6

บทท 2

ทฤษฎ สมมตฐาน และ กรอบแนวความคดของโครงการวจย

ดนลกรงเปนวสดทมทกภาคของประเทศไทย และเปนวสดทมความสามารถในการรบก าลงไดด

2.1 ดนลกรง ดนลกรง เกดจากการผพงของหนในสภาพภมอากาศรอนหรอกงรอน ซงมอณหภมและความชนสงและ

จากการศกษาการผพงและการเกดสแดงของหน ในสหรฐอเมรกาของ Russel [1989] พบวาอณหภมทอบอน

และความชนสงมอทธพลตอการผพงของหนมากกวาอณหภมทเยนและความชนทต า ซง Bawa [1957] ไดให

ความเหนตรงกนวา กระบวนการกดเซาะทางเคมจะชะลางและพดพาเอาซลกา (SiO) ออกไปจากดนเดมและใน

ขณะเดยวกนกมการสะสมเซสควออกไซด (Sesquioxide,Fe and Al O) ในดนเดมท าใหเกดเปนกอนแขง ผล

ของกระบวนการดงกลาวท าใหเกดดนท มปรมาณเหลกออกไซด และอลมเนยมออกไซดสงกวาปกตซงดน

ประเภทนเรยกวา ‚ดนลกรง‛ และกระบวนการเกดขนทงหมดน เรยกวา ‚กระบวนการ Laterization‛ Holland

[1903] ไดสนบสนนวาทอณหภมและความชน หรอในสภาพภมอากาศเขตรอนจะเกดกระบวนการกกเซาะทาง

เคมข นดงรป 2.1 แสดงการกระจายตวของดนลกรง

รปท 2.1 แผนทโลกแสดงการกระจายตวของดนลกรงในทวปตาง [1976]

7

2.1.1 กระบวนการเกดดนลกรง

กระบวนการเกดดนลกรงแบงการเกดออกเปนสองชวง คอ

1. กระบวนการเกดดนลกรง Primary Minerals ในดนลกรงกระบวนการท าลายในเขตรอนเกดจาก

การเปลยนแปลงทางเคม ฟสกสและหรอการเกดการเปลยนรปของ Primary rock –forming minerals เปนแร

ดนเหนยวทมโครงสรางแบบ 1:1 และสารประกอบลกรง ซงไดแก เหลก, อลมเนยม, ไทเทเนยมและแมงกานส

สะสมอยเปนจ านวนมากโดยแบงขนตอนในการเกดลกรงออกเปน 3 ชวงดงน

1.1 Decomposition เปนขบวนการทางเคมฟสกสในการท าลาย Primary minerals ในหนออกไซด

ตางๆ ไดแก Sio, Aio, FeO, Cao, MgO, KO, NaO และอนๆ ซงปรากฏอยในรปของอนนทรยสาร

1.2 Laterization คอกระบวนการกอก าเนดลกรงจะเกดการชะลางภายใตสภาวะการระบายทเหมาะสม

เกดการรวมตวของซลกา ดางและสารพวกออกไซด และไฮดรอกไซด ของเซสควออกไซด (Aio, FeO, TiO)

สวนสารอนๆจะถกระบายหรอรวมตวกนขนกบความเปนกรด ดาง ของน าในดนและสภาวะการระบาย Mohr

and Van Beran [1954] ไดกลาววา กระบวนการกอก าเนดลกรง (Laterization) เปนกระบวนการท SiO ถกชะ

ลางพดพาออกไปภายใตสภาวะการระบายน าทเหมาะสมเหลอ FeO, AIO, Tio, MnO เปนสวนส าคญ

กระบวนการทางเคมฟสกสจะมผลท าใหเกดแรดนเหนยวในกลมของแร Kaolinite เปนส าคญ ภายใต

กระบวนการสลายตวทางเคมฟสกสทยาวนาน แรดนเหนยวและซลกาจะถกซะลางพดพาออกไปจากมวลดน

เหลอสารทเปนออกไซดของอลมนม เชน Gibbsite หรออกไซดของเหลก เชน Limonite หรอ Geothite

กระบวนการชะลางพดพาดงกลาวนรจกกนโดยทวไปวากระบวนการกอก าเนดลกรงหรอ Laterization process

