วันอาทิตย์ที่ 21 ธันวาคม พ.ศ. 2557

เรื่อง เกลือ ๆ กับวิศวกรรมโยธา

ขณะนี้ได้มีข่าวว่า "มีการทำให้เหมือนมีหิมะที่เชียงใหม่ โดยใช้เกลือจำนวนมาก"
ทำให้เกิดข้อวิจารณ์ ว่าจะเกิดผลกระทบอย่างไรบ้าง ?
ได้ส่วนที่ได้พบ ได้อ่าน ก็มีผลกระทบด้านสิ่งแวลล้อม หาก ไม่ได้ป้องกัน และกำจัดอย่างถูกต้อง
และ ในส่วนของ Social network ผมเองก็ได้อ่านข้อความจาก รศ. ดร. วีรชัย พุทธวงศ์ ที่ได้โพสไว้ใน หน้าเฟสบุ๊คของท่านสรุปได้ว่า

"เกลือ ที่นำมาเลียนแบบหิมะเทียมมหาศาลนั้น นักเคมีเรียกว่า Sodium Chloride (NaCl) ไม่เป็นพิษต่อมนุษย์ แต่ระคายเคือง และหากลงน้ำ ปลาอยู่ลำบากนะครับ ปลาน้ำจืดตายได้ ผลกระทบต่อสุขภาพ ที่อาจเกิดขึ้นคือ การระคายเคืองต่อตา อาจทำให้เกิดการ ระคายเคืองต่อผิวหนัง และต้องระวังอย่าเผลอให้เด็กกินนะครับ อาจระคายเคืองต่อ ระบบทางเดินอาหาร การสูดดม อาจทำให้เกิด การระคายเคืองต่อ ระบบทางเดินหายใจ "
และ อีกข้อมูลจาก รศ.ดร.เจษฎา เด่นดวงบริพันธ์  http://www.posttoday.com/…/ห่วงเกลือทำหิมะเทียมกลางเชียงใหม…

และ รศ. ดร. วีรชัย พุทธวงศ์ ได้โพส ต่อมา ซึ่งผมจะนำมาเข้าเรื่องพอดีว่า

"ข้อมูลทางเคมีของ เกลือ หรือ Salt (Sodium Chloride, NaCl) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการเกิดสนิมนะครับ....
การเกิดสนิมเป็นปฏิกิริยาอ๊อกซิเดชันของเหล็ก และเกลือเป็นตัวเร่งปฏิกิริยานี้ชั้นเยี่ยม "Oxidation of Iron" การเกิดสนิมนั้น เหล็ก(Fe) จะทำปฏิกิริยากับน้ำ (H2O), Carbon Dioxide (CO2), และ Oxygen (O2) ในอากาศ และเกิดเป็นเหล็กอ๊อกไซด์ Iron Oxide (Fe2O3, FeO, Fe3O4) ทางเคมีคือ Fe เปลี่ยนเป็น Fe2+ หรือ Fe3+ และหากมีเกลือเข้ามาเร่ง ในภาวะที่มีความชื้น เจ้า NaCl จะแตกตัวเป็น Na+ และ Cl- ions ซึ่งจะเร่งให้เกิดอ๊อกซิเดชั่นอย่างมาก นั่นคือขบวนการเกิดสนิมจะเพิ่มทวีคคูณ เคยมี Case ที่ต่างประเทศนะครับ ที่ใช้เกลือเพื่อช่วยละลายหิมะที่ถนนในเมือง New York แต่รถที่สัญจรไปมาเป็นสนิมเร็วขึ้น"  http://www.isranews.org/thaireform-news-environment/item/35299-sodium-chloride.html

ซึ่งตัวผมเองก็สอนในเรื่องนี้อยู่พอดี จึงอยากขยายความเรื่อง เกลือกับโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก และโครงสร้างเหล็กรูปพรรณ ซึ่งเราก็ใช้งานกันในปัจจุบัน

