อสร้างที่เคยใช้มาแต่เดิมหายากขึ้น ราคาแพง ไม่ทนทาน รับน้ำหนักได้น้อยไม่เหมาะสำหรับการก่อสร้างอาคาร หรือสิ่งก่อสร้างใหญ่ๆ และคอนกรีตสามารถหล่อเป็นรูปร่างต่างๆ ตามต้องการได้ จึงสะดวกต่องานก่อสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งอาคารหลายๆ ชั้น สะพาน โรงงาน ท่อระบายน้ำ เขื่อนกั้นน้ำ เป็นต้น คอนกรีตจะแข็งแรงมากขึ้นถ้าใส่เหล็กไว้ภายใน เราเรียกคอนกรีตชนิดนี้ว่า "คอนกรีตเสริมเหล็ก" (reinforced concrete)

ในสมัยโบราณเมื่อยังไม่มีการค้นพบซีเมนต์วัสดุก่อสร้างที่ใช้กับงานก่อสร้างใหญ่ๆ เป็นส่วนผสมของปูนขาว ทราย และน้ำ อาจมีวัสดุอื่นผสม เช่น น้ำอ้อย เป็นต้น เพื่อให้ปูนขาว และทรายยึดตัวกันดีขึ้น เราเรียกส่วนผสมนี้ว่า "ปูนสอ" (mortar) ในทางปฏิบัติคนสมัยก่อนมักจะเรียกปูนสอว่า ซีเมนต์ คำว่าซีเมนต์มาจากภาษาละติน ซึ่งแปลว่า "ตัด" โดยใช้เรียกหินปูนที่ตัดเป็นชิ้นๆ เพื่อจะนำมาเผาเป็นปูนขาว แต่ซีเมนต์ในปัจจุบันหมายถึง ตัวประสานวัสดุสองชนิด หรือหลายๆ ชนิดให้ติดแน่น ในกรณีของคอนกรีต หรือคอนกรีตเสริมเหล็ก ซีเมนต์เป็นตัวทำให้ทราย หิน และเหล็ก ยึดติดกันแน่น เมื่อแห้ง และแข็งตัวดีแล้ว

ซีเมนต์

ซีเมนต์ตามความหมายของการใช้งานทางวิศวกรรม แบ่งออกเป็น ๒ ชนิด คือ บิทูมินัส (bituminous) และนอนบิทูมินัส (nonbituminous)

บิทูมินัสซีเมนต์ ได้แก่ มะตอย (asphalts) และ น้ำมันยาง (tars) เราใช้มะตอย หรือน้ำมันยางเป็นตัวประสานหิน หรือกรวดในการทำผิวถนน นอกจากนี้ ยังใช้บิทูมินัสซีเมนต์ผสมกับหิน ทราย ราดทำผิวถนน และเรียกส่วนผสมนี้ว่า แอสฟัลต์คอนกรีต (asphalt concrete)

นอนบิทูมินัสซีเมนต์ ได้แก่ อะลูมินาซีเมนต์ (alumina cement) และปอร์ตแลนด์ซีเมนต์ (portland cement) มีลักษณะเป็นผงสีเทาอ่อนต้องผสมน้ำปริมาณมากพอสมควร แล้วทิ้งไว้ให้แห้งจึงจะแข็งตัว เรามักจะนิยมเรียกซีเมนต์ชนิดนี้ว่า ไฮดรอลิกซีเมนต์ (hydraulic cement) ทั้งนี้เพราะต้องใช้น้ำผสม และแข็งตัวในน้ำได้ ปอร์ตแลนด์ซีเมนต์เป็นซีเมนต์ที่ใช้ในการก่อสร้างมากที่สุด

การผลิตปอร์ตแลนด์ซีเมนต์

โดยทั่วๆ ไป กรรมวิธีการผลิตมีอยู่ ๒ แบบ คือ แบบผสมเหลว (wet process) และแบบผสมแห้ง (dry process)

แผนภาพแสดงกรรมวิธีการผลิตซีเมนต์แบบผสมเหลว
แผนภาพแสดงกรรมวิธีการผลิตซีเมนต์แบบผสมเหลว ของบริษัทปูนซีเมนต์ไทย จำกัด ใช้ในโรงงานบางซื่อ กรุงเทพฯ และโรงงานท่าหลวง สระบุรี