ตอมา Ramillon [1976] ไดกลาววาภายใตสภาวะการเกดกระบวนการท าลายทางเคมฟสกสทยาวนานนแรดน

เหนยวจะถกชะลางเหลอสารทมออกไซดของอลมเนยม เชน Gibbsite หรอไอดรสออกไซดของเหลกเชน ลม

ไนตหรอเกอรไทท

1.3 Dehydration หรอ Desiccation คอกระบวนการสญเสยความชนตามธรรมชาตจะเกดการเสย

ความชนในเซสควออกไซด (Sesquxioxide) ท าใหเกดการแขงตวขน นอกจากนการสญเสยความชนใน

สารละลายทมเหลกออกไซดปนอย ท าใหความเขมขนของสารละลายเพมขน เกดการตกผลกของเหลกออกไซด

เปนผลใหเกดออกไซดของเหลกในรป Limonite (FeO, 1.5HO), Geothite (FeO, HO) และ Hematite (FeO)

KRINITZSKY และคณะ [1976] สรปไดวาการแขงตวในดนลกรงเกดขนเนองจากออกไซดอสระของ

เหลก 3 ชนด ไดแกเฮมาไทท ไลมอไนต และเกอรไทท เคลอบบนอนภาคดน ซงสวนใหญเปนเฮมาไทต

กระบวนการ Laterization จะท าใหออกไซดอสระของเหลกในรปของเฮมาไททเคลอบอยบนอนภาคดนมความ

หนาเพมขน

2. กระบวนการเกดดนลกรง Secondary minerals ในดนลกรง Secondary minerals ในดนลกรง

ไดแก แรดนเหนยว คาโอลไนท ฮาลลอยไซดอลไลท มอนทโมรลโบไนท และอนๆ การเกด secondary mineral

8

ในดนลกรงขนกบอทธพลของสภาพภมอากาศ สภาพภมอากาศ สภาพภมประเทศ พชทปกคลมและสภาพการ

ระบายน า ชนดของ Secondary minerals ในดนลกรงมประโยชนมากในทางวศวกรรมเพราะสามารถ

คาดการณถงคณสมบตทางวศวกรรมของดนลกรงได เชน ดนลกรงทมมอนทโมรลโลไนท และอลไลทสง จะม

ก าลงรบแรงเฉอนต า ความดนน าในโพรงสง และรวมตวไดงายกวาดนลกรงทมคาโอลไนทและคลอไรทเปน

สวนประกอบ

วธการหา Secondary minerals ในดนลกรง

1. X-RAY Diffraction (XTA)

2. Diffraction Thermal Analysis (DTA)

3. Scanning Electron Microscope (SEM)

2.1.2 สภาวะของการเกดดนลกรง

กลาวถงสภาพแวดลอมตางๆของการเกดของดนลกรงวามดงน

1. หนตนก าเนด (Parent Rock) จากการศกษาความสมพนธระหวางดนลกรงกบหนตนก าเนดพบวา

ดนลกรงจากหนตนก าเนดหลายชนดเชน แกรนต (Granite), Gneiss บะซอลท (Basalt) และฟลไลท (Phyllite)

นอกจากนยงพบวาเกดจากดนดาน (Shale) หนทราย (Sandstone) และหนปน(Limestone) ดวย หนตนก าเนด

ทมแรเหลก(Ferruginous) เปนสวนประกอบในอตราสง เชน บะซอลทและหนดนดานจะกอใหเกด Lateritic

Rock เปนชนหนาโดยจะเกด Lateritic Gravel นอยมาก สวนหนตนก าเนดทมแรเหลก (Ferruginous) เปน

สวนประกอบในอตราต า เชน หนทรายและหนแกรนต จะเกด Lateritic Gravel มากซงเปนวสดทตองการ

