page 86-166

86 Internal Use Only – Do Not Distribute

กำรทรดตวของคอนกรตชนทำง (Settlement)


การทรดตวจากการบดอดทไมเพยงพอ


การบดอดใหเพยงพอ 90-95% CBR


การเกดหลมยบ

คมอการส ารวจโพรงใตผวจราจรโดยใชสายตา, ประเสรฐบญธรกษา ปรนก จตตอารกล ชยรตน ศภชวโรจน, กรมทางหลวง


• ใชวสดประเภท Control Low Strength Materials ทดแทนดน เชน มอรตำรดน

ถม โฟมคอนกรต เปนตน เพอใหสำมำรถตำนทำนกำรกดเซำะของน ำใตดน และ

กำรเคลอนตวของดนใตผวทำงไดด โดยเลอกวสดทมคำกำรบดอดแนนไดใกลเคยง

กบดนบดอด 95% CBR

การปองกนการเกดหลมยบ


การปองกนการเกดหลมยบ


กำรกดกรอนโครงสรำงคอนกรตจำกเกลอคลอไรด

(Chloride attack)

93

ตวอยำงควำมเสยหำยของโครงสรำงคอนกรตเสรมเหลกทอยตดกบแหลงคลอไรดและซลเฟต

สะพำนขำมคลองบำงหญำ เขตบำงขนเทยน

การกดกรอนจากเกลอคลอไรด

94


สะพำนเปรมประชำ


95


สะพำนเปรมประชำ


96


สะพำนปลำ หวหน


97


สะพำนตณสลำนนท จ.สงขลำ ใชซเมนตประเภทท 5 ระยะเวลำกำรใชงำนประมำณ15 ป


98


โรงพยำบำลสมย จ.สรำษฎรธำน


99




10

0




10

1

ตวอยำงควำมเสยหำยของโครงสรำงคอนกรตเสรมเหลกทมคลอไรดปนเปอนในสวนผสม

อำยโครงสรำง 4 ป


10

2



10

3

Internal Use Only – Do Not Distribute



10

4

การแตกราวจากการเกดสนมเหลกโดยคลอไรด

เมอมเกลอคลอไรดจำกภำยนอกซมผำนคอนกรต

ท ำใหควำมเปนดำงของคอนกรตลดลง passivity layer

ทผวเหลกเสรมหำยไป เหลกจงสนมขน

10

6

คลอไรดในคอนกรตมำจำกไหน

• ทรำยทใชผสมคอนกรตมเกลอคลอไรดผสมอย

• น ำผสมคอนกรตมเกลอคลอไรดผสมอย

• เกลอคลอไรดจำกภำยนอกแพรผำนคอนกรต ไดแกน ำใตดน

น ำทะเล

• กำรซมเขำไปในคอนกรตโดยน ำทมคลอไรดดวยแรงดนของน ำ

10

7

ความเขาใจเกยวกบองคประกอบน าทะเล

• น ำทะเลหนงหนวย มเกลอละลำยอยประมำณ 30%

• เกลอในน ำทะเลคดเปนเกลอคลอไรด 80-90%

• เกลอซลเฟตประมำณ 10%

• ทเหลอเปนเกลออนๆ

Sea

water

Salt

คลอไรดหรอซลเฟตทมโอกำสท ำลำยโครงสรำงคอนกรตเสรมเหลกมำกกวำกน

??

10

8

คลอไรดทไมถกจบยด

(Free Chloride) Pore solution

แพรเขำในคอนกรตสวนทม

Chloride ion ต ำกวำ

คลดไรดอสระท ำใหเกดสนมในเหลก

ลดควำมเปนดำงของคอนกรต

10

9

109

-CEMENT + H2O --> CSH + Ca(OH)2 -SiO2 + Ca(OH)2 --> CSH ปฏกรยาปอซโซลาน

คลอไรดอสระ จะถกจบยดกบเจล CSH ทเพมขนจากปฏกรยา ไฮเดรชน/ปอซโซลาน

กำรจบยดคลอไรดทำงกำยภำพ

คลอไรดอสระ จะท าปฏกรยากบ ผลผลตของไฮเดรชนจาก C3A, C4AF ในซเมนต/วสดประสาน เกดเปน Friedel’s Salt (3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O) Calcium Chloroferrite (3CaO.Fe2O3.CaCl2.10H2O)

