ผลกระทบของขี้เถ้าลอยในปฏิกิริยาปอซโซลานิก ที่มีผลต่อกำลังอัดของคอนกรีตสมรรถนะสูง

Abstract

ปฏิกิริยาเคมีระหว่างซีเมนต์กับน้ำซึ่งเรียกกันว่าปฏิกิริยาไฮโดรชั่นจะให้ผลผลิตคือแคลเซี่ยมซิลิเกตไฮเดรด (CSH) และแคลเซี่ยมไฮดรอกไซด์ (Ca(OH2) และเมื่อมีขี้เถ้าลอยในส่วนผสมของซีเมนต์ สารเคมีในขี้เถ้าลอยจะทำปฏิกิริยากับแคลเซี่ยมไฮดรอกไซด์ที่เหลือจากปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ได้แคลเซี่ยมซิลิเกตไฮเดรตมากขึ้นเรียกว่า ปฏิกิริยาปอช-โซลานิก ซึ่งแคลเซี่ยมซิลิเกตไฮเดรตที่เกิดขึ้นทั้งหมดจะทำหน้าที่เป็นตัวยึดประสานเนื้อคอนกรีต ส่งผลให้กำลังอัดของคอนกรีตสูงขึ้น ในงานวิจัยนี้ได้ทำการทดสอบหาปริมาณแคลเซี่ยมไฮดรอกไซด์ที่เกิดขึ้นตามอายุของปฏิกิริยาทางเคมีโดยใช้เครื่องวิเคราะห์ด้วยการวัดความร้อนภายใต้แรงศูนย์ถ่วง, Thermogravimetry Analysis (TGA) แล้วนำมาคำนวณหาปริมาณแคลเซี่ยมซิลิเกตไฮเดรต ซึ่งคำนวณจากมวลโมเลกุลของสมการคมี เพื่ออธิบายผลกระทบของขี้เถ้าลอยต่อกำลังและพฤติกรรมทางกายภาพ ทั้งนี้จะเปรียบเทียบกับปฏิกิริยาทางเคมีของซีเมนต์เพสธรรมดา ในการทดสอบหาแคลเซียมไฮดรอกไซด์โดยใช้วิธี TGA จะต้องเผาซีเมนต์เพสที่อุณหภูมิประมาณ 450-600°C ให้แคลเซี่ยมไฮดรอกไซด์สลายตัวจนน้ำหนักหายไปจึงสามารถตรวจวัดในส่วนนี้ได้ การวิจัยนี้จะศึกษาอัตราการเกิดแคลเซี่ยมไฮดรอกไซด์และนำไปคำนวณหาปริมาณแคลเซี่ยมซิลิเกตไฮเดรตโดยใช้การทดแทนซีเมนต์ด้วยขี้เถ้าลอยปริมาณ 15-35% ด้วยส่วนผสมของคอนกรีตที่มีปริมาณซีเมนต์ 500 กก./บล.ม. และศึกษาคุณสมบัติของคอนกรีตสดและคอนกรีตที่แข็งตัวแล้วตามอายุ ผลการทดสอบพบว่าในซีเมนต์เพส แคลเซี่ยมไฮดรอกไซด์จะเพิ่มขึ้นตามอายุจากปฏิกิริยาไฮเดรชั่นแต่เมื่อผสมขี้เถ้าลอย แคลเซี่ยมไฮดรอกไซด์จะลดลงเนื่องจากปฏิกิริยาปอซโซลานิกจากขี้เถ้าลอยโดยน้ำหนักจะลดลงประมาณ 0.6-0.8% ที่อายุ 28 วันและประมาณ 1.38-1.56% ที่อายุ 56 วัน ชี้ให้เห็นว่าปฏิกิริยาปอซโซลานิกจะเกิดเพิ่มขึ้นตามเวลาและปริมาณแคลเซี่ยมไฮดรอกไซด์ในซีเมนต์เพสผสมขี้เถ้าลอยจะลดลงต่ำกว่าในซีเมนต์เพสธรรมดาที่อายุประมาณ 2 สัปดาห์และเมื่อเพิ่มขี้เถ้าลอยปริมาณแคลเซี่ยมไฮดรอกไซด์จะลดลงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณขี้เถ้าลอยในส่วนผสมแคลเซี่ยมซิลิเกตไฮเดรตในซีเมนต์เพสผสมขี้เถ้าลอยจะมีปริมาณมากกว่าในซีเมนต์เพสธรรมดาประมาณ 5% ที่อายุ 28 วันและประมาณ 10% ที่อายุ 56 วันแสดงว่าปฏิกิริยาปอซโซลานิกเกิดขึ้นตามเวลาส่งผลให้คอนกรีตผสมขี้เถ้าลอยมีการพัฒนากำลังอัดในระยะยาวและกำลังอัดจะขึ้นอยู่กับปริมาณแคลเซี่ยมซิลิเกตไฮเดรตในส่วนผสมซึ่งกำลังอัดจะลดลงในอัตราเดียวกันกับแคลเซี่ยมซิลิเกตไฮเดรตจากผลการศึกษาพบว่ากำลังของคอนกรีตจะลดลงประมาณ 10% จากการแทนที่ด้วยขี้เถ้าลอยทุกๆ 10% การผสมขี้เถ้าลอยในซีเมนต์สามารถปรับปรุงความสามารถในการทำงานได้ของคอนกรีตสดโดยค่ายุบตัวจะแปรผันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณขี้เถ้าลอยในส่วนผสมนั่นคือค่ายุบตัวจะเพิ่มขึ้นประมาณ 10% ด้วยขี้เถ้าลอยปริมาณขี้เถ้าลอยที่เหมาะสมหากพิจารณาด้านความอยู่ตัวมีค่าเท่ากับ 25% และหากพิจารณาด้านกำลังอัดปริมาณขี้เถ้าลอยที่เหมาะสมมีค้าเท่ากับ 15% และหากพิจารณาด้านความสามารถทำงานได้ปริมาณขี้เถ้าลอยที่เหมาะสมมีค่าเท่ากับ 35% ค่าโมดุลัสความยืดหยุ่นของคอนกรีตผสมขี้เถ้าลอยจะมีค่าสูงกว่าคอนกรีตธรรมดาและจะมีค่ามากกว่า ACI Comittee 363 ประมาณ 35-40% และมอร์ต้าผสมขี้เถ้าลอยจะมีการหดตัวมากกว่ามอร์ต้าธรรมดาประมาณ 2-10%