กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 34 นาที

คอนกรีต

คอนกรีตเป็นวัสดุผสมที่ประกอบด้วยมวลรวมที่ยึดติดกันด้วยซีเมนต์ เหลว ซึ่งจะแข็งตัวเป็นของแข็ง เป็น สารที่ใช้มากเป็นอันดับสอง (รองจากน้ำ ) เป็น...

คอนกรีต

ก้อนคอนกรีตเดี่ยวๆที่ใช้ในการก่อสร้าง

คอนกรีตเป็นวัสดุผสมที่ประกอบด้วยมวลรวมที่ยึดติดกันด้วยซีเมนต์ เหลว ซึ่งจะแข็งตัวเป็นของแข็ง เป็น สารที่ใช้มากเป็นอันดับสอง (รองจากน้ำ ) [ 1 ] เป็น วัสดุก่อสร้างที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด[ 2 ]และเป็นวัสดุที่ผลิตมากที่สุดในโลก[ 3 ] คอนกรีตที่ยึดด้วยซีเมนต์แตกต่างจาก คอนกรีตแอสฟัลต์ ซึ่ง มีความแข็งน้อยกว่าและทนทานน้อยกว่าโดยมีสารยึดเกาะเป็นบิทูเมน

เมื่อผสมมวลรวมกับปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ แห้ง และน้ำส่วนผสมจะก่อตัวเป็นสารละลาย เหลว ที่สามารถเทและขึ้นรูปได้ ปูนซีเมนต์จะทำปฏิกิริยากับน้ำผ่านกระบวนการที่เรียกว่าไฮเดรชั่น[ 4 ]ซึ่งจะทำให้แข็งตัวหลังจากผ่านไปหลายชั่วโมงเพื่อสร้างเมทริกซ์ แข็ง ที่ยึดวัสดุเข้าด้วยกันเป็นวัสดุที่ทนทานคล้ายหินซึ่งมีประโยชน์หลากหลาย[ 5 ]ระยะเวลานี้ทำให้คอนกรีตไม่เพียงแต่สามารถเทลงในแบบหล่อได้เท่านั้น แต่ยังสามารถดำเนินการกระบวนการต่างๆ ได้อีกด้วย กระบวนการไฮเดรชั่น เป็นกระบวนการคายความร้อน ซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิแวดล้อมมีบทบาทสำคัญในระยะเวลาที่คอนกรีตจะแข็งตัว บ่อยครั้งที่มีการเติมสารเติมแต่ง (เช่นปอซโซลานหรือสารลดน้ำ ) ลงในส่วนผสมเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพของส่วนผสมเปียก ชะลอหรือเร่งเวลาการบ่ม หรือปรับเปลี่ยนวัสดุสำเร็จรูปอื่นๆ คอนกรีตโครงสร้างส่วนใหญ่จะถูกเทโดยมีวัสดุเสริมแรง (เช่น เหล็กเส้น)ฝังอยู่เพื่อให้มีความแข็งแรงในการรับแรงดึงทำให้ได้คอนกรีตเสริมเหล็ก

ก่อนการคิดค้นปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ในช่วงต้นทศวรรษ 1800 มักใช้สารยึดเกาะซีเมนต์ที่ทำจาก ปูนขาวเช่น ปูนขาวพัตตี้ คอนกรีตส่วนใหญ่ผลิตโดยใช้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ แต่บางครั้งก็ใช้ซีเมนต์ไฮดรอลิก ชนิดอื่น เช่นซีเมนต์แคลเซียมอะลูมิเนต[ 6 ] [ 7 ] นอกจากนี้ยังมี คอนกรีตประเภทอื่นที่ไม่ใช่ซีเมนต์อีกหลาย ชนิด ที่ใช้สารยึดเกาะมวลรวมแบบอื่น เช่นคอนกรีตแอสฟัลต์ที่มี สารยึดเกาะเป็นบิทู เมนซึ่งมักใช้สำหรับพื้นผิวถนนและคอนกรีตโพลีเมอร์ที่ใช้โพลีเมอร์เป็นสารยึดเกาะ

คอนกรีตแตกต่างจากปูน[ 8 ]ในขณะที่คอนกรีตเป็นวัสดุก่อสร้างและประกอบด้วยอนุภาคมวลรวมทั้งขนาดใหญ่และขนาดเล็ก ปูนจะมีเฉพาะมวลรวมละเอียดและส่วนใหญ่ใช้เป็นสารยึดเกาะเพื่อยึดอิฐกระเบื้องและวัสดุก่อสร้างอื่นๆ เข้าด้วยกัน[ 9 ]ปูนยาแนวเป็นวัสดุอีกชนิดหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับคอนกรีตและซีเมนต์ ปูนยาแนวก็ไม่ประกอบด้วยมวลรวมขนาดใหญ่เช่นกัน และมักจะเทได้หรือมีคุณสมบัติหนืดและใช้สำหรับเติมช่องว่างระหว่าง ส่วนประกอบ ของวัสดุก่อสร้างหรือมวลรวมขนาดใหญ่ที่วางไว้แล้ว วิธีการผลิตและซ่อมแซมคอนกรีตบางวิธีเกี่ยวข้องกับการสูบปูนยาแนวเข้าไปในช่องว่างเพื่อสร้างมวลแข็งในสถานที่

นิรุกติศาสตร์

คำว่า concrete มาจาก คำ ภาษาละติน " concretus " (หมายถึง กระชับหรืออัดแน่น) [ 10 ]ซึ่งเป็นคำกริยาในรูป passive participle สมบูรณ์ของ " concrescere " มาจาก " con- " (ร่วมกัน) และ " crescere " (เติบโต)

ประวัติศาสตร์

สมัยโบราณ

มีการค้นพบพื้นคอนกรีตในพระราชวังทิรินส์ประเทศกรีซ ซึ่งมีอายุราว 1400 ถึง 1200 ปีก่อนคริสตกาล[ 11 ] [ 12 ]ปูนขาวถูกนำมาใช้ในกรีซ เช่น ในเกาะครีตและไซปรัส ในช่วง 800 ปีก่อนคริสตกาล ท่อส่งน้ำเจอร์วัน ของชาวอัสซีเรีย (688 ปีก่อนคริสตกาล) ใช้คอนกรีตกันน้ำ [ 13 ] คอนกรีตถูกนำมาใช้ในการก่อสร้างในสิ่งก่อสร้างโบราณหลายแห่ง[ 14 ]

การผลิตวัสดุคล้ายคอนกรีตขนาดเล็กริเริ่มโดย พ่อค้า ชาวนาบาเทียนผู้ครอบครองและควบคุมโอเอซิสหลายแห่ง และพัฒนาอาณาจักรเล็กๆ ในภูมิภาคซีเรียตอนใต้และจอร์แดนตอนเหนือตั้งแต่ศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช พวกเขาค้นพบข้อดีของปูนขาวไฮดรอลิกที่มีคุณสมบัติในการยึดเกาะตัวเองได้บางส่วนเมื่อราว 700 ปีก่อนคริสต์ศักราช พวกเขาสร้างเตาเผาเพื่อผลิตปูนสำหรับก่อสร้าง บ้าน ก่ออิฐพื้นคอนกรีต และบ่อ เก็บน้ำใต้ดินกันน้ำ พวกเขาเก็บบ่อเก็บน้ำเหล่านี้เป็นความลับ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ทำให้ชาวนาบาเทียนสามารถดำรงชีวิตอยู่ในทะเลทรายได้[ 15 ]โครงสร้างบางส่วนเหล่านี้ยังคงมีอยู่จนถึงทุกวันนี้[ 15 ]

ยุคคลาสสิก

ภายนอกของวิหารแพนธีออนของโรมัน สร้างเสร็จในปี ค.ศ. 128 เป็น โดมคอนกรีตเสริมเหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลก[ 16 ]
ภายในโดมของวิหารแพนธีออน มองจากด้านล่าง คอนกรีตสำหรับ โดมแบบ มีช่องสี่เหลี่ยมถูกเทลงบนแม่พิมพ์ที่ติดตั้งอยู่บนนั่งร้านชั่วคราว
โครงสร้างคอนกรีต แบบ Opus caementiciumปรากฏให้เห็นในซุ้มโค้งแบบโรมันอันเป็นเอกลักษณ์ แตกต่างจากโครงสร้างคอนกรีตสมัยใหม่ คอนกรีตที่ใช้ในอาคารโรมันมักจะถูกหุ้มด้วยอิฐหรือหิน

ชาวโรมันใช้คอนกรีตอย่างแพร่หลายตั้งแต่ 300 ปีก่อนคริสตกาลจนถึง ค.ศ. 476 [ 17 ]ในสมัยจักรวรรดิโรมันคอนกรีตโรมัน (หรือopus caementicium ) ทำจากปูนขาวปอซโซลานาและหินภูเขาไฟ[ 18 ]การใช้งานอย่างแพร่หลายในสิ่งก่อสร้างของโรมัน หลายแห่ง ซึ่งเป็นเหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์สถาปัตยกรรมที่เรียกว่าการปฏิวัติสถาปัตยกรรมโรมันได้ปลดปล่อยการก่อสร้างของโรมันจากข้อจำกัดของวัสดุหินและอิฐ ทำให้เกิดการออกแบบใหม่ที่ปฏิวัติวงการทั้งในแง่ของความซับซ้อนของโครงสร้างและมิติ[ 19 ]โคลอสเซียมในกรุงโรมสร้างขึ้นจากคอนกรีตเป็นส่วนใหญ่ และ วิหาร แพนธีออนมีโดมคอนกรีตที่ไม่เสริมเหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลก[ 20 ]

คอนกรีตตามที่ชาวโรมันรู้จักนั้นเป็นวัสดุใหม่และปฏิวัติวงการ เมื่อนำมาวางในรูปทรงโค้งโดมและหลังคาโค้งมันจะแข็งตัวอย่างรวดเร็วกลายเป็นมวลที่แข็งแรง ปราศจากแรงผลักและแรงดึงภายในมากมายที่เป็นปัญหาสำหรับผู้สร้างโครงสร้างที่คล้ายกันในหินหรืออิฐ[ 21 ]

การทดสอบสมัยใหม่แสดงให้เห็นว่าopus caementiciumมีความแข็งแรงในการรับแรงอัดใกล้เคียงกับคอนกรีตปอร์ตแลนด์ซีเมนต์สมัยใหม่ (ประมาณ200 กก./ซม. ² [20 MPa; 2,800 psi] ) [ 22 ]อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไม่มีเหล็กเสริมความแข็งแรงใน การรับแรงดึงจึง ต่ำกว่าคอนกรีตเสริมเหล็ก สมัยใหม่มาก และวิธีการใช้งานก็แตกต่างกันด้วย: [ 23 ]    

คอนกรีตโครงสร้างสมัยใหม่แตกต่างจากคอนกรีตโรมันในรายละเอียดสำคัญสองประการ ประการแรก ความสม่ำเสมอของส่วนผสมมีความเหลวและเป็นเนื้อเดียวกัน ทำให้สามารถเทลงในแบบหล่อได้ แทนที่จะต้องใช้การวางชั้นด้วยมือร่วมกับการวางมวลรวม ซึ่งในการปฏิบัติของโรมัน มักประกอบด้วยเศษหินประการที่สอง เหล็กเสริมแรงแบบรวมทำให้โครงสร้างคอนกรีตสมัยใหม่มีความแข็งแรงมากในการรับแรงดึง ในขณะที่คอนกรีตโรมันสามารถพึ่งพาความแข็งแรงของการยึดเกาะของคอนกรีตเท่านั้นเพื่อต้านทานแรงดึง[ 24 ]

พบว่าความทนทานในระยะยาวของโครงสร้างคอนกรีตโรมันเกิดจากการมีหินภูเขาไฟ และเถ้าถ่านอยู่ในส่วนผสมคอนกรีต การตกผลึกของสแตรตลิง ไจต์ (แคลเซียมอะลูมิโนซิลิเกตไฮเดรตเชิงซ้อน) [ 25 ]ในระหว่างการก่อตัวของคอนกรีตและการรวมตัวกับโครงสร้างแคลเซียม-อะลูมิเนียม-ซิลิเกต-ไฮเดรตที่คล้ายกัน ช่วยให้คอนกรีตโรมันมีความต้านทานต่อการแตกหักมากกว่าคอนกรีตสมัยใหม่[ 26 ]นอกจากนี้ คอนกรีตโรมันยังทนต่อการกัดเซาะจากน้ำทะเลได้ดีกว่าคอนกรีตสมัยใหม่มาก วัสดุภูเขาไฟที่กล่าวมาข้างต้นจะทำปฏิกิริยากับน้ำทะเลเพื่อสร้างผลึกอัลโทเบอร์โมไรต์เมื่อเวลาผ่านไป[ 27 ] [ 28 ]การใช้การผสมร้อนในการเตรียมคอนกรีต ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของเศษ หินปูน ในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ได้รับการเสนอให้ช่วยให้คอนกรีตโรมันมีความสามารถในการซ่อมแซมตัวเองได้[ 29 ] [ 30 ]

การใช้คอนกรีตอย่างแพร่หลายในสิ่งก่อสร้างของโรมันหลายแห่ง ทำให้สิ่งก่อสร้างหลายแห่งยังคงอยู่มาจนถึงปัจจุบันโรงอาบน้ำคาราคัลลาในกรุงโรมเป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งเท่านั้น สะพานและท่อ ส่งน้ำของโรมัน หลายแห่ง เช่น สะพานปงต์ดูการ์ด อันงดงาม ในทางตอนใต้ของฝรั่งเศส มีการหุ้มด้วยอิฐบนแกนคอนกรีต เช่นเดียวกับโดมของวิหารแพนธีออ

ยุคกลาง

ในบริเตนหลังยุคจักรวรรดิโรมันมีหลักฐานการใช้ปูนขาวเผาอย่างต่อเนื่อง และมีการค้นพบซากโรงโม่ปูนในศตวรรษที่ 8 ในนอร์ทแธมป์ตันเชียร์แต่เชื่อกันว่าอุณหภูมิเตาเผาที่ต่ำในการเผาปูนขาว การขาดปอซโซลานา การผสมที่ไม่ดี และวัฒนธรรมการก่อสร้างด้วยไม้ของชาวแองโกล-แซกซอน ล้วนมีส่วนทำให้คุณภาพของคอนกรีตและปูนลดลง แต่ก็ไม่ได้สูญหายไป ตั้งแต่ศตวรรษที่ 11 ในอังกฤษ การใช้หินในการก่อสร้างโบสถ์และปราสาท เพิ่มมากขึ้น ทำให้ความต้องการปูนเพิ่มขึ้น คุณภาพเริ่มดีขึ้นในศตวรรษที่ 12 ผ่านการบดและการร่อนที่ดีขึ้น ปูนขาวและคอนกรีตในยุคกลางไม่ใช่ปูนไฮดรอลิก และใช้สำหรับการยึดเกาะงานก่ออิฐ การ "ก่อกองไฟ" (การยึด เกาะ แกนก่ออิฐหิน ) และฐานรากบาร์โธโลเมอุส แองกลิคัสในหนังสือDe proprietatibus rerum (1240) ของเขาได้อธิบายถึงการทำปูน ในคำแปลภาษาอังกฤษจากปี 1397 ระบุว่า "lyme ... เป็นหินปูนชนิดหนึ่ง เมื่อผสมกับ sonde และน้ำจะได้ปูนขาว" ตั้งแต่ศตวรรษที่ 14 คุณภาพของปูนขาวก็กลับมาดีเยี่ยมอีกครั้ง แต่ตั้งแต่ศตวรรษที่ 17 เป็นต้นมาจึงเริ่มมีการเติม pozzolana ลงไปกันอย่างแพร่หลาย[ 31 ]

คอนกรีตของชาวมายาที่ซากปรักหักพังของUxmal (ค.ศ. 850–925) ได้รับการอ้างอิงในIncidents of Travel in the YucatánโดยJohn L. Stephens “หลังคาแบนและถูกคลุมด้วยซีเมนต์” “พื้นเป็นซีเมนต์ บางส่วนแข็ง แต่เนื่องจากการสัมผัสเป็นเวลานานจึงแตกและพังทลายลงเมื่อเหยียบย่ำ” “แต่ผนังทั้งหมดแข็งแรงและประกอบด้วยหินขนาดใหญ่ฝังอยู่ในปูน แข็งเกือบเท่าหิน” [ 32 ]

ปูนไฮดรอลิกในยุคกลางทำขึ้นจากการเติมพอซโซลาน เช่น เซรามิกบด ดินภูเขาไฟ หรือดินแปรสภาพจากแหล่งสะสมเฉพาะที่มีคุณสมบัติพอซโซลานที่ทราบ เช่นทราสหรือโอปอลที่ไม่เป็นผลึก ปูนไฮดรอลิกถูกใช้ในครีตยุคกลาง การใช้ทรายเฉพาะที่มีเถ้าภูเขาไฟในปูนของอิตาลีตอนใต้ในช่วงศตวรรษที่ 10-11 อาจบ่งชี้ถึงความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของมัน[ 33 ]

