เคยสงสัยกันหรือไม่ว่าสะพาน ท่าเรือที่อยู่ใกล้ทะเล ถ้าอยู่ในน้ำแบบนี้จะก่อสร้างอย่างไร? วันนี้จระเข้จะพาทุกคนไปพูดคุยกับ ศ.ดร.อมร พิมานมาศ นายกสมาคมวิศวกรโครงสร้างแห่งประเทศไทย เรื่องการก่อสร้างโครงสร้างสาธารณูปโภคในน้ำหรือในทะเล ว่ามีปัจจัยไหนที่ต้องให้ความสำคัญ แล้วจะมีตัวช่วยอะไรที่ทำให้โครงสร้างเหล่านี้แข็งแกร่ง ปลอดภัยต่อการใช้งานได้อย่างยาวนาน
ยาวไปอยากเลือกอ่านการก่อสร้างฐานรากของโครงสร้างสาธารณูปโภคที่อยู่ใต้น้ำหรือในทะเล ควรให้ความสำคัญด้านใดบ้าง?
ภาพ: สะพานขนาดใหญ่
“ปัจจัยที่ต้องให้ความสำคัญในเชิงพื้นฐานวิศวกรรมก็คือ กำลังอัด (Strength) ความสามารถในการเทคอนกรีตเข้าไปในแบบ ความคงทน ความทึบน้ำ การออกแบบตามมาตรฐาน และปริมาณซีเมนต์ที่เหมาะสม”
ปัจจัยที่เราต้องให้ความสำคัญ มีอยู่ประมาณ 6 ปัจจัยด้วยกัน เพราะว่าฐานรากเป็นโครงสร้างสำคัญมาก แล้วก็ยิ่งอยู่ในบรรยากาศของใต้น้ำในทะเล มันก็จะมีสิ่งแวดล้อมที่อาจจะทำให้เกิดการกร่อนได้ ตัวอย่างเช่น พวกเกลือคลอไรด์ แล้วพวกสารซัลเฟต (Sulfate) แล้วก็ยังมีความชื้น เพราะฉะนั้นเพื่อที่จะทำให้โครงสร้างเรามีความแข็งแรง และอยู่ได้นาน ๆ ก็จะมีปัจจัยอยู่ 6 ปัจจัย ได้แก่
ปัจจัยแรกก็คือ การรับแรงอัดเรื่องของกำลังรับน้ำหนักของตัวคอนกรีตที่ทำฐานราก จะต้องมีค่า Compressive Strength หรือทางวิศวกรรมเราเรียกว่าค่ากำลังอัดของคอนกรีตจะต้องมีค่าที่สูงเพียงพอ
ภาพ: การวัดค่าการไหลตัวของคอนกรีต
ปัจจัยที่ 2 ก็คือ คอนกรีตต้องเทเข้าแบบได้ เนื่องจากคอนกรีตเหลวจะต้องเทเข้าแบบ ภายในแบบก็จะมีเหล็กเสริมที่มาขวางทาง ดังนั้นคอนกรีตจึงต้องมีความสามารถในการเทลงไปในแบบโดยไม่แยกตัว ซึ่งความสามารถนี้จะเรียกว่าค่า Slump หรือค่าการยุบตัวของคอนกรีต ซึ่งไม่ควรต่ำกว่า 12 ซม.