ส าหรบงานกอสรางถนนและสนามบนมากกวาจะเกด Lateritic Gravel ชนดของหนตนก าเนดทดของหนลกรง

ไดแก หนแกรนต หนบะซอลท หนไนท หนอคนตางๆทมสภาพเปนกรด หนทรายและหนปนทไมบรสทธ

2. สภาพภมอากาศในกระบวนการฟสกส-เคม นนสภาพเหมาะสมตอการเกดดนลกรงตองม

อากาศแบบเขตรอนหรอกงรอน ซงมอณหภมประมาณ 16-27 องศาเซลเซยส และความชนสง ปรมาณฝนตกท

พอเหมาะประมาณ 500-2000 มลลเมตร

3. สภาพของพนธพช แรเหลกจะสะสมกนมากมายภายใตทงหญาเขตรอนมากกวาบรเวณปาทบ ดน

ลกรงทยงออนอยจะแขงตวภายใน 2-3ป ถาเปลยนสภาพจากปาทบเปนทงหญาแหงแลงจะเหนไดวาดนลกรงท

ยงออนตวอยจะเกดในบรเวณปาชน ขณะเดยวกนจะพบดนลกรงในเขตทงหญาแหงแลง ซงมสภาวะเหมาะสม

กบการเกดออกซเดชน (Oxidation) และดไฮรเดชน (Dehydration)

4. สภาพภมประเทศและการระบายน าดนลกรง มกจะเกดบรเวณเชงลาดสงสดของเนนเขา ทงน

เพราะบรเวณดงกลาวมการระบายน าไดด โดยทวไปดนลกรงจะไมเกดในบรเวณทน าทวมไดหรอบรเวณพนท

ต า

9

2.1.3 ชนของดนลกรง

Remillon [1976] ไดท าการแบงชนของดนลกรงตามกระบวนการเกดของชนดน ออกเปนล าดบดงน

A : Zone of Leaching

B : Zone of Acculation

C : Zone of Weathering and Removal of Soluble Constituents

D : Sound Parent Rock

รปท 2.2 แสดงการแบงชนของดนลกรง ตามวธ Remillon [1976]

Krinitzsky และคณะ [1976] แบงดนลกรงตามกระบวนการเกดของชนดนออกไดดงน

ชน A: เปนชนทบางทสด ประกอบดวยชนของ Silty หรอ Sandy มซากพชซากสตวนอยหรออาจจะ

ไมม

ชน B: เปนชนดนลกรงทมความหนาตงแต 0.30-0.60 เมตร ประกอบดวยชนของ Sandy หรอ

Gravelly ซงในชนนเปนชนทมการสะสมตวของเซลควออกไซดมาก และอาจจะมไมกา (Mica) ปรากฎอยบาง

ชน C: หรอชน Mottled Zone ชนนมความหนามากกวาชน B หลายเทา มการชะลางเหลกและซลกา

ออกไปบางบางสวน โดยปกตจะมหลายส ในชนนอาจจะมโอลไนท และควอทซอยใตชน C ลงไปอาจจะมดน

เหนยวสขาวเรยกวา ‚Pallid Zone‛ ซงเปนชนทเหลกถกชะลางออกไปหมดแลวแตยงคงมซลกาอยเนองจากถก

ชะลางออกไปพยงบางสวนเทานน ดนชนนอาจจะปรากฎหรอไมปรากฎกได

ชน D : เปนชนหนตนก าเนดทไมมการเปลยนแปลงในประเทศไทยนน พบดนลกรงทความลกประมาณ 0.30-1.80 เมตร แตในทวไปจะพบความลกทไมเกน 3.00 เมตร

2.1.4 การหาแหลงดนลกรง มอยหลายวธโดยใช 1. แผนทและขอมลทางธรณวทยา 2. ภาพถายทางอากาศ 3. แผนททางอากาศ 4. เทคนคการเจาะส ารวจทางธรณฟสกส

10

2.1.5 คณสมบตทางกายภาพของดนลกรง สของดนลกรง ดนลกรงสวนใหญมกจะมสแดงแตจะมสแดงเขมหรอออนขนกบปรมาณน าเปน