ตำราสถาปัตยกรรมโรมันDe architecturaโดยVitruviusมีคำอธิบายเกี่ยวกับปูนซีเมนต์โรมัน และสำเนาที่ห้องสมุดของชาร์เลมาญได้ก่อให้เกิดสำเนายุคกลางจำนวนมากที่ยังคงหลงเหลืออยู่จนถึงปัจจุบัน สำเนาที่อารามเซนต์กัลล์ถูกค้นพบโดยPoggio Braccioliniในปี 1414 ฉบับพิมพ์ครั้งแรกได้รับการตีพิมพ์ในปี 1486 โดยFra Giovanni Sulpitiusและมีการตีพิมพ์ฉบับภาษาอิตาลี เยอรมัน ฝรั่งเศส สเปน และอังกฤษ ระหว่างปี 1520 ถึง 1692 [ 31 ]

ยุคสมัยใหม่ตอนต้น

อู่ต่อเรือในเวนิสในศตวรรษที่ 16 ใช้ปูนขาวไฮดรอลิกในฐานราก ปูนไฮดรอลิกยังถูกใช้ในห้องอาบน้ำออตโตมันในบูดาเปสต์ในช่วงเวลาเดียวกันด้วย[ 33 ]

คลองดูมิดิถูกสร้างขึ้นโดยใช้คอนกรีตในปี พ.ศ. 2313 [ 34 ]

หอคอยสมีตันในเดวอนประเทศอังกฤษ

ทราสจากไรน์แลนด์ถูกนำมาผสมกับปูนขาวในอังกฤษในศตวรรษที่ 17 รวมถึงสำหรับเขื่อนของเมืองแทนเจียร์ของอังกฤษ (ค.ศ. 1663-1683) ซึ่งใช้ปอซโซลานาของอิตาลีที่ วิศวกร ชาวเจนัว แนะนำและจัดหาให้ ที่ท่าเรือตูลงฐานรากคอนกรีตถูกสร้างขึ้นโดยใช้ปอซโซลานาหรือทราส ปูนขาว ทราย กรวด และตะกรันหรือขี้เถ้า การบูรณะฐานรากของสะพานเอสเซ็กซ์ ในปี ค.ศ. 1752 โดยจอร์จ เซมเปิลประกอบด้วยส่วนผสมของหินก้อนเล็ก ทราย และปูนขาวผง[ 31 ]

บางทีความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่สุดในการใช้คอนกรีตสมัยใหม่ก็คือหอคอยสมีตันซึ่งสร้างโดยวิศวกรชาวอังกฤษจอห์น สมีตันในเมืองเดวอนประเทศอังกฤษ ระหว่างปี 1756 ถึง 1759 ประภาคารเอ็ดดี้สโตน แห่งที่สามนี้ เป็นผู้บุกเบิกการใช้ปูนขาวไฮดรอลิกในคอนกรีต โดยใช้ก้อนกรวดและผงอิฐเป็นวัสดุผสม[ 35 ]

ยุคสมัยใหม่

วิธีการผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ได้รับการพัฒนาในอังกฤษและจดสิทธิบัตรโดยโจเซฟ แอสปดินในปี พ.ศ. 2467 [ 36 ]แอสปดินเลือกชื่อนี้เพราะมีความคล้ายคลึงกับหินปอร์ตแลนด์ซึ่งขุดได้จากเกาะปอร์ตแลนด์ในดอร์เซ็ตประเทศอังกฤษ ลูกชายของเขาวิลเลียมได้พัฒนาต่อยอดมาจนถึงช่วงปี พ.ศ. 2483 ทำให้เขาได้รับการยอมรับในฐานะผู้พัฒนาปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ "สมัยใหม่" [ 37 ]

คอนกรีตเสริมเหล็กถูกคิดค้นขึ้นในปี พ.ศ. 2492 โดยโจเซฟ โมนิเยร์ [ 38 ] และบ้านคอนกรีตเสริมเหล็กหลังแรกสร้างโดยฟรองซัวส์ โคอิกเนต์[ 39 ]ในปี พ.ศ. 2496 สะพานคอนกรีตเสริมเหล็กแห่งแรกได้รับการออกแบบและสร้างโดยโจเซฟ โมนิเยร์ในปี พ.ศ. 2418 [ 40 ]

คอนกรีตอัดแรงและคอนกรีตดึงภายหลังได้รับการบุกเบิกโดยEugène Freyssinet วิศวกร โครงสร้างและโยธาชาวฝรั่งเศสส่วนประกอบหรือโครงสร้างคอนกรีตจะถูกอัดด้วยสายเคเบิลเอ็นระหว่างหรือหลังการผลิตเพื่อเสริมความแข็งแรงต้านทานแรงดึงที่เกิดขึ้นเมื่อใช้งาน Freyssinet ได้จดสิทธิบัตรเทคนิคนี้เมื่อวันที่ 2 ตุลาคม พ.ศ. 2461 [ 41 ]

องค์ประกอบ

คอนกรีตเป็นวัสดุผสมเทียมที่ประกอบด้วยเมทริกซ์ของสารยึดเกาะซีเมนต์ (โดยทั่วไปคือปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์หรือแอสฟัลต์ ) และเฟสกระจายหรือ "สารเติมเต็ม" ของมวลรวม (โดยทั่วไปคือวัสดุที่เป็นหิน หินหลวม และทราย) สารยึดเกาะจะ "เชื่อม" สารเติมเต็มเข้าด้วยกันเพื่อสร้างกลุ่มก้อนสังเคราะห์[ 42 ]มีคอนกรีตหลายประเภทให้เลือกใช้ โดยขึ้นอยู่กับสูตรของสารยึดเกาะและประเภทของมวลรวมที่ใช้เพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งานของวัสดุที่ได้รับการออกแบบ ตัวแปรเหล่านี้เป็นตัวกำหนดความแข็งแรงและความหนาแน่น รวมถึงความต้านทานต่อสารเคมีและความร้อนของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

ภาพตัดขวางของหมอนรองรางรถไฟ คอนกรีต ใต้รางรถไฟ

วัสดุผสมในงานก่อสร้างประกอบด้วยวัสดุชิ้นใหญ่ในส่วนผสมคอนกรีต โดยทั่วไปจะเป็นกรวดหยาบหรือหินบด เช่นหินปูนหรือหินแกรนิตผสมกับวัสดุที่ละเอียดกว่า เช่นทราย

ซีเมนต์เพสต์ ซึ่งส่วนใหญ่ทำจากปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เป็นสารยึดเกาะคอนกรีตชนิดที่พบมากที่สุด สำหรับสารยึดเกาะซีเมนต์น้ำจะถูกผสมกับผงซีเมนต์แห้งและมวลรวม ทำให้เกิดสารละลายกึ่งเหลว (เพสต์) ที่สามารถขึ้นรูปได้ โดยทั่วไปโดยการเทลงในแบบพิมพ์ คอนกรีตจะแข็งตัวและแข็งขึ้นผ่านกระบวนการทางเคมีที่เรียกว่าไฮเดรชั่นน้ำจะทำปฏิกิริยากับซีเมนต์ ซึ่งจะยึดส่วนประกอบอื่นๆ เข้าด้วยกัน ทำให้เกิดวัสดุที่แข็งแรงคล้ายหิน บางครั้งมีการเพิ่มวัสดุซีเมนต์อื่นๆ เช่นเถ้าลอยและซีเมนต์ตะกรันไม่ว่าจะผสมกับซีเมนต์ก่อนหรือเป็นส่วนประกอบของคอนกรีตโดยตรง และกลายเป็นส่วนหนึ่งของสารยึดเกาะสำหรับมวลรวม[ 43 ]เถ้าลอยและตะกรันสามารถปรับปรุงคุณสมบัติบางอย่างของคอนกรีต เช่น คุณสมบัติในสภาพสดและความทนทาน[ 43 ]นอกจากนี้ ยังสามารถใช้วัสดุอื่นๆ เป็นสารยึดเกาะคอนกรีตได้อีกด้วย วัสดุทดแทนที่พบมากที่สุดคือแอสฟัลต์ซึ่งใช้เป็นสารยึดเกาะในคอนกรีตแอสฟัลต์

สารผสมเพิ่มเติมจะถูกเติมลงไปเพื่อปรับเปลี่ยนอัตราการแข็งตัวหรือคุณสมบัติของวัสดุสารผสมเพิ่มเติมที่เป็นแร่ธาตุจะใช้วัสดุรีไซเคิลเป็นส่วนผสมในคอนกรีต วัสดุที่เห็นได้ชัด ได้แก่เถ้าลอยซึ่งเป็นผลพลอยได้จากโรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหินตะกรันเตาหลอมเหล็กบดละเอียดซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการผลิตเหล็กและซิลิกาฟูมซึ่งเป็นผลพลอยได้จากเตาหลอมไฟฟ้าใน อุตสาหกรรม

โครงสร้างที่ใช้คอนกรีตปอร์ตแลนด์ซีเมนต์มักมีการเสริมเหล็กเนื่องจากคอนกรีตชนิดนี้สามารถผลิตให้มีความแข็งแรงรับแรงอัด สูง แต่มีความแข็งแรงรับแรงดึง ต่ำกว่าเสมอ ดังนั้นจึงมักเสริมด้วยวัสดุที่มีความแข็งแรงสูงในด้านแรงดึง โดยทั่วไปคือเหล็กเส้นเสริมแรง

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตขึ้นอยู่กับประเภทของโครงสร้างที่กำลังก่อสร้าง วิธีการผสมและขนส่งคอนกรีต และวิธีการเทคอนกรีตเพื่อขึ้นรูปเป็นโครงสร้าง

ปูนซีเมนต์

ปูนซีเมนต์บรรจุถุงหลายตัน ซึ่งเป็นผลผลิตประมาณสองนาทีจาก เตาเผาปูนซีเมนต์ที่มีกำลังการผลิต 10,000 ตันต่อวัน

ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เป็นปูนซีเมนต์ประเภทที่พบได้บ่อยที่สุดในการใช้งานทั่วไป เป็นส่วนประกอบพื้นฐานของคอนกรีตปูนฉาบและปูนปลาสเตอร์ หลาย ชนิด[ 44 ]ประกอบด้วยส่วนผสมของแคลเซียมซิลิเกต ( อะไลต์เบไลต์ ) อะลูมิเนตและเฟอร์ไรต์ซึ่งเป็นสารประกอบที่ทำปฏิกิริยากับน้ำ ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์และวัสดุที่คล้ายกันทำโดยการให้ความร้อนหินปูน (แหล่งของแคลเซียม) กับดินเหนียวหรือหินดินดาน (แหล่งของซิลิคอน อะลูมิเนียม และเหล็ก) และบดผลิตภัณฑ์นี้ (เรียกว่าคลินเกอร์ ) กับแหล่งของซัลเฟต (โดยทั่วไปคือยิปซัม )

เตาเผาซีเมนต์มีขนาดใหญ่ ซับซ้อน และมีฝุ่นละอองมากโดยธรรมชาติ ในบรรดาส่วนผสมต่างๆ ที่ใช้ในการผลิตคอนกรีตในปริมาณที่กำหนด ซีเมนต์เป็นส่วนผสมที่ใช้พลังงานมากที่สุด แม้แต่เตาเผาที่ซับซ้อนและมีประสิทธิภาพก็ยังต้องใช้พลังงาน 3.3 ถึง 3.6 กิกะจูลในการผลิตคลินเกอร์หนึ่งตันแล้วบดให้เป็นซีเมนต์เตาเผาหลายแห่งสามารถใช้เชื้อเพลิงจากของเสียที่กำจัดได้ยาก ซึ่งที่พบมากที่สุดคือยางรถยนต์ใช้แล้ว อุณหภูมิที่สูงมากและระยะเวลาที่ยาวนานที่อุณหภูมิเหล่านั้นทำให้เตาเผาซีเมนต์สามารถเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ใช้งานยากได้อย่างมีประสิทธิภาพและสมบูรณ์[ 45 ]สารประกอบหลักห้าชนิดของแคลเซียมซิลิเกตและอะลูมิเนตที่ประกอบเป็นปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์มีน้ำหนักตั้งแต่ 5 ถึง 50%

การบ่ม

การผสมน้ำกับวัสดุประสานจะทำให้เกิดเนื้อปูนซีเมนต์โดยกระบวนการไฮเดรชั่น เนื้อปูนซีเมนต์จะยึดเกาะมวลรวมเข้าด้วยกัน เติมเต็มช่องว่างภายใน และทำให้ไหลได้สะดวกยิ่งขึ้น[ 46 ]

ตามที่กฎของ Abrams ระบุไว้ อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ที่ต่ำกว่าจะทำให้คอนกรีตมีความแข็งแรงและทนทาน มากขึ้น ในขณะที่น้ำที่มากขึ้นจะทำให้คอนกรีตไหลได้ดีขึ้นและมีค่า การยุบตัวสูงขึ้น [ 47 ]การไฮเดรชั่นของซีเมนต์เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาหลายอย่างที่เกิดขึ้นพร้อมกัน กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการพอลิเมอไรเซชั่น การเชื่อมโยงกันของส่วนประกอบซิลิเกตและอะลูมิเนต รวมถึงการยึดเกาะกับอนุภาคทรายและกรวดเพื่อสร้างมวลแข็ง[ 48 ]ตัวอย่างหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงคือการไฮเดรชั่นของไตรแคลเซียมซิลิเกต:

สัญลักษณ์ทางเคมีของซีเมนต์ : C₃S + H → CSH + CH₄ + ความ  
สัญลักษณ์มาตรฐาน: Ca₃SiO₅ H₂O → CaO・SiO₂H₂O ) + Ca(OH) ₂ ร้อน             
สมดุลแล้ว: 2 Ca SiO + 7 H O → 3 CaO・2 SiO ・4 H O (เจล) + 3 Ca(OH) + ความร้อน                           
                                            (โดยประมาณ เนื่องจากอัตราส่วนที่แน่นอนของ CaO, SiO2 H2O CSH สามารถเปลี่ยนแปลงได้) [ 48 ]

การไฮเดรชั่น (การบ่ม) ของซีเมนต์นั้นไม่สามารถย้อนกลับได้[ 49 ]

วิธีการบ่มคำอธิบาย
การบ่มแบบเปียกการบ่มแบบเปียกเป็นวิธีการที่ทำให้วัสดุปิดคลุมชุ่มชื้นซ้ำๆ ด้วยวิธีการต่างๆ เช่นการพ่นละอองน้ำหรือการแช่
การบ่มแผ่นคอนกรีตการบ่มแผ่นคอนกรีตเป็นวิธีการที่ใช้แผ่นวัสดุบ่มคลุมแผ่นคอนกรีตราดด้วยน้ำและรักษาความชุ่มชื้นไว้เป็นเวลา 28 วัน
การผสมแบบร้อนการผสมแบบร้อนเป็นวิธีการที่ ใช้ ความร้อนในขณะที่กำลังผสมคอนกรีต[ ​​50 ]
การอบแห้งด้วยไฟฟ้าการบ่มด้วยไฟฟ้าเป็นวิธีการที่ใช้กระแสไฟฟ้าในการบ่มคอนกรีต โดยวางแผ่น โลหะไว้ที่ด้านใดด้านหนึ่งของแผ่นคอนกรีต และปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านแผ่นโลหะนั้น[ 50 ]
การอบแห้งด้วยอินฟราเรดการบ่ม ด้วยอินฟราเรดเป็นวิธีการที่ใช้กับคอนกรีตกลวง โดยจะ วาง เครื่องทำความร้อนอินฟราเรดไว้ภายในคอนกรีต ซึ่งจะช่วยเร่งกระบวนการบ่ม วิธีนี้เหมาะสำหรับสภาพอากาศที่หนาวเย็น[ 50 ]
การบ่มท่อน้ำการบ่มคอนกรีตด้วยน้ำผ่านท่อเป็นวิธีการที่ วาง ท่อไว้ตรงกลางคอนกรีตเพื่อดูดซับความร้อน น้ำจะไหลผ่านท่อเพื่อลดอุณหภูมิของคอนกรีต[ ​​50 ]

มวลรวม

หินบดละเอียด

มวลรวมละเอียดและหยาบประกอบเป็นส่วนประกอบหลักของส่วนผสมคอนกรีต ทรายกรวดธรรมชาติ และหินบดถูกนำมาใช้เป็นหลักสำหรับวัตถุประสงค์นี้ มวลรวมรีไซเคิล (จากขยะจากการก่อสร้าง การรื้อถอน และการขุด) ถูกนำมาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อทดแทนมวลรวมธรรมชาติบางส่วน ในขณะที่มวลรวมที่ผลิตขึ้นหลายชนิด รวมถึง ตะกรัน เตาหลอมเหล็ก ที่ระบายความร้อนด้วยอากาศ และเถ้าก้นเตาก็ได้รับอนุญาตให้ใช้ได้เช่นกัน[ 51 ]

การกระจายขนาดของมวลรวมเป็นตัวกำหนดปริมาณสารยึดเกาะที่ต้องการ มวลรวมที่มีการกระจายขนาดที่สม่ำเสมอมากจะมีช่องว่างขนาดใหญ่ที่สุด ในขณะที่การเพิ่มมวลรวมที่มีอนุภาคขนาดเล็กกว่าจะช่วยเติมเต็มช่องว่างเหล่านี้ สารยึดเกาะต้องเติมเต็มช่องว่างระหว่างมวลรวมและยึดพื้นผิวของมวลรวมเข้าด้วยกัน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเป็นส่วนประกอบที่มีราคาแพงที่สุด ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงขนาดของมวลรวมจึงช่วยลดต้นทุนของคอนกรีตได้[ 52 ]มวลรวมมักจะแข็งแรงกว่าสารยึดเกาะเสมอ ดังนั้นการใช้มวลรวมจึงไม่ส่งผลเสียต่อความแข็งแรงของคอนกรีต

