วัสดุที่ใช้ในการซ่อมแซมโครงสร้างคอนกรีต ผิวซีเมนต์ คอนกรีตผสมเสร็จ : วัสดุประเภทที่มีส่วนประกอบของซีเมนต์

วัสดุซ่อมแซมประเภทต่างๆที่ใช้ในการซ่อมแซมหรือเสริมกำลังโครงสร้างคอนกรีตคุณสมบัติทั่วไป ประโยชน์ ข้อจำกัด การใช้งาน และมาตรฐานที่เกี่ยวข้องในวัสดุซ่อมแซมแต่ละประเภทรวมทั้งข้อเสนอแนะในการเลือกใช้วัสดุซ่อมแซมแต่ละประเภทด้วย 

วัสดุประเภทที่มีส่วนประกอบของซีเมนต์ (Cementitious)

     คอนกรีต ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ปูนทราย หรือวัสดุซีเมนต์ประสานอื่นๆที่มีส่วนประกอบคล้ายกับคอนกรีตดั้งเดิมที่จะซ่อมแซม เป็นทางเลือกของวัสดุซ่อมแซมที่ดีที่สุด เพราะมีคุณสมบัติเหมือนกับคอนกรีตดั้งเดิม วัสดุซ่อมใหม่อื่นๆ ที่เลือกใช้ต้องเข้ากันได้กับคอนกรีตเดิมด้วย

     
1. คอนกรีตธรรมดา (Conventional Concrete)

     คอนกรีตธรรมดาทั่วไปที่ประกอบด้วยปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ มวลรวมและน้ำ และสารผสมเพิ่ม
ประเภทต่างๆ เช่น สารกระจายกักฟองอากาศ สารเร่งหรือหน่วงปฏิกิริยาไฮเดรชั่น สารเพิ่มความสามารถในการเทได้ สารลดน้ำ สารเพิ่มกำลังหรือเปลี่ยนคุณสมบัติอื่นๆของคอนกรีต เป็นต้น รวมถึงวัสดุปอซโซลาน เช่น เถ้าลอย หรือซิลิกาฟูม อาจใช้ร่วมกับปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เพื่อความประหยัด หรือเพื่อคุณสมบัติพิเศษบางประการ เช่น ลดความร้อนเริ่มต้นในปฏิกิริยาไฮเดรชั่น เพิ่มกำลังอัด ลดการซึมผ่านของน้ำ หรือเพิ่มความต้านทานต่อปฏิกิริยาระหว่างอัลคาไลกับมวลรวม (Alkaline-Aggregate Reaction: AAR) หรือเพิ่มความต้านทานต่อสารซัลเฟต ส่วนผสมของคอนกรีตที่ดีต้องทำให้เกิดความสามารถในการเทได้สูง มีความหนาแน่น ความแข็งแรง และความทนทานเหมาะแก่ความต้องการใช้งาน เพื่อลดการแตกร้าวเนื่องจากการหดตัว คอนกรีตที่ใช้เป็นวัสดุซ่อมควรมีค่าอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ต่ำเท่าที่จะทำได้ และมีปริมาณมวลรวมหยาบสูงเท่าที่จะทำได้ 

    ประโยชน์

(1) คอนกรีตธรรมดาสามารถหาได้ง่าย ประหยัด และมีคุณสมบัติเหมือนคอนกรีตดั้งเดิมที่จะซ่อมแซม

(2) สามารถผลิต เท ตกแต่งและบ่มได้ง่าย คอนกรีตธรรมดาสามารถเทใต้น้ำได้ง่ายโดยอาศัยวิธีที่เป็นที่รู้จักกันกว้างขวาง แต่ต้องระมัดระวังให้คอนกรีตเป็นเนื้อเดียวกันโดยตลอด วิธีการเทคอนกรีตใต้น้ำที่นิยมใช้ คือ ใช้ท่อเทคอนกรีตใต้น้ำ(Trimie) หรือใช้เครื่องสูบ

    ข้อจำกัด

(1) ไม่ควรใช้คอนกรีตธรรมดาในการซ่อมแซมโครงสร้างคอนกรีตที่เสียหายจากสภาพแวดล้อม ถ้าสภาพแวดล้อมเดิมนั้นยังคงอยู่เพราะจะทำให้คอนกรีตใหม่เสียหายในลักษณะเช่นเดิมอีก