สวนประกอบหลกของออกไซดเหลก อลมเนยม ไททาเนยม และแมกนเซยม โดยทวไปสของดนเกดจากแรธาต

ตางๆทเปนสวนประกอบดงน

1. สารอนทรยดนจะมสด า สน าตาลและสเทา

2. แรเหลก ดนจะมสแดง สสม สเหลอง สน าตาล สน าเงน และสเขยว

3. แรแคลเซยม แมกนเซยม โซเดยม อลมเนยม และโปแตสเซยม ดนจะมสขาว

4. แรแมงกานส ดนจะมสด าและสน าตาล

2.1.6 ดนลกรงในประเทศไทย ประเทศไทยมภมอากาศ แบบรอนชน โดยมฤดฝนสลบรอนกนไปเปนระยะเวลาทคอนขางจะ ยาวนาน

สภาพอากาศเชนนเหมาะกบการเกดดนลกรงอยางยงและจะพบดนลกรงไดมาก ในภาคตะวนออกเฉยงเหนอ

ภาคตะวนออกและภาคเหนอ โดยมหนตนก าเนดสวนใหญเปนหนทรายและหนบะซอลท และหนดนดาน

บรเวณทพบดนลกรงในประเทศไทยแสดงไวในรปท 2.3

Hongsnoi [1969] ไดกลาววา ประเทศไทยจะพบดนลกรง ซงดนลกรงนสามารถแบงไดเปน 2 ประเภท

ตามลกษณะการเกด คอ

1. ดนลกรงปฐมภม (Primary Lateritic Soils) คอ ดนลกรงทมเหลกเปนสวนประกอบมากและเกดอยกบทเหนอหนตนก าเนดเหลกทเปนองคประกอบ ไดมาจากธาตพวก เฟอรโรแมกนเซยม (FeroMagesisn) ทมอยในหนชนลางๆลงไป เหลกออกไซดจะเคลอนขนมาสะสมมากในชนดนตามการเคลอนทข นๆลงๆของน าใตดน ในแตละฤดกาลออกซเจนและกรดอนทรยตางๆทละลายปนมากบน าฝนจะออกซไดต (Oxidize) ธาตพวกเฟอรโรแมกนเซยมในดนใหกลายเปนเหลกออกไซดสแดง การเกดดนลกรงประเภทนในประเทศไทยมกจะเกดขนเปนชนๆจากผวดนจนถงชนตนก าเนดดงตอไปน คอ 1. ชนผวดน

2. ชนของดนลกรงทเปนเมดกลมแหงและแขง เกดจากการเกาะกนของเฮมาไนทเมดเลกๆและมดน

เหนยวปนบางเลกนอย

3. ชนของดนลกรงทเปนเมดเลกและแขงจ านวนมาก และมดนลกรงเมดกลมทเรมแขงตวของลโมไนท

(เหลกไฮดรอกไซด)

4. ชนดนเหนยวออน ชมชนและมเหลกออกไซดขนาดเมดตางๆปนกนอย

5. ชนดนเหนยวสเทา ทมลโมไนทปนอยหรอแทรกอยตามรอยแตก

6. ชนหนตนก าเนดทผพง (พวกกรวด ทราย ดนเหนยว)