การกระจายตัวของมวลรวมใหม่หลังจากอัดแน่นมักทำให้เกิดความไม่สม่ำเสมอเนื่องจากอิทธิพลของการสั่นสะเทือน ซึ่งอาจนำไปสู่การไล่ระดับความแข็งแรง[ 53 ]

บางครั้งมีการเติม หินประดับ เช่น หินควอตไซต์หินแม่น้ำขนาดเล็ก หรือเศษแก้วบดลงบนพื้นผิวคอนกรีตเพื่อสร้างพื้นผิว "โชว์หินกรวด" ที่สวยงาม ซึ่งเป็นที่นิยมในหมู่นักออกแบบภูมิทัศน์

ส่วนผสม

สารผสมเพิ่มเติมคือวัสดุในรูปผงหรือของเหลวที่เติมลงในคอนกรีตเพื่อให้ได้คุณลักษณะบางอย่างที่ไม่สามารถหาได้จากการผสมคอนกรีตธรรมดา สารผสมเพิ่มเติมถูกกำหนดให้เป็นการเติม "ในขณะที่กำลังเตรียมส่วนผสมคอนกรีต" [ 54 ]สารผสมเพิ่มเติมที่พบได้บ่อยที่สุดคือสารหน่วงการแข็งตัวและสารเร่งการแข็งตัว ในการใช้งานปกติ ปริมาณสารผสมเพิ่มเติมจะน้อยกว่า 5% โดยมวลของซีเมนต์และจะถูกเติมลงในคอนกรีตในขณะที่ทำการผสม[ 55 ] (ดู§  การผลิตด้านล่าง) ประเภทของสารผสมเพิ่มเติมที่พบได้ทั่วไป[ 56 ]มีดังต่อไปนี้:

  • สารเร่งปฏิกิริยาช่วยเร่งกระบวนการไฮเดรชั่น (การแข็งตัว) ของคอนกรีต วัสดุที่ใช้โดยทั่วไป ได้แก่แคลเซียมคลอไรด์แคลเซียมไนเตรตและโซเดียมไนเตรตอย่างไรก็ตาม การใช้คลอไรด์อาจทำให้เหล็กเสริมเกิดการกัดกร่อนและเป็นสิ่งต้องห้ามในบางประเทศ ดังนั้นไนเตรตจึงอาจเป็นที่นิยมมากกว่า แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าเกลือคลอไรด์ก็ตาม สารเร่งปฏิกิริยามีประโยชน์อย่างยิ่งในการปรับปรุงคุณสมบัติของคอนกรีตในสภาพอากาศหนาวเย็น
  • สารดักอากาศจะเพิ่มและดักจับฟองอากาศขนาดเล็กในคอนกรีต ซึ่งช่วยลดความเสียหายระหว่างวัฏจักรการแข็งตัวและการละลาย ทำให้มี ความทนทาน มากขึ้น อย่างไรก็ตาม อากาศที่ดักจับนั้นมีผลเสียต่อความแข็งแรง เนื่องจากอากาศ 1% อาจลดความแข็งแรงในการรับแรงอัดลง 5% [ 57 ]หากมีอากาศติดอยู่ในคอนกรีตมากเกินไปอันเป็นผลมาจากกระบวนการผสม สามารถใช้ สารลดฟองเพื่อกระตุ้นให้ฟองอากาศรวมตัวกัน ลอยขึ้นสู่ผิวของคอนกรีตเปียก แล้วกระจายตัวออกไป
  • สารยึดเกาะใช้ในการสร้างพันธะระหว่างคอนกรีตเก่าและใหม่ (โดยทั่วไปเป็นโพลิเมอร์ชนิดหนึ่ง) ซึ่งทนต่ออุณหภูมิได้กว้างและทนต่อการกัดกร่อน
  • สารยับยั้งการกัดกร่อนใช้เพื่อลดการกัดกร่อนของเหล็กและเหล็กเส้นในคอนกรีต
  • โดยทั่วไปแล้วจะมีการเติมสารผสมผลึกในระหว่างการผสมคอนกรีตเพื่อลดการซึมผ่าน ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเมื่อสัมผัสกับน้ำและอนุภาคซีเมนต์ที่ยังไม่เกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ทำให้เกิดผลึกรูปเข็มที่ไม่ละลายน้ำ ซึ่งจะเข้าไปเติมเต็มรูพรุนและรอยแตกขนาดเล็กในคอนกรีตเพื่อปิดกั้นทางเดินของน้ำและสารปนเปื้อนที่มากับน้ำ คอนกรีตที่มีส่วนผสมของสารผสมผลึกสามารถปิดผนึกตัวเองได้ เนื่องจากเมื่อสัมผัสกับน้ำอย่างต่อเนื่องจะกระตุ้นกระบวนการตกผลึกอย่างต่อเนื่องเพื่อให้มั่นใจได้ถึงการป้องกันน้ำอย่างถาวร
  • สามารถใช้ สีผสมอาหารเพื่อเปลี่ยนสีของคอนกรีตเพื่อความสวยงามได้
  • สารเพิ่มความยืดหยุ่น (Plasticizers)ช่วยเพิ่มความสามารถในการทำงานของคอนกรีตสด ทำให้สามารถเทได้ง่ายขึ้น โดยใช้แรงในการอัดแน่นน้อยลง สารเพิ่มความยืดหยุ่นที่ใช้กันทั่วไปคือ ลิกโนซัลโฟเนต สารเพิ่มความยืดหยุ่นสามารถใช้เพื่อลดปริมาณน้ำในคอนกรีตโดยยังคงรักษาความสามารถในการทำงานไว้ได้ และบางครั้งจึงเรียกว่าสารลดน้ำเนื่องจากการใช้งานดังกล่าว การปรับปรุงคุณสมบัติดังกล่าวช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความทนทานของคอนกรีต
  • สารลดน้ำชนิดพิเศษ (หรือเรียกว่าสารลดน้ำประสิทธิภาพสูง) เป็นสารลดน้ำชนิดหนึ่งที่มีผลเสียต่อคอนกรีตน้อยกว่า และสามารถใช้เพิ่มความสามารถในการทำงานได้ดีกว่าสารลดน้ำแบบดั้งเดิม สารลดน้ำชนิดพิเศษใช้เพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการรับแรงอัด เพิ่มความสามารถในการทำงานของคอนกรีต และลดปริมาณน้ำที่ต้องการลง 15–30%
  • สารช่วยในการปั๊มช่วยให้ปั๊มได้ง่ายขึ้น ทำให้เนื้อครีมข้นขึ้น และลดการแยกตัวและการไหลเยิ้ม
  • สารหน่วงการแข็งตัวจะชะลอการไฮเดรชั่นของคอนกรีตและใช้ในการเทคอนกรีตปริมาณมากหรือยากลำบาก ซึ่งไม่ต้องการให้มีการแข็งตัวเพียงบางส่วนก่อนการเทเสร็จสมบูรณ์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเทคอนกรีตในสภาพอากาศร้อนและการใช้งานคอนกรีตจำนวนมากเพื่อควบคุมเวลาการแข็งตัวและลดความเสี่ยงของการเกิดรอยต่อเย็น สารหน่วงการแข็งตัวทั่วไป ได้แก่น้ำตาลโซเดียมกลูโคเนตกรดซิตริกและกรดทาร์ทาริก[ 58 ] [ 59 ]

สารเติมแต่งแร่ธาตุและซีเมนต์ผสม

ส่วนประกอบของซีเมนต์: การเปรียบเทียบคุณลักษณะทางเคมีและทางกายภาพ[ a ] ​​[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]
คุณสมบัติปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เถ้าลอยซิลิกา[ b ]เถ้าลอยแคลเซียม[ c ]ซีเมนต์ตะกรันซิลิกาฟูม
สัดส่วนโดยมวล (%)
ซิโอ21.952353585–97
อัลโอ6.9231812
เฟโอ31161
CaO6352140< 1
เอ็มจีโอ2.5
โซ1.7
พื้นที่ผิวจำเพาะ (ตร.ม. /กก.) [วัน]37042042040015,000 – 30,000
ความถ่วงจำเพาะ3.152.382.652.942.22
วัตถุประสงค์ทั่วไปแฟ้มหลักการทดแทนซีเมนต์การทดแทนซีเมนต์การทดแทนซีเมนต์ผู้เพิ่มมูลค่าทรัพย์สิน
  1. ค่าที่แสดงเป็นค่าโดยประมาณ คุณสมบัติของวัสดุแต่ละชนิดอาจแตกต่างกันไป
  2. ASTM C618 คลาส F
  3. ASTM C618 คลาส C
  4. การวัดพื้นที่ผิวจำเพาะของซิลิกาฟูมด้วยวิธีดูดซับไนโตรเจน (BET) และวิธีอื่นๆ ด้วย วิธี วัดการซึมผ่านของอากาศ (Blaine)

วัสดุอนินทรีย์ที่มี คุณสมบัติ ปอซโซลานิกหรือไฮดรอลิกแฝง วัสดุที่ มีเม็ดละเอียด มากเหล่านี้ จะถูกเติมลงในส่วนผสมคอนกรีตเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของคอนกรีต (สารเติมแต่งแร่ธาตุ) [ 55 ]หรือใช้แทนปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ (ปูนซีเมนต์ผสม) [ 63 ]ผลิตภัณฑ์ที่ผสมหินปูนเถ้าลอย ตะกรันเตาหลอมและวัสดุที่มีประโยชน์อื่นๆ ที่มีคุณสมบัติปอซโซลานิกกำลังได้รับการทดสอบและใช้งาน การพัฒนาเหล่านี้มีความสำคัญเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อลดผลกระทบที่เกิดจากการใช้ปูนซีเมนต์ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีว่าเป็นหนึ่งในผู้ผลิตก๊าซเรือนกระจก รายใหญ่ที่สุด (ประมาณ 5 ถึง 10%) ของโลก [ 64 ] การใช้วัสดุทาง เลือกยังสามารถลดต้นทุน ปรับปรุงคุณสมบัติของคอนกรีต และรีไซเคิลของเสีย ซึ่งอย่างหลังนี้มีความเกี่ยวข้องกับ แง่ มุมเศรษฐกิจหมุนเวียนของอุตสาหกรรมการก่อสร้างซึ่งมีความต้องการเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ พร้อมกับผลกระทบที่มากขึ้นต่อการสกัดวัตถุดิบ การสร้างของเสีย และการจัดการขยะฝังกลบ

  • เถ้าลอย : ผลพลอยได้จากโรงไฟฟ้า พลังงานถ่านหิน ใช้เพื่อทดแทนปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์บางส่วน (มากถึง 60% โดยมวล) คุณสมบัติของเถ้าลอยขึ้นอยู่กับชนิดของถ่านหินที่เผา โดยทั่วไป เถ้าลอยซิลิกาจะมีคุณสมบัติเป็นปอซโซลานิกในขณะที่ เถ้าลอย แคลเซียมจะมีคุณสมบัติทางไฮดรอลิกแฝง[ 65 ]
  • ตะกรันเตาหลอมเหล็กบดละเอียด (GGBFS หรือ GGBS): ผลพลอยได้จากการผลิตเหล็กถูกนำมาใช้ทดแทนปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ บางส่วน (มากถึง 80% โดยมวล) มีคุณสมบัติทางไฮดรอลิกแฝง[ 66 ]
  • ซิลิกาฟูม : ผลพลอยได้จากการผลิตโลหะผสมซิลิคอนและเฟอร์โรซิลิคอน ซิลิกาฟูมมีลักษณะคล้ายกับเถ้าลอย แต่มีขนาดอนุภาคเล็กกว่าถึง 100 เท่า ส่งผลให้มีอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรสูงขึ้นและเกิดปฏิกิริยาพอซโซลานิกได้ เร็วกว่ามาก ซิลิกาฟูมใช้เพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความทนทานของคอนกรีต แต่โดยทั่วไปแล้วจำเป็นต้องใช้สารลดน้ำพิเศษเพื่อให้ใช้งานได้[ 67 ]
  • เมตาคาโอลินที่มีปฏิกิริยาสูง(HRM): เมตาคาโอลินใช้ในการผลิตคอนกรีตที่มีความแข็งแรงและทนทานใกล้เคียงกับคอนกรีตที่ทำจากซิลิกาฟูม โดยทั่วไปซิลิกาฟูมจะมีสีเทาเข้มหรือดำ แต่เมตาคาโอลินที่มีปฏิกิริยาสูงมักมีสีขาวสว่าง ทำให้เป็นตัวเลือกที่นิยมใช้สำหรับคอนกรีตทางสถาปัตยกรรมที่ให้ความสำคัญกับรูปลักษณ์
  • สามารถเพิ่มนาโนไฟเบอร์คาร์บอน ลงในคอนกรีตเพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการรับแรงอัดและเพิ่มค่า โมดูลัสของยัง (Young's modulus ) รวมทั้งปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการตรวจสอบความเครียด การประเมินความเสียหาย และการตรวจสอบสุขภาพของคอนกรีตด้วยตนเอง เส้นใยคาร์บอนมีข้อดีหลายประการในด้านคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้า (เช่น ความแข็งแรงที่สูงขึ้น) และพฤติกรรมการตรวจสอบตนเองเนื่องจากความแข็งแรงดึง สูง และการนำไฟฟ้าสูง[ 68 ]
  • มีการเติมผลิตภัณฑ์คาร์บอนเพื่อทำให้คอนกรีตนำไฟฟ้าได้ เพื่อวัตถุประสงค์ในการละลายน้ำแข็ง[ 69 ]
  • งานวิจัยใหม่จากมหาวิทยาลัยคิตะคิวชู ของญี่ปุ่น แสดงให้เห็นว่า การนำผ้าอ้อมใช้แล้วที่ซักและอบแห้งแล้วมาผสมใหม่ สามารถเป็นทางออกด้านสิ่งแวดล้อมในการลดปริมาณขยะฝังกลบและลดการใช้ทรายในการผลิตคอนกรีตได้ มีการสร้างบ้านตัวอย่างในอินโดนีเซียเพื่อทดสอบความแข็งแรงและความทนทานของวัสดุผสมผ้าอ้อม-ซีเมนต์แบบใหม่[ 70 ]

การผลิต

โรงงานผลิตคอนกรีตแสดงภาพเครื่องผสมคอนกรีตกำลังถูกเติมส่วนผสมจากไซโลเก็บส่วนผสม
โรงงานผสมคอนกรีตในเมืองเบอร์มิงแฮม รัฐอลาบามาในปี ค.ศ. 1936

การผลิตคอนกรีตคือกระบวนการผสมส่วนประกอบต่างๆ ได้แก่ น้ำ หินกรวด ปูนซีเมนต์ และสารเติมแต่งต่างๆ เพื่อให้ได้คอนกรีต การผลิตคอนกรีตเป็นกระบวนการที่ต้องทำอย่างรวดเร็ว เมื่อผสมส่วนประกอบต่างๆ แล้ว คนงานต้องนำคอนกรีตไปเทในตำแหน่งที่ต้องการก่อนที่มันจะแข็งตัว ในการใช้งานสมัยใหม่ การผลิตคอนกรีตส่วนใหญ่เกิดขึ้นในโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่เรียกว่าโรงงานคอนกรีตหรือที่รู้จักกันในชื่อโรงงานผสมคอนกรีต วิธีการเทคอนกรีตโดยทั่วไปคือการเทลงในแบบหล่อซึ่งจะช่วยยึดส่วนผสมให้อยู่ในรูปทรงจนกว่าจะแข็งตัวพอที่จะคงรูปทรงได้ด้วยตัวเอง

โรงงานผลิตคอนกรีตมีสองประเภทหลัก คือ โรงงานผสมสำเร็จรูป และโรงงานผสมกลาง โรงงานผสมสำเร็จรูปจะผสมส่วนผสมที่เป็นของแข็งทั้งหมดเข้าด้วยกัน ในขณะที่โรงงานผสมกลางจะทำเช่นเดียวกันแต่เติมน้ำเข้าไปด้วย โรงงานผสมกลางช่วยให้ควบคุมคุณภาพคอนกรีตได้แม่นยำยิ่งขึ้น โรงงานผสมกลางต้องอยู่ใกล้กับสถานที่ก่อสร้างที่จะใช้คอนกรีต เนื่องจากกระบวนการไฮเดรชั่นจะเริ่มต้นที่โรงงาน

โรงงานผลิตคอนกรีตประกอบด้วยถังพักขนาดใหญ่สำหรับจัดเก็บส่วนผสมต่างๆ เช่น ปูนซีเมนต์ พื้นที่จัดเก็บส่วนผสมจำนวนมาก เช่น หินกรวดและน้ำ กลไกสำหรับการเติมสารปรุงแต่งและสารปรับปรุงคุณภาพต่างๆ เครื่องจักรสำหรับชั่งน้ำหนัก เคลื่อนย้าย และผสมส่วนผสมบางส่วนหรือทั้งหมดอย่างแม่นยำ และสิ่งอำนวยความสะดวกในการจ่ายคอนกรีตที่ผสมแล้ว ซึ่งมักจะจ่ายให้กับรถบรรทุกผสมคอนกรีต

คอนกรีตสมัยใหม่มักถูกเตรียมให้มีลักษณะเป็นของเหลวหนืด เพื่อให้สามารถเทลงในแบบหล่อได้ แบบหล่อคือภาชนะที่กำหนดรูปทรงที่ต้องการ การเตรียม แบบหล่อ คอนกรีต สามารถทำได้หลายวิธี เช่นการหล่อแบบเลื่อนและการก่อสร้างด้วยแผ่นเหล็กหรืออีกทางเลือกหนึ่งคือ การผสมคอนกรีตลงในแบบหล่อที่แห้งกว่าและไม่เป็นของเหลว แล้วนำไปใช้ในโรงงานเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์คอนกรีตสำเร็จรูป