แบบผสมเหลว

วัตถุดิบคือ ดินขาว หรือปูนมาร์ล (marl or calcium cabonate) ดินเหนียว (clay) และดินดำ ผสมวัตถุดิบทั้งสามชนิดกับน้ำในบ่อตีดิน (wash mill) กวนให้เข้ากันเรียกว่า น้ำดิน (slushy) แล้วกรองเอาก้อนหินก้อนดินออก น้ำดินที่ละลายเข้ากันดีแล้วนำไปเผาในหม้อเผาแบบหมุน ความร้อนในหม้อเผาประมาณ ๒,๕๐๐-๓,๐๐๐ องศาเซลเซียส จะทำให้น้ำ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำดินระเหยกลายเป็นเม็ดปูนซีเมนต์ (clinker) จากนั้นก็นำเม็ดปูนไปบด เติมยิปซัม (gypsum) ลงไปเล็กน้อย เพื่อชะลอการแข็งตัวของซีเมนต์ขณะใช้งาน หลังจากนั้นจะลำเลียงไปเก็บไว้ในยุ้งเก็บซีเมนต์ผง (cement silo) เพื่อรอการบรรจุลงถุงต่อไป

แผนภาพแสดงกรรมวิธีการผลิตซีเมนต์แบบผสมแห้ง
แผนภาพแสดงกรรมวิธีการผลิตซีเมนต์แบบผสมแห้ง ของบริษัทปูนซีเมนต์ไทย จำกัด ใช้ในโรงงานทุ่งสง นครศรีธรรมราช

แบบผสมแห้ง

วิธีนี้ใช้วัตถุดิบสำคัญ ๒ ชนิด คือ หินปูน (limestone) และดินดาน (shale) มาผสมกันให้ถูกส่วน แล้วนำไปบดให้เป็นผงละเอียดตามต้องการ ต่อไปจึงนำไปเก็บไว้ในยุ้งเก็บ เพื่อรอส่งไปเผาให้สุกเช่นเดียวกับแบบผสมเหลวในเตาเผาแบบหมุน และบดเป็นผงซีเมนต์อีกครั้ง แบบผสมแห้งเป็นวิธีที่ไม่ต้องการใช้น้ำเข้าผสม และวัตถุดิบที่ใช้ก็ต้องอยู่ในลักษณะแห้งด้วย

ปัจจุบันนี้นิยมใช้แบบผสมแห้งแทนแบบผสมเหลวซึ่งส่วนใหญ่เลิกใช้แล้ว

ซีเมนต์เมื่อผสมกับน้ำจะเกิดความร้อน ความร้อนที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า ความร้อนที่เกิดจากสารประกอบที่มีน้ำอยู่ด้วย (heat of hydration)

ปอร์ตแลนด์ซีเมนต์ แบ่งเป็น ๕ ชนิดด้วยกันคือ

๑. ชนิดธรรมดา ใช้งานก่อสร้างทั่วไป เช่น ทำผิวถนน สะพาน ท่อระบายน้ำ เป็นต้น ซีเมนต์ชนิดนี้มีข้อเสียคือ ไม่ทนต่อสารที่เป็นด่าง ในโครงสร้าง หรืออาคารที่มีสารเป็นด่างอยู่ เช่น โรงงานอุตสาหกรรมเคมี เป็นต้น จะไม่นิยมใช้ซีเมนต์ชนิดนี้

๒. ชนิดให้ความร้อน และทนด่างได้ปานกลาง ซีเมนต์ชนิดนี้เมื่อผสมกับน้ำจะคายความร้อนออกต่ำกว่าชนิดธรรมดา และมีความต้านทานต่อสารที่เป็นด่างได้บ้าง เหมาะสำหรับงานก่อสร้างตอม่อขนาดใหญ่ในบริเวณที่มีอากาศร้อนจัด

๓. ชนิดเกิดแรงสูงเร็ว ซีเมนต์ชนิดนี้เกิดแรงสูงเร็วในระยะแรก เหมาะสำหรับงานที่ต้องการถอดไม้แบบเร็ว และต้องการประหยัดซีเมนต์ ซีเมนต์ชนิดนี้มีเนื้อละเอียดมากกว่าชนิดอื่นๆ แต่อาจทำให้เกิดรอยร้าวบนผิวคอนกรีตได้ง่าย

๔. ชนิดคายความร้อนต่ำ ซีเมนต์ชนิดนี้มีอัตราการคายความร้อนต่ำมาก เหมาะสำหรับงานก่อสร้างใหญ่ๆ โดยเฉพาะการสร้างเขื่อน