ถ้าคอนกรีตแห้งเกินไป ก็จะไหลเข้าแบบได้ยาก หรือถ้าหากว่ามีน้ำมากเกินไป ก็จะเกิดการแยกตัวกันระหว่างหิน ทราย ปูนและน้ำ จะทำให้คอนกรีตไม่เป็นเนื้อเดียวกัน
ภาพ: คอนกรีตริมทะเลที่ถูกกัดกร่อน
ปัจจัยที่ 3 ตัวฐานรากจะต้องคงทน ก็คือไม่ได้รับความเสียหายจากการกัดกร่อน ไม่ว่าจากเกลือคลอไรด์ หรือสารซัลเฟต ที่สำคัญมากเพราะว่าบรรยากาศริมทะเล เป็นบรรยากาศที่มีสภาวะการกัดกร่อนสูง
ปัจจัยที่ 4 คือเรื่องความทึบน้ำ จริง ๆ แล้วเนื้อคอนกรีต มีสภาพเป็นรูพรุนคล้ายฟองน้ำ ซึ่งก็ทำให้สารเคมีและความชื้น สามารถแพร่เข้าไปในเนื้อคอนกรีตได้ คอนกรีตที่ดีจึงควรทึบน้ำ มีความแน่น และไม่เป็นรูพรุนมาก เพื่อป้องกันการเกิดสนิมในเหล็กเสริม รวมทั้งต้องมีระยะหุ้มเหล็กไม่ต่ำกว่า 50 มม. หรือ 5 ซม. เพื่อป้องกันไม่ให้ความชื้นต่างๆ เข้าไปสู่ผิวเหล็กเสริมที่อยุ่ด้านในได้
ภาพ: การผสมปูนซีเมนต์
ปัจจัยที่ 5 ก็คือ จะต้องออกแบบให้ได้ตามมาตรฐานการออกแบบคอนกรีต เช่น ACI Code (American Concrete Institute: ACI) ซึ่งในมาตรฐาน ACI 318 เป็นเรื่องการออกแบบอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก มีการกำหนดไว้เลยว่าสำหรับโครงสร้างใกล้ชายฝั่ง จะมีขั้นตอนต่าง ๆ ในการออกแบบ เพราะฉะนั้นผู้ออกแบบจะต้องออกแบบให้ได้ตามมาตรฐานนี้
สุดท้ายปัจจัยที่ 6 ก็คือปริมาณปูนซีเมนต์ เรียกว่าซีเมนต์คอนเทนต์ (Cement Content) คือ ปริมาณซีเมนต์ที่ใส่ลงไป จะต้องมีน้ำหนักไม่ต่ำกว่า 340 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร เพื่อให้คอนกรีตมีกำลังอัดที่เพียงพอและมีสภาพทึบน้ำ
วัสดุหรือสารใดที่จะช่วยยืดอายุการใช้งานของโครงสร้างที่อยู่ใกล้ชายฝั่งหรือฐานราก จากสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ได้บ้าง?
แน่นอนว่าความต้องการของโครงสร้างที่อยู่ใกล้ชายฝั่งหรือฐานรากมีมากกว่าโครงสร้างปกติทั่วไป ด้วยสภาพแวดล้อมที่ได้พูดถึงไปแล้ว ดังนั้นในทางวิศวกรรมก็จะมีงานค้นคว้า งานวิจัย มีการใส่สารในรูปแบบต่าง ๆ เช่น สารผสมเพิ่ม หรือการผลิตปูนซีเมนต์ที่มีความเหมาะสมกับสภาวะแบบนี้
ภาพ: สะพานข้ามแม่น้ำ
จริง ๆ แล้วมีสารหลายรูปแบบที่เพิ่มสมรรถนะของโครงสร้างได้ ทั้งในรูปแบบของสารผสมเพิ่ม หรือปูนซิเมนต์ที่เหมาะสำหรับโครงสร้างริมทะเล อันดับแรกเราจะมาพูดเรื่องปูนซีเมนต์กันก่อน เพราะเป็นสิ่งที่ต้องใช้ทำคอนกรีต
- สารที่ 1 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทที่ 5 จะเป็นปูนซีเมนต์ที่เหมาะกับการใช้งานในบริเวณที่ต้องสัมผัสกับความเป็นกรด ความเป็นด่างสูง เช่น ในทะเล
- สารที่ 2 สารลดน้ำ เพื่อให้เหมาะกับแบบที่มีเหล็กเสริมจำนวนมาก เป็นการผสมสารพิเศษลงไปในคอนกรีต ที่เรียกว่าสารลดน้ำ ปกติเราใช้น้ำเป็นตัวหล่อลื่น แต่ถ้าใส่น้ำเยอะเกินไป คอนกรีตก็จะไม่แข็งแรง จึงมีสารตัวนี้ที่ทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่น โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มน้ำผสมคอนกรีต
สารลดน้ำเหล่านี้จะเรียกว่า Water Reducing Agent หรือบางคนอาจจะเรียกว่า Plasticizer หรือ Superplasticizer จะเป็นสารที่ทำให้คอนกรีตมีสภาวะเป็นพลาสติก ไหลตัวได้ดี เป็นการเพิ่มค่า Slump โดยไม่ลดค่ากำลังอัดคอนกรีต
ภาพ: ตัวอย่างเถ้าลอย
- สารที่ 3 ผลึกคริสตัลไลน์ (Crystalline) เป็นผงเคมีประเภทหนึ่ง ซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับซีเมนต์และน้ำ จะช่วยเติมเต็มรูพรุนที่อยู่ในเนื้อคอนกรีต ทำให้คอนกรีตทึบหรือแน่นขึ้น ซึ่งจะช่วยป้องกันความชื้น หรือสารเคมีต่าง ๆ ไม่ให้รุกล้ำเข้ามาในเนื้อคอนกรีตได้
- สารที่ 4 สารป้องกันการกัดกร่อน หรือ Corrosion Inhibitor โดย Corrosion คือการกัดกร่อน ส่วน Inhibitor ก็คือการยับยั้ง สารนี้ก็จะใช้ผสมเข้าไปในคอนกรีตเพื่อช่วยป้องกันเหล็กเสริมจากการกัดกร่อนได้
- สารที่ 5 สารผสมเพิ่มอื่นๆ เช่น Silica Fume จะช่วยเพิ่มความทึบน้ำ เถ้าลอย (Fly Ash) และผงตะกรัน (Slag) ถ้านำมาทดแทนซีเมนต์ในสัดส่วนที่เหมาะสม จะทำให้เนื้อซีเมนต์ทึบน้ำมากขึ้น
วิธีเสริมความแข็งแรงให้กับฐานรากคอนกรีตทำอย่างไรได้บ้าง?