(2) เมื่อใช้คอนกรีตธรรมดาเททับหน้าเพื่อซ่อมแซมคอนกรีตเดิมที่เสียหาย จะเกิดปัญหาการหดตัวที่มากกว่าเมื่อเทียบกับคอนกรีตเดิมที่มีการหดตัวเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ดังนั้นการพิจารณาถึงคุณสมบัติของการหดตัว และการบ่มที่เหมาะสมจึงเป็นเรื่องที่ต้องพิจารณาเป็นพิเศษ

    การใช้งาน

การซ่อมแซมด้วยคอนกรีตธรรมดานิยมใช้ในการซ่อมแซมที่มีความหนามากหรือมีปริมาตรของวัสดุซ่อมสูง ถ้าเป็นกรณีของการเททับหน้าต้องมีความหนามากกว่า 50 มิลลิเมตร คอนกรีตธรรมดานี้เหมาะกับการซ่อมพื้น ผนัง เสา และตอม่อ

    มาตรฐาน

มาตรฐาน มยผ 1201 ถึง มยผ 1212 ASTM C94 ACI 304R ACI 304.1R ACI 304.2R และ ACI 304.6R กล่าวถึงการผลิตคอนกรีตผสมเสร็จ และการขนส่งไปยังผู้ซื้อในสภาพคอนกรีตสดที่ยังไม่แข็งตัว

 
2. ปูนทรายธรรมดา (Conventional Mortar)

       ปูนทรายหรือมอร์ต้าร์เป็ นส่วนผสมของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ มวลรวมละเอียด น้ำและสารผสมเพิ่มอื่นๆ เพื่อลดน้ำและลดการหดตัว

     ประโยชน์

ประโยชน์ของปูนทรายเหมือนกับการใช้คอนกรีต นอกจากนี้ปูนทรายยังสามารถใช้กับหน้าตัดที่บางกว่าได้ และมีการใช้ปูนทรายสำเร็จรูปกันอย่างกว้างขวางซึ่งเหมาะกับการซ่อมโครงสร้างที่มีความเสียหายเล็กน้อย

    ข้อจำกัด

ปูนทรายจะเกิดการหดตัวเมื่อแห้งมากกว่าคอนกรีต เนื่องจากมีสัดส่วนของน้ำต่อปริมาณซีเมนต์และอัตราส่วนของซีเมนต์เพสต์ต่อมวลรวมสูงกว่าคอนกรีต รวมถึงการไม่มีมวลรวมหยาบด้วย

   การใช้งาน

ปูนทรายสามารถใช้ได้ดีเมื่อต้องการซ่อมแซมหน้าตัดที่บางๆ (ความหนาอยู่ในช่วงประมาณ 10 ถึง 50 มิลลิเมตร) การใช้ซ่อมผิวจราจรซึ่งมีแรงกระทำเป็นวัฏจักร(Cyclic Loading) จำเป็นต้องมีการพิจารณาเป็นพิเศษ และต้องมีการทดสอบภายใต้สภาพการใช้งานจริงเพื่อยืนยันประสิทธิภาพของวัสดุและการติดตั้ง

    มาตรฐาน

มาตรฐาน มยผ. 1201 ถึง มยผ. 1212 และ ASTM C387 ได้กล่าวถึงผลิตภัณฑ์คุณสมบัติ การบรรจุและการทดสอบวัสดุผสมคอนกรีตและปูนทราย นอกจากนี้ควรให้ความสนใจคุณสมบัติอื่นๆ ที่ไม่ได้กล่าวถึง เช่น การหดตัว และความทนทานเป็นพิเศษด้วย

3. ปูนทรายสูตรพิเศษ (Proprietary Repair Mortar)

     ปูนทรายสูตรพิเศษคือปูนทรายสำเร็จรูปที่เป็นส่วนผสมของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์หรือปูนซีเมนต์พิเศษอื่นๆ สารผสมเพิ่ม สารลดน้ำ สารเพิ่มการขยายตัว สารทำให้แน่นตัว สารเร่งพอลิเมอร์ หรือมวลรวมละเอียด

     ประโยชน์

ความสะดวกในการใช้ที่หน้างาน และมีผลิตภัณฑ์ให้เลือกใช้ได้หลายประเภทซึ่งเหมาะกับลักษณะทางกายภาพหรือลักษณะทางกลที่ต้องการของแต่ละงาน เช่น การซ่อมแซมพื้นผิวในแนวดิ่งและเหนือหัวของโครงสร้างที่มีความหนาปานกลาง โดยไม่ต้องใช้ไม้แบบ ซึ่งต้องการเวลาในการก่อตัวและการบ่มที่น้อยกว่าปกติ เป็นต้น