กำรจบยดคลอไรดทำงเคม

11

0

กำรซมผำนของคลอไรดอออนจำกปจจยของปนซเมนต

-ปนซเมนตทม C3A ต า (นอยกวา 1.9%) การซมผานของคลอไรดอออนจะเรว

-ปนซเมนตทม C3A สง (8 - 14%) การซมผานของคลอไรดอออนจะชา

ประเภทปนซเมนต รอยละของ C3A

ปอรตแลนดประเภททหนง 8 - 11

ปอรตแลนดประเภททหา ต ากวา 5

ปรมำณ C3A ในปนซเมนต

11

1

กำรทดสอบ Rapid Chloride Permeability Test

ตำม ASTM C 1202

11

2

Cl-

Cl-

Cl-

3% N

aCl

0.3N

NaOH

+60V 0V

Perspex

Metal Mesh

Aperture for escaping gas

Aperture to fill container

Cl- Cl-

Layout of ASTM C1202 Test cell

11

3

5990

1921

1233 1200

5541

1325972

7821026

742

50834702

927

5004

4040

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

OPC TYPE V FA30 FA40 FA50

Char

ge P

asse

d (C

oulom

bs)

Permeability Classification

High

Moderate

Very Low

Low

W/B = 0.6

W/B = 0.4

W/B = 0.5

กำรซมผำนของคลอไรดอออน ASTM C 1202

11

4 COPYRIGHT 2010 CPAC

11

5 COPYRIGHT 2010 CPAC

11

6

• ก ำหนดระยะหมเหลกเสรมใหเพยงพอ

• กำรอดแนนคอนกรต

• ควบคมกำรแตกรำวของคอนกรต

• เลอกใชคอนกรตตำนทำนตอกำรซมผำนของคลอไรด

อตรำสวน W/B ไมเกน 0.45

ออกแบบใหคอนกรตสำมำรถตำนทำนกำรซมผำนของเกลอคลอไรดไดต ำกวำ

1,000 คลอมบ

ทดแทนซเมนตดวยวสดปอซโซลำน เชน เถำลอยหรอ ซลกำฟม

ออกแบบคอนกรตใหอดแนนไดงำย

ปนซเมนตประเภทท 5 ตำนทำนคลอไรดไดต ำกวำปนซเมนตประเภทท 1

การท าใหโครงสรางทนทานตอเกลอคลอไรด

11

7


กำรกดกรอนโครงสรำงคอนกรตจำกซลเฟต

(Sulfate attack)

11

8

แหลงทมาของซลเฟต

• มำจำกสงแวดลอม (Exposure environment) - น ำทะเล น ำกรอย น ำบำดำลบำงพนท - ดนเปรยว ดนททบถมจำกซำกพชซำกสตวเปนเวลำนำน หรอดนทอยบรเวณชำยฝงทะเล

- บอบ ำบดน ำเสย บอพกน ำ รวมถงทอระบำยน ำทงตำงๆ

- โรงงำนอตสำหกรรมทปลอยสำรประกอบซลเฟตออกมำจำกกระบวนกำรผลต

• มำจำกกำรปนเปอนวตถดบ (Contamination) - ปนซเมนต หน ทรำย และน ำ ตลอดจนสำรเคมผสมเพม

11

9

ซลเฟตจำกบอบ ำบดน ำเสย

การกดกรอนจากซลเฟต

12

0

ซลเฟตในดนทเกดจำกกำรทบทมของซำก

ปรกหกพง

ซลเฟตในดนบรเวณแหลง

อตสำหกรรม


12

1

ซลเฟตสามารถสามารถพบไดในของแขงทอยใตดน เชน กรวดหน ดนและทราย หรอแมแตในน าใตดน นอกจากนซลเฟตยงสามารถเกดขนไดจากการเกดปฏกรยาออกซเดชนกบองคประกอบซลไฟดตามปรากฏการณธรรมชาต เชน แรไพไรต (FeS2) ดงนนจงเปนสงจ าเปนในการพจารณาซลไฟตเชนเดยวกบซลเฟตทอยใตดน แตอยางไรกตามการเกดการฟอรมตวของซลเฟตตองอาศย ออกซเจนและความชนทเพยงพอ

