คลังความรู้ แบบฟอร์มคำนวณ บริการ คอร์สเรียน สมาชิก ติดต่อเรา

เข้าสู่ระบบ เข้าร่วมเป็นสมาชิก

หน้าแรก / คลังความรู้ / การเสื่อมสภาพโครงสร้าง

โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กเสื่อมสภาพได้จากหลายสาเหตุ: การกัดกร่อนของเหล็กเสริม (Corrosion) ซึ่งเป็นสาเหตุพบบ่อยที่สุด, ปฏิกิริยาด่าง-มวลรวม (Alkali-Silica Reaction, ASR) ที่เกิดจากมวลรวมบางชนิดทำปฏิกิริยากับด่างในปูนซีเมนต์ทำให้คอนกรีตขยายตัวและแตกร้าว, การกัดกร่อนจากซัลเฟต (Sulfate Attack) ที่ทำลายโครงสร้างเนื้อคอนกรีตเอง, การแตกร้าวจากการรับน้ำหนักเกินหรือการทรุดตัวไม่เท่ากัน และ ความเสียหายจากไฟไหม้ ซึ่งลดกำลังของทั้งคอนกรีตและเหล็กเสริม

ปกติเหล็กเสริมในคอนกรีตได้รับการปกป้องจากสนิมด้วยฟิล์มออกไซด์บางๆ ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในสภาพแวดล้อมด่างสูงของคอนกรีต (pH ประมาณ 12-13) การกัดกร่อนเกิดขึ้นเมื่อสภาพแวดล้อมนี้ถูกทำลายโดย 2 กลไกหลัก: คาร์บอเนชัน (Carbonation) ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศทำปฏิกิริยากับแคลเซียมไฮดรอกไซด์ในคอนกรีต ลดค่า pH ลงจนฟิล์มป้องกันสนิมเสียหาย และ การซึมผ่านของคลอไรด์ (Chloride Attack) ไอออนคลอไรด์จากน้ำทะเลหรือสารเคมีละลายน้ำแทรกซึมเข้าไปทำลายฟิล์มป้องกันสนิมโดยตรงแม้ pH ยังสูงอยู่ เมื่อเหล็กเป็นสนิม ปริมาตรสนิมจะขยายตัวได้ถึง 2-4 เท่าของเนื้อเหล็กเดิม สร้างแรงดันภายในจนคอนกรีตโดยรอบแตกร้าวและหลุดล่อน (Spalling)

อัตราการกัดกร่อนของเหล็กเสริมสัมพันธ์โดยตรงกับค่า pH ของคอนกรีตโดยรอบ: ที่ pH ต่ำกว่า 4 อัตราการกัดกร่อนอาจสูงถึงประมาณ 0.75 มม./ปี ขณะที่ pH สูงกว่า 10 อัตราการกัดกร่อนจะลดลงจนใกล้ศูนย์ นอกจากนี้ปริมาณการสูญเสียหน้าตัดเหล็กเสริมที่ทำให้เริ่มเกิดรอยร้าวยังขึ้นกับอัตราส่วนระยะหุ้มคอนกรีตต่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเหล็กเสริม (Cover-to-Diameter Ratio, C/D) เป็นอย่างมาก ตัวอย่างเช่น ที่ C/D≈7 (ระยะหุ้มประมาณ 89 มม. กับเหล็กขนาด #4) รอยร้าวจะเริ่มปรากฏเมื่อสูญเสียหน้าตัดเหล็กประมาณ 4% แต่ที่ C/D≈3 (ระยะหุ้มเพียง 38 มม.) รอยร้าวอาจเริ่มปรากฏตั้งแต่สูญเสียหน้าตัดเพียง 1% เท่านั้น สะท้อนความสำคัญของระยะหุ้มคอนกรีตที่เพียงพอตามมาตรฐาน (อ้างอิง: Al-Sulaimani, Kaleemullah, Basunbul, Rasheed, ACI Structural Journal, Mar-Apr 1990 อ้างถึงใน Concrete Repair and Maintenance, SCG)

สัญญาณเตือนที่พบบ่อย ได้แก่ รอยแตกร้าวตามแนวเหล็กเสริมพร้อมคราบสนิมสีน้ำตาลไหลเยิ้มบนผิวคอนกรีต, คอนกรีตกะเทาะหลุดล่อนเผยให้เห็นเหล็กเสริมเป็นสนิม (Spalling/Delamination), การแอ่นตัวผิดปกติขององค์อาคาร และเสียงโปร่ง (Hollow Sound) เมื่อเคาะผิวคอนกรีตบริเวณที่มีการหลุดล่อนภายใน (Delamination) แม้ผิวภายนอกยังดูปกติ