     ข้อจำกัด

ปูนทรายสูตรพิเศษมีคุณสมบัติทางกลที่แตกต่างกันมากกว่าคอนกรีต เพราะอาจผสมด้วยปริมาณปูนซีเมนต์ที่สูงกว่าและสารปรับคุณสมบัติอื่นๆ จึงทำให้หดตัวมากกว่าคอนกรีตธรรมดาทั่วไป การใช้งานปูนทรายสูตรพิเศษต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดของผู้ผลิตอย่างเคร่งครัด

     การใช้งาน

ปูนทรายพิเศษบางสูตรสามารถใช้ซ่อมกับความหนาตั้งแต่ 3 มิลลิเมตรขึ้นไป(ACI 546R-04) การใช้ซ่อมผิวจราจรซึ่งมีแรงกระทำเป็นวัฏจักรจำเป็นต้องมีการพิจารณาเป็นพิเศษ และต้องมีการทดสอบภายใต้สภาพการใช้งานจริงเพื่อยืนยันประสิทธิภาพของวัสดุและการติดตั้ง

     มาตรฐาน

มาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับปูนทรายสูตรพิเศษคือมาตรฐาน ASTM C928

4. คอนกรีตเสริมเส้นใย (Fiber-Reinforced Concrete)

      โดยทั่วไปแล้ว คอนกรีตเสริมเส้นใยจะใช้เส้นใยโลหะหรือเส้นใยพอลิเมอร์เพื่อต้านทานการหดตัวแบบพลาสติก (Plastic Shrinkage) และการหดตัวเมื่อแห้ง (Drying Shrinkage) และการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการแตกร้าว โดยส่วนใหญ่การเสริมเส้นใยจะไม่ใช้เพื่อเสริมกำลังให้คอนกรีต เส้นใยที่ใช้อาจเป็นเส้นใยเหล็ก เส้นใยแก้ว เส้นใยสังเคราะห์ หรือเส้นใยธรรมชาติคอนกรีตเสริมเส้นใยสามารถใช้ในการซ่อมทั้งโดยวิธีเทคอนกรีตปกติ และวิธีดาดคอนกรีตข้อมูลเกี่ยวกับการดาดคอนกรีตอ้างอิงได้ตามเอกสาร ACI 544.3R ACI 544.4R และACI 506.1R

    ประโยชน์

การผสมเส้นใยเข้าไปในคอนกรีตระหว่างกระบวนการผลิตและอยู่ในคอนกรีตในระหว่างที่เท สามารถใช้เพื่อเสริมกำลังในชั้นที่บางมากๆ ในขณะที่เหล็กเสริมทั่วไปไม่สามารถใช้ได้ การใช้เส้นใยจะเพิ่มความทนทานและลดการหดตัวแบบพลาสติกในวัสดุซ่อมแซมได้

    ข้อจำกัด

การเพิ่มเส้นใยในคอนกรีตจะเป็นการเพิ่มความหนืด ทำให้เกิดปัญหาในการเทสำหรับผู้ไม่มีประสบการณ์ นอกจากนี้อาจมีปัญหาสนิมเหล็กเกิดขึ้นบนพื้นผิวในกรณีที่ใช้คอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็ก การใช้งานคอนกรีตเสริมเส้นใยต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดของผู้ผลิตอย่างเคร่งครัด

    การใช้งาน

คอนกรีตเสริมเส้นใยสามารถใช้ในงานพื้นคอนกรีต คอนกรีตทับหน้า งานเสถียรภาพเชิงลาด และการเสริมกำลังของโครงสร้าง เช่น คานโค้ง และหลังคาโค้งนอกจากนี้โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กสามารถซ่อมแซมด้วยการดาดโดยคอนกรีตเสริมเส้นใย การพิจารณาเลือกวัสดุให้อยู่ในดุลยพินิจของวิศวกร

    มาตรฐาน

มาตรฐาน ASTM C1116 อธิบายถึงคุณสมบัติของวัสดุ การผสม การขนส่ง และการทดสอบคอนกรีตเสริมเส้นใยและคอนกรีตดาด

 
5. คอนกรีตชดเชยการหดตัว (Shrinkage Compensating Concrete)