เพมเตมเกยวกบซลเฟต

ซลเฟอรในแรธาตทอาจจะสงผลตอการกดกรอนของคอนกรตจากซลเฟตเมอน ามาใชงาน

Anhydrite CaSO4 หนทเกดจำกกำรตกตะกอน

Barytes BaSO4 พบในหน

Celestine SrSO4 ทรำยบำงชนด หรอหนโคลน

Epsomite MgSO4.7H20 หนตะกอน

Gypsum CaSO4.2H2O พบมำกในดนและหน

Jarosite KFe3(OH)6(SO4)2 เกดจำกกำรเปลยนรปของแรไพ

ไรต

Mirabilite NaSO4.10H2O หนตะกอน

Pyrite FeS2 ทรำยและหนบำงชนด

Pyrrholite FeS


12

2

เพมเตมเกยวกบซลเฟต – การเกด popout ของไพไรต

FeS2 + H

2O + O

2 -> Fe

2O

3 + Fe(OH)

3 + H

2SO

4

H2SO

4 + CAH/Ca(OH)

2 + H

2O -> 3CaO.Al

2O

3.3CaSO

4.32H

2O


12

3

ตวอยางความเสยหายของโครงสรางคอนกรตเสรมเหลกทอยตดกบแหลงซลเฟต การกดกรอนจากซลเฟต

12

4

ตวอยำงควำมเสยหำยของโครงสรำงคอนกรตเสรมเหลกทอยตดกบแหลงซลเฟต


12

5


12

6

กลไกการเกดความเสยหายจากการกดกรอนของซลเฟต ซลเฟตในรปเกลอของแขงจะไมท ำอนตรำยตอคอนกรต แตอยำงไรกตำมเมออยในรปของสำรละลำย

ซลเฟตสำมำรถท ำลำยองคประกอบไฮเดรตซเมนตในคอนกรต สงผลใหเกดกำรขยำยตวของคอนกรตใน

สภำวะทแขงตวแลว จนเกดกำรแตกรำวหลดลอนในทสด

ซลเฟตทพบบอย อยในรปสำรประกอบดงน:

โซเดยมซลเฟต Na2SO4

โพแทสเซยมซลเฟต K2SO4 แมกนเซยมซลเฟต MgSO4

คลเซยมซลเฟต CaSO4

ซลเฟตเหลำนสำมำรถพบไดในน ำทะเล ดนและน ำใตดน ซงสำมำรถพบไดทงชนดเดยว หรอหลำยชนดใน

แตละสภำวะ

12

7

กลไกการกดกรอนของซลเฟตในคอนกรต

Conversion of

C3A (if present)

and expansion

Hydrated

C3A

Sulfate

solution from

the

environment

Diffusion of

sulfates

into

concrete

Crack

formation

การกดกรอนของซลเฟตโดยหลกเกดจากการเกดปฏกรยาเคมระหวางซลเฟตอสระกบองคประกอบอะลมนา และคลเซยมไฮดรอกไซดของไฮเดรตซเมนต สงผลใหเกดการฟอรมตวของ Etttingite และ ยปซมสงผลใหเกดการขยายตวในสภาวะคอนกรตแขงตว การเกดการขยายตวจากปฏกรยาเคมของซลเฟตตองมความชนทเพยงพอในการท าปฏกรยา เมอเกดการขยายตวของคอนกรตในสภาวะทแขงตวจะสงผลใหเกดแรงดนภายในจนคอนกรตไมสามารถตานทานแรงดนได ท าใหเกดรอยแตกราวและหลดลอนในภายหลงได

12

8

กลไกความเสยหายจากซลเฟต

• โซเดยมซลเฟต (Na2SO4) โซเดยมซลเฟตท าปฎกรยากบ คลเซยมไฮดรอกไซด, Ca(OH)2 และ CAH จากไฮเดรตซเมนต ท าใหเกดยปซมและ