๕. ชนิดมีความต้านทานต่อสารที่เป็นด่าง ซีเมนต์ชนิดนี้ใช้สำหรับอาคารที่ต้องสัมผัสกับสารที่เป็นด่างอย่างแรง โดยปกติซีเมนต์ชนิดนี้จะแข็งตัวช้ากว่าธรรมดา
คอนกรีตเสริมเหล็ก
คอนกรีตเสริมเหล็ก		 คอนกรีต

คอนกรีตคือ ส่วนผสมของซีเมนต์ ทราย และหิน หรือซีเมนต์ ทราย และกรวด ตามสัดส่วนแล้วเติมน้ำลงไปเพื่อให้ทำปฏิกิริยากับซีเมนต์ กลายเป็นตัวประสานซึ่งจะยึดทรายกับหิน หรือกรวดเข้าด้วยกันเป็นก้อนแข็ง สัดส่วนที่ใช้โดยทั่วๆ ไปคือ
(๑) ๑:๒:๔ ใช้ผสมทำคอนกรีตสามัญทุกชนิด ประกอบด้วยซีเมนต์ ๑ ส่วน ทราย ๒ ส่วน และหิน หรือกรวด ๔ ส่วน

(๒) ๑:๑.๕:๓ สำหรับคอนกรีตที่ต้องการรับแรงสูงเป็นพิเศษ เช่น ตอม่อใต้น้ำ

(๓) ๑:๓:๖ เป็นคอนกรีตหยาบ ใช้เทเหนือเสาเข็มเพื่อรองรับฐานราก สัดส่วนนี้เป็นสัดส่วนโดยน้ำหนัก แต่ในทางปฏิบัติทั่วไปแล้วสะดวกที่จะใช้สัดส่วนโดยปริมาตร
แผ่นพื้นคอนกรีตอัดแรงที่รับยวดยานของสะพานลอย
แผ่นพื้นคอนกรีตอัดแรงที่รับยวดยานของสะพานลอย
คอนกรีตเสริมเหล็กและคอนกรีตอัดแรง

เราทราบกันอยู่แล้วว่าวัตถุเปราะเช่นคอนกรีต หรืออิฐหินนั้นจะสามารถทนต่อแรงกดได้สูง แต่ในขณะเดียวกันไม่สามารถทนต่อแรงดึง หรือแรงดัดได้มากนัก จึงใช้เหล็กใส่ไว้ภายในคอนกรีต เหล็กที่ใส่มักเป็นเหล็กเส้น หรือเหล็กรูปพรรณ เมื่อเทคอนกรีตลงไป คอนกรีตที่แห้งแล้วจะยึดติดแน่นกับเหล็ก เรียกว่า คอนกรีตเสริมเหล็ก ฉะนั้น เพื่อให้คอนกรีตมีความคล่องตัวในการใช้งานยิ่งขึ้นจึงได้มีการค้นคว้าคอนกรีตอัดแรง (prestressed concrete) ขึ้น

คอนกรีตอัดแรงมี ๒ ชนิด ชนิดแรกใช้วิธีดึงเหล็กก่อน (pretensioning method) เช่น การทำเสาไฟฟ้าคอนกรีตอัดแรง จะต้องทำแบบเสาไฟฟ้าเป็นโครงเหล็กวางบนพื้นดินก่อน แล้วร้อยลวดเหล็กไปตามความยาวของแบบ ดึงเหล็กนี้ให้ยึดออกตามรายการที่คำนวณไว้ จากนั้นก็จะเทคอนกรีตลงในแบบ เมื่อคอนกรีตแข็งตัวแล้ว ปล่อยแรงที่ดึงออก เหล็กเส้นที่เป็นโครงภายในก็จะหดตัวกลับ การหดตัวกลับของเหล็กจะทำให้เสาคอนกรีตนั้นมีแรงอัดอยู่ในตัวเองตลอดเวลา อีกวิธีหนึ่งใช้วิธีดึงเหล็กทีหลัง (posttensioning method) เช่น คานสะพานคอนกรีตอัดแรง วิธีทำนั้นจะต้องทำแบบคาน และวางท่อที่จะสอดเหล็กไว้ตลอดความยาวของคาน เมื่อเทคอนกรีตลงในแบบจนแข็งตัวแล้ว ก็ร้อยลวดเหล็กตามท่อ ยึดปลายเหล็กข้างหนึ่งกับปลายคานให้แน่น แล้วดึงเหล็กอีกปลายหนึ่งให้ยืดออกตามรายการคำนวณ แล้วใช้ลิ่มยึดปลายเหล็กไว้กับปลายคานอีกข้างหนึ่งเป็นเสร็จการ ในกรณีนี้ก็จะเป็นการเพิ่มแรงอัดให้กับคานคอนกรีตก่อนที่จะนำคอนกรีตไปใช้งาน เมื่อนำคานคอนกรีตไปทำสะพาน คานนี้จะรับน้ำหนักบรรทุกจร (live load) ทำให้เกิดแรงดึง และแรงดัดขึ้น ซึ่งจะหักล้างกับแรงอัดที่มีอยู่แล้วในคานคอนกรีต ดังนั้นจะไม่เกิดแรงดึงในคานคอนกรีต