การหยุดชะงักในการเทคอนกรีตอาจทำให้วัสดุที่เทลงไปในตอนแรกเริ่มแข็งตัวก่อนที่จะเทชุดถัดไปทับลงไป ซึ่งจะสร้างระนาบความอ่อนแอในแนวนอนที่เรียกว่ารอยต่อเย็นระหว่างสองชุด[ 71 ]เมื่อส่วนผสมอยู่ในตำแหน่งที่ควรจะเป็นแล้ว กระบวนการบ่มจะต้องได้รับการควบคุมเพื่อให้แน่ใจว่าคอนกรีตมีคุณสมบัติตามที่ต้องการ ในระหว่างการเตรียมคอนกรีต รายละเอียดทางเทคนิคต่างๆ อาจส่งผลต่อคุณภาพและลักษณะของผลิตภัณฑ์

การผสมผสานการออกแบบ

อัตรา ส่วนผสมคอนกรีตที่ออกแบบนั้นถูกกำหนดโดยวิศวกรหลังจากวิเคราะห์คุณสมบัติของส่วนผสมเฉพาะที่ใช้ แทนที่จะใช้ "อัตราส่วนผสมมาตรฐาน" เช่น ปูนซีเมนต์ 1 ส่วน ทราย 2 ส่วน และหินกรวด 4 ส่วน วิศวกรโยธาจะออกแบบส่วนผสมคอนกรีตเฉพาะเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของสถานที่และสภาพแวดล้อมอย่างแม่นยำ โดยกำหนดอัตราส่วนของวัสดุ และมักจะออกแบบสารเติมแต่งเพื่อปรับแต่งคุณสมบัติหรือเพิ่มประสิทธิภาพของส่วนผสม คอนกรีตที่ออกแบบตามสั่งสามารถมีคุณสมบัติที่หลากหลายซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยอัตราส่วนผสมมาตรฐานทั่วไป แต่การมีส่วนร่วมของวิศวกรมักจะเพิ่มต้นทุนของส่วนผสมคอนกรีต

ส่วนผสมคอนกรีตโดยทั่วไปแบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่ ส่วนผสมตามปริมาณที่กำหนด ส่วนผสมมาตรฐาน และส่วนผสมตามการออกแบบ

อัตราส่วนการผสมที่ระบุไว้จะแสดงเป็นปริมาตรปูนซีเมนต์ : ทราย : มวลรวม{\displaystyle {\text{ซีเมนต์ ส่วนผสมโดยประมาณ ( ทราย : หินกรวด) เป็นวิธีที่ง่ายและรวดเร็วในการทราบคุณสมบัติพื้นฐานของคอนกรีตสำเร็จรูปโดยไม่ต้องทำการทดสอบล่วงหน้า

หน่วยงานกำกับดูแลต่างๆ (เช่นมาตรฐานอังกฤษ ) กำหนดอัตราส่วนการผสมโดยประมาณเป็นเกรดต่างๆ ซึ่งโดยทั่วไปจะเรียงจากความแข็งแรงในการรับแรงอัด ต่ำไป จนถึงความแข็งแรงในการรับแรงอัดสูง เกรดเหล่านี้มักจะบ่งบอกถึงความแข็งแรงในการบ่ม 28 วัน[ 72 ]

การผสม

การผสมอย่างทั่วถึงเป็นสิ่งสำคัญในการผลิตคอนกรีตที่มีคุณภาพและสม่ำเสมอ

การผสมแบบแยกส่วนแสดงให้เห็นว่าการผสมซีเมนต์และน้ำให้เป็นเนื้อเดียวกันก่อนที่จะรวมวัสดุเหล่านี้กับ มวล รวมสามารถเพิ่มความแข็งแรงในการรับแรงอัดของคอนกรีตที่ได้[ 73 ]โดยทั่วไปแล้วเนื้อปูนจะถูกผสมใน เครื่องผสมแบบ ความเร็วสูงชนิดเฉือนที่ อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ ( w/c ) 0.30 ถึง 0.45 โดยมวล ส่วนผสมซีเมนต์สำเร็จรูปอาจรวมถึงสารเติมแต่ง เช่น สารเร่งปฏิกิริยาหรือสารหน่วงปฏิกิริยา สารลดน้ำสารสีหรือซิลิกาฟูมจากนั้นเนื้อปูนที่ผสมไว้ล่วงหน้าจะถูกผสมกับมวลรวมและน้ำที่เหลืออยู่ และการผสมขั้นสุดท้ายจะเสร็จสมบูรณ์ในอุปกรณ์ผสมคอนกรีตทั่วไป[ 74 ]

การผสมเสียงสะท้อนยังพบว่ามีประสิทธิภาพในการผลิตวัสดุซีเมนต์ประสิทธิภาพสูงพิเศษ เนื่องจากผลิตเมทริกซ์ที่หนาแน่นและมีรูพรุนต่ำ[ 75 ]

การวิเคราะห์ตัวอย่าง—ความสามารถในการใช้งาน

กำลังเทพื้นคอนกรีตของโรงจอดรถ
การเทและปรับผิวคอนกรีตให้เรียบที่สวนสาธารณะพาลิเซดส์ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี.

ความสามารถในการทำงาน (Workability) คือความสามารถของส่วนผสมคอนกรีตสด (ที่ยังคงสภาพเป็นพลาสติก) ในการเติมเต็มแบบหล่อได้อย่างเหมาะสมด้วยการทำงานที่ต้องการ (การเท การปั๊ม การเกลี่ย การอัด การสั่น) โดยไม่ลดคุณภาพของคอนกรีต ความสามารถในการทำงานขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำ มวลรวม (รูปร่างและการกระจายขนาด) ปริมาณซีเมนต์ และอายุ (ระดับการไฮเดรชั่น ) และสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยการเติมสารเคมี เช่น สารลดน้ำ (superplasticizer) การเพิ่มปริมาณน้ำหรือการเติมสารเคมีจะช่วยเพิ่มความสามารถในการทำงานของคอนกรีต น้ำที่มากเกินไปจะนำไปสู่การแยกตัวของมวลรวม (เมื่อซีเมนต์และมวลรวมเริ่มแยกตัว) ทำให้คอนกรีตที่ได้มีคุณภาพลดลง การเปลี่ยนแปลงการกระจายขนาดของมวลรวมก็อาจส่งผลต่อความสามารถในการทำงานของคอนกรีตเช่นกัน แม้ว่าจะสามารถใช้การกระจายขนาดของมวลรวมที่หลากหลายสำหรับการใช้งานต่างๆ ได้ก็ตาม[ 76 ] [ 77 ]การไล่ระดับที่ไม่พึงประสงค์อาจหมายถึงการใช้หินกรวดขนาดใหญ่ที่ใหญ่เกินไปสำหรับขนาดของแบบหล่อ หรือมีหินกรวดขนาดเล็กน้อยเกินไปที่จะใช้เติมช่องว่างระหว่างหินกรวดขนาดใหญ่ หรือใช้ทรายน้อยเกินไปหรือมากเกินไปด้วยเหตุผลเดียวกัน หรือใช้น้ำน้อยเกินไป หรือใช้ซีเมนต์มากเกินไป หรือแม้กระทั่งใช้หินบดหยาบแทนหินกรวดกลมเรียบ เช่น กรวด การรวมกันของปัจจัยเหล่านี้และปัจจัยอื่นๆ อาจส่งผลให้ส่วนผสมแข็งเกินไป กล่าวคือ ไม่ไหลหรือกระจายตัวได้อย่างราบรื่น ยากที่จะใส่ลงในแบบหล่อ และยากต่อการตกแต่งพื้นผิว[ 78 ]

ความสามารถในการทำงานของ คอนกรีตสามารถวัดได้โดย การทดสอบการยุบตัวของคอนกรีต ซึ่งเป็นการวัดความยืดหยุ่นของคอนกรีตสดอย่างง่ายตาม มาตรฐานการทดสอบ ASTM C 143 หรือ EN 12350-2 โดยปกติแล้ว การวัดการยุบตัวจะทำโดยการเติมตัวอย่างคอนกรีตสดลงใน " กรวย Abrams " วางกรวยโดยให้ด้านกว้างคว่ำลงบนพื้นผิวเรียบที่ไม่ดูดซับน้ำ จากนั้นเติมคอนกรีตลงไปสามชั้นที่มีปริมาตรเท่ากัน โดยใช้แท่งเหล็กอัดแต่ละชั้นเพื่ออัดให้แน่น เมื่อยกกรวยขึ้นอย่างระมัดระวัง วัสดุที่อยู่ภายในจะยุบตัวลงในปริมาณหนึ่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ตัวอย่างที่ค่อนข้างแห้งจะยุบตัวน้อยมาก โดยมีค่าการยุบตัวหนึ่งถึงสองนิ้ว (25 ถึง 51 มม.)จากหนึ่งฟุต (300 มม.)ตัวอย่างคอนกรีตที่ค่อนข้างเปียกอาจยุบตัวได้มากถึงแปดนิ้ว (200 มม.)ความสามารถในการทำงานยังสามารถวัดได้โดยการทดสอบบนโต๊ะไหล (flow table test )   

ค่าการยุบตัวสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเติมสารเคมีผสม เช่น สารทำให้พลาสติกหรือสารทำให้พลาสติกยิ่งยวดโดยไม่ต้องเปลี่ยนอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ [ 79 ] สารผสมอื่นๆ บางชนิด โดยเฉพาะสารผสมที่ทำให้เกิดฟองอากาศ สามารถเพิ่มค่าการยุบตัวของส่วนผสมได้

คอนกรีตไหลตัวสูง เช่นคอนกรีตที่อัดตัวได้เองจะถูกทดสอบด้วยวิธีการวัดการไหลแบบอื่น วิธีหนึ่งคือการวางกรวยไว้ที่ปลายด้านแคบและสังเกตการไหลของส่วนผสมผ่านกรวยขณะที่ค่อยๆ ยกกรวยขึ้น

หลังจากผสมแล้ว คอนกรีตจะมีลักษณะเป็นของเหลวและสามารถสูบไปยังตำแหน่งที่ต้องการได้

การบ่ม

แผ่นคอนกรีตที่ถูกรักษาความชุ่มชื้นระหว่างการบ่มด้วยน้ำโดยการแช่ (ขังน้ำ)

การรักษาเงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของซีเมนต์

คอนกรีตต้องคงความชื้นไว้ในระหว่างการบ่มเพื่อให้ได้ความแข็งแรงและความทนทานสูงสุด[ 80 ]ในระหว่างการบ่ม จะเกิดปฏิกิริยาไฮ เดรชั่นทำให้เกิดแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต (CaO-SiO -H O หรือ "CSH" ในสัญลักษณ์ของนักเคมีซีเมนต์ ) โดยทั่วไปความแข็งแรงขั้นสุดท้ายของส่วนผสมมากกว่า 90% จะถึงภายในสี่สัปดาห์ และอีก 10% ที่เหลือจะถึงภายในหลายปีหรือหลายทศวรรษ[ 81 ]การเปลี่ยนแคลเซียมไฮดรอกไซด์ในคอนกรีตเป็นแคลเซียมคาร์บอเนตจากการดูดซับCO ในช่วงหลายทศวรรษจะช่วยเสริมความแข็งแรงของคอนกรีตและทำให้ทนต่อความเสียหายได้มากขึ้น อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยา คาร์บอเนชั่น นี้ จะลดค่า pH ของสารละลายในรูพรุนของซีเมนต์และอาจกัดกร่อนเหล็กเสริมได้

การไฮเดรชั่นและการแข็งตัวของคอนกรีตในช่วงสามวันแรกมีความสำคัญอย่างยิ่ง การแห้งและการหดตัวที่เร็วผิดปกติเนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น การระเหยจากลมระหว่างการเท อาจทำให้เกิดความเค้นดึงเพิ่มขึ้นในขณะที่คอนกรีตยังไม่แข็งแรงเพียงพอ ส่งผลให้เกิดการแตกร้าวจากการหดตัวมากขึ้น ความแข็งแรงในช่วงแรกของคอนกรีตสามารถเพิ่มขึ้นได้หากรักษาความชื้นไว้ในระหว่างกระบวนการบ่ม การลดความเค้นก่อนการบ่มจะช่วยลดการแตกร้าว คอนกรีตที่มีความแข็งแรงสูงในช่วงแรกได้รับการออกแบบให้ไฮเดรชั่นได้เร็วขึ้น โดยมักจะใช้ซีเมนต์เพิ่มขึ้นซึ่งจะทำให้เกิดการหดตัวและการแตกร้าวมากขึ้น ความแข็งแรงของคอนกรีตจะเปลี่ยนแปลง (เพิ่มขึ้น) ได้นานถึงสามปี ขึ้นอยู่กับขนาดหน้าตัดของชิ้นส่วนและสภาวะที่โครงสร้างได้รับ[ 53 ]การเพิ่มเส้นใยโพลีเมอร์แบบสั้นสามารถปรับปรุง (ลด) ความเค้นที่เกิดจากการหดตัวระหว่างการบ่มและเพิ่มความแข็งแรงในการอัดในช่วงแรกและขั้นสุดท้าย[ 82 ]

การบ่มคอนกรีตอย่างถูกวิธีจะช่วยเพิ่มความแข็งแรง ลดการซึมผ่าน และป้องกันการแตกร้าวบริเวณผิวหน้าที่แห้งก่อนเวลาอันควร ต้องระมัดระวังไม่ให้เกิดการแข็งตัวหรือร้อนเกินไป เนื่องจาก ปฏิกิริยา การแข็งตัวของซีเมนต์เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน การบ่มที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดการหลุดร่อน ความแข็งแรงลดลง ความต้านทานต่อ การขัดถูต่ำและการแตกร้าวได้

เทคนิคการบ่มที่ช่วยป้องกันการสูญเสียน้ำจากการระเหย

ในระหว่างช่วงการบ่ม คอนกรีตควรได้รับการดูแลให้อยู่ในอุณหภูมิและความชื้นที่ควบคุมได้ เพื่อให้แน่ใจว่ามีการไฮเดรชั่นอย่างสมบูรณ์ในระหว่างการบ่ม แผ่นคอนกรีตมักจะถูกพ่นด้วย "สารบ่ม" ซึ่งจะสร้างฟิล์มที่กักเก็บน้ำไว้บนคอนกรีต ฟิล์มทั่วไปทำจากขี้ผึ้งหรือสารประกอบไฮโดรโฟบิกที่เกี่ยวข้อง หลังจากที่คอนกรีตบ่มได้ที่แล้ว ฟิล์มจะถูกปล่อยให้สึกกร่อนออกจากคอนกรีตผ่านการใช้งานตามปกติ[ 83 ]

วิธีการบ่มคอนกรีตแบบดั้งเดิมนั้นเกี่ยวข้องกับการฉีดพ่นหรือแช่น้ำบนพื้นผิวคอนกรีต ภาพประกอบด้านข้างแสดงวิธีการหนึ่งในหลายวิธีในการทำเช่นนั้น คือการแช่คอนกรีตที่กำลังแข็งตัวในน้ำแล้วห่อด้วยพลาสติกเพื่อป้องกันการแห้งตัว วิธีการบ่มที่นิยมใช้เพิ่มเติม ได้แก่ การใช้ผ้ากระสอบเปียกและแผ่นพลาสติกคลุมคอนกรีตที่ยังไม่แข็งตัว

สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแข็งแรงสูง อาจใช้วิธี การเร่งการบ่มคอนกรีตได้ เทคนิคที่นิยมใช้คือการให้ความร้อนแก่คอนกรีตที่เทลงไปแล้วด้วยไอน้ำ ซึ่งจะช่วยรักษาความชื้นและเพิ่มอุณหภูมิ ทำให้กระบวนการไฮเดรชั่นดำเนินไปได้เร็วและทั่วถึงยิ่งขึ้น

ประเภททางเลือก

ยางมะตอย

คอนกรีตแอสฟัลต์ (โดยทั่วไปเรียกว่าแอสฟัลต์ [ 84 ] แบล็กท็อปหรือเพฟเมนต์ในอเมริกาเหนือ และทาร์แมค บิทูเมนแมคคาดัมหรือโรลเลอร์แอสฟัลต์ในสหราชอาณาจักรและไอร์แลนด์ ) เป็นวัสดุผสมที่ใช้กันทั่วไปในการปูผิวถนนลานจอดรถสนามบินรวมถึงแกนกลางของเขื่อน[ 85 ] ส่วนผสมแอสฟัลต์ถูกนำมาใช้ในการก่อสร้าง ทางเท้าตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 [ 86 ]ประกอบด้วยมวลรวมแร่ที่ยึดติดกันด้วยแอสฟัลต์ วางเป็นชั้นๆ และอัดแน่น กระบวนการนี้ได้รับการปรับปรุงและพัฒนาโดย เอ็ดเวิร์ด เดอ สเมดต์นักประดิษฐ์ชาวเบลเยียมและผู้อพยพชาวอเมริกัน[ 87 ]

