Fly Ash Concrete

Fly Ash
Fly Ash เกิดจากถ่านหิน ได้จากการเผาถ่านหิน แล้วดักจับฝุ่นที่เกิดจากการเผา ซึ่งแบ่งออกเป็น
Bottom AshFly Ash
Fly Ash
คุณภาพของ Fly Ash ขึ้นอยู่กับคุณภาพของถ่านหิน ซึ่งคุณภาพของถ่านหินแบ่งออกเป็น
Anthracite
Bituminous
Sub-bituminous
Lignite
ในเมืองไทยจะเป็นถ่านหินคุณภาพต่ำคือ Lignite ทำให้ Fly Ash ที่ได้มีคุณภาพต่ำ
แหล่ง Fly Ash ที่สำคัญของเมืองไทยอยู่ที่โรงไฟฟ้าแม่เมาะ จังหวัดลำปาง ซึ่งใช้ถ่านหิน Lignite (บางส่วนเป็น Sub-bituminous) ในการต้มน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ได้ Fly Ash ประมาณ 3 ล้านตันต่อปี หรือผลิตคอนกรีตได้ 100,000 ลบ.ม.ต่อวัน เป็น Fly Ash ที่มีคุณภาพค่อนข้างต่ำ แต่มีปริมาณมากและราคาถูก
มาตรฐานของ Fly Ash ตาม ASTM C 618 แบ่งออกเป็น 3 ชั้น คือ N, F, C ตามคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ Class N จะมีคุณภาพดีที่สุด และ Class C มีคุณภาพต่ำที่สุด ซึ่ง Fly Ash จากแม่เมาะจะอยู่ในชั้นคุณภาพ F ถึง C
Fly Ash เป็น By Produce ที่ได้จากเผาถ่านหิน คุณสมบัติ ของ Fly Ash จึงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของถ่านหิน และคุณสมบัติของถ่านหินขึ้นอยู่กับแหล่งของถ่านหินหรืออายุของถ่านหิน แต่ในเมืองไทยแหล่งถ่านหินที่มีส่วนมากจะเป็นถ่านหินประเภท Lignite ซึ่งมีอายุน้อยและมีคุณภาพาต่ำ และที่มีแหล่งถ่านหินแม่เมาะเป็นถ่านหินประเภท Lignite ทำให้ Fly Ash ที่ได้มีคุณภาพต่ำ และเนื่องจาก Fly Ash เป็น By Produce จึงไม่มีการควบคุมคุณภาพเหมือนปูนซีเมนต์ คุณภาพของ Fly Ash จึงไม่มีความสม่ำเสมอ ขึ้นอยู่กับว่า Fly Ash Lot นั้นได้จากถ่านหิน Lot ที่มีคุณภาพดีหรือไม่ เมื่อนำ Fly Ash มาใช้ในการผสมคอนกรีตจึงมีโอกาสเลี่ยงเนื่องจากคุณภาพของ Fly Ash ที่ไม่สม่ำเสมอค่อนข้างสูง จึงต้องมีการตรวจสอบคุณภาพของ Fly Ash ก่อนที่จะนำมาใช้งานทุก Lot ซึ่งการตรวจสอบทำได้โดยการทดสอบคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ หัวข้อตาม ASTM แต่ถ้าทดสอบทุกหัวข้อจะสิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายมากและใช้เวลานานจึงอาจจะทดสอบเฉพาะคุณสมบัติที่สำคัญบางอย่าง ที่มีผลต่อคุณภาพของคอนกรีตค่อนข้างมาก เช่น
1. ปริมาณ Sio2 , Al2O3O3 , Fe2O3 ซึ่งมีผลต่อค่ากำลังอัดของคอนกรีตโดยตรง
2. ปริมาณ SO3 ซึ่งมีผลต่อการแตกร้าวของคอนกรีต
3. Finess ซึ่งมีผลต่อความเร็วในการทำปฏิกิริยาของ Fly Ash
4. ปริมาณ CaO เป็นสารเริ่มต้นในการทำปฏิกิริยาของปูนซีเมนต์
5. Loss on Ignition เป็นการเผาเพื่อหาปริมาณ Cabon ซึ่งถ้าคาร์บอนมากจะทำให้ค่ากำลังอัดของคอนกรีตลดลง

