ส่วนผสมคอนกรีตที่ทำให้ปั๊มได้ง่าย

ในการออกแบบส่วนผสมของคอนกรีตทั่วๆไป เราจะพิจารณาเพียงให้ได้ค่ากำลังอัด ค่ายุบตัวตามต้องการและสามารถทำงานได้เท่านั้น แต่การออกแบบส่วนผสมของคอนกรีตในงานคอนกรีตปั๊มนั้นต้องออกแบบให้สามารถเคลื่อนที่ผ่านท่อปั๊มได้ง่าย โดยมีองค์ประกอบสำคัญที่ต้องพิจารณาถึงดังนี้ คือ

1.หินและทราย จะต้องมีส่วนคละที่ดี ถุกต้องตามมาตรฐาน ASTM C 33

ส่วนคละของหิน

ส่วนคละของทราย

2.ค่ายุบตัวควรอยุ่ระหว่าง 3"-5" หรือ 7.5 - 12.5 เซนติเมตร

3.ควรมีส่วนละเอียด ซึ่งได้แก่ปูนซีเมนต์ และทรายเพียงพอที่จะอุดช่องว่าง โดยปริมาณปูนซีเมนต์ ต้องไม่น้อยกว่า 300 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร

4.ควรมีทรายที่ผ่านตะแกรงมาตรฐาน 50(300u) 10-30% 

5.ขนาดโตสุดของหินไม่ควรเกิน 1/5 ของเส้นผ่าศูนย์กลางของท่อ

6.ต้องใช้มอร์ตาอัตราส่วน ซีเมนต์ : ทราย = 1:2 ปั๊ม เพื่อไปเคลือบท่อก่อนการปั๊มคอนกรีตทุกครั้ง

7.ต้องใส่น้ำยาผสมคอนกรีตประเภทยืดเวลาการแข็งตัวทุกครั้งที่ใช้คอนกรีตปั๊ม

น้ำยาผสมคอนกรีตสำหรับงานคอนกรีตปั๊ม

น้ำยาผสมคอนกรีตสำหรับงานคอนกรีตปั๊ม

น้ำยาผสมคอนกรีตใช้สำหรับงานคอนกรีตปั๊มนี้จะแตกต่างกันไปตามสภาพภูมิอากาศในประเทศไทย น้ำยาผสมคอนกรีตที่เหมาะสำหรับงานคอนกรีตปั๊ม คือ น้ำยาประเภทลดน้ำและยืดเวลาการแข็งตัว ซึ่งน้ำยาประเภทนี้มีประโยชน์ คือ
1.ยึดเวลาการแข็งตัวของคอนกรีต ทำให้สามารถทำงานได้นานกว่า คอนกรีตไม่ใส่น้ำยา และในกรณีที่มีปัญหา ก็มีเวลาแก้ไขก่อนที่คอนกรีตจะแข็งตัวในปั๊มหรือในท่อ
2.ทำให้คอนกรีตลื่น สามารถเคลื่อนที่ไปในท่อได้สะดวก
3.ทำให้คอนกรีตเหลวอยู่เป็นเวลานาน สะดวกในการปั๊ม

นอกจากน้ำยาประเภทลดน้ำ และยืดเวลาการแข็งตัวแล้ว ยังมีน้ำยาที่ช่วยให้ปั๊มคอนกรีตได้ง่าย (PUNPING AIDS) น้ำยาประเภทนี้เมื่อใส่ไปในคอนกรีตจะทำให้คอนกรีตลื่นไหลไปในท่อได้สะดวก ทำให้ปั๊มคอนกรีตได้ง่าย ถึงแม้ว่าคอนกรีตนี้จะใช้ปริมาณปูนซ๊เมนต์ไม่มากนัก แต่น้ำยาประเภทนี้ยังไม่เป็นที่นิยมในปัจจุบันเพราะราคาแพง