Ettringite ซงเปนสาเหตของการขยายตวในคอนกรต Na2SO4.10H2O + Ca(OH)2 CaSO4.2H2O + 2NaOH + 8H2O ---(1) 2(3CaO.Al2O3.12H2O) + 3(Na2SO4.10H2O) 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O + 2Al(OH)3 + 6NaOH

+ 17H2O ---(2)

• คลเซยมซลเฟต (CaSO4) คลเซยมซลเฟตท าปฎกรยากบคลเซยมอะลมเนตไฮเดรต กลายเปน Ettringite เปนสาเหตของการขยายตว CaSO4+CAH+H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O

• แมกนเซยมซลเฟต (MgSO4) ท าลายองคประกอบโฮเดรชนทกตวในคอนกรต ไดแก คลเซยมซลเกตไฮเดรต คลเซยมอะลมเนตไฮเดรต และคลเซยม

ไฮดรอกไซด 3CaO.2SiO2.aq + 3MgSO4.7H2O 3CaSO4.2H2O + 3Mg(OH)2 + 2SiO2.aq + xH2O การกดกรอนจากแมกนเซยมซลเฟต เปนการกดกรอนทรนแรงทสด เนองจากท าลายคลเซยมซลเกตไฮเดรตและซลกาเจ

ลซงเปนองคประกอบหลกทใหก าลง ดงนนการกดกรอนจากแมกนเซยมซลเฟตสงผลใหเกดการสญเสยก าลงและเสอมสภาพได

12

9

กลไกการเกดความเสยหายของคอนกรตเสรมเหลกจากซลเฟต

แหลงทมำของซลเฟต

ซลเฟตเขำไปในโครงสรำงคอนกรต

• เกดปฏกรยำกบคอนกรตแลวเกดกำร

ขยำยตว ท ำใหแตกรำวหลดลอน

• MgSO4 กดกรอนคอนกรตท ำใหสญเสย

ก ำลง

เกดสนมในเหลก

13

0

ออกแบบสวนผสมคอนกรตตานทานซลเฟต

• อตรำสวนน ำตอวสดประสำนไมเกน 0.45 เพอเพมควำมทบน ำปองกนซลเฟตและ

ควำมชนเขำมำภำยในคอนกรต

• ซเมนตปอรตแลนดประเภทท 1 ทดแทนดวยวสดปอซโซลำนบำงสวน ไดแก

เถำลอย 40%

ซลกำฟม 10-15%

GGBS >60%

เพอลดชองวำงทตอเนองกนและลดปรมำณ Ca(OH)2 ในคอนกรต

• ซเมนตปอรตแลนดชนดท 5 รวมกบวสดปอซโซลำน (ในกรณทตองสมผสแมกนเซยม

ซลเฟต)

• หน น ำ น ำยำผสมเพม และทรำยทไมมกำรปนเปอนของซลเฟต

• ก ำลงอดสำมำรถออกแบบไดทกก ำลงอด (คณสมบตไมข นอยกบก ำลงอด)

• กำรขยำยตวของคอนกรตจำกซลเฟตไมเกน 0.05% ทอำยคอนกรต 6 เดอน

13

1


วดการขยายตวของคอนกรตแชสารละลายซลเฟต

13

2


วดการขยายตวของคอนกรตแชสารละลายซลเฟต

Expansions due to sulphate attack of type I concrete, type V concrete,

and CPAC Marine concrete

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Exposed Time (days)

% o

f exp

ansio

ns Type I

Type V

Sulfate Resisting Concrete

Sulfate Resisting Concrete

13

3

Internal Use Only – Do Not Distribute 133

การออกแบบคอนกรตใหทนซลเฟต

แตอยางไรกตามควรมการออกแบบรายละเอยดทเหมาะสมดวย ไดแก

• ระยะหมเหลกเสรม

• ถาในกรณทซลเฟตมความเปนกรดสงอาจจะตองใชวสดเคลอบโครงสรางประกอบกน (pH<4)

13

4


มำตรฐำนกำรออกแบบคอนกรตส ำหรบงำนทำงเพอ

ใหมอำยกำรใชงำนยำวนำน (Specification)