       คอนกรีตชดเชยการหดตัว คือ คอนกรีตที่ใช้ปูนซีเมนต์ที่มีการขยายตัวเพื่อช่วยชดเชยการหดตัวของคอนกรีตเมื่อแห้ง วัสดุและวิธีการพื้นฐานคล้ายคลึงกับที่ใช้ในการผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สำหรับคอนกรีตคุณภาพสูง

    ประโยชน์

การขยายตัวของคอนกรีตชดเชยการหดตัวจะจำกัดโดยเหล็กเสริมคอนกรีต หรือ การยึดรั้งจากภายนอก ผลจากการหดตัวเมื่อแห้งอาจทำให้หน่วยการขยายตัวลดลงด้วยอย่างไรก็ดีการขยายตัวที่เหลืออยู่ของคอนกรีตชนิดนี้จะช่วยลดการแตกร้าวจากการหดตัวของคอนกรีตได้

    ข้อจำกัด

(1) วัสดุ สัดส่วนการผสม การเทและการบ่ม ควรทำให้เกิดการขยายตัว และหน่วยแรงอัดที่พอเพียงเพื่อชดเชยการหดตัวที่จะเกิดขึ้น ในเอกสาร ACI 223 ได้กล่าวถึงเกณฑ์และวิธีปฏิบัติที่จำเป็นเพื่อทำให้เกิดการขยายตัวขึ้นในเวลาและขนาดที่ต้องการ การบ่มที่อุณหภูมิต่ำอาจทำให้การขยายตัวลดลงได้

(2) คอนกรีตชดเชยการหดตัว อาจไม่เหมาะในการเททับหน้าคอนกรีตปอร์ตแลนด์ธรรมดาเดิม เพราะจะเกิดการยึดรั้งที่ผิวมากเกินไป แรงที่เกิดจากการขยายตัวอาจสามารถดันผนังหรือทำลายแบบหล่อที่ล้อมรอบบริเวณที่เทได้

     การใช้งาน

เหมาะที่จะใช้ซ่อมผิวพื้น ทางเท้า หรือโครงสร้างคอนกรีต เพื่อลดรอยร้าวจากการหดตัว โดยทั่วไปใช้ในงานซ่อมแซมที่มีพื้นที่จำกัดซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าการใช้ซีเมนต์เกร้าท์ชนิดไม่หดตัว

     มาตรฐาน

(1) มาตรฐาน ASTM C845 ได้กล่าวถึงคุณสมบัติของปูนซีเมนต์ไฮดรอลิกส์ขยายตัว(Expansive Hydraulic Cement) และข้อจำกัดรวมถึงกำลัง ระยะเวลาก่อตัว และการขยายตัวของปูนซีเมนต์ด้วย

(2) มาตรฐาน ASTM C806 กล่าวถึงคุณสมบัติการขยายตัวของมอร์ต้าร์

(3) มาตรฐาน ASTM C878 กล่าวถึงคุณสมบัติการขยายตัวของคอนกรีต

 
6. ซีเมนต์เกร้าท์ชนิดไม่หดตัว (Nonshrink Cement Grout)

        ซีเมนต์เกร้าท์ชนิดไม่หดตัว เป็นส่วนผสมของปูนซีเมนต์ไฮดรอลิกส์ มวลรวมละเอียด และสารผสมเพิ่ม ซึ่งเมื่อผสมกับน้ำแล้ว จะได้เป็นสารละลายที่มีความเป็นพลาสติก ไหลได้ดีหรือมีความข้นเหลวคงที่ ซึ่งส่วนผสมจะไม่แยกตัว สารผสมเพิ่มที่ใช้ผสมในน้ำยาอัดฉีดอาจจะเป็นสารเร่งหรือหน่วงการก่อตัว สารลดการหดตัว สารเพิ่มความสามารถในการใช้เครื่องสูบหรือสารเพิ่มความสามารถในการเทได้ หรือสารเพิ่มความทนทานในบางกรณีอาจใช้เถ้าลอยเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในกรณีที่ต้องมีการอัดฉีดซีเมนต์เกราท์ชนิดไม่หดตัวเป็นปริมาณมาก(นอกจากนี้ก็อาจจะใช้ซิลิกาฟูมเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อสารเคมี เพิ่มความหนาแน่น เพิ่มความทนทาน เพิ่มกำลัง และลดความสามารถ)ในการดูดซึมได้