อิทธิพลของ มวลรวม ต่อความสามารถในการปั๊ม คอนกรีตผสมเสร็จ

1.ขนาด (size)
ขนาดของมวลรวมมีผลต่อความสามารถในการปั๊มได้ สมมุติว่าหินมีรูปร่างเป็นรูปทรงลูกบาศก์ ขนาด 2x2x2เซนติเมตร จะมีปริมาตร 8 ลูกบาศก์เซนติเมตร และพื้นที่ผิว 6x2 เซนติเมตร x 2 เซนติเมตร = 24 ตารางเซนติเมตร

แต่ถ้าหินก้อนนี้ถูกแบ่งออกเป็น 8 ก้อนเท่าๆ กัน ปริมาตร ยังเท่าเดิมคือ 8 ลูกบาศก์เซนติเมตร แต่พื้นที่ผิวเพิ่มเป็น 8x6x1 เซนติเมตร x1 เซนติเมตร = 48 ตารางเซนติเมตร

จากตัวอย่างพบว่า พื้นที่ผิวจะขึ้นอยู่กับขนาดของมวลรวมแต่ละก้อนและเมื่อพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้นจำเป็นต้องเพิ่มมอร์ตา เพื่อให้คอนกรีตสามารถปั๊มผ่านท่อไปได้

 2.รูปร่าง (SHAPE)
การผลิตคอนกรีตในประเทศไทย ส่วนใหญ่ใช้หินย่อย (CRUSHED ROCK)เป็นมวลรวมหยาบ หินย่อยในแต่ละแหล่งจะมีรูปร่างแตกต่างกัน ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องนำเรื่องนี้มาพิจารณาในการออกแบบส่วนผสมของคอนกรีตด้วย

สมมุติว่าหินมีรูปร่างเป็นทรงลูกบาศก์ ขนาด 2x2x2 เซนติเมตร จะได้ปริมาตร 8 ลูกบาศก์เซนติเมนตร และพื้นที่ผิว 24 ตารางเซนติเมตร แต่ถ้าหินนี้มีรูปร่างยาว (FLAKY , LONGITUDINAL GRAIN) ขนาด 0.5 เซนติเมตร x2 เซนติเมตร x8 เซนติเมตร ปริมาตร 8 ลูกบาศก์เซนติเมตร พื้นที่ผิว = 2x(0.5 เซนติเมตร x2 เซนติเมตร) + 2x(0.5 เซนติเมนตร x8 เซนติเมตร) +2x(2 เซนติเมตร x8 เซนติเมตร) = 42 ตารางเซนติเมตร

จากตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่า พื้นที่ผิว จะขึ้นอยู่กับรูปร่างของหินอย่างมาก

มวลรวมที่มีพื้นผิวหยาบ เป็นเหลี่ยมมุม เช่น หินย่อย จะต้องปรับส่วนผสมให้มีส่วนละเอียดเพิ่มขึ้น เพื่อป้องกันการขัดกันระหว่างมวลรวม
มวลรวมที่มีความพรุน จะดูดซึมน้ำได้เร็ว อาจทำให้ปั๊มติดขัดได้ แนวทางแก้ไขคือ พยายาม ทำให้มวลรวมเปียกชื้นอยู่เสมอ

คุณสมบัติของคอนกรีตที่จะสามารถปั๊มได้

1.ต้องมีความเหลวที่เหมาะสม
-คอนกรีตที่เหมาะสมสำหรับนำไปปั๊ม ควรจะมีค่ายุบตัวอยู่ระหว่าง 7.5-12.50 ซม. หรือ 3-5 นิ้ว
-ถ้าค่ายุบตัวน้อยเกินไปคอนกรีตจะปั๊มยาก และต้องใช้แรงดันสูงมาก ซึ่งจะเกิดผลเสียคือท่อสึกหรอเร็ว และปั๊มเสียได้ง่าย
-ถ้าค่ายุบตัวมากเกินไป คอนกรีตมีแนวโน้มที่เกิดการแยกตัว