การประเมินสภาพโครงสร้างใช้หลายวิธีร่วมกัน: การตรวจด้วยสายตา (Visual Inspection) เป็นขั้นตอนแรกเสมอ, การเคาะฟังเสียง (Hammer Sounding) เพื่อหาบริเวณที่หลุดล่อนภายใน, การทดสอบความลึกคาร์บอเนชัน (Phenolphthalein Test) โดยพ่นสารละลายฟีนอล์ฟทาลีนบนผิวคอนกรีตที่เจาะเปิด หากไม่เปลี่ยนเป็นสีชมพูแสดงว่าคาร์บอเนชันได้ลุกลามถึงจุดนั้นแล้ว, การวัดศักย์ไฟฟ้าเหล็กเสริม (Half-Cell Potential Test) เพื่อประเมินความเสี่ยงการเกิดสนิมโดยไม่ต้องทุบเปิดผิว, การเจาะเก็บตัวอย่างคอนกรีต (Core Sampling) เพื่อทดสอบกำลังอัดจริงและปริมาณคลอไรด์ในเนื้อคอนกรีต และ เครื่องตรวจหาตำแหน่งเหล็กเสริมด้วยคลื่นเรดาร์ (Ground Penetrating Radar, GPR) สำหรับตรวจสอบตำแหน่งและระยะหุ้มเหล็กเสริมโดยไม่ทำลายโครงสร้าง

ตารางด้านล่างสรุปวิธีทดสอบหลักพร้อมมาตรฐานอ้างอิง (อ้างอิง: Concrete Repair and Maintenance, SCG, บทที่ 2 การประเมินสภาพคอนกรีต):

วิธีทดสอบ	วัตถุประสงค์	มาตรฐานอ้างอิง
เจาะเก็บตัวอย่าง (Core Sampling)	ทดสอบกำลังอัดจริง	ASTM C42
Rebound Hammer	ประเมินกำลังอัดผิวเผิน (คลาดเคลื่อนได้ ±25%)	ASTM C805
Windsor Probe (Penetration Resistance)	ประเมินกำลังอัดจากความลึกการเจาะทะลุ	ASTM C803
คลื่นอัลตราโซนิก (Pulse Velocity)	ตรวจความสม่ำเสมอ/โพรง/รอยร้าวภายใน	ASTM C597
ศักย์ไฟฟ้าครึ่งเซลล์ (Half-Cell Potential)	ประเมินความเสี่ยงการกัดกร่อนเหล็กเสริม	ASTM C876
Impact Echo	หาตำแหน่งโพรง รอยแตก การหลุดล่อนภายใน	—
Ground Penetrating Radar / Pachometer	หาตำแหน่งและระยะหุ้มเหล็กเสริม	—
การวิเคราะห์แผ่นบางศิลาวิทยา (Petrographic Examination)	ตรวจ AAR, การกัดกร่อนซัลเฟต, คุณภาพมวลรวม	ASTM C856

สำหรับการแปลผลศักย์ไฟฟ้าครึ่งเซลล์ตามแนวทาง NCHRP 312: ค่าศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า -0.20V บ่งชี้โอกาสเกิดสนิมต่ำกว่า 10%, ค่าระหว่าง -0.20 ถึง -0.35V อยู่ในช่วงไม่ชัดเจน (ต้องพิจารณาร่วมกับวิธีอื่น), และค่าต่ำกว่า -0.35V บ่งชี้โอกาสเกิดสนิมสูงกว่า 90% ทั้งนี้วิธีนี้ใช้ไม่ได้กับลวดอัดแรงที่ไม่ยึดเกาะกับคอนกรีตโดยรอบ (Unbonded Post-Tension Strand) หรือเหล็กเสริมที่ไม่ต่อเนื่องทางไฟฟ้า

ความเสียหายจากการเสื่อมสภาพมีตั้งแต่ระดับผิวเผิน (ไม่กระทบกำลังรับน้ำหนัก) ไปจนถึงระดับรุนแรงที่กระทบความสามารถรับน้ำหนักของโครงสร้างโดยตรง (เช่น พื้นที่หน้าตัดเหล็กเสริมสูญเสียจากสนิมมาก) การจัดระดับความรุนแรงและตัดสินใจว่าจะซ่อมแซมผิวเผินหรือต้องเสริมกำลังโครงสร้างเพิ่มเติม ต้องดำเนินการโดยวิศวกรที่ประเมินร่วมกับผลการตรวจสอบทั้งหมด ไม่ควรตัดสินใจจากการสังเกตด้วยตาเปล่าเพียงอย่างเดียว