คำว่าคอนกรีตแอสฟัลต์ (หรือแอสฟัลติก ) คอนกรีตแอสฟัลต์บิทูเมนและส่วนผสมบิทูเมนมักใช้เฉพาะใน เอกสาร ทางวิศวกรรมและการก่อสร้าง ซึ่งกำหนดนิยามของคอนกรีตว่าเป็นวัสดุผสมใดๆ ที่ประกอบด้วยมวลรวมแร่ธาตุที่ยึดติดกันด้วยสารยึดเกาะ ตัวย่อACบางครั้งใช้สำหรับคอนกรีตแอสฟัลต์แต่ก็อาจหมายถึงปริมาณแอสฟัลต์ คอนกรีตมวลเบาหรือซีเมนต์แอสฟัลต์ซึ่งหมายถึงส่วนที่เป็นแอสฟัลต์เหลวของวัสดุผสมนั้นด้วย

คอนกรีตจีโอโพลิเมอร์

คอนกรีตจีโอโพลิเมอร์คือคอนกรีตที่ทำจากซีเมนต์จีโอโพลิเมอร์ซึ่งประกอบด้วยอะลูมิโนซิลิเกตที่ทำปฏิกิริยากับสารยึดเกาะที่เป็นกรดหรือด่าง[ 88 ]ที่สำคัญคือ วิธีนี้ช่วยหลีกเลี่ยงการใช้ปูนขาว ซึ่งการผลิตปูนขาวเป็นแหล่งสำคัญของมลพิษ CO2

คอนกรีตเสริมกราฟีน

คอนกรีตเสริมกราฟีนเป็นการออกแบบมาตรฐานของส่วนผสมคอนกรีต ยกเว้นว่าในระหว่างกระบวนการผสมซีเมนต์หรือการผลิตจะมีการเติมกราฟีน ที่ได้รับการออกแบบทางเคมีในปริมาณเล็กน้อย (โดยทั่วไป < 0.5% โดยน้ำหนัก) [ 89 ] [ 90 ]คอนกรีตเสริมกราฟีนเหล่านี้ได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงการใช้งานคอนกรีตเป็นหลัก

จุลินทรีย์

แบคทีเรีย เช่นBacillus pasteurii , Bacillus pseudofirmus , Bacillus cohnii , Sporosarcina pasteuriและArthrobacter crystallopoietesช่วยเพิ่มความแข็งแรงในการรับแรงอัดของคอนกรีตผ่านมวลชีวภาพของพวกมัน Bacillus sp. CT-5 สามารถลดการกัดกร่อนของเหล็กเสริมในคอนกรีตเสริมเหล็กได้มากถึงสี่เท่าSporosarcina pasteuriiช่วยลดการซึมผ่านของน้ำและคลอไรด์B. pasteuriiเพิ่มความต้านทานต่อกรด[ 91 ] Bacillus pasteuriiและB. sphaericusสามารถกระตุ้นการตกตะกอนของแคลเซียมคาร์บอเนตบนพื้นผิวของรอยแตก ทำให้เพิ่มความแข็งแรงในการรับแรงอัด[ 92 ]อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียบางชนิดก็สามารถทำลายคอนกรีตได้เช่นกัน[ 93 ]

นาโนคอนกรีต

จานตกแต่งที่ทำจากนาโนคอนกรีตด้วยเทคโนโลยีการผสมพลังงานสูง (HEM)

นาโนคอนกรีต (หรือสะกดว่า "นาโนคอนกรีต" หรือ "นาโน-คอนกรีต") เป็นวัสดุประเภทหนึ่งที่ประกอบด้วยอนุภาคปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ที่มีขนาดไม่เกิน 100 ไมโครเมตร[ 94 ]และอนุภาคซิลิกาที่มีขนาดไม่เกิน 500 ไมโครเมตร ซึ่งจะเติมเต็มช่องว่างที่อาจเกิดขึ้นในคอนกรีตปกติ ทำให้ความแข็งแรงของวัสดุเพิ่มขึ้นอย่างมาก[ 95 ]มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสะพานคนเดินและสะพานทางหลวงที่ต้องการความแข็งแรงในการดัดและการรับแรงอัดสูง[ 92 ]

ซุย

คอนกรีตแบบซึมผ่านได้คือส่วนผสมของหินกรวดขนาดใหญ่ที่คัดขนาดพิเศษ ซีเมนต์ น้ำ และหินกรวดละเอียดเพียงเล็กน้อยหรือไม่เลย คอนกรีตชนิดนี้เรียกอีกอย่างว่า "คอนกรีตไร้หินกรวด" หรือคอนกรีตพรุน การผสมส่วนผสมในกระบวนการที่ควบคุมอย่างระมัดระวังจะสร้างเนื้อปูนที่เคลือบและยึดเกาะอนุภาคหินกรวด คอนกรีตที่แข็งตัวแล้วจะมีช่องว่างอากาศที่เชื่อมต่อกันรวมประมาณ 15 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์ น้ำจะไหลผ่านช่องว่างในพื้นผิวถนนไปยังดินด้านล่าง มักใช้สารเติมแต่งเพื่อเพิ่มการดักอากาศในสภาพอากาศที่มีการแข็งตัวและละลายสลับกันเพื่อลดโอกาสเกิดความเสียหายจากน้ำแข็ง คอนกรีตแบบซึมผ่านได้ยังช่วยให้น้ำฝนซึมผ่านถนนและลานจอดรถเพื่อเติมน้ำใต้ดิน แทนที่จะก่อให้เกิดน้ำไหลบ่าและน้ำท่วม[ 96 ]

โพลิเมอร์

คอนกรีตโพลิเมอร์เป็นส่วนผสมของหินกรวดและโพลิเมอร์ชนิดต่างๆ และอาจเสริมด้วยวัสดุเสริมแรงได้ ซีเมนต์ที่ใช้มีราคาสูงกว่าซีเมนต์ที่ใช้ปูนขาว แต่คอนกรีตโพลิเมอร์ก็มีข้อดีหลายประการ เช่น มีความแข็งแรงทนทานต่อแรงดึงสูงแม้ไม่มีวัสดุเสริมแรง และกันน้ำได้ดีเยี่ยม คอนกรีตโพลิเมอร์จึงมักถูกนำมาใช้ในการซ่อมแซมและก่อสร้างงานอื่นๆ เช่น ท่อระบายน้ำ

เส้นใยพืช

เส้นใยและอนุภาคจากพืชสามารถใช้ในส่วนผสมคอนกรีตหรือเป็นวัสดุเสริมแรงได้[ 97 ] [ 98 ] [ 99 ] [ 100 ]วัสดุเหล่านี้สามารถเพิ่มความยืดหยุ่นได้ แต่อนุภาคลิกโนเซลลูโลสจะเกิดการไฮโดรไลซิสระหว่างการบ่มคอนกรีตอันเป็นผลมาจากสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างและอุณหภูมิสูง[ 101 ] [ 102 ] [ 103 ]กระบวนการดังกล่าวซึ่งยากต่อการวัด[ 104 ]อาจส่งผลต่อคุณสมบัติของคอนกรีตที่ได้

คอนกรีตกำมะถัน

คอนกรีตซัลเฟอร์เป็นคอนกรีตชนิดพิเศษที่ใช้ซัลเฟอร์เป็นสารยึดเกาะและไม่จำเป็นต้องใช้ซีเมนต์หรือน้ำ[ 105 ]

ภูเขาไฟ

คอนกรีตภูเขาไฟใช้หินภูเขาไฟแทนหินปูนที่ถูกเผาเพื่อสร้างคลินเกอร์ โดยใช้พลังงานในปริมาณใกล้เคียงกัน แต่ไม่ปล่อยคาร์บอนเป็นผลพลอยได้โดยตรง[ 106 ]หินภูเขาไฟ/เถ้าภูเขาไฟถูกใช้เป็นวัสดุเสริมซีเมนต์ในคอนกรีตเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อปฏิกิริยาซัลเฟต คลอไรด์ และอัลคาไลซิลิกาเนื่องจากการปรับปรุงรูพรุน[ 107 ]นอกจากนี้ โดยทั่วไปแล้วยังมีต้นทุนที่คุ้มค่าเมื่อเทียบกับวัสดุมวลรวมอื่นๆ[ 108 ]เหมาะสำหรับคอนกรีตกึ่งน้ำหนักและน้ำหนักเบา[ 108 ]และเหมาะสำหรับฉนวนกันความร้อนและเสียง[ 108 ]

วัสดุภูเขาไฟ เช่น หินพัมมิส หินสกอเรีย และเถ้าถ่าน เกิดจากการเย็นตัวของแมกมาในระหว่างการระเบิดของภูเขาไฟ วัสดุเหล่านี้ใช้เป็นวัสดุเสริมซีเมนต์หรือเป็นมวลรวมสำหรับซีเมนต์และคอนกรีต[ ​​109 ]มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมาตั้งแต่สมัยโบราณเพื่อผลิตวัสดุสำหรับงานก่อสร้าง ตัวอย่างเช่น หินพัมมิสและแก้วภูเขาไฟอื่นๆ ถูกเติมเป็นวัสดุปอซโซลานิกธรรมชาติสำหรับปูนฉาบและปูนปลาสเตอร์ในระหว่างการก่อสร้างวิลลาซานมาร์โกในสมัยโรมัน (89 ปีก่อนคริสต์ศักราช – 79 ปีหลังคริสต์ศักราช) ซึ่งยังคงเป็นหนึ่งในวิลลาโอติอุมที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ดีที่สุดในอ่าวเนเปิลส์ประเทศอิตาลี[ 110 ]

แสงเสีย

คอนกรีตเบาจากขยะเป็นคอนกรีตดัดแปลง โพลีเมอร์ชนิดหนึ่งสารผสมโพลีเมอร์เฉพาะช่วยให้สามารถแทนที่วัสดุมวลรวมแบบดั้งเดิมทั้งหมด (กรวด ทราย หิน) ด้วยวัสดุเหลือใช้ที่เป็นของแข็งผสมใดๆ ก็ได้ที่มีขนาดเม็ด 3–10  มม. เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีความแข็งแรงในการรับแรงอัดต่ำ (3–20  N/mm² ) [ 111 ] สำหรับการก่อสร้างถนนและอาคาร คอนกรีตเบาจากขยะ 1 ลูกบาศก์เมตรประกอบด้วยขยะที่ถูกบด 1.1–1.3 ลูกบาศก์ เมตรและไม่มีวัสดุมวลรวมอื่นๆ

คอนกรีตมวลรวมรีไซเคิล (RAC)

อินโฟกราฟิกแสดงถึงความเป็นวงจรของคอนกรีตตั้งแต่ต้นกำเนิดจนถึงการใช้งานซ้ำ

คอนกรีตมวลรวมรีไซเคิลคือ คอนกรีตผสมมาตรฐานที่เติมหรือแทนที่มวลรวมธรรมชาติด้วยมวลรวมรีไซเคิลที่ได้จากเศษวัสดุก่อสร้างและรื้อถอน คอนกรีตสำเร็จรูปหรืออิฐที่ไม่ได้ใช้งานแล้ว ในกรณีส่วนใหญ่ คอนกรีตมวลรวมรีไซเคิลจะมีระดับการดูดซึมน้ำสูงขึ้นเนื่องจากแรงดึงดูดของเส้นเลือดฝอยและการซึมผ่าน ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดความแข็งแรงและความทนทานของคอนกรีต การเพิ่มขึ้นของระดับการดูดซึมน้ำส่วนใหญ่เกิดจากปูนฉาบที่มีรูพรุนซึ่งเกาะติดอยู่กับมวลรวมรีไซเคิล ดังนั้น มวลรวมคอนกรีตรีไซเคิลที่ผ่านการล้างเพื่อลดปริมาณปูนฉาบที่เกาะติดอยู่จะมีระดับการดูดซึมน้ำต่ำกว่าเมื่อเทียบกับมวลรวมรีไซเคิลที่ไม่ผ่านการล้าง

คุณภาพของคอนกรีตที่ใช้หินกรวดรีไซเคิลนั้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงขนาด จำนวนรอบการทดแทน และระดับความชื้นของหินกรวดรีไซเคิล เมื่อหินกรวดรีไซเคิลถูกบดให้มีขนาดใหญ่ขึ้น คอนกรีตผสมจะมีความสามารถในการซึมผ่านได้ดีขึ้น ส่งผลให้ความแข็งแรงโดยรวมเพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้าม หินกรวดรีไซเคิลจากงานก่อสร้างจะให้คุณภาพที่ดีกว่าเมื่อถูกบดให้มีขนาดเล็กลง ความแข็งแรงในการรับแรงอัดของคอนกรีตรีไซเคิลแต่ละรุ่นจะลดลง

คุณสมบัติ

คอนกรีตมี กำลังรับแรงอัดค่อนข้างสูงแต่มีกำลังรับแรงดึงต่ำ กว่ามาก [ 112 ]ดังนั้น โดยทั่วไปจึงมักเสริมด้วยวัสดุที่มีกำลังรับแรงดึงสูง (มักเป็นเหล็ก) ความยืดหยุ่นของคอนกรีตค่อนข้างคงที่ที่ระดับความเค้นต่ำ แต่จะเริ่มลดลงที่ระดับความเค้นสูงขึ้นเมื่อเกิดการแตกร้าวของเมทริกซ์ คอนกรีตมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน ต่ำมาก และจะหดตัวเมื่อแข็งตัว โครงสร้างคอนกรีตทั้งหมดจะแตกร้าวในระดับหนึ่งเนื่องจากการหดตัวและแรงดึง คอนกรีตที่รับแรงเป็นเวลานานมีแนวโน้มที่จะเกิดการคืบ

สามารถทำการทดสอบเพื่อให้แน่ใจว่าคุณสมบัติของคอนกรีตตรงตามข้อกำหนดสำหรับการใช้งานได้

การทดสอบแรงอัดของทรงกระบอกคอนกรีต

ส่วนประกอบต่างๆ มีผลต่อความแข็งแรงของวัสดุ โดยปกติแล้วค่าความแข็งแรงของคอนกรีตจะระบุไว้เป็นค่าความแข็งแรงรับแรงอัดต่ำสุดของชิ้นงานทดสอบทรงกระบอกหรือทรงลูกบาศก์ ซึ่งกำหนดโดยขั้นตอนการทดสอบมาตรฐาน

ความแข็งแรงของคอนกรีตขึ้นอยู่กับหน้าที่การใช้งาน คอนกรีตที่มีความแข็งแรงต่ำมาก—14 MPa (2,000 psi)หรือน้อยกว่า—อาจใช้เมื่อต้องการให้คอนกรีตมีน้ำหนักเบา[ 113 ]คอนกรีตน้ำหนักเบามักทำได้โดยการเติมอากาศ โฟม หรือมวลรวมน้ำหนักเบา ซึ่งมีผลข้างเคียงคือความแข็งแรงจะลดลง สำหรับการใช้งานทั่วไปส่วนใหญ่มักใช้คอนกรีตที่มีความแข็งแรง20 ถึง 32 MPa (2,900 ถึง 4,600 psi) คอนกรีตที่มีความแข็งแรง 40 MPa (5,800 psi)มีจำหน่ายทั่วไปในเชิงพาณิชย์ ซึ่งเป็นตัวเลือกที่ทนทานกว่า แม้ว่าจะมีราคาแพงกว่าก็ตาม คอนกรีตที่มีความแข็งแรงสูงมักใช้สำหรับโครงการโยธาขนาดใหญ่[ 114 ]ความแข็งแรงที่สูงกว่า40 MPa (5,800 psi)มักใช้สำหรับองค์ประกอบอาคารเฉพาะ ตัวอย่างเช่น เสาชั้นล่างของอาคารคอนกรีตสูงอาจใช้คอนกรีตที่มีความแข็งแรง80 MPa (11,600 psi)หรือมากกว่า เพื่อให้ขนาดของเสามีขนาดเล็ก สะพานอาจใช้คานยาวที่ทำจากคอนกรีตกำลังสูงเพื่อลดจำนวนช่วงที่ต้องการ[ 115 ] [ 116 ]ในบางครั้ง ความต้องการโครงสร้างอื่นๆ อาจต้องการคอนกรีตกำลังสูง หากโครงสร้างต้องมีความแข็งแกร่งมาก อาจมีการระบุให้ใช้คอนกรีตที่มีกำลังสูงมาก แม้กระทั่งแข็งแรงกว่าที่จำเป็นในการรับน้ำหนักใช้งาน กำลังที่สูงถึง130 MPa (18,900 psi)ได้ถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ด้วยเหตุผลเหล่านี้[ 115 ]            

ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

ซีเมนต์ที่ผลิตเพื่อใช้ทำคอนกรีตคิดเป็นประมาณ 8% ของ การปล่อย CO2 ทั่วโลกต่อปี ( เทียบกับเช่นการบินทั่วโลกที่ 1.9%) [ 117 ] ที่ใหญ่ที่สุด สองแหล่งของCO2เกิดจากกระบวนการผลิตซีเมนต์ ซึ่งเกิดจาก (1) ปฏิกิริยาการกำจัดคาร์บอนของหินปูนในเตาเผาซีเมนต์ (T ≈ 950 °C) และ (2) จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อให้ได้ อุณหภูมิ การเผาผนึก (T ≈ 1450 °C) ของซีเมนต์คลินเกอร์ในเตาเผา พลังงานที่จำเป็นสำหรับการสกัด บด และผสมวัตถุดิบ ( วัสดุก่อสร้างที่ใช้ในการผลิตคอนกรีต รวมถึงหินปูนและดินเหนียวที่ป้อนเข้าเตาเผาซีเมนต์ ) นั้นต่ำกว่า ความต้องการพลังงานสำหรับการขนส่งคอนกรีตผสมเสร็จก็ต่ำกว่าเช่นกัน เนื่องจากผลิตใกล้กับสถานที่ก่อสร้างจากทรัพยากรในท้องถิ่น โดยทั่วไปผลิตภายในรัศมี 100 กิโลเมตรจากสถานที่ก่อสร้าง[ 118 ]พลังงานแฝงโดยรวมของคอนกรีตอยู่ที่ประมาณ 1 ถึง 1.5 เมกะจูลต่อกิโลกรัม ซึ่งต่ำกว่าวัสดุโครงสร้างและวัสดุก่อสร้างหลายชนิด[ 119 ]  