Fly Ash concrete
Fly Ash เป็นสารเชื่อมประสานคล้ายปูนซีเมนต์แต่จะทำปฏิกิริยาไม่เหมือนปูนซีเมนต์ โดยจะทำปฏิกิริยาต่อเนื่องจากปูนซีเมนต์โดยใช้สารที่เหลือจากปฏิกิริยาของปูนซีเมนต์เข้ามาใช้ในการทำปฏิกิริยาให้เกิดสารเชื่อมประสาน ซึ่งเราเรียกสารชนิดนี้ว่าสาร Pozzolan
ปูนซีเมนต์ + น้ำ => สารเชื่อมสาน + สารเหลือ
Cement + H2O => CSH + Ca(OH)2
Fly Ash + น้ำ + สารเหลือ => สารเชื่อมประสาน
Fly Ash + H2O + Ca(OH) 2 => CSH
จากลักษณะการเกิดปฏิกิริยาจะเห็นว่าปฏิกิริยาของ Fly Ash เพื่อสร้างสารเชื่อมประสานจะต้องใช้สารที่เหลือจากปฏิกิริยาของปูนซีเมนต์เป็นส่วนประกอบ ปฏิกิริยาของ Fly Ash จึงเกิดขึ้นหลังปฏิกิริยาของปูนซีเมนต์ เพราะสาเหตุนี้จึงทำให้ Strength ของ Fly Ash Concrete ขึ้นช้ากว่า Normal Concrete ซึ่งเป็นข้อเสียอย่างหนึ่ง ที่ทำให้ Fly Ash Concrete ไม่เหมาะที่จะใช้สำหรับคอนกรีตประเภท High Early strength Concrete แต่ถ้าจำเป็นต้องใช้ก็สามารถใช้ได้เหมือนกันโดยใช้น้ำยาผสมคอนกรีตประเภท Superplastizizer เข้าช่วยเพื่อเร่งStrength ให้ช่วงเริ่มต้น เช่นงาน Post–tension Slab
อัตราส่วนผสมในการใช้ Fly Ash ทดแทนปูนซีเมนต์จะขึ้นอยู่กับความสามารถในการลดต้นทุน, ค่ากำลังอัดที่ได้, ความเสี่ยงเนื่องจากความไม่สม่ำเสมอของคุณภาพ Fly Ash ซึ่งส่วนมากจะใช้ Fly Ash ทดแทนปูนซีเมนต์ที่ 20 -30 % โดยน้ำหนัก

ข้อดีของ Fly Ash Concrete
1. ลดต้นทุนค่าวัตถุดิบ เนื่องจาก Fly Ash มีราคาถูกกว่า Cement
2. คอนกรีตมีการไหลตัวได้ดี เนื่องจากเม็ดของ Fly Ash มีลักษณะกลม เหมาะกับงาน Self Compacting concrete
3. เกิดความร้อนต่ำเนื่องจาก Fly Ash จะทำปฏิกิริยาหลัง Cement ลดปัญหาการแตกร้าว เหมาะกับงาน Low Heat Concrete
4. Slump Loss ช้า
5. ลด Bleeding และ Segregation
6. เพิ่มกำลังอัดของคอนกรีตที่อายุมากกว่า 28 วัน
7. เพิ่มความทนทานของคอนกรีต เนื่องจากใช้น้ำน้อยลง และปฏิกิริยาของ Fly Ash ทำให้ช่องว่างในเนื้อคอนกรีตลดลง
8. เพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อน ทนการกัดกร่อนของซัลเฟตได้ดี เนื่องจากปฏิกิริยาของ Fly Ash จะลด Ca(OH)2 ซึ่งทนการกัดกร่อนได้น้อย
9. ลดการหดตัว
10. ลดอัตราการซึมผ่านของน้ำ