7. หนตนก าเนด

11

โดยทวไปขดจ ากดพกดอตเตอรเบรก จะต าสดทช นดนลกรงและจะเพมตามความลกจนถงชนหนตนก าเนดท

ผพง ปกตสวนใหญในสดของเมดดนลกรงเปนเหลกไฮดรอกไซดทออนและผวนอกจะเปนเหลกไฮดรอกไซดท

แขงกวาความหนาของเหลกไฮดรอกไซดนมมากหรอนอยขนกบสภาพแวดลอมของดนลกรงวาเปนกรดหรอ

เปน Oxidizing Agents

12

รปท 2.3 บรเวณทพบดนลกรงในประเทศไทย

13

2. Secondary Lateritic Soil เปนดนลกรงทเกดขนจากการเคลอนยายมาจากแหลงหนตนก าเนดอน เมอน าใตดนไหลผานจะท าใหเหลกออกไซดทอยในดนแขงตวและยงมออกซไดซแรเหลกทมอยในบรเวณนนดวย โดยทวดนลกรงประเภทนจะไมแบงเปนหลายๆชน เหลกออกไซดสแดงทเกดขนจะมปรมาณตางกนขนอยกบสภาพแวดลอม ลกษณะของดนและความสามารถในการยอมใหน าซมผานของชนดนออกไซดของดนลกรงประเภทนจะอยกระจดกระจายมากกวาดนลกรงประเภทแรกและมกเกาะอยโดยรอบของเมดกรวดหรอชนสวนทแตกหกจงท าใหดนลกรงประเภทนมขนาดใหญกวา มความแขงแรงทแตกตางกนมากกวาและเหนชนของฮมาไทตไลมอไนตและดนเหนยวเดนชดกวาดนลกรงประเภทแรกและคาAtterberg’s Limit ของดนลกรงประเภทนต ากวาดนลกรงประเภทแรก Moh และ Mazhar [1969] รายงานผลวาการเตรยมตวอยางดนลกรงกอนการทดลองมผลท าใหคาขดจ ากดพกดอตเตอรเบรก แตกตางกน การอบตวอยางใหแหงกอนการทดสอบจะใหผลทแตกตางจากการผงตวอยางตามธรรมชาตหรอทดสอบตวอยางทมความชนตามธรรมชาต ผลการทดลองจะแตกตางกนมากในกรณทมแร Montorillonite เปนองคประกอบ Shuster [2548] ไดท าการทดลองเพอตรวจสอบความทนทานของเมดลกรงในประเทศไทยโดยใชการทดลอง Los Angeles Ratter Test (ASTM C 131-64 T) และ California Durability Test (State of California Test Method 229-C) จากผลการทดลองปรากฎวา California Durability Test เปนวธการทดลองทเหมาะสมใหคาความทนทานของดนลกรงใกลเคยงกบสภาพจรงทเกดขนในสนามมากกวา Los Angeles Ratter Test Vallerga และ Rananand [1969] ไดสรปผลการส ารวจแหลงดนลกรงในประเทศไทยดงตอไปน

ก. ในประเทศไทยจะพบดนลกรงมากกวาลกรง ดนลกรงทพบมกจะพบในลกษณะของกรวดทรายดนตะกอน และดนเหนยวทมออกไซดของเหลกปนอยในปรมาณสง ลกรงทจบเกาะกนเปนกอนใหญไมคอยพบบอยนก ข. ดนลกรงทใชในการกอสรางทางหลวงมกจะไดจากการขดและการดนดนผสมเปนกอง(Stockpile) อนประกอบดวยดนตะกอน และดนเหนยวทมเหลกออกไซดปรมาณสงผสมรวมกนเปนลกรงซงมความแขงตางกน ลกรงเกดเปนกอนใหญหรอเปนพดแขงตดตอกนจะไมน ามาใชในการกอสรางทางหลวง ค. สภาวะทเหมาะสมทจะกอใหเกดดนลกรงในประเทศไทยไดแกสภาวะทมเหลกหรอลมนมเกดสะสมอยในปรมาณสงอยางนอยทสดรอยละ 1-2 สภาวะทดนมออกซเจนในน าใตดนสงและสภาวะทส งแวดลอมมภาวะทภมประเทศมความเหมาะสมทกอใหเกดการชะลางในชนดนไดด ง. ความแขงแรงของเมดดนลกรงอาจจะเพมขนไดภายหลงการขดดนลกรงทปลอยทงไวกลางแจงเพอใหดนลกรงเกดปฎกรยาเคมกบออกซเจนในอากาศวงจรเปยกสลบกบแหงจะชวยใหออกซเจนแทรกซมลกเขาไปในเมดดนลกรงและปฎกรยาตอเนองอนท าใหเมดลกรงแขงมากยงขน

