เหล็กเส้นสำหรับเสริมคอนกรีต


ดร. นระ คมนามูล

          คอนกรีตล้วนๆ มีจุดอ่อนอย่างหนึ่งคือ ความทนแรงดึง (tensile strength) มีค่าต่ำมาก ซึ่งน้อยกว่าความทนแรงอัด (compressive strength) ประมาณ 10 เท่า การที่คอนกรีตมีความทนแรงดึงต่ำเช่นนี้ทำให้ไม่แข็งแรงต่อการดัด (bending) การเฉือน (shear) และการบิด (torsion) จุดอ่อนนี้ทำให้คอนกรีตเป็นวัสดุก่อสร้างที่ไม่น่าเชื่อถือ เพราะอาจจะแตกหักได้โดย แรงกระแทกหรือโดยการหดตัวเมื่อแห้ง หรือเนื่องจากการยืดตัวทางความร้อน

          เนื่องจากเหล็กกล้าและคอนกรีตมีค่าสัมประสิทธิ์ของการขยายตัวทางความร้อนเกือบเท่ากันพอดี เทคโนโลยีคอนกรีตเสริมเหล็กจึงเกิดขึ้นหลังจาก ที่ได้ค้นพบว่า เหล็กเส้นสามารถฝังอยู่ในเนื้อคอนกรีตได้เสมือนว่าเป็นส่วนหนึ่งของคอนกรีตในบริเวณที่ต้องการให้รับความเค้นแรงดึง และโดยการทำขอที่ ปลายสุดทั้งสองของเส้นเหล็กไว้ภายในจะทำให้เส้นเหล็กไม่เลื่อนหลุด หรือแยกตัวออกจากการยึดเกาะของคอนกรีต ความสำเร็จของวิธีการนี้ทำให้คาน พื้น หรือฐานแผ่ของอาคารต่างๆ ที่ทำด้วยคอนกรีตเสริมเหล็กสามารถออกแบบให้รับแรงดึงได้ดีพอๆ กับการรับแรงอัด ปัญหาการจะเสริมเหล็กไว้ ณ ที่ใด เป็นเรื่อง ที่ยุ่งยากและซับซ้อน ซึ่งจะยังไม่กล่าวในที่นี้

เหล็กเส้นสำหรับเสริมคอนกรีตมีหลายชนิด คือ

1. เหล็กเส้นปกติ (mild steel หรือ rolled steel bars หรือ hard drawn steel wire)
2. เหล็กเส้นบิดเย็น (cold twisted steel bars)
3. เหล็กเส้นข้ออ้อยกำลังสูง (hot–rolled high–strength deformed bars)
4. เหล็กตะแกรง (steel fabric)

          เหล็กกล้าที่ผลิตขึ้นโดยกระบวนการ Open Hearth ทั้งแบบกรดและแบบด่าง หรือโดยกระบวนการ Bessemer แบบกรด สามารถใช้เป็นเหล็กกล้าสำหรับเสริมคอนกรีตได้ เหล็กเหนียว (mild steel) เหล็กกล้ากำลังดึงปานกลาง (medium tensile steel) และเหล็กกล้ากำลังดึงสูง (hight tensile steel) ต้องมีปริมาณซัลเฟอร์และฟอสฟอรัสไม่เกินร้อยละ 0.06 และปริมาณคาร์บอน ในเนื้อเหล็กกล้ากำลังดึงสูงต้องไม่เกินร้อยละ 0.3 เหล็กกล้าที่ทำขึ้นโดยกระบวนการ Bessemer แบบด่างไม่สามารถใช้เป็น เหล็กสำหรับเสริมคอนกรีตได้เพราะมีปริมาณไนโตรเจนสูง ซึ่งทำให้เหล็กเปราะเช่นเดียวกับการมีปริมาณฟอสฟอรัสสูง

          ขนาดของเหล็กเส้นสำหรับเสริมคอนกรีตมีตั้งแต่เส้นผ่าศูนย์กลาง 6 มิลลิเมตร ถึง 50 มิลลิเมตร เหล็กเส้นกำลังดึงสูง ขนาดใหญ่ๆ อาจจะดัดได้ยากขึ้นเพราะมีความยึดตัวน้อย
           โดยทั่วไปเหล็กข้ออ้อยมีค่าความดันเค้นแรงดึงที่ใช้ในการออกแบบ เหล็ก สำหรับเสริมคอนกรีตอยู่ในระหว่าง 125–140 เมกะพาสคัล (1,250–1,400 กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร) ค่าความเค้นนี้ กำหนดไว้เพื่อมิให้เกิดการแตกร้าวของโครงสร้างทั่วๆ ไป สำหรับโครงสร้างถังเก็บน้ำหรือของเหลวอื่นๆ ค่าที่กำหนดไว้นี้ต้อง ลดลงอีกเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความเครียดในถังน้ำมากเกินไป

          ก่อนวางเหล็กเสริมลงในแบบ ควรทำความสะอาดให้ปราศจากสนิม และน้ำมันต่างๆ อันเป็นเหตุให้การยึดเกาะ (Bonding) ระหว่างคอนกรีตกับเหล็กเสริมตกต่ำลง ตำแหน่งของเหล็กเสริมจะต้องวางให้ถูกต้องตามแบบที่วิศวกรกำหนดไว้ ข้อสำคัญคือ คอนกรีตหุ้ม (covering) จะต้องมีความหนาพอเพียง มิฉะนั้นแล้วเหล็กเสริมอาจจะถูกอากาศและความชื้นซึมเข้าไปกัดเหล็ก จนเกิดสนิมผุกร่อนลงได้



สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย
เทคโนธานี ถ.เลียบคลองห้า ต.คลองห้า อ.คลองหลวง จ.ปทุมธานี 12120 ประเทศไทย
โทรศัพท์ 0-2577-9000
โทรสาร 0-2577-9009

196 พหลโยธิน จตุจักร กรุงเทพมหานคร 10900
โทร. 0-2579-1121..30,0-2579-5515,0-2579-0160,0-2579-8533
โทรสาร. 0-2561-4771,0-2579-8533 เทเลกซ์. 21392 TISTR TH
เว็บไซด์ : http://www.tistr.or.th
E-mail: hotline@tistr.or.th

กระทรวงวิทยาศาสตร์และ เทคโนโลยี

ถนนพระราม 6 เขตราชเทวี กรุงเทพฯ 10400
โทรศัพท์ : 0-2246-0064 , 0-2640-9600
โทรสาร: 0-2246-8106
เว็บไซด์ : http://www.most.go.th
อีเมล์ : helpdesk@most.go.th

สงวนลิขสิทธิ์ พ.ศ.2544 ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ.2537