การพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์สำหรับออกแบบส่วนผสมของคอนกรีตสมรรถนะสูง

Abstract

การพัฒนาคอนกรีตสมรรถนะสูงเป็นไปอย่างต่อเนื่อง ทั้งทางเทคนิคเกี่ยวกับการออกแบบส่วนผสมและคุณสมบัติพื้นฐานต่างๆ และการประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรม จนสามารถกำหนดคุณสมบัติหลักได้คือ ในสภาวะเหลวจะต้องมีค่ายุบตัวสูงกว่า 20 ซม. และการไหลตัวเกินกว่า 50 ซม. และในสภาวะแข็งตัวมีกำลังอัดที่ 28 วันเกินกว่า 600 กก./ตร.ซม. โดยที่กำลังอัด 24 ชม. สูงกว่า 50% ของที่ 28 วัน อีกทั้งจะต้องมีเสถียรภาพเชิงมิติและมีความทนทานสูง ในงานวิจัยนี้การออกแบบส่วนผสมใช้หลักการจัดขนาดคละของมวลรวม ควบคู่กับการปรับปรุงคุณสมบัติในสภาวะเหลวด้วยสารเคมีผสมเพิ่ม โดยมีขั้นตอนการออกแบบที่เป็นระบบซึ่งจะสามารถประกันคุณบัติ ของคอนกรีตได้ตามสภาพวัสดุมวลรวมในท้องตลาด ด้วยกรรมวิธีการผลิตตามปกติ และให้รองรับกับสภาวะการใช้งานที่แตกต่างกัน 3 ประเภท คือ คอนกรีตไหล คอนกรีตกำลังสูง และคอนกรีตหลา ขั้นตอนการออกแบบส่วนผสมเริ่มจาก การตรวจสอบคุณสมบัติของวัสดุผสมในกรอบของการผลิตคอนกรีตสมรรถนะสูง แล้วหาสัดส่วนคละของมวลรวมโดยวิธีการทางคณิตศาสตร์ นำไปสู่การหาปริมาณซีเมนต์ และสัดส่วนน้ำต่อซีเมนต์ ให้สอดคล้องกับกำลังอัดและข้อกำหนดด้านความทนทาน จากนั้นจะมีการตรวจสอบความสามารถเทได้จากค่ายุบตัวเริ่มต้น ตามหลักการน้ำอิสระ แล้วปรับแต่งคุณสมบัติในสภาวะเหลว ด้วยสารลดน้ำพิเศษจนเป็นที่พอใจ การศึกษาในงานวิจัยมุ่งเน้นการพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ในการออกแบบส่วนผสมสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม โดยครอบคลุมขบวนการหลักในการควบคุมคุณสมบัติเด่น ของคอนกรีตสมรรถนะสูงที่เกี่ยวกับการไหลของคอนกรีตไหล กำลังของคอนกรีตกำลังสูง และอุณหภูมิในคอนกรีตหลา จากแบบจำลองคณิตศาสตร์ซึ่งได้ผ่านการทดสอบ และการตรวจเทียบกับหลายการวิจัยมาก่อนนี้ การออกแบบส่วนผสมของคอนกรีตสมรรถนะสูง โดยโปรแกรมที่พัฒนาขึ้นนี้สามารถประกันคุณสมบัติของคอนกรีต ให้เป็นไปตามเจตนารมภ์ของผู้ออกแบบที่สอดคล้องกับข้อกำหนดของสภาวะเหลว และสภาวะแข็งตัวได้ ผลของการศึกษาพบว่า การออกแบบคอนกรีตไหล ซึ่งแยกออกเป็น 2 กลุ่ม คือ คอนกรีตไหลมาก มีค่ายุบตัว 20-25 ซม. และการไหล 55-65 ซม. ซึ่งอาจใช้การจี้เขย่าเพียงเล็กน้อยในการเท และคอนกรีตไหลมากพิเศษ ที่มีค่ายุบตัวเกินกว่า 25 ซม. และการไหลเกินกว่า 65 ซม. ซึ่งสามารถไหลและปรับระดับได้เองโดยปราศจากการจี้เขย่า ทั้งนี้อาจพิจารณากำลังอัดที่เกินกว่า 200 กก/ตาราง ซม และอาจใช้เถ้าลอยแทนที่ซีเมนต์เพื่อลดการยึดเกาะระหว่างมวล เพิ่มความไหลลื่น และลดการเยิ้มของคอนกรีต ด้วยปริมาณ 15-35% โดยน้ำหนักของซีเมนต์ และปริมาณเพทสต์ที่ใช้ไม่น้อยกว่า 325 ลิตร/ลบม. ของคอนกรีต การออกแบบคอนกรีตกำลังสูงซึ่งมีกำลังอัด 600-850 กก./ตาราง ซม. สามารถควบคุมด้วยสัดส่วนน้ำต่อซีเมนต์ 0.23-0.34 ปริมาณซีเมนต์ที่ไม่เกิน 550 กก./ลบ.ม. และปริมาณน้ำอิสระให้เหลือน้อยที่สุด การประกันกำลังอัดที่ 24 ซม. เกินกว่า 50% ของกำลังที่ 28 วัน สามารถใช้หลักการ Maturity เพื่อควบคุมปริมาณซีเมนต์ และอุณหภูมิการบ่มการใช้ซิลิก้าฟูมสามารถเพิ่มกำลังอัดให้สูงขึ้นแต่จะทำให้ความสามารถเทได้ลดลง ปริมาณที่เหมาะสมไม่ควรเกิน 15% ของปริมาณการออกแบบคอนกรีตหลาซึ่งอุณหภูมิเพิ่มจะมีผลต่อนสมรรถนะทั้งในระยะสั้นและระยะยาว จากการศึกษาพบว่าอุณหภูมิที่เพิ่มได้รับอิทธิพลจากปริมาณซีเมนต์ องค์ประกอบทางเคมี คือ ไตรแคลเซียมซิลิเกต และไตรแคลเซียมอลูมิเนต ที่มีผลในช่วงแรก ซึ่งตรวจสอบได้ด้วยการทดสอบคอนกรีตแบบกักกันความร้อน สามารถหาสาเหตุสู่การควบคุมความร้อนทำได้โดนใช้เถ้าลอยแทนที่ซีเมนต์ในปริมาณ 15-35% เพื่อให้การไหลและกำลังอัดยังเป็นไปตามกำหนด แต่สามารถควบคุมความร้อนให้อยู่ในพิกัดของมิติของโครงสร้างและอัตราการเทคอนกรีต ทั้งนี้พบว่าการปรับแก้ส่วนผสมจากสมการกำเนิดความร้อนของของกรีตจากการทดสอบแบบกักกันความร้อนด้วยตัวคูณเท่ากับ 1.7 จะให้ผลการกระจายอุณหภูมิใกล้เคียงกับสภาวะในโครงสร้างจริง