เมื่อติดตั้งแล้ว คอนกรีตจะให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีเยี่ยมตลอดอายุการใช้งานของอาคาร[ 120 ]ผนังคอนกรีตรั่วซึมอากาศน้อยกว่าผนังที่ทำจากโครงไม้มาก[ 121 ]การรั่วซึมของอากาศคิดเป็นเปอร์เซ็นต์ที่สูงของการสูญเสียพลังงานจากบ้าน คุณสมบัติมวลความร้อนของคอนกรีตช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของทั้งอาคารที่อยู่อาศัยและอาคารพาณิชย์ ด้วยการเก็บและปล่อยพลังงานที่จำเป็นสำหรับการทำความร้อนหรือความเย็น มวลความร้อนของคอนกรีตจึงให้ประโยชน์ตลอดทั้งปีโดยการลดความผันผวนของอุณหภูมิภายในและลดค่าใช้จ่ายในการทำความร้อนและความเย็น[ 122 ]ในขณะที่ฉนวนช่วยลดการสูญเสียพลังงานผ่านเปลือกอาคาร มวลความร้อนใช้ผนังในการเก็บและปล่อยพลังงาน ระบบผนังคอนกรีตสมัยใหม่ใช้ทั้งฉนวนภายนอกและมวลความร้อนเพื่อสร้างอาคารที่ประหยัดพลังงาน แบบหล่อคอนกรีตฉนวน (ICFs) คือบล็อกหรือแผ่นกลวงที่ทำจากโฟมฉนวนหรือราสตราที่ซ้อนกันเพื่อสร้างรูปทรงของผนังอาคารแล้วเติมด้วยคอนกรีตเสริมเหล็กเพื่อสร้างโครงสร้าง

ความปลอดภัยจากอัคคีภัย

ศาลาว่าการเมืองบอสตัน (ค.ศ. 1968) เป็น สถาปัตยกรรม แบบบรูทาลิสต์ที่สร้างขึ้นจากคอนกรีตสำเร็จรูปและคอนกรีตหล่อในที่เป็นส่วนใหญ่

อาคารคอนกรีตมีความทนทานต่อไฟมากกว่าอาคารที่สร้างด้วยโครงเหล็ก เนื่องจากคอนกรีตมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าเหล็ก จึงสามารถทนทานได้นานกว่าภายใต้สภาวะไฟไหม้เดียวกัน บางครั้งคอนกรีตถูกนำมาใช้เป็นวัสดุป้องกันไฟสำหรับโครงเหล็กเพื่อให้ได้ผลเช่นเดียวกัน คอนกรีตที่ใช้เป็นเกราะป้องกันไฟ เช่น โฟมป้องกันไฟ ( Fondu fyre ) สามารถใช้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้ เช่น แท่นปล่อยขีปนาวุธ

ตัวเลือกสำหรับการก่อสร้างที่ไม่ติดไฟ ได้แก่ พื้น ฝ้าเพดาน และหลังคาที่ทำจากคอนกรีตหล่อในที่และคอนกรีตสำเร็จรูปกลวง สำหรับผนัง เทคโนโลยีการก่ออิฐคอนกรีตและแบบหล่อคอนกรีตฉนวน (ICF) เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง ICF คือบล็อกหรือแผ่นกลวงที่ทำจากโฟมฉนวนกันไฟ ซึ่งนำมาเรียงซ้อนกันเพื่อสร้างรูปทรงของผนังอาคาร แล้วจึงเติมคอนกรีตเสริมเหล็กเพื่อสร้างโครงสร้าง

คอนกรีตยังมีความต้านทานที่ดีต่อแรงภายนอก เช่น ลมแรง พายุเฮอริเคน และพายุทอร์นาโด เนื่องจากมีความแข็งแกร่งในแนวด้านข้าง ทำให้มีการเคลื่อนที่ในแนวนอนน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม ความแข็งแกร่งนี้อาจเป็นข้อเสียสำหรับโครงสร้างคอนกรีตบางประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ต้องการโครงสร้างที่มีความยืดหยุ่นสูงกว่าเพื่อต้านทานแรงที่รุนแรงกว่า

ความปลอดภัยจากแผ่นดินไหว

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น คอนกรีตมีความแข็งแรงมากในการรับแรงอัด แต่มีความอ่อนแอในการรับแรงดึง แผ่นดินไหวขนาดใหญ่สามารถสร้างแรงเฉือนขนาดใหญ่มากบนโครงสร้าง แรงเฉือนเหล่านี้ทำให้โครงสร้างต้องรับทั้งแรงดึงและแรงอัด โครงสร้างคอนกรีตที่ไม่มีเหล็กเสริม เช่นเดียวกับโครงสร้างก่ออิฐที่ไม่เสริมเหล็กอื่นๆ อาจพังทลายลงได้ในระหว่างการสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหวอย่างรุนแรง โครงสร้างก่ออิฐที่ไม่เสริมเหล็กถือเป็นหนึ่งในความเสี่ยงจากแผ่นดินไหวที่ใหญ่ที่สุดทั่วโลก[ 123 ]ความเสี่ยงเหล่านี้สามารถลดลงได้ด้วยการปรับปรุงโครงสร้างอาคารที่มีความเสี่ยงต่อแผ่นดินไหว (เช่น อาคารเรียนในอิสตันบูล ประเทศตุรกี) [ 124 ]

การก่อสร้าง

อาคารศาลเมืองในบัฟฟาโล รัฐนิวยอร์ก

คอนกรีตเป็นวัสดุก่อสร้างที่ทนทานที่สุดชนิดหนึ่ง มีคุณสมบัติทนไฟได้ดีกว่าโครงสร้างไม้ และมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นตามกาลเวลา โครงสร้างที่ทำจากคอนกรีตจึงมีอายุการใช้งานยาวนาน[ 125 ]คอนกรีตถูกนำมาใช้มากกว่าวัสดุสังเคราะห์ชนิดอื่น ๆ ในโลก[ 126 ]ในปี 2549 มีการผลิตคอนกรีตประมาณ 7.5 พันล้านลูกบาศก์เมตรต่อปี ซึ่งมากกว่าหนึ่งลูกบาศก์เมตรต่อคนบนโลก[ 127 ]

เสริมแรง

รูปปั้น พระคริสต์ผู้ไถ่บาปในริโอเดจาเนโรประเทศบราซิล อนุสาวรีย์นี้สร้างจากคอนกรีตเสริมเหล็กหุ้มด้วยกระเบื้องหินสบู่รูป สามเหลี่ยมหลายพันแผ่น [ 128 ]

การใช้เหล็กเสริมแรงในรูปของเหล็กถูกนำมาใช้ในช่วงทศวรรษ 1850 โดยนักอุตสาหกรรมชาวฝรั่งเศสFrançois Coignetและจนกระทั่งทศวรรษ 1880 วิศวกรโยธาชาวเยอรมัน GA Wayss จึงได้ใช้เหล็กกล้าเป็นเหล็กเสริมแรง คอนกรีตเป็นวัสดุที่ค่อนข้างเปราะ มีความแข็งแรงภายใต้แรงอัด แต่รับแรงดึงได้น้อยกว่า คอนกรีตที่ไม่เสริมแรงไม่เหมาะสำหรับโครงสร้างหลายประเภท เนื่องจากมีความสามารถในการรับแรงเค้นที่เกิดจากการสั่นสะเทือน แรงลม และอื่นๆ ได้ค่อนข้างต่ำ ดังนั้น เพื่อเพิ่มความแข็งแรงโดยรวม จึงสามารถฝังเหล็กเส้น ลวด ตาข่าย หรือสายเคเบิลลงในคอนกรีตก่อนที่จะแข็งตัวได้ เหล็กเสริมแรงนี้ ซึ่งมักเรียกว่าเหล็กเส้นเสริมแรง จะต้านทานแรงดึง[ 129 ]

คอนกรีตเสริมเหล็ก (RC)เป็นวัสดุผสมอเนกประสงค์และเป็นหนึ่งในวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการก่อสร้างสมัยใหม่ ประกอบด้วยวัสดุองค์ประกอบที่แตกต่างกันซึ่งมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันมากแต่เสริมซึ่งกันและกัน ในกรณีของคอนกรีตเสริมเหล็ก วัสดุองค์ประกอบเกือบทั้งหมดคือคอนกรีตและเหล็ก วัสดุทั้งสองนี้สร้างพันธะที่แข็งแรงเข้าด้วยกันและสามารถต้านทานแรงที่กระทำได้หลากหลาย ทำหน้าที่เสมือนเป็นองค์ประกอบโครงสร้างเดียว[ 130 ]

คอนกรีตเสริมเหล็กอาจเป็นคอนกรีตสำเร็จรูปหรือคอนกรีตหล่อในที่ (in situ) และใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย เช่น แผ่นพื้น ผนัง คาน เสา ฐานราก และโครงสร้างเฟรม โดยทั่วไปจะวางเหล็กเสริมในบริเวณของคอนกรีตที่อาจรับแรงดึง เช่น ส่วนล่างของคาน โดยปกติจะมี ระยะหุ้มเหล็กเสริมอย่างน้อย 50 มม. ทั้งด้านบนและด้านล่าง เพื่อต้านทานการแตกร้าวและการกัดกร่อนซึ่งอาจนำไปสู่ความไม่เสถียรของโครงสร้าง[ 129 ]เหล็กเสริมชนิดอื่นที่ไม่ใช่เหล็ก เช่นคอนกรีตเสริมใยใช้สำหรับการใช้งานเฉพาะทาง โดยส่วนใหญ่ใช้เพื่อควบคุมการแตกร้าว[ 130 ]

ชิ้นส่วนสำเร็จรูป

คอนกรีตสำเร็จรูปคือคอนกรีตที่หล่อขึ้นในที่หนึ่งเพื่อนำไปใช้ที่อื่น และเป็นวัสดุที่เคลื่อนย้ายได้ การผลิตคอนกรีตสำเร็จรูปส่วนใหญ่ดำเนินการในโรงงานของผู้ผลิตเฉพาะทาง แม้ว่าในบางกรณีเนื่องจากปัจจัยทางเศรษฐกิจและภูมิศาสตร์ ขนาดของผลิตภัณฑ์ หรือความยากลำบากในการเข้าถึง ชิ้นส่วนต่างๆ จะถูกหล่อขึ้นในหรือใกล้กับสถานที่ก่อสร้าง[ 131 ]การหล่อคอนกรีตสำเร็จรูปมีข้อดีมากมายเพราะดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ ป้องกันจากสภาพอากาศ แต่ข้อเสียคือการก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการขนส่งไปยังสถานที่ก่อสร้าง[ 130 ]

ข้อดีที่จะได้รับจากการใช้คอนกรีตสำเร็จรูป: [ 131 ]

  • มีรูปแบบขนาดที่เหมาะสมอยู่แล้ว โดยมีองค์ประกอบของการออกแบบที่ผ่านการทดสอบและพิสูจน์แล้วให้เลือกดูได้จากแคตตาล็อก
  • การผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างแยกต่างหากจากลำดับเหตุการณ์ที่กำหนดระยะเวลาโดยรวมของการก่อสร้าง ซึ่งวิศวกรวางแผนเรียกว่า 'เส้นทางวิกฤต' นั้น ช่วยประหยัดเวลาได้อย่างมาก
  • มีห้องปฏิบัติการที่สามารถทำการทดสอบควบคุมตามที่กำหนดได้ โดยหลายแห่งได้รับการรับรองสำหรับการทดสอบเฉพาะตามมาตรฐานแห่งชาติ
  • อุปกรณ์ที่มีความสามารถเหมาะสมกับประเภทการผลิตเฉพาะ เช่น แท่นขึ้นรูปที่มีกำลังการผลิตที่เหมาะสม แม่พิมพ์ และเครื่องจักรที่ใช้เฉพาะสำหรับผลิตภัณฑ์บางชนิด
  • การตกแต่งพื้นผิวคุณภาพสูงที่ได้โดยตรงจากแม่พิมพ์ ช่วยลดความจำเป็นในการตกแต่งภายใน และรับประกันค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาต่ำ

โครงสร้างมวล

ภาพถ่ายทางอากาศแสดงการบูรณะโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับทาอุมซอค (รัฐมิสซูรี) ในปลายเดือนพฤศจิกายน ปี 2552 หลังจากอ่างเก็บน้ำเดิมชำรุด อ่างเก็บน้ำใหม่จึงถูกสร้างขึ้นจากคอนกรีตอัดแน่นด้วยลูกกลิ้ง

เนื่องจาก ปฏิกิริยาเคมี คายความร้อน ของซีเมนต์ ในระหว่างการแข็งตัว โครงสร้างคอนกรีตขนาดใหญ่ เช่นเขื่อน ประตูระบายน้ำฐานรากแผ่นขนาดใหญ่ และเขื่อนกันคลื่น ขนาดใหญ่ จะสร้างความร้อนมากเกินไปในระหว่างการไฮเดรชั่นและการขยายตัวที่เกี่ยวข้อง เพื่อลดผลกระทบเหล่านี้การระบายความร้อนภายหลัง[ 132 ]มักถูกนำมาใช้ในระหว่างการก่อสร้าง ตัวอย่างแรกๆ ที่เขื่อนฮูเวอร์ใช้เครือข่ายท่อระหว่างการเทคอนกรีตแนวตั้งเพื่อหมุนเวียนน้ำหล่อเย็นในระหว่างกระบวนการบ่มเพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไปที่อาจก่อให้เกิดความเสียหาย ระบบที่คล้ายกันนี้ยังคงใช้กันอยู่ ขึ้นอยู่กับปริมาณการเท ส่วนผสมคอนกรีตที่ใช้ และอุณหภูมิอากาศโดยรอบ กระบวนการระบายความร้อนอาจกินเวลานานหลายเดือนหลังจากเทคอนกรีตแล้ว นอกจากนี้ยังมีการใช้วิธีการต่างๆ เพื่อระบายความร้อนล่วงหน้าให้กับส่วนผสมคอนกรีตในโครงสร้างคอนกรีตขนาดใหญ่[ 132 ]

อีกแนวทางหนึ่งสำหรับโครงสร้างคอนกรีตขนาดใหญ่ที่ช่วยลดผลพลอยได้จากความร้อนของซีเมนต์ คือการใช้คอนกรีตอัดแน่นด้วยลูกกลิ้งซึ่งใช้ส่วนผสมแห้งที่มีความต้องการการระบายความร้อนต่ำกว่าการเทคอนกรีตเปียกแบบดั้งเดิมมาก โดยจะเทคอนกรีตเป็นชั้นหนาๆ ในสภาพกึ่งแห้ง แล้วใช้ลูกกลิ้งอัดแน่นจนได้มวลที่หนาแน่นและแข็งแรง

การตกแต่งพื้นผิว

พื้นคอนกรีตขัดมันบะซอลต์

พื้นผิวคอนกรีตดิบมักมีรูพรุนและมีลักษณะที่ไม่น่าสนใจนัก สามารถใช้สารเคลือบผิวหลายชนิดเพื่อปรับปรุงรูปลักษณ์และปกป้องพื้นผิวจากคราบสกปรก การซึมผ่านของน้ำ และการแข็งตัวของน้ำได้

ตัวอย่างของการปรับปรุงรูปลักษณ์ให้ดีขึ้น ได้แก่คอนกรีตพิมพ์ลายซึ่งเป็นการพิมพ์ลายลงบนพื้นผิวคอนกรีตเปียก เพื่อให้ได้ลวดลายคล้ายพื้นปูหิน พื้นกรวด หรือพื้นอิฐ และอาจมีการเติมสีลงไปด้วย อีกหนึ่งเทคนิคที่นิยมใช้กับพื้นและโต๊ะ คือคอนกรีตขัดเงาซึ่งเป็นการขัดคอนกรีตให้เรียบเนียนด้วยสารขัดเพชร และเคลือบด้วยโพลิเมอร์หรือสารเคลือบอื่นๆ

สามารถตกแต่งพื้นผิวได้หลากหลายวิธี เช่น การสกัดด้วยสิ่ว หรือเทคนิคทั่วไป เช่น การทาสี หรือการปิดทับด้วยวัสดุอื่นๆ

การบำบัดพื้นผิวคอนกรีตอย่างเหมาะสมและคุณลักษณะของพื้นผิวคอนกรีตจึงเป็นขั้นตอนสำคัญในการก่อสร้างและปรับปรุงโครงสร้างทางสถาปัตยกรรม[ 133 ]