ข้อเสียของ Fly Ash Concrete
1. ไม่เหมาะกับงาน High Early Strength Concrete เนื่องจาก Fly Ash ทำปฏิกิริยาช้า.
2. คุณภาพของ Fly Ash ควบคุมได้ยาก เนื่องจาก เป็น By Produce ที่ได้จากการเผาถานหิน
3. มีโอกาส Set Delay ได้ง่าย
4. ลดความต้านทานต่อสภาวะ Freezing and Thawing

ข้อควรระวังในการผลิต Fly Ash Concrete
1. ควรมีการทดสอบคุณภาพของ Fly Ash ทุก Lot เพื่อป้องกันปัญหาความไม่สม่ำเสมอของคุณภาพ
2. ควรมีการควบคุมปริมาณน้ำยาหน่วง และปริมาณน้ำในส่วนผสมไม่ให้เกินค่าที่ออกแบบไว้ เนื่องจาก Fly Ash จะทำให้คอนกรีตมีความไวต่อการหน่วงการก่อตัวมากขึ้น
3. ไม่ควร Load คอนกรีตเหลวเกินไปหรือเต็มน้ำหน้างาน เพราะจะทำให้ผิวหน้าของคอนกรีตยุ่ย ไม่แข็งตัวเนื่องจาก Fly Ash จะลอยขึ้นที่ผิวหน้าของคอนกรีตและไม่เกิดการทำปฏิกิริยา
4. ควรมีการบ่มคอนกรีตอย่างต่อเนื่อง เพราะ Fly Ash จะทำปฏิกิริยาได้ช้า น้ำจากการบ่มจึงมีผลต่อการพัฒนากำลังอัดของคอนกรีตมาก

การพัฒนา Fly Ash Concrete ในปัจจุบัน
1. การใช้ Fly Ash ร่วมกับน้ำยาประเภท Mid Rang เพื่อลดต้นทุนในการผลิต น้ำยาประเภท Mid Rang เช่น Hycol, Plastocrete 907 จะสามารถลดน้ำได้ประมาณ 15-18% ซึ่งอยู่ในช่วงกลางระหว่าง Daratard 17 (8%) และ Daracem 100 (30-35%) เมื่อใช้แทน D–17 จะสามารถลดน้ำได้มากกว่า ทำให้ได้ว่ากำลังอัดที่สูงขึ้น เหมาะกับงานโครงสร้างทั่วไป งานเสาเข็มเจาะ
2. การใช้ Fly Ash ร่วมกับน้ำยา Superplastizizer เช่น Daracem 100 เพื่อใช้กับงาน
o Post – tension Slab ใช้น้ำยา Superplastizizer เข้าไปเร่ง Strength ช่วงแรกให้สามารถดึงลวดได้ที่ 3 วัน
o ฐานรากขนาดใหญ่ ที่ต้องการคอนกรีตความร้อนต่ำ เพื่อป้องกันการแตกร้าวของคอนกรีต ใช้น้ำยา Supperplastizizer เพื่อลดปริมาณปูนซีเมนต์ และปฏิกิริยาของ Fly Ash จะเกิดช้ากว่า Cement ทำให้เกิดความร้อนน้อยกว่า
o คอนกรีตไหลเข้าแบบง่าย (Self Compacting Concrete) ใช้สำหรับงานที่ไม่สามารถใช้เครื่องเขย่าคอนกรีตได้ ใช้น้ำยา SuperPlastizizer และ Fly Ash เพื่อเพิ่มการไหลตัวของคอนกรีต
o คอนกรีตทนซัลเฟต ใช้น้ำยา Superplastizizer เพื่อลด w/c ให้คอนกรีตมีความแน่นมากขึ้นและใช้ Fly Ash เพื่อเปลี่ยน Ca(OH2) เป็น CSH ซึ่งทนต่อการกัดกร่อนได้มากกว่า