ที่พิมพ์มาด้านบน แค่เกริ่นนะครับ  เอาหล่ะเริ่มแล้วครับ
เริ่มแรกมาเข้าใจกันก่อนว่า เกลือทำให้เหล็กเส้น (หรือเหล็กเสริม)ในคอนกรีตเป็นสนิมได้อย่างไร ??? ดูงง ๆ นะครับ  แหม ก็เหล็กอยู่ในคอนกรีตแบบมิดชิด เกลือเข้าไปหาได้อย่างไร ?
เอาง่าย ๆ เลยนะครับ   คอนกรีตที่ใคร ๆ มองว่า กันน้ำได้ทึบน้ำ จริง ๆ แล้ว  ไม่ขนาดนั้นครับ
คอนกรีตมีน้ำอยู่ด้านในเหมือนฟองน้ำ (แต่ฟองน้ำแข็งมาก)  อย่างไรก็ตาม คอนกรีตมีสารละลาย(น้ำ)อยู่ข้างในที่เห็นแห้งๆ นี่แหล่ะครับ  และยังสามารถดูดซึมน้ำเข้าไปได้อีกด้วย
ดังนั้นไม่แปลกเลยที่ น้ำเกลือ น้ำเค็ม น้ำล้างเกลือจากเกลือโรยละลายหิมะจะเข้าไปในคอนกรีต
และสะสมไว้ในคอนกรีตได้
จริง ๆ แล้ว คอนกรีตก็มิได้เกรงกลัวเกลือเลยแม้แต่น้อย  แต่เพื่อนสนิทเค้าสิ(เหล็กเสริม) กลัวมากๆ
เกลือก็แทรกซึมเข้าไปในเนื้อคอนกรีต เข้าไป ๆ  ในที่สุด ก็ไปถึง เหล็กเสริม
คราวนี้หล่ะครับ ครบองค์ประกอบ  เหล็ก ความชื้น อ๊อกซิเจน แถมด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างดี (คือเกลือ)

แล้วจะเกิดอะไรกับโครงสร้างครับที่นี้

1.เมื่อเหล็กเสริมเกิดการกัดกร่อนเป็นสนิมจะมีการขยายปริมาตรออกหลายเท่าครับ (ได้มากกว่า 6 เท่าเลยนะครับ Fe(OH)3 .3H2O)  ทำให้เกิด การแตกร้าวและการเบ่งบวมตัวของคอนกรีต รอยแตกร้าวมักมีการขยายตัวในทิศทางขนานกับแนวเหล็กเสริมครับ

2.เมื่อมีการขยายตัวมากขึ้นคอนกรีตจะเกิดการปริแตกออก เหล็กเสริมจึงมีการสัมผัสน้ำ อากาศและ คลอไรด์มากขึ้น อัตราการเกิดสนิมเพิ่มมากขึ้นเป็นทวีคูณ

3. การเกิดสนิมโดยรอบของเหล็กเสริม  ส่งผลถึงการรับน้ำหนักของโครงสร้าง  หากพื้นที่หน้าตัดที่เหลือน้อยกว่า  80 % Safety factor (F.S.) ในการออกแบบที่เผื่อไว้จะเริ่มหมดไป จนทำให้โครงสร้างวิบัติได้

มีรูปให้ชมครับ  เหล็กขยายขนาด คอนกรีตแตก จากกรณีใกล้ทะเลครับ


รูปจากใต้สะพานครับ แผ่นพื้นครับ


รูปจากใต้สะพานครับ ตอม่อครับ

รูปต่อมา อันนี้น่าแปลกใจกว่าครับ  ไม่ใกล้ทะเล (ในกทม เลยครับ)  เป็นร้านขายของชำ
ผมไปสำรวจ พบเสาอาคารเป็นสนิทเหมือน กรณี ริมทะเลเลยครับ

ตะแคงดูนะครับ ลุ้นดี

จึงได้สัมภาษณ์ เจ้าของบ้าน จึงได้ทราบว่า ก็แค่ เจอน้ำบ่อยๆ จากการล้างโต๊ะที่เห็นครับ แล้วก็มีเกลือด้วย

แล้วก็มาเจออีกที่  ไม่ใช่ทะเล  แต่ขายปลาทะเล นึ่งปลาทู ซึ่งแน่นอนว่า จะต้องมีไอเกลือแน่นอนครับ
บนเพดาน ก็จะประมาณนี้เลยครับ  (รูปแทน ตัวแสดงแทนครับ หารูปจริงยังไม่เจอ)



สำหรับโครงสร้างเหล็ก ยิ่งอ่อนไหวกับเกลือมากครับ รูปด้านล่างแค่ไอเกลือจากลมทะเลเท่านั้นครับ
ดังนั้นโครงสร้างเหล็กจึงต้องมีการป้องกันสนิมเป็นอย่างดีนะครับ  วิธีที่นิยมก็ทาสีกันสนิมครับ  แต่จริง ๆ วิธีมีมากมายครับ



จากที่ได้ร่วมงานกับกรมทางหลวงชนบท เกี่ยวกับการตรวจสอบสะพานคอนกรีตเสริมเหล็ก ก็พบว่าความเสียหายจาก เหล็กเสริมเป็นสนิมจะพบมาก ในสะพานของกรมฯ ที่อยู่ภาคตะวันออกและภาคใต้ครับ เนื่องจากเกลือจากทะเลนี่หล่ะครับ  อ่านเพิ่มได้ใน Deterioration of Concrete Bridges of the Rural Road Department ตามลิงค์นี้ครับ http://kmcenter.rid.go.th/kcresearch/article_out/article_029%20OUT_T.pdf