แรงดึงล่วงหน้า

ต้นกระบองเพชรจำลองประดับกำแพงกันเสียง/กำแพงกั้นในเมืองสกอตส์เดล รัฐแอริโซนา

คอนกรีตอัดแรงเป็นคอนกรีตเสริมเหล็กชนิดหนึ่งที่สร้างแรงอัดขึ้นในระหว่างการก่อสร้างเพื่อต้านทานแรงดึงที่เกิดขึ้นระหว่างการใช้งาน ซึ่งสามารถลดน้ำหนักของคานหรือแผ่นพื้นได้อย่างมาก โดยการกระจายแรงในโครงสร้างให้ดีขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์จากเหล็กเสริมอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ตัวอย่างเช่น คานแนวนอนมักจะแอ่นตัว เหล็กเสริมอัดแรงตามด้านล่างของคานจะช่วยต้านทานการแอ่นตัวนี้ ในคอนกรีตดึงล่วงหน้า การอัดแรงทำได้โดยใช้เส้นเอ็นหรือแท่งเหล็กหรือโพลีเมอร์ที่ได้รับแรงดึงก่อนการเทคอนกรีต หรือในกรณีของคอนกรีตดึงภายหลัง จะทำการอัดแรงหลังจากเทคอนกรีตเสร็จแล้ว

มีการใช้ระบบที่แตกต่างกันสองระบบ: [ 130 ]

  • คอนกรีตอัดแรงเกือบทั้งหมดเป็นคอนกรีตสำเร็จรูป และมีลวดเหล็ก (เอ็นยึด) อยู่ภายใน ซึ่งจะถูกดึงให้ตึงขณะที่คอนกรีตถูกเทและแข็งตัวรอบๆ ลวดเหล็กเหล่านั้น
  • คอนกรีตอัดแรงจะมีท่ออยู่ภายใน เมื่อคอนกรีตแข็งตัวแล้ว จะดึงเส้นเอ็นผ่านท่อและดึงให้ตึง จากนั้นจึงเติมปูนยาแนวลงในท่อ สะพานที่สร้างด้วยวิธีนี้มักพบการกัดกร่อนของเส้นเอ็นอย่างมาก ดังนั้นปัจจุบันจึงสามารถใช้การอัดแรงภายนอกได้ โดยที่เส้นเอ็นจะวิ่งไปตามพื้นผิวด้านนอกของคอนกรีต

ทางหลวงในสหรัฐอเมริกามากกว่า55,000 ไมล์ (89,000 กิโลเมตร) ปูด้วยวัสดุนี้ คอนกรีตเสริมเหล็กคอนกรีตอัดแรงและคอนกรีตสำเร็จรูปเป็นประเภทของคอนกรีตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดดูที่สถาปัตยกรรมแบบบรูทาลิสต์ 

การจัดวาง

ถังพักคอนกรีตสำหรับเก็บคอนกรีตจากรถบรรทุกผสมคอนกรีต

เมื่อผสมคอนกรีตเสร็จแล้ว โดยทั่วไปจะถูกขนส่งไปยังสถานที่ที่ต้องการใช้เป็นโครงสร้าง วิธีการขนส่งและการเทคอนกรีตมีหลากหลายวิธี ขึ้นอยู่กับระยะทาง ปริมาณที่ต้องการ และรายละเอียดอื่นๆ ของการใช้งาน ปริมาณมากมักจะขนส่งโดยรถบรรทุก เทลงไปตามแรงโน้มถ่วง หรือผ่านท่อเทหรือสูบผ่านท่อ ปริมาณน้อยอาจขนส่งโดยถังเหล็ก (ภาชนะโลหะที่สามารถเอียงหรือเปิดเพื่อปล่อยเนื้อหาได้ โดยปกติจะขนส่งโดยเครนหรือรอก) หรือรถเข็น หรือบรรจุในถุงแบบมีตัวล็อคเพื่อเทลงใต้น้ำด้วยมือ

การจัดวางในสภาพอากาศหนาวเย็น

โปห์โยลาตาโล (Pohjolatalo ) อาคารสำนักงานที่สร้างด้วยคอนกรีต ตั้งอยู่ใจกลางเมืองคูโวลา (Kouvola)ใน จังหวัด คีเมนลาคโซ (Kymenlaakso ) ประเทศฟินแลนด์

สภาพ อากาศที่รุนแรง (ความร้อนหรือความเย็นจัด ลมแรง และความชื้นที่ผันผวน) สามารถเปลี่ยนแปลงคุณภาพของคอนกรีตได้อย่างมาก มีข้อควรระวังหลายประการในการเทคอนกรีตในสภาพอากาศหนาวเย็น[ 134 ]อุณหภูมิต่ำจะทำให้ปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับการไฮเดรชั่นของซีเมนต์ช้าลงอย่างมาก ซึ่งส่งผลต่อการพัฒนาความแข็งแรง การป้องกันการแข็งตัวเป็นข้อควรระวังที่สำคัญที่สุด เนื่องจากการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งอาจทำให้โครงสร้างผลึกของซีเมนต์ไฮเดรชั่นเสียหายได้ หากพื้นผิวของคอนกรีตที่เทได้รับการหุ้มฉนวนจากอุณหภูมิภายนอก ความร้อนจากการไฮเดรชั่นจะช่วยป้องกันการแข็งตัว

คำจำกัดความ ของสถาบันคอนกรีตอเมริกัน (ACI) เกี่ยวกับการเทคอนกรีตในสภาพอากาศหนาวเย็น ACI 306 [ 135 ]คือ:

  •  ช่วงเวลาที่อุณหภูมิอากาศเฉลี่ยรายวันลดลงต่ำกว่า 40 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 4.5 องศาเซลเซียส) ติดต่อกันมากกว่าสามวัน และ
  • อุณหภูมิจะต่ำกว่า50 องศาฟาเรนไฮต์ (10 องศาเซลเซียส)เป็นเวลานานกว่าครึ่งหนึ่งของช่วงเวลา 24 ชั่วโมงใดๆ ก็ตาม  

ในประเทศแคนาดา ซึ่งอุณหภูมิมักจะต่ำกว่ามากในช่วงฤดูหนาว มาตรฐาน CSA A23.1 ใช้เกณฑ์ต่อไปนี้ :

  • เมื่ออุณหภูมิอากาศ ≤ 5  °C และ
  • เมื่อมีความเป็นไปได้ที่อุณหภูมิอาจลดลงต่ำกว่า 5  องศาเซลเซียสภายใน 24 ชั่วโมงหลังจากเทคอนกรีต

ความแข็งแรงขั้นต่ำก่อนที่จะนำคอนกรีตไปสัมผัสกับความเย็นจัดคือ500 psi (3.4 MPa)มาตรฐาน CSA A 23.1 ระบุความแข็งแรงรับแรงอัดที่ 7.0 MPa ว่าปลอดภัยสำหรับการสัมผัสกับความเย็นจัด   

การจัดวางใต้น้ำ

เครื่องเทคอนกรีตใต้น้ำแบบประกอบสำเร็จ

คอนกรีตสามารถเทและบ่มใต้น้ำได้ ต้องระมัดระวังในวิธีการเทเพื่อป้องกันการชะล้างซีเมนต์ วิธีการเทใต้น้ำ ได้แก่เทแบบเทรมี ปั๊ม เทแบบถัง เทด้วยมือโดยใช้ถุงแบบมีตัวล็อค และเทแบบใช้ถุง[ 136 ]

ท่อเทคอนกรีตใต้น้ำ (Tremie) เป็นท่อแนวตั้งหรือเกือบแนวตั้งที่มีกรวยอยู่ด้านบน ใช้สำหรับเทคอนกรีตใต้น้ำในลักษณะที่ป้องกันการชะล้างของปูนซีเมนต์ออกจากส่วนผสมเนื่องจากการสัมผัสของน้ำกับคอนกรีตอย่างรุนแรงขณะที่คอนกรีตกำลังไหล ทำให้ได้ความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ที่เชื่อถือได้มากขึ้นวิธีการ ใช้ถุงบรรจุคอนกรีตแบบมีตัวล็อกนั้นโดยทั่วไปใช้สำหรับการเทคอนกรีตปริมาณน้อยและการซ่อมแซม คอนกรีตเปียกจะถูกบรรจุลงในถุงผ้าใบที่ใช้ซ้ำได้ และคนเทคอนกรีตจะบีบถุงออกมาในตำแหน่งที่ต้องการ ต้องระมัดระวังไม่ให้ปูนซีเมนต์และเศษผงถูกชะล้างออกไป

การเทคอนกรีตใต้น้ำด้วยถุงคือการวางถุงผ้าทอที่บรรจุส่วนผสมแห้งด้วยมือโดยนักดำน้ำ จากนั้นเจาะถุงด้วยเหล็กเส้นเพื่อผูกถุงเข้าด้วยกันหลังจากทุกๆ สองหรือสามชั้น และสร้างทางสำหรับการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นเพื่อกระตุ้นการบ่ม ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้เวลาประมาณ 6 ถึง 12 ชั่วโมงสำหรับการแข็งตัวเบื้องต้นและแข็งตัวเต็มที่ในวันถัดไป คอนกรีตที่เทด้วยถุงโดยทั่วไปจะมีความแข็งแรงเต็มที่ภายใน 28 วัน แต่ละถุงจะต้องถูกเจาะด้วยเหล็กเส้นอย่างน้อยหนึ่งอัน และควรเจาะได้ถึงสี่อัน การเทคอนกรีตด้วยถุงเป็นวิธีการเทคอนกรีตใต้น้ำที่ง่ายและสะดวก ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้ปั๊ม เครื่องจักร หรือแบบหล่อ และสามารถลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการกระจายซีเมนต์ในน้ำได้ มีถุงที่บรรจุไว้ล่วงหน้าซึ่งปิดผนึกเพื่อป้องกันการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นก่อนกำหนดหากเก็บไว้ในสภาพแห้งที่เหมาะสม ถุงเหล่านี้อาจย่อยสลายได้ทางชีวภาพ [ 137 ]

การอัดฉีดมวลรวมเป็นวิธีการทางเลือกในการขึ้นรูปมวลคอนกรีตใต้น้ำ โดยที่แบบหล่อจะถูกเติมด้วยมวลรวมหยาบ จากนั้นช่องว่างจะถูกเติมให้เต็มจากด้านล่างโดยการแทนที่น้ำด้วยปูนอัดฉีด ที่สูบ ฉีด [ 136 ]

ถนน

ถนนคอนกรีตมีประสิทธิภาพในการขับขี่โดยใช้เชื้อเพลิงมากกว่า[ 138 ]สะท้อนแสงได้ดีกว่า และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าพื้นผิวทางเท้าประเภทอื่นอย่างเห็นได้ชัด แต่มีส่วนแบ่งการตลาดน้อยกว่าวิธีการปูพื้นแบบอื่นมาก วิธีการปูพื้นและแนวทางการออกแบบที่ทันสมัยได้เปลี่ยนแปลงเศรษฐศาสตร์ของการปูพื้นคอนกรีต ดังนั้นการปูพื้นคอนกรีตที่ออกแบบและวางอย่างดีจะมีต้นทุนเริ่มต้นที่ถูกกว่าและมีต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ถูกกว่าอย่างมาก ประโยชน์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือสามารถใช้คอนกรีตแบบซึมผ่านได้ ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการวาง ท่อระบายน้ำฝนใกล้ถนนและลดความจำเป็นในการทำถนนให้ลาดเอียงเล็กน้อยเพื่อช่วยให้น้ำฝนไหลลง การที่ไม่จำเป็นต้องระบายน้ำฝนผ่านท่อระบายน้ำยังหมายความว่าใช้ไฟฟ้าลดลง (มิฉะนั้นจะต้องใช้การสูบน้ำมากขึ้นในระบบจ่ายน้ำ) และไม่มีน้ำฝนปนเปื้อนเนื่องจากไม่ผสมกับน้ำเสียอีกต่อไป แต่จะถูกดูดซับโดยพื้นดินทันที

ป่าท่อ

ซีเมนต์ที่ขึ้นรูปเป็นโครงสร้างท่อคล้ายป่าสามารถทนต่อการแตกร้าว/ความเสียหายได้มากกว่าคอนกรีตมาตรฐานถึง 5.6 เท่า แนวทาง นี้เลียนแบบกระดูก คอร์ติคัล ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ที่มีออสที ออนรูปวงรี กลวงที่แขวนอยู่ในเมทริกซ์อินทรีย์ โดยเชื่อมต่อกันด้วย "เส้นซีเมนต์" ที่ค่อนข้างอ่อนแอ เส้นซีเมนต์เป็นเส้นทางการแตกร้าวในระนาบที่ต้องการ การออกแบบนี้จะล้มเหลวผ่าน "กลไกการเสริมความแข็งแรงแบบเป็นขั้น" รอยแตกร้าวจะถูกจำกัดอยู่ภายในท่อ ลดการแพร่กระจายโดยการกระจายพลังงานที่แต่ละท่อ/ขั้น[ 139 ]

สิ่งแวดล้อม สุขภาพ และความปลอดภัย

การผลิตและการใช้คอนกรีตก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เศรษฐกิจ และสังคมในวงกว้าง

สุขภาพและความปลอดภัย

ฝุ่นละอองคอนกรีตที่ฟุ้งกระจายจากการใช้เครื่องมือไฟฟ้า
เศษคอนกรีตบดรีไซเคิลที่จะนำกลับมาใช้ใหม่เป็นวัสดุถม ถูกบรรจุลงในรถบรรทุกกึ่งพ่วง

การบดคอนกรีตอาจทำให้เกิดฝุ่นอันตรายการสัมผัสกับฝุ่นซีเมนต์อาจนำไปสู่ปัญหาต่างๆ เช่นโรคซิลิโคซิส โรคไต การระคายเคืองผิวหนัง และผลกระทบอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันสถาบันแห่งชาติเพื่อความปลอดภัยและสุขภาพในการทำงานของ สหรัฐอเมริกาแนะนำ ให้ติดตั้งฝาครอบระบายอากาศเฉพาะที่กับเครื่องบดคอนกรีตไฟฟ้าเพื่อควบคุมการแพร่กระจายของฝุ่นนี้[ 140 ]

นอกจากนี้สำนักงานความปลอดภัยและสุขภาพในการทำงาน (OSHA) ได้กำหนดข้อบังคับที่เข้มงวดมากขึ้นสำหรับบริษัทที่มีพนักงานสัมผัสกับฝุ่นซิลิกาเป็นประจำ กฎซิลิกาฉบับปรับปรุง ซึ่ง OSHA บังคับใช้เมื่อวันที่ 23 กันยายน 2017 สำหรับบริษัทก่อสร้าง ได้จำกัดปริมาณซิลิกาผลึกที่หายใจเข้าไปได้ซึ่งพนักงานสามารถสัมผัสได้อย่างถูกกฎหมายไว้ที่ 50 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตรของอากาศต่อวันทำงาน 8 ชั่วโมง[ 141 ]กฎเดียวกันนี้มีผลบังคับใช้เมื่อวันที่ 23 มิถุนายน 2018 สำหรับอุตสาหกรรมทั่วไปการแตกตัวด้วยแรงดันน้ำและการเดินเรือ กำหนดเวลาดังกล่าวได้รับการขยายออกไปเป็นวันที่ 23 มิถุนายน 2021 สำหรับการควบคุมทางวิศวกรรมในอุตสาหกรรมการแตกตัวด้วยแรงดันน้ำ

บริษัทที่ไม่ปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านความปลอดภัยที่เข้มงวดขึ้นอาจต้องเผชิญกับค่าใช้จ่ายทางการเงินและบทลงโทษมากมาย การมีสารบางชนิดในคอนกรีต รวมถึงสารเติมแต่งที่มีประโยชน์และไม่พึงประสงค์ อาจก่อให้เกิดปัญหาสุขภาพเนื่องจากความเป็นพิษและกัมมันตภาพรังสี คอนกรีตสด (ก่อนที่การบ่มจะเสร็จสมบูรณ์) มีความเป็นด่างสูงและต้องจัดการด้วยอุปกรณ์ป้องกันที่เหมาะสม[ 142 ]

ปูนซีเมนต์

ส่วนประกอบหลักของคอนกรีตคือซีเมนต์ซึ่งเป็นผงละเอียดที่ใช้เป็นหลักในการยึดทรายและมวลรวมที่หยาบกว่าเข้าด้วยกันในคอนกรีต แม้ว่าจะมีซีเมนต์หลายประเภท แต่ที่พบมากที่สุดคือ " ซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ " ซึ่งผลิตโดยการผสมคลินเกอร์กับสารเติมแต่งอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย เช่น ยิปซัมและหินปูนบด การผลิตคลินเกอร์ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของซีเมนต์ เป็นสาเหตุหลักของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในภาคส่วนนี้ รวมถึงทั้งความเข้มข้นของพลังงานและการปล่อยก๊าซจากกระบวนการ[ 143 ]

อุตสาหกรรมซีเมนต์เป็นหนึ่งในสามผู้ผลิตหลักของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญ โดยอีกสองอุตสาหกรรมได้แก่ อุตสาหกรรมการผลิตพลังงานและอุตสาหกรรมการขนส่ง โดยเฉลี่ยแล้ว ซีเมนต์ทุกตันที่ผลิตได้จะปล่อย CO2 หนึ่งตันชั้นบรรยากาศ ผู้ผลิตซีเมนต์รายบุกเบิกอ้างว่าสามารถลดความเข้มข้นของคาร์บอนได้ โดยปล่อย CO2 เทียบเท่า 590  ต่อซีเมนต์หนึ่งตันที่ผลิตได้[ 144 ]การปล่อยก๊าซเกิดจากกระบวนการเผาไหม้และการเผา[ 145 ]ซึ่งคิดเป็นประมาณ 40% และ 60% ของก๊าซเรือนกระจกตามลำดับ เมื่อพิจารณาว่าซีเมนต์เป็นเพียงส่วนประกอบเล็กน้อยของคอนกรีต จึงคาดการณ์ได้ว่าคอนกรีตหนึ่งตันจะปล่อย CO2 ประมาณ 100–200 กิโลกรัม 146 ] [ 147 ]ในแต่ละปีมีการใช้คอนกรีตมากกว่า 10 พันล้านตันทั่วโลก[ 147 ]ในอีกหลายปีข้างหน้า คอนกรีตจำนวนมากจะยังคงถูกนำมาใช้ และการลดการปล่อยก๊าซ CO2 ภาคส่วนนี้จะมีความสำคัญยิ่งขึ้นไปอีก 