ค่ายุบตัวนอกจากจะเป็นตัวชี้ชั้นตันอย่างง่ายว่า คอนกรีตมีความเหลวพอที่จะปั๊มได้หรือไม่แล้ว ยังเป็นตัวบ่งชี้ได้ด้วยว่า คอนกรีตเหมาะที่จะนำไปปั๊มหรือไม่ด้วย กล่าวคือ

เมื่อวัดค่ายุบตัวของคอนกรีตแล้ว คอนกรีตล้มแบบเฉือน สรุปได้ว่า คอนกรีตนี้ส่วนผสมยังไม่เหมาะสม ส่วนละเอียดน้อยเกินไป ควรปรับปรุงส่วนผสมใหม่

การเคลื่อนที่ของคอนกรีตในท่อ สำหรับงานคอนกรีตปั๊ม

ส่วนผสมของคอนกรีตเป็นองค์ประกอบสำคัญ ในการลำเลียงคอนกรีตโดยใช้คอนกรีตปั๊ม

ส่วนผสมของคอนกรีตแบ่งเป็น 2 ส่วนคือ ส่วนที่เป็นของแข็งได้แก่ หิน,ทราย,ซีเมนต์ และส่วนที่เป็นของเหลว คือ น้ำ ซึ่งในส่วนผสมทั้งหมด มาผสมเป็นคอนกรีต เนื้อคอนกรีตจะสามารถปั๊มได้เมื่อส่วนผสมทั้งหมดถูกนำมาผสมกัน ด้วยอัตราส่วนที่พอเหมาะ โดยที่น้ำเป็นตัวส่งผ่านแรงดันไปยังส่วนผสม อื่นๆ

การเครื่องที่ของคอนกรีตในท่อนั้น จะเคลื่อนที่ไปในลักษณะทรงกระบอกหรือที่เรียกว่า PLUG FLOW โดยมีมอร์ตาเป็นตัวหล่อลื่น

การเคลื่อนที่ของคอนกรีตในท่อ

จากรูปคอนกรีตที่เคลื่อนที่ในท่อจะมีแรงอยู่ 3 ส่วนที่มาเกี่ยวข้อง คือ แรง P.D.R

P คือ แรงดันจากปั๊ม

R คือ แรงต้านทานการเคลื่อนที่ของคอนกรีตในท่อ ทั้งในแนวราบ แนวดิ่ง รวมทั้งตามข้อต่อ ข้องอ และส่วนคอดต่างๆ (HEAD OF MATERIAL)

D คือ แรงเสียดทาน (FRICTION) ซึ่งจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ 

-ความเร็ว แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วของคอนกรีตที่เคลื่อนที่ในท่อ

-ขนาดของท่อ แรงเสียดทานในท่อเล็กจะมากกว่าแรงเสียดทานในท่อใหญ่

-ชนิดของท่อ ท่อยางทำให้เกิดแรงเสียดทานกว่าท่อเหล็ก

จากแรงทั้ง 3 นี้ คอนกรีตจะเคลื่อนที่ไปได้ต่อเมื่อ

แรง P มากกว่า R รวมกับแรง D (P>R+D)

การดูรอยแตกร้าวของคอนกรีต ว่าเกิดจากสาเหตุใด

รอยแตกร้าวเป็นของคู่กันกับคอนกรีต เนื่องจากคอนกรีตเป็นวัสดุที่รับแรงดึงได้น้อย รอยแตกส่วนใหญ่ที่เกิดกับคอนกรีตจึงมักมีสาเหตุมาจากแรงดึงเป็นหลัก แต่ก็ไม่ใช่รอยแตกร้าวทุกชนิดจะบ่งชี้ถึงอันตรายของโครงสร้างหรือไความไม่มั่นคงปลอดภัยของอาคารเสมอไป รอยแตกร้าวบางชนิดอาจเกิดเพราะฝีมือการก่อสร้าง ความเสื่อมสภาพหรือเกิดตรงตำแหน่งที่ไม่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างเลยก็เป็นได้ เพื่อให้ชัดเจนจึงควรจำแนกชนิดและสาเหตุของรอยร้าวแต่ละประเภทไว้เพื่อสะดวกในการใช้ตรวจสอบอาคารต่อไป