จ. ดนลกรงถอเปนวสดทจะน ามาใชสรางทางได ถาหากมการก าหนดมาตรฐานและขดจ ากดอนท าใหสามารถใชดนลกรงเปนวสดกอสรางชนรองพนทาง พนทางและผวทางชวคราวไดอยางเหมาะสม

Pendleton และ Sharasuvans [1946] ไดแสดงความแตกตางของคณสมบตทางเคมของดนลกรงในประเทศไทยไวดงแสดงตามตารางท 2.1

14

ตารางท 2.1 ปรมาณซลกาและเซสควออกไซดของดนลกรงในประเทศไทยขอมลจาก Pendleton และ

Sharasuvans [1946]

วฒชย [2526] ไดศกษาสมบตของดนลกรงในภาคตะวนออกเฉยงเหนอของประเทศไทยพบวา ดน

ลกรงสวนใหญจดอยในกลม A-2 ตามการจ าแนกดนของ AASHTO ซงเปนกรวดปนดนตะกอนหรอกรวดปน

ทรายแปงและดนเหนยว (Silly or ClayeyGravel) ซงถอวาเปนวสดทมคณภาพดส าหรบใชเปนชนรอง

พนทางของถนน และหากจ าแนกตามระบบ Unified Soil Classification จ าแนกเปนประเภทกรวด (G) และ

ทราย (S) สวนประกอบของดนลกรงสวนใหญประกอบดวยคาโอลไนตปรมาณมากและอลไลทปรมาณ

พอสมควร นอกจากนอาจพบมอนตมอรลโลไนต เวอรมควไลด คลอไรต เกอไทต และควอรต ปนอยดวย

สวนปญหาทพบในดนลกรงภาคตะวนออกเฉยงเหนอของประเทศไทย คอ มคา Liquid Limit และ Plasticity

Index มากกวาขอก าหนดของกรมทางหลวง

ธระชาต รนไกรฤกษ และ วฒชย วยวฒเกยรต[2528] กลาววาดนลกรงในประเทศไทยมความคงทน

เพยงพอทจะใชท า ชนพนทางและรองพนทางของถนนทมปรมาณจราจรนอยถงสงปานกลางไดเปนอยางด

นอกจากนยงสามารถใชเปนชน ผวทางชวคราวของถนนทไมไดลาดยางไดดอกดวย ผลการทดลองยงแสดงอก

ดวยวาคา Atterberg Limits ของดนลกรงในประเทศไทยจะสงกวาทก าหนดไวในมาตรฐานของกรมทางหลวง

วรศกด และ สมหวง[2538] ไดอธบายวา ดนลกรงสามารถใชเปนวสดชนรองพนทางไหลทาง พนทาง

ของถนนทมปรมาณการจราจรสงปานกลาง และสามารถใชเปนใชเปนผวทางชวคราวของถนนทไมไดลาดยาง

เพราะเมดลกรงจะไมแตกเปนเมดละเอยดเมอถกน าหรอความชนในอากาศ แหลงดนลกรงในภาคตะวนตกเฉยง

เหนอทเปดใชอยนนมประมาณ 40 แหง มกพบชนดนลกรงหนาประมาณ 1.4-2.0 เมตร คา Liquid Limit และ

เขตพนท

SiO

(รอยละ)

FeO

(รอยละ)

AIO

(รอยละ)

อตราสวน

ของ SiO /RO

Sandy Soils Basaltic country rock Parent material of mix origin Unknown parent materials

47.0

23.6

31.3

37.9

30.1

39.9

40.0

40.0

12.7

21.8

17.7

11.9

3.2

0.9

1.4

2.1

15

Plasticity Limit ของดนลกรงสวนมากจะสงกวาขอก าหนดของกรมทางหลวง และถาน าดนลกรงผสมกบซเมนต