“การเสริมความแข็งแรงให้คอนกรีตฐานรากประกอบด้วยองค์ประกอบที่สำคัญ 4 ส่วนด้วยกัน ตั้งแต่การออกแบบที่ดี การเลือกวัสดุ การก่อสร้างตามมาตรฐาน และสุดท้ายคือการดูแลรักษา”
ภาพ: การตรวจสอบโครงสร้างคอนกรีตขนาดใหญ่
โครงสร้างรากฐานงานสาธารณูปโภค เป็นงานที่ต้องการการดูแลรักษา หรือตรวจติดตาม (Monitoring) ว่าเหล็กเสริมภายในมีโอกาสเกิดสนิมมากน้อยแค่ไหน ในเชิงวิศวกรรมถ้าใช้ 4 ปัจจัยนี้ ทั้งการออกแบบ วัสดุ วิธีการก่อสร้าง และการบำรุง ตรวจติดตาม ก็จะช่วยเสริมความแข็งแรงให้กับรากฐานคอนกรีตได้
สำหรับการดูแลโครงสร้างใกล้แหล่งน้ำหรือทะเล ต้องให้ความสำคัญกับการก่อสร้างด้วย เพราะถึงแม้ว่าจะออกแบบมาดี เลือกใช้วัสดุที่ดีแล้วก็ตาม การก่อสร้างก็ควรจะมีมาตรฐานด้วย เช่น การบ่มคอนกรีต การทำ Compaction (การบดอัด) ไม่ใช่แค่เทคอนกรีตเฉย ๆ แต่จะต้องมีการจี้ การเขย่า เพื่อให้คอนกรีตเข้าแบบได้อย่างสมบูรณ์
ภาพ: คอนกรีตกัดกร่อนจากสภาพแวดล้อม
แล้วก็การดูแลรักษา จริง ๆแล้ว ถ้าทุกอย่างดีหมด โครงสร้างคอนกรีตถือว่ามีข้อดีก็คือ เป็นโครงสร้างที่ต้องการการดูแลรักษาน้อยอยู่แล้วโดยธรรมชาติ อยู่บนพื้นฐานว่าการออกแบบ วัสดุ และก่อสร้างที่ดี
แต่ถ้าเป็นโครงสร้างใกล้ชายฝั่ง แน่นอนว่ามีความเสี่ยงมากกว่า เพราะว่ามีสภาวะการกัดกร่อนเกิดขึ้น ดังนั้นก็ต้องเพิ่มการดูแลรักษาเข้ามา หลัก ๆ จะการติดตัวเซลล์วัดกระแสไฟฟ้าในเหล็กเสริม ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ว่าเหล็กมีโอกาสเกิดสนิมมากน้อยแค่ไหน
ภาพ: การตรวจสอบโครงสร้าง
งานเกร้าท์ฐานรากคอนกรีตคืออะไร จำเป็นแค่ไหน?