ประเภทของรอยร้าว..
จำแนกรอยร้าวตามสาเหตุที่เกิดได้เป็น 4 ประเภท ได้แก่
1.รอยร้าวเนื่องจากคุณภาพของวัสดุและฝีมือการทำงานที่ไม่ดี
2.รอยร้าวเกิดจากความเสื่อมสภาพของวัสดุ
3.รอยร้าวเนื่องจากโครงสร้างรับน้ำหนักไม่ได้
4.รอยร้าวเนื่องจากฐานรากทรุดตัว

รูปที่ 1  รอยแตกลายงา รอยร้าวเล็กๆ สั้นๆ ไม่ลงลึก ถึอว่าเป็นตัวบ่งชี้ คุณภาพการก่อสร้าง ไม่ได้บ่งชี้ด้านความมั่นคงแข็งแรงของอาคาร

ลักษณะการแตกของก้อนตัวอย่างคอนกรีต

ลักษณะการชำรุดแตกหักของก้อนตัวอย่างคอนกรีตที่รับแรงอัด มันแตกออกเป็นรูปกรวยคู่ (Shear Failure) โดยมีปลายกรวยอยู่ที่กึ่งกลางของทรงกระบอก โดยเกิดจากการถูกเฉือนในระนาบที่เอียงกับแรงกด อันเนื่องมาจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่าง วัสดุผสมและความเสียดทาน ภายในดังนั้นมุมของการแตกหัก จึงมีค่าเท่ากับ 45 - ∅/2 เมื่อ ∅ เป็นมุมของความเสียดทานภายใน ของคอนกรีตซึ่งมีค่าประมาณ 20 องศา ดังนั้นระนาบของความเสียหายของตัวอย่างคอนกรีตจึง เบี่ยงประมาณ 35 องศา ลักษณะการแตกของก้อนตัวอย่างอาจเป็นการแตกแบบแยกออก (Spliting Failure) หรืออาจเป็นการรวมของลักษณะการแตกของทั้ง 2 แบบ (Combination Shear and Splitting Failure)

การแตกของก้อนตัวอย่างรูปทรงกระบอก

การประเมินผลการทดสอบกำลังอัดและสาเหตุที่กำลังอัดของคอนกรีตไม่เป็นไปตามข้อกำหนด

วัตถุประสงค์หลังของการทดสอบกำลังอัดของตัวอย่างคอนกรีตจากหน่วยงานก่อสร้าง คือ เพื่อประเมินผลและควบคุมให้แน่ใจว่า คอนกรีตที่ผลิตขึ้นมีคุณภาพและกำลังอัดที่สม่ำเสมออยู่ในระดับที่ต้องการแต่เนื่องจากคอนกรีตไม่ใช่มวลที่เกิดจากการผสมของวัตถุจนเป็นเนื้อเดียวกัน ดังนั้นคอนกรีตจึงมีคุณสมบัติที่แตกต่างกับไปในแต่ละรุ่นผสมและแม้แต่รุ่นผสมเดียวกันก็ยังมีคุณสมบัติผันแปรกันออกไป ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ อัตราส่วนผสมการผสม การลำเลียง การเท การบ่ม และตัวอย่างคอนกรีต นอกจากการผันแปรอันเกิดจากลักษณะของคอนกรีตเองแล้ว คุณสมบัติของคอนกรีตยังถูกทำให้เปลี่ยนแปลงออกไปได้เนื่องจากวิธีการทดสอบ เพื่อหาคุณสมบัตินั้นๆ อีกด้วย เช่น การหล่อแท่งตัวอย่าง การดูแล และการทดสอบตัวอย่างคอนกรีต เป็นต้น สรุปแล้วก็คือ ในการทดสอบกำลังอัดของตัวอย่างคอนกรีตจากสนามต้องยอมรับว่า ค่ากำลังอัดที่ได้จากการทดสอบจะมีค่าที่แตกต่างและค่าผันแปรนี้ต้องอยู่ในขอบเขตที่กำหนดไว้ด้วย สำหรับการที่จะกำหนดขอบเขตและควบคุมนั้นสามารถทำได้ด้วยวิธีการทางสถิติพร้อมกันกับความเข้าใจในลักษณะของคอนกรีตและการทดสอบคอนกรีตด้วย