จะมคณสมบตใชเปนวสดชนพนทางไดเปนอยางด

RuenKrairergsa และ Waiwudthikead [1987] ไดท าการศกษากลสมบตของดนลกรงในประเทศไทย

เพอวางแนวทางการก าหนดมาตรฐานคณสมบตของดนลกรง เพอใชในงานกอสรางถนนจากผลการวจย

สามารถสรปไดวา ดนลกรงในประเทศไทยประกอบดวยเมดลกรงทมความแขงแรงทนทานเหมาะสมทจะใชเปน

วสดชนพนทางของถนนทมปรมาณจราจรนอยและสงปานกลางไดเปนอยางด ในพนทซ งขาดแคลนหนทจะใช

เปนวสดพนทางสามารถจะน าดนลกรงมาผสมซเมนตเปนวสด Soil-Cement เพอใชท าชนพนทางของถนนได

เปนอยางด

Morrison [1965] (อางถง ธระชาต รนไกรฤกษ และ วฒชย วยวฒเกยรต) ไดรายงานคาคณสมบต

ทางดานวศวกรรมของดนลกรงจากแหลงตางๆ 57 แหลงในประเทศไทยดงแสดงไวในตารางท 2.2

16

ตารางท 2.2 คณสมบตทางดานวศวกรรมของดนลกรงในประเทศไทย ทมา Morrison[1965]

คณสมบต คาต าสด คาสงสด

สวนผานตะแกรงเบอร 200 (%) ขดพกดเหลว (%) ดชนพลาสตก (%) กลมดนตาม AASHTO Group Index ความถวงจ าเพาะ ความหนาแนนแหงสงสด (ปอนด/ลบ.ฟต) ความชนทความหนาแนนแหงสงสด (%) CRB (%) การบวมตว (%) Percentage of wear (%)

0

18

NP

A-I-a 0

2.59

118.0

7.0

7.0

0.1

20.0

66

97

51

A-7-6

10

3.20

114.5

13.4

60.0

55.0

60.0

17

2.2 น ายางพาราขน

ความเปนมาของน ายางพารา

ส าหรบยางพารา ตนยางพาราโดยทวไปเปดกรดไดเมออายประมาณ 6 ป หรอมเสนรอบวง

มากกวา 50 ซม. หลงจากไดน ายางพาราแลว น ายางพาราจะถกน ามาผลตเปนน ายางดบ ใชในอตสาหกรรม

ผลตภณฑยาง 2 ประเภทหลกคอ น ายางขน (concentrated latex) และยางแหง (dry rubber) เชน ยางแผน

รมควน (ribbed smoked sheet) และยางเครพสขาว (white crepe) หากตองการท าน ายางขนตองเตม

แอมโมเนย เตตราเมทลไทแรมไดซลไฟด และซงคออกไซด รกษาสภาพน ายาง จากนนจงเตมไดแอมโมเนยม

ไฮโดรเจนฟอสเฟต ท าใหแมกนเซยมตกลงกนถง น าเขาเครองป น แยกน ายางขน 60 เปอรเซนตออกมา รกษา

สภาพดวยแอมโมเนยความเขมขน 0.7 เปอรเซนต หรอ 0.2 เปอรเซนต รวมกบสารชวยเตตราเมทลไทแรมได

ซลไฟด และซงคออกไซด และน ายางขนจะถกน าไปใชในหลายอตสาหกรรมมากมาย โดยหลกๆเชน

ผลตภณฑยางจมขนรป ถงมออเนกประสงคตางๆ ถงมอแพทยชนดตางๆ ถงยางอนามย และ ลกโปง ยงรวม

ไปถงผลตภณฑโฟมตางๆ ดวยเชน ทนอน, เบาะรองกนกระแทก และ พรหม ผลตภณฑประเภทอนๆอกเชน

เสนดายยางยด และยงสามารถใชเปนตวยดตดใน ผลตภณฑใยมะพราว, เครองหนง ในการแพรกระจายของ

โรคเอดส เปนผลท าใหความตองน ายางขนเพอน าไปผลตถงยางอนามยเพมขนกวา 60% มากกวา 90% ของ

น ายางขนถกผลตจากกระบวนการป น (Centrifuged