13

5


มาตรฐานการออกแบบคอนกรตใหมอายการใชงานยาวนาน

• BS 8500 (2006) “Concrete Complementary British Standard to BS EN 206-1”

• มาตรฐานการออกแบบคอนกรตกรมโยธาธการและผงเมอง

• ACI 318M-08 and ACI 201.2R Guide to Durable Concrete

• Other

13

6

การออกแบบคอนกรตงานทางเพอใหมความทนทาน (BS 8500)

Input

• ชนดของโครงสรำง Type of structure - Pavement

• สงแวดลอมทสมผส Exposure class – ซลเฟต คลอไรด คำรบอนไดออกไซด

• ระยะหมเหลกเสรม Covering

• ก ำลงอดขนต ำ Compressive strength

• ระยะเวลำกำรใชงำนโดยไมซอม Service life

Output

•ปรมำณซเมนตหรอวสดประสำนขนต ำ

•ชนดของซเมนตและกำรทดแทนปนซเมนตดวยวสดประสำนอนๆ เชน เถำลอย

•อตรำสวนน ำตอซเมนตหรอวสดประสำนสงสดทยอมให (Max W/B)

•ก ำลงอดขนต ำ

•คำยบตวทเหมำะสม (Slump)

13

8


14

0

กำรออกแบบคอนกรตงำนทำงเพอใหมควำมทนทำน (BS 8500)

14

9


ACI 318M-08 and ACI 201.2R-08

15

0

ACI 318M-08


Maximum water-cementitious material

ratios

(w/cm) of 0.40 to 0.50 that may be

required for concretes exposed to freezing

and thawing, sulfate soils or waters, or for

corrosion protection of reinforcement will

typically be equivalent to requiring an fc′ of 35 to 28 MPa, respectively.

15

1


ACI 318M-08

15

2


ACI 201.20R-08

15

3


ตวอยางมาตรฐานการออกแบบคอนกรต กรมโยธาธการและผงเมอง

• พจำรณำสภำวะแวดลอมกำรใชงำน (Exposure Class)

• ระยะหมเหลกเสรม (Covering) ตำมลกษณะกำรใชงำนของโครงสรำง

• ควำมกวำงของรอยแตกรำว (Crack Width)

• กำรหดตว, อคคภยและ อนๆ

15

4



15

5



15

6


15

7


15

8


Concrete Recommendation for Pavement Use

15

9


New Zealand Standard

Minimum compressive

strength for tyred traffic

16

0


ตวอยำงกำรออกแบบคอนกรตเพอควำมคงทน

16

1


Tidal zone

Designation for environment (BS 8500-1, 2006)

Most severe zone of concrete structure

Steps:

•Define exposure class/ Workability class

•Design working life (100 years)

•Select covering

•Cement combination types

Structure to be

designed concrete

*** ตวอยางการออกแบบคอนกรตตามมาตฐาน BS 8500 (สงแวดลอมชายฝงทะเล)

16

2


Design working life 100 years (BS 8500, 2006)

16

3


Combination types from BS 8500 (2006)

16

4


Working life

50 years

Working life 100

years

Exposure class XS3 XS3

Strength class C 40/50 C 40/50

Min. covering 50 mm 65 mm

Min. cement 380 kg/m3 380 kg/m3

Max W/B

0.40 0.40

Combinations CEM I, IIA, IIB-S,

SRPC

CEM I, IIA, IIB-S,

SRPC

Designation for marine concrete (BS 8500, 2006)

16

5


• Near to the coast (10 km)

• Soil conditions: Groundwater sulfate = 4200 mg/l SO4

• Brownfield site, mobile groundwater pH = 3.1

• Max Agg size = 20mm

• Nominal cover = 50mm, Margin = 25mm (cast against ground)

• Structural requirement = C25/30

• Designed Life 50 years

450mm deep x 400 wide RC

floor slab cast onto ground.

Internal and external

exposure.

Internal

exposure

External

exposure

Co2 Co2

Co2

Sulfate

Example of High Performance Concrete Structure Designation

16

6


Q&A

Thank You

page 86-166

Documents