คอนกรีตถูกนำมาใช้สร้างพื้นผิวแข็งที่ก่อให้เกิดการไหลบ่าของน้ำบนพื้นผิวซึ่งอาจก่อให้เกิดการกัดเซาะดินอย่างรุนแรง มลพิษทางน้ำ และน้ำท่วม แต่ในทางกลับกันก็สามารถนำมาใช้ในการเบี่ยงเบน สร้างเขื่อน และควบคุมน้ำท่วมได้เช่นกันฝุ่นคอนกรีต ที่ปล่อยออกมาจาก การรื้อถอนอาคารและภัยพิบัติทางธรรมชาติอาจเป็นแหล่งมลพิษทางอากาศ ที่เป็นอันตรายอย่างมาก คอนกรีตเป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้เกิด ปรากฏการณ์ เกาะความร้อนในเมืองแม้ว่าจะน้อยกว่าแอสฟัลต์ก็ตาม

การบรรเทาผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

การลดปริมาณซีเมนต์คลินเกอร์อาจส่งผลดีต่อการประเมินวัฏจักรชีวิตด้านสิ่งแวดล้อมของคอนกรีต งานวิจัยบางส่วนเกี่ยวกับการลดปริมาณซีเมนต์คลินเกอร์ในคอนกรีตได้ดำเนินการไปแล้ว อย่างไรก็ตาม กลยุทธ์การวิจัยยังคงแตกต่างกันไป บ่อยครั้งที่มีการศึกษาการแทนที่คลินเกอร์บางส่วนด้วยตะกรันหรือเถ้าลอยในปริมาณมากโดยอาศัยเทคโนโลยีคอนกรีตแบบดั้งเดิม ซึ่งอาจนำไปสู่การสิ้นเปลืองวัตถุดิบที่หายาก เช่น ตะกรันและเถ้าลอย จุดมุ่งหมายของกิจกรรมการวิจัยอื่นๆ คือการใช้ซีเมนต์และวัสดุที่ทำปฏิกิริยาได้ เช่น ตะกรันและเถ้าลอยในคอนกรีตอย่างมีประสิทธิภาพโดยอาศัยแนวทางการออกแบบส่วนผสมที่ปรับปรุงแล้ว[ 148 ]

ปริมาณคาร์บอนแฝงของผนังคอนกรีตสำเร็จรูปสามารถลดลงได้ถึง 50% เมื่อใช้คอนกรีตประสิทธิภาพสูงเสริมใยที่นำเสนอแทนการหุ้มคอนกรีตเสริมเหล็กทั่วไป[ 149 ]มีการศึกษาเกี่ยวกับการนำคอนกรีตคาร์บอนต่ำมาใช้ในเชิงพาณิชย์การประเมินวัฏจักรชีวิต (LCA) ของคอนกรีตคาร์บอนต่ำได้รับการตรวจสอบตามอัตราส่วนการแทนที่ของตะกรันเตาหลอมเหล็กบดละเอียด (GGBS) และเถ้าลอย (FA) ศักยภาพในการทำให้เกิดภาวะโลกร้อน (GWP) ของ GGBS ลดลง 1.1  กก. CO eq/m 3ในขณะที่ FA ลดลง 17.3  กก. CO eq/m 3เมื่ออัตราส่วนการแทนที่ของสารผสมแร่เพิ่มขึ้น 10% การศึกษานี้ยังเปรียบเทียบคุณสมบัติความแข็งแรงในการรับแรงอัดของคอนกรีตคาร์บอนต่ำแบบผสมสององค์ประกอบตามอัตราส่วนการแทนที่ และได้กำหนดช่วงที่เหมาะสมของสัดส่วนการผสม[ 150 ]

การปรับตัวต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

วัสดุก่อสร้างประสิทธิภาพสูงจะมีความสำคัญเป็นพิเศษในการเพิ่มความยืดหยุ่น รวมถึงการป้องกันน้ำท่วมและการปกป้องโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ[ 151 ]ความเสี่ยงต่อโครงสร้างพื้นฐานและเมืองที่เกิดจากเหตุการณ์สภาพอากาศรุนแรงนั้นร้ายแรงเป็นพิเศษสำหรับสถานที่ที่เสี่ยงต่อความเสียหายจากน้ำท่วมและพายุเฮอริเคน แต่ยังรวมถึงสถานที่ที่ผู้อยู่อาศัยต้องการการป้องกันจากอุณหภูมิฤดูร้อนที่สูงเกินไป คอนกรีตแบบดั้งเดิมอาจรับภาระไม่ไหวเมื่อสัมผัสกับความชื้นและความเข้มข้นของ CO2 ในบรรยากาศที่สูงขึ้นขณะที่คอนกรีตน่าจะยังคงมีความสำคัญในการใช้งานที่สภาพแวดล้อมมีความท้าทาย วัสดุใหม่ที่ชาญฉลาดและปรับตัวได้มากขึ้นก็เป็นสิ่งจำเป็นเช่นกัน[ 147 ] [ 152 ]

การสิ้นสุดอายุการใช้งาน: การเสื่อมสภาพและของเสีย

สะพานรถไฟทังค์ฮันน็อค (Tunkhannock Viaduct)ในรัฐเพนซิลเวเนียทางตะวันออกเฉียงเหนือ เปิดใช้งานในปี 1915 และยังคงใช้งานอยู่เป็นประจำจนถึงปัจจุบัน

การเสื่อมสภาพของคอนกรีตอาจมีสาเหตุได้หลายประการ คอนกรีตส่วนใหญ่ได้รับความเสียหายจากการกัดกร่อนของเหล็กเสริมการเกิดคาร์บอเนต ของ ซีเมนต์แข็งตัวหรือการโจมตีของคลอไรด์ในสภาวะเปียก ความเสียหายทางเคมีเกิดจากการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ที่ขยายตัวซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมี (จากการเกิดคาร์บอเนตคลอไรด์ ซัลเฟต และน้ำกลั่น) จากสารเคมีที่กัดกร่อนที่มีอยู่ในน้ำบาดาลและน้ำทะเล (คลอไรด์ ซัลเฟต ไอออนแมกนีเซียม) หรือจากจุลินทรีย์ ( แบคทีเรียเชื้อรา... ) กระบวนการที่ก่อให้เกิดความเสียหายอื่นๆ ยังอาจเกี่ยวข้องกับการชะล้างแคลเซียมโดยการซึมของน้ำ ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เริ่มต้นการก่อตัวและการแพร่กระจายของรอยแตก ไฟหรือความร้อนจากรังสี การขยายตัวของมวลรวม ผลกระทบจากน้ำทะเล การชะล้าง และการกัดเซาะโดยน้ำที่ไหลเร็ว[ 153 ]

การรีไซเคิล

การรีไซเคิลคอนกรีตคือการนำเศษวัสดุจากโครงสร้างคอนกรีตที่ถูกรื้อถอนมาใช้การรีไซเคิลมีราคาถูกกว่าและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าการขนส่งเศษวัสดุไปยังหลุมฝังกลบ [ 154 ] เศษวัสดุที่บดแล้วสามารถนำไปใช้ทำกรวด สำหรับทำถนน กำแพงกันดิน กำแพงกันดิน กรวดสำหรับจัดสวน หรือเป็นวัตถุดิบสำหรับคอนกรีตใหม่ได้ ชิ้นส่วนขนาดใหญ่สามารถนำไปใช้ทำอิฐหรือแผ่นพื้น หรือนำไปผสมกับคอนกรีตใหม่ในโครงสร้าง ซึ่งเป็นวัสดุที่เรียกว่า urbanite [ 155 ] [ 156 ]

มีข้อกังวลเกี่ยวกับการรีไซเคิลคอนกรีตที่ทาสีแล้วเนื่องจากอาจมีสารตะกั่วอยู่ การศึกษาชี้ให้เห็นว่าคอนกรีตรีไซเคิลมีความแข็งแรงและความทนทานต่ำกว่าคอนกรีตที่ผลิตโดยใช้มวลรวมธรรมชาติ[ 157 ] [ 158 ] [ 159 ] [ 160 ]ข้อบกพร่องนี้สามารถแก้ไขได้โดยการผสมวัสดุเสริม เช่น เถ้าลอย ลงในส่วนผสม[ 161 ]

Recygenie ได้สร้างอาคารที่พักอาศัย 220 ยูนิตจากคอนกรีตรีไซเคิล 100% โดยเสริมความแข็งแรงของคอนกรีตด้วยการเพิ่มทรายรีไซเคิล ตะกรันเหล็ก และผลิตภัณฑ์พลอยได้อื่นๆ[ 162 ]

สถิติโลก

สถิติโลกสำหรับการเทคอนกรีตครั้งใหญ่ที่สุดในโครงการเดียวคือเขื่อนสามหุบเขาในมณฑลหูเป่ย ประเทศจีน โดยบริษัทสามหุบเขา ปริมาณคอนกรีตที่ใช้ในการก่อสร้างเขื่อนนี้คาดว่าอยู่ที่ 16 ล้านลูกบาศก์เมตรตลอดระยะเวลา 17 ปี สถิติเดิมคือ 12.3 ล้านลูกบาศก์เมตร ซึ่งเป็นของโรงไฟฟ้าพลังน้ำอิไตปูในบราซิล[ 163 ] [ 164 ] [ 165 ]

สถิติโลกด้านการสูบส่งคอนกรีตถูกบันทึกไว้เมื่อวันที่ 7 สิงหาคม พ.ศ. 2552 ระหว่างการก่อสร้าง โครงการโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ปาร์บาตีใกล้หมู่บ้านสุอินด์รัฐหิมาจัลประเทศประเทศอินเดีย โดยสูบส่งส่วนผสมคอนกรีตขึ้นไปในแนวดิ่งที่ความสูง715 เมตร (2,346 ฟุต ) [ 166 ] [ 167 ]  

งานก่อสร้าง เขื่อนโพลวารัมในรัฐอานธรประเทศเมื่อวันที่ 6 มกราคม 2019 ได้บันทึกสถิติโลกกินเนสส์ด้วยการเทคอนกรีต 32,100 ลูกบาศก์เมตรภายใน 24 ชั่วโมง[ 168 ]สถิติโลกสำหรับการเทแผ่นคอนกรีตต่อเนื่องที่ใหญ่ที่สุดนั้นเกิดขึ้นในเดือนสิงหาคม 2007 ที่อาบูดาบี โดยบริษัทรับเหมาก่อสร้าง Al Habtoor-CCC Joint Venture และผู้จัดจำหน่ายคอนกรีตคือ Unibeton Ready Mix [ 169 ] [ 170 ]การเทคอนกรีต (ส่วนหนึ่งของฐานรากสำหรับLandmark Tower ของอาบูดาบี ) มีปริมาณ 16,000 ลูกบาศก์เมตร ซึ่งเทภายในระยะเวลาสองวัน[ 171 ]สถิติเดิมคือเทคอนกรีต 13,200 ลูกบาศก์เมตรใน 54 ชั่วโมง แม้จะมีพายุโซนร้อนรุนแรงจนต้องคลุมพื้นที่ด้วยผ้าใบกันน้ำเพื่อให้สามารถทำงานต่อไปได้ ซึ่งทำได้ในปี 1992 โดยกลุ่มบริษัทร่วมทุนระหว่างญี่ปุ่นและเกาหลีใต้Hazama CorporationและSamsung C&T Corporationสำหรับการก่อสร้างตึก Petronas Towersในกรุงกัวลาลัมเปอร์ประเทศมาเลเซีย[ 172 ]

สถิติโลกสำหรับพื้นคอนกรีตที่เทต่อเนื่องขนาดใหญ่ที่สุดเสร็จสมบูรณ์เมื่อวันที่ 8 พฤศจิกายน 1997 ในเมืองลุยส์วิลล์รัฐเคนตักกี้ โดยบริษัทออกแบบและก่อสร้าง EXXCEL Project Management การเทคอนกรีตแบบโมโนลิธิกประกอบด้วยพื้นที่225,000 ตารางฟุต (20,900 ตารางเมตร) ที่เทใน 30 ชั่วโมง โดยมีความเรียบที่ระดับ F 54.60 และความได้ระดับที่ระดับ F 43.83 ซึ่งทำลายสถิติเดิมด้วยปริมาตรทั้งหมด 50% และพื้นที่ทั้งหมด 7.5% [ 173 ] [ 174 ] 

สถิติการเทคอนกรีตใต้น้ำต่อเนื่องที่ใหญ่ที่สุดเสร็จสมบูรณ์เมื่อวันที่ 18 ตุลาคม 2553 ในเมืองนิวออร์ลีนส์ รัฐลุยเซียนา โดยผู้รับเหมา CJ Mahan Construction Company, LLC จากเมืองโกรฟซิตี้ รัฐโอไฮโอการเทคอนกรีตครั้งนี้ประกอบด้วยคอนกรีต 10,251 ลูกบาศก์หลา ในเวลา 58.5 ชั่วโมง โดยใช้ปั๊มคอนกรีต 2 เครื่อง และโรงงานผสมคอนกรีตเฉพาะ 2 แห่ง เมื่อคอนกรีตแข็งตัวแล้ว การเทครั้งนี้จะทำให้สามารถระบายน้ำออกจากคอฟเฟอร์แดมขนาด50,180 ตารางฟุต (4,662 ตารางเมตร) ที่ระดับต่ำกว่าระดับน้ำทะเลประมาณ 26 ฟุต (7.9 เมตร)เพื่อให้การก่อสร้าง โครงการ Inner Harbor Navigation Canal Sill & Monolith Project เสร็จสมบูรณ์ในสภาพแห้ง[ 175 ]  

ศิลปะ

คอนกรีตถูกใช้เป็นสื่อศิลปะ[ 176 ]ลักษณะของมันยังถูกเลียนแบบในสื่ออื่นๆ เช่น ศิลปินชาวคองโกSardoine Miaสร้างผืนผ้าใบที่ดูเหมือนพื้นผิวคอนกรีต[ ​​177 ]

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • "ปัญหาที่ทวีความรุนแรงขึ้นของโลกเกี่ยวกับคอนกรีต วัสดุที่ก่อให้เกิดความเสียหายมากที่สุดในโลก" BBC Reel. 6 มีนาคม 2023. เก็บถาวรจากต้นฉบับ(วิดีโอ)เมื่อ 8 มีนาคม 2023. เรียกดูเมื่อ8 มีนาคม 2023 .
  • การเทคอนกรีตแบบแห้งมีความแข็งแรงทนทานหรือไม่? — CostOfConcrete.com
  • ข้อดีและข้อเสียของคอนกรีต
  • Dunning, Brian (4 มกราคม 2022). "Skeptoid #813: ทำไมคุณถึงต้องใส่ใจเรื่องคอนกรีต" . Skeptoid . สืบค้นเมื่อ14 พฤษภาคม 2022 .
  • การถูกฝังอยู่ใต้คอนกรีตเพื่ออธิบายวิธีการทำงานบนYouTube
  • Kumar, Prashant; Mulheron, Mike; Som, Claudia (2012). "การปลดปล่อยอนุภาคละเอียดพิเศษจากกระบวนการก่อสร้างจำลองสามแบบ" วารสารวิจัยอนุภาคนาโน 14 ( 4) 771. Bibcode : 2012JNR....14..771K . doi : 10.1007/s11051-012-0771-2 .
  • คอนกรีต: การแสวงหาทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมยิ่งขึ้น

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ คอนกรีต

คอนกรีตเป็นวัสดุผสมที่ประกอบด้วยมวลรวมที่ยึดติดกันด้วยซีเมนต์ เหลว ซึ่งจะแข็งตัวเป็นของแข็ง เป็น สารที่ใช้มากเป็นอันดับสอง (รองจากน้ำ ) เป็น...

นิรุกติศาสตร์

คำว่า concrete มาจาก คำ ภาษาละติน " concretus " (หมายถึง กระชับหรืออัดแน่น) [ 10 ] ซึ่งเป็นคำกริยาในรูป passive participle สมบูรณ์ของ " concrescere " มาจาก " con- " (ร่วมกัน) และ " crescere " (เติบโต)

สมัยโบราณ

มีการค้นพบพื้นคอนกรีตในพระราชวัง ทิรินส์ ประเทศกรีซ ซึ่งมีอายุราว 1400 ถึง 1200 ปีก่อนคริสตกาล [ 11 ] [ 12 ] ปูนขาวถูกนำมาใช้ในกรีซ เช่น ในเกาะครีตและไซปรัส ในช่วง 800 ปีก่อนคริสตกาล ท่อส่งน้ำเจอร์วัน ของชาวอัสซีเรีย (688 ปีก่อนคริสตกาล) ใช้คอนกรีตกันน้ำ [ 13...

ยุคคลาสสิก

ชาวโรมันใช้คอนกรีตอย่างแพร่หลายตั้งแต่ 300 ปีก่อนคริสตกาลจนถึง ค.ศ.