โครงสร้างในสภาพแวดล้อมทะเล/ชายฝั่งที่สัมผัสไอเกลือ, บริเวณที่มีความชื้นสูงสลับแห้ง-เปียกบ่อย (เช่น รอยต่อขยาย ระเบียง ห้องน้ำ), พื้นที่สัมผัสสารเคมีอุตสาหกรรม และโครงสร้างที่มีระยะหุ้มคอนกรีตไม่เพียงพอตั้งแต่ขั้นตอนก่อสร้าง (ดูมาตรฐานระยะหุ้มในบทความ "เหล็กเสริมคอนกรีต") ล้วนเป็นปัจจัยที่เร่งอัตราการเสื่อมสภาพให้เร็วกว่าปกติอย่างมีนัยสำคัญ

มาตรฐาน ACI 224R-90 กำหนดความกว้างรอยร้าวที่ยอมรับได้ (Tolerable Crack Width) แตกต่างกันตามสภาพแวดล้อมที่โครงสร้างสัมผัส:

สภาพแวดล้อม	ความกว้างรอยร้าวสูงสุดที่ยอมรับได้
อากาศแห้ง / มีการป้องกัน	0.41 มม. (0.016 นิ้ว)
อากาศชื้น / สัมผัสดิน	0.30 มม. (0.012 นิ้ว)
สัมผัสสารเคมีละลายน้ำแข็ง (De-icing Chemicals)	0.18 มม. (0.007 นิ้ว)
น้ำทะเล / ไอทะเล / เปียก-แห้งสลับ	0.15 มม. (0.006 นิ้ว)
โครงสร้างกักเก็บน้ำ (Water-Retaining)	0.10 มม. (0.004 นิ้ว)

และมาตรฐาน ACI 201.2R กำหนดปริมาณคลอไรด์สูงสุดที่ยอมรับได้ในเนื้อคอนกรีต (คิดเป็นสัดส่วนต่อน้ำหนักปูนซีเมนต์) ดังนี้: คอนกรีตอัดแรง 0.06%, คอนกรีตเสริมเหล็กที่สัมผัสคลอไรด์ 0.10%, คอนกรีตเสริมเหล็กทั่วไปที่ไม่สัมผัสคลอไรด์ 0.15% และโครงสร้างแห้ง/มีการป้องกันไม่จำกัด ตัวเลขเหล่านี้เป็นเกณฑ์อ้างอิงเบื้องต้นสำหรับวิศวกรใช้ประกอบการประเมิน ไม่ใช่ค่าที่ใช้แทนการออกแบบจริง (อ้างอิง: ACI 224R-90, ACI 201.2R อ้างถึงใน Concrete Repair and Maintenance, SCG)

นอกจากการกัดกร่อนเหล็กเสริม เนื้อคอนกรีตเองยังเสื่อมสภาพได้จากกลไกอื่น: การแข็งตัว-ละลายตัวของน้ำแข็ง (Freeze-Thaw) ซึ่งความรุนแรงขึ้นกับความพรุนของคอนกรีต ระดับความอิ่มตัวด้วยน้ำ จำนวนรอบการแข็ง-ละลาย และการมีฟองอากาศกักเก็บ (Air Entrainment) ช่วยลดความเสียหายได้ — ปัจจัยนี้ไม่มีนัยสำคัญในภูมิอากาศไทยที่ไม่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง แต่มีความสำคัญกับโครงสร้างที่ต้องใช้งานในพื้นที่หนาวเย็น; ปฏิกิริยาด่าง-มวลรวม (Alkali-Aggregate Reaction, AAR) เกิดเมื่อมวลรวมที่มีซิลิกาที่ทำปฏิกิริยาได้ทำปฏิกิริยากับด่างในซีเมนต์ภายใต้ความชื้นสัมพัทธ์สูง (ประมาณ 80% ขึ้นไป) เกิดเจลที่ขยายตัวดันให้คอนกรีตแตกร้าว ตรวจสอบได้ด้วยการวิเคราะห์แผ่นบางทางศิลาวิทยา (Petrographic Examination) หรือวิธี Uranyl Acetate Fluorescence; และ การกัดกร่อนจากซัลเฟต (Sulfate Attack) ที่ไอออนซัลเฟตทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบซีเมนต์เกิดเป็นยิปซัมและเอททริงไจต์ที่ขยายตัว ลดความเสี่ยงได้ด้วยอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ต่ำ ใช้ปูนซีเมนต์ที่มีปริมาณ C3A ต่ำ และใช้สารผสมเพิ่มประเภทซิลิกาฟูมหรือเถ้าลอย (อ้างอิง: Concrete Repair and Maintenance, SCG, บทที่ 1 พฤติกรรมของคอนกรีต)

FacebookYouTube