ความผันแปรของกำลังอัดตัวอย่างคอนกรีต
กำลังอัดของตัวอย่างคอนกรีต จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับระดับการควบคุมทั้งวัตถุดิบ ขบวนการผลิตและขบวนการทดสอบ ซึ่งเมื่อสรุปจะได้ว่ากำลังอัดของตัวอย่างคอนกรีต มีค่าผันแปรอันเนื่องจากสาเหตุสำคัญ 2 ประการ คือ
1.การผันแปรเนื่องจากคุณสมบัติของคอนกรีต (ผันแปรในขบวนการผลิต)
2.การผันแปรเนื่องจากการทดสอบ (ผันแปรในขบวนการควบคุมคุณภาพ)

สรุปความผันแปรของกำลังอัด

การทำก้อนตัวอย่างและการทดสอบกำลังอัดคอนกรีต

คอนกรีตที่เหมาะสำหรับงานก่อสร้าง นอกจากมีความเหลวที่จะเทได้แล้ว เมื่อเป็นคอนกรีตที่แข็งตัวแล้วยังต้องสามารถรับกำลังอัดได้ตามต้องการ ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องการเก็บก้อนตัวอย่าง และนำมาทดสอบตามเวลาต่างๆ ที่ได้กำหนดไว้

ก้อนตัวอย่างในงานคอนกรีตที่ใช้ในประเทศไทย มีดังนี้
1.ตัวอย่างรูปลูกบาศก์ขนาด 15x15x15 ซม.
2.ตัวอย่างรูปทรงกระบอกเส้นผ่าศูนย์กลาง 15 ซม. สูง 30ซม.
3.ตัวอย่างรูปคานขาด 15x15x60 ซม.

ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังอัดก้อนตัวอย่างทรงลูกบาศก์และทรงกระบอก

การทดสอบทำโดยการหล่อก้อนตัวอย่างคอนกรีตมาตรฐานแบ่งออกเป็น 2 มาตรฐาน  คือ
1.รูปทรงลูกบาศก์ ตามมาตรฐานอังกฤษ  BS 1881:Part 3 ขนาดที่ใช้คือ 15x15x15 ซม.
2.รูปทรงกระบอก ตามมาตรฐานอเมริกัน ASTM C 192 ขนาดที่ใช้คือ ขนานเส้นผ่าศูนย์กลาง 15 ซม. สูง 30 ซม.

กำลังอัดของคอนกรีตทั้ง 2 รูปทรงนี้ จะให้ค่ากำลังอัดที่แตกต่างกัน ถึงแม้ว่าจะใช้ส่วนผสมของคอนกรีตเดียวกัน โดยกำลังอัดตัวอย่างรูปทรงกระบอกจะมีค่าน้อยกว่ากำลังอัดของตัวอย่างรูปทรงลูกบาศก์ทั้งนี้เนื่องจากองค์ประกอบ

1.แรงเสียดทานระหว่างผิวของก้อนตัวอย่างกับแผ่นรองกดก่อให้เกิด Confining Stress ซึ่งจะมีผลทำให้ค่ากำลังอัดของรูปทรงลูกบาศก์ที่ได้สูงกว่าความเป็นจริง

2.องค์ประกอบเรื่องความชะรูด กล่าวคือเนื่องจากรูปทรงกระบอกมีความสูงมากกว่าด้านกว้างทำให้ผลด้าน Confining Stress ลดลงอย่างมาก

ตามมาตรฐานสำหรับอาคารคอนกรีตเสริมของวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย (มาตรฐาน วสท.) ได้ให้กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกำลังอัดรูปทรงลูกบาศก์กับกำลังอัด รูปทรงกระบอก ดังรูปที่ 9.3