จะเห็นได้ว่า คอนกรีตอัดแรงได้ช่วยให้วิศวกร สามารถใช้คอนกรีตสร้างสะพาน หรือคานคอนกรีต ที่มีช่วงยาวมากๆ ทำเสาไฟฟ้าแรงสูงคอนกรีตแทนเสาไม้ ซึ่งเหมาะสมกับความต้องการของประเทศ
การหล่อและบ่มคอนกรีต

ในการเทคอนกรีตลงแบบ หรือการหล่อคอนกรีต (placing concrete) พื้น เสา คาน หรือผนัง มักนิยมใช้ไม้หรือเหล็กทำเป็นแบบให้ได้ขนาด และรูปร่างที่ต้องการ ไม้ที่ใช้เป็นไม้ราคาถูก เช่น ไม้กระบาก แต่บางทีก็ใช้ไม้อัดทำไม้แบบสำหรับเทคอนกรีต เพราะไม้อัดทำให้ผิวคอนกรีตเรียบร้อย และไม่ต้องฉาบปูนทับ หลังจากเทคอนกรีตลงในแบบประมาณ ๕-๗ วัน คอนกรีตจะแข็งตัว และอัตราการเพิ่มกำลังของคอนกรีตจะสูงประมาณร้อยละ ๗๐ ของกำลังคอนกรีตเมื่ออายุ ๑ เดือนหลังจากนั้นอัตราการเพิ่มกำลังของคอนกรีตจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น ด้วยเหตุนี้เราจึงต้องทิ้งคอนกรีตไว้อย่างน้อย ๓๐ วัน จึงจะใช้งานได้ เนื่องจากคอนกรีตรับแรงอัดได้สูง แต่รับแรงดึง หรือแรงดัดได้ต่ำมาก ฉะนั้นโครงสร้างที่ต้องรับแรงดึง และแรงอัด เช่น คาน และพื้น หรือในส่วนที่ยื่นออกไป เช่น กันสาดหลังจากถอดไม้แบบแล้วจะต้องใช้เสาไม้ค้ำไว้อย่างน้อยที่สุด ๒๐ วัน เพื่อให้คอนกรีตแข็งพอที่จะรับแรงได้
การหล่อเสาคอนกรีต
การหล่อเสาคอนกรีต
ดังได้กล่าวมาแล้วว่า เมื่อผสมซีเมนต์กับน้ำ ซีเมนต์จะคายความร้อนให้กับน้ำ ซึ่งเป็นส่วนผสมของคอนกรีต ถ้าน้ำในคอนกรีตแห้งเร็วเกินไปโดยการซึมหรือระเหย ความร้อนที่คายจากซีเมนต์จะสะสมอยู่ในคอนกรีต ทำให้คอนกรีตแตกหรือร้าวได้ เพื่อไม่ให้คอนกรีตแตกหรือร้าว เนื่องจากน้ำในคอนกรีตแห้งเร็วเกินไป จึงจำเป็นต้องทำให้คอนกรีตชื้นอยู่ อย่างน้อย ๑๕ วัน การรักษาความชื้นในคอนกรีต ให้คงที่อยู่นี้เราเรียกว่า การบ่มคอนกรีต (curing concrete) ปัจจุบันนี้ การบ่มคอนกรีตมักไม่ค่อยได้ทำกัน เพราะซีเมนต์ที่ใช้ผสมคอนกรีต เป็นซีเมนต์ชนิดคายความร้อนต่ำ
หัวข้อก่อนหน้า หัวข้อถัดไป