มีในส่วนการตรวจสอบด้วยนะครับ ว่ามีเกลือหลงเหลือหรือไม่ โดยใช้
ซิลเวอร์ไนเตรต(Silver nitrate)  ถ้ามีเกลือจะเป็นดังรูปครับ มีสีเทา ๆ  (ภาพนี้จากตอนไปตรวจตอม่อสะพานครับ ทำให้มั่นใจได้ว่า เกลือเข้าไปข้างในคอนกรีตจริง ๆ)


รูปมันฟ้องว่าเกลือเข้าไปในเนื้อคอนกรีตครับ
ในต่างประเทศที่มีหิมะ มีการใช้เกลือโรยเพื่อละลายหิมะครับ  แล้วก็จะพบกับปัญหาการเกิดสนิมของโครงสร้างเช่นกันครับ 
ในการซ่อมแซม ก็ทำได้ครับ เช่น    ก็แค่ ค้ำยัน  เอาคอนกรีตเก่า ๆ ออก   เอาเหล็กเก่า ๆ ออก  ใส่เหล็กใหม่  ใส่คอนกรีตใหม่     แล้วก็รอ ให้คอนกรีตได้กำลัง   รื้อ ค้ำยัน แล้วกลับบ้านใครบ้านมัน
เพิ่มอีกหน่อยกับเหล็ก กับการขยายขนาดครับ (โดยประมาณนะครับ)
Fe = 1 เท่า
เหล็กอ๊อกไซด์ Iron Oxide
FeO          = 2 เท่า
Fe3O4      = 2.2 เท่า
Fe2O3      = 2.3 เท่า
Fe(HO)2   = 3.5 เท่า
Fe(HO)3   = 4 เท่า
Fe(OH)3 .3H2O  = 6.5 เท่า



ภาพอธิบายกระบวนการ  การเกินสนิมครับ



ภาพอธิบาย การหลุดออกของคอนกรีต เมื่อเหล็กเป็นสนิมครับ


เล่าโดย ผศ.ดร.ศุภชัย สินถาวร
ปล. ขอบใจลูกศิษย์ม๊อบ ที่วาดรูปให้ครับ







วันพุธที่ 27 สิงหาคม พ.ศ. 2557

01 การวิเคราะห์โครงสร้าง (บทนำ)

ความสำคัญของวิชาการวิเคราะห์โครงสร้าง
และการเชื่อมโยงกับวิชาอื่น ๆ ในศาสตร์ของวิศวกรรมโยธา

บทนำ
ลำดับแรกที่จะกล่าวถึงความสำคัญของการวิเคราะห์โครงสร้าง เริ่มจากทำความรู้จักกับ นิยามต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องการเนื้อหาวิชานี้ ได้แก่ โครงสร้าง (Structure), วิศวกรรมโครงสร้าง (Structural Engineering), การวิเคราะห์โครงสร้าง (Structural Analysis), การออกแบบโครงสร้าง (Structural Design) ฯลฯ จากนั้นจะเป็นส่วนซึ่งชี้ให้เห็นถึง ความสำคัญของวิชาการวิเคราะห์โครงสร้าง และการเชื่อมโยงกับวิชาอื่น ๆ ในศาสตร์ของวิศวกรรมโยธาต่อไป

นิยามต่าง ๆ
- โครงสร้าง (Structure) คือ ชิ้นส่วนที่ใช้ในการรับน้ำหนัก ในรูปแบบต่าง ๆ ซึ่งปกติแล้วเรามักพบในงานวิศวกรรมโยธา เช่น สะพาน, อาคาร, ผนังรับแรง, เขื่อน, หอคอย, โครงสร้างเปลือกบาง ฯลฯ ซึ่งหากแบ่งตามวัสดุที่ใช้ อาจพบว่า โครงสร้างแบบเป็น โครงสร้างคอนกรีต, คอนกรีตเสริมเหล็ก, คอนกรีตอัดแรง, เหล็กรูปพรรณ, คอมโพสิท (Composite), โพลิเมอร์ (polymer)
.......................... อ่านต่อในไฟล์ pdf นะครับ 


















ฐานรองรับแบบจุดหมุน (hinge)

                                             ฐานรองรับแบบยาง Elastomeric bridge bearing  รูปทั้งสองที่หาให้ดูในห้องเรียนไม่ทันนะครับ