“การเกร้าท์ คือ การนำปูนเกร้าท์ไปอุดหรือเทตรงใต้ฐาน ตรงจุดที่เป็นแผ่นเหล็กรองฐาน เพื่อเป็นการส่งถ่ายแรงระหว่างฐานคอนกรีตกับโครงสร้าง หรือจะเป็นฐานเครื่องจักรก็ได้”
เนื่องจากเครื่องจักรที่ผลิตมาแล้ว นำไปใช้ตามโรงงานอุตสาหกรรม จะไม่สามารถวางไว้บนฐานรากคอนกรีตได้โดยตรง เพราะว่าผิวพื้นผิวที่ไม่เรียบ ทำให้ไม่ได้ระดับ จึงต้องมีการใช้ปูนเกร้าท์เป็นตัวปรับระดับ ทำให้ผิวเรียบเนียน สามารถถ่ายแรงได้อย่างเต็มพื้นที่
ภาพ: งานเกร้าท์โครงสร้าง
ปูนเกร้าท์ที่ใช้เกร้าท์ใต้ฐานรองรับส่วนใหญ่ จะใช้ปูนเกร้าท์เป็นถุงสำเร็จรูป ผสมน้ำ หรืออาจจะผสมทรายแล้วใช้งานได้เลย ช่วยให้ทำงานได้อย่างสะดวก วัตถุประสงค์ในการเกร้าท์ก็เพื่อส่งถ่ายแรง ให้ส่งผ่านจากโครงสร้างเสาเหล็กไปยังฐานรากคอนกรีต หรือจากฐานรองรับเครื่องจักร ไปยังฐานรากคอนกรีต
ตัวปูนเกร้าท์ก็จะไปอุดโพรง ช่องว่าง รอยร้าวต่าง ๆ ทำให้รากฐานแข็งแรง และได้ระดับด้วย ดังนั้นปูนเกร้าท์ที่ดีจึงต้องมีกำลังอัดสูง เพราะต้องรับแรงที่เยอะมากที่จะถ่ายมาจากโครงสร้างด้านบน
ควรเลือกซีเมนต์เกร้าท์งานฐานรากอย่างไรให้ตอบโจทย์? วิธีให้ตอบโจทย์มีอยู่ 7 ข้อ ได้แก่
ภาพ: จระเข้ เอสอาร์ ซี เกร้าท์
- ไหลได้ง่าย เพื่อให้อุดช่องว่างหรือโพรงต่างๆ ได้เต็มแน่น
- เป็นแบบนอนชริงค์ (Non-Shrink) คือ ต้องไม่หดตัว เพราะว่าถ้าหดตัวผิวปูนซีเมนต์จะแยกตัวออกมา ดังนั้นเพื่อไม่ให้สูญเสียผิวสัมผัส ตัวปูนเกร้าท์จึงไม่ควรหดตัว
- พัฒนากำลังได้เร็ว ปูนซีเมนต์ทั่วไปจะต้องใช้เวลา 28 วัน ถึงจะรับแรงได้ แต่ถ้าเป็นปูนเกร้าท์ภายใน 1-2 วัน จะต้องรับแรงได้อย่างเพียงพอ และต้องเป็นค่า Strength ที่สูงด้วย
- ยึดเกาะดี ปูนเกร้าท์จะทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมประสาน จึงควรจะยึดเกาะได้ดี ไม่เกิดการหลุดล่อนได้ง่าย
- กำลังรับแรง ควรรับแรงได้อย่างน้อย 700 กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร
- ไม่แตกร้าว ไม่เยิ้มน้ำ คือส่วนผสมไม่แยกตัวออกจากกัน
- หนาเพียงพอ ถ้าเป็นแผ่นบาง ๆ ก็จะแตกร้าวง่าย ตามมาตรฐาน ACI ที่กำหนดไว้ ตัวเกร้าท์เลเยอร์จะต้องหนาไม่ต่ำกว่า 1 นิ้ว หรือ 25 มม.
ศาสตราจารย์ ดร. อมร พิมานมาศ
- นายกสมาคมวิศวกรโครงสร้างแห่งประเทศไทย
- นายกสมาคมแบบจำลองสารสนเทศอาคารคนแรก
- ศาสตราจารย์ได้รับเงินประจำตำแหน่งสูงขึ้น มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
- กรรมการสภาวิชาการ มหาวิทยาลับเทคโนฯ ราชมงคลพระนคร
- วุฒิวิศวกรโยธา มีผลงานออกแบบอาคาร ทางยกระดับ สะพาน และอื่น ๆ มากกว่า 80 โครงการ
- การศึกษาระดับปริญญาโทและเอก สาขาวิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น