    ประโยชน์

ซีเมนต์เกร้าท์ชนิดไม่หดตัว มีความประหยัด ใช้งานง่าย และเข้ากันได้ดีกับคอนกรีตสารผสมเพิ่มสามารถปรับปรุงซีเมนต์เกร้าท์ให้ได้คุณภาพตามลักษณะของงานที่ต้องการ

    ข้อจำกัด

ซีเมนต์เกร้าท์ชนิดไม่หดตัวสามารถใช้ซ่อมโดยการอัดฉีดเท่านั้น และใช้ได้ในที่มีความกว้างพอที่จะรองรับอนุภาคของแข็งที่ผสมอยู่ในน้ำปูน โดยทั่วไปใช้กับรอยร้าวขนาดตั้งแต่ 3 มิลลิเมตรขึ้นไป (ACI 546R-04) หรือให้ขึ้นกับดุลยพินิจของวิศวกร

    การใช้งาน

การใช้งานโดยทั่วไปของซีเมนต์เกร้าท์ชนิดไม่หดตัว สามารถใช้เป็นสารเพิ่มความยึดเหนี่ยวระหว่างคอนกรีตเก่ากับคอนกรีตใหม่ หรือเพื่อประสานรอยร้าวที่มีขนาดกว้างไปจนถึงการเติมช่องว่างภายนอกหรือภายใต้โครงสร้างคอนกรีต ซีเมนต์เกร้าท์ชนิดไม่หดตัวสามารถใช้ซ่อมรอยกะเทาะหรือรูพรุนแบบรวงผึ้งของคอนกรีต หรือใช้เพื่อติดตั้งสมอยึดในคอนกรีตที่แข็งตัวแล้ว

    มาตรฐาน

ASTM C1107 กล่าวถึงซีเมนต์เกร้าท์ชนิดไม่หดตัวซึ่งแบ่งออกเป็น 3 ชั้นคุณภาพสามารถใช้กับบริเวณที่รับแรงกระทำ และไม่ต้องการให้เกิดการหดตัวในขณะที่ติดตั้ง เช่น เพื่อรองรับโครงสร้างหรือเครื่องจักร เป็นต้น

    
7. ซีเมนต์ก่อตัวเร็ว (Rapid-Setting Cement)

       ซีเมนต์ก่อตัวเร็ว คือ ปูนซีเมนต์ที่มีระยะเวลาก่อตัวสั้น ซีเมนต์ก่อตัวเร็วบางประเภทสามารถพัฒนากำลังอัดได้เร็วถึง 17 เมกาปาสกาล (170 กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร) ภายใน 3 ชั่วโมง ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทที่ 3 เป็นตัวอย่างซีเมนต์ก่อตัวเร็วที่นิยมใช้ในการซ่อมแซมคอนกรีตที่เสียหายทั้งหน้าตัดมากกว่าวัสดุอื่น

    ประโยชน์

ซีเมนต์ก่อตัวเร็วให้กำลังสูงได้ในเวลาสั้น ทำให้โครงสร้างที่ได้รับการซ่อมแซมกลับมาใช้งานได้ใหม่อย่างรวดเร็ว

    ข้อจำกัด

โดยส่วนใหญ่แล้วซีเมนต์ก่อตัวเร็วมีความทนทานเหมือนคอนกรีต แต่มีบางประเภทที่มีส่วนผสมซึ่งไม่เหมาะกับสภาพแวดล้อมบางลักษณะ ซีเมนต์ก่อตัวเร็วบางประเภทมีปริมาณอัลคาไลน์หรืออลูมิเนทสูงกว่าปกติเพื่อให้ขยายตัวขณะก่อตัวการใช้ซีเมนต์ก่อตัวเร็วประเภทนี้ต้องหลีกเลี่ยงสารซัลเฟต และห้ามใช้กับมวลรวมที่ทำปฏิกิริยาได้ง่ายกับอัลคาไลน์

    การใช้งาน

ซีเมนต์ก่อตัวเร็วมีประโยชน์อย่างยิ่งต่องานที่ต้องการให้โครงสร้างที่ซ่อมแซมกลับมารับน้ำหนักได้อย่างรวดเร็ว

     มาตรฐาน

มาตรฐาน ASTM C928 กล่าวถึงวัสดุปูนทรายหรือคอนกรีตที่ใช้ในการซ่อมแซมทางเท้าหรือโครงสร้างคอนกรีตอย่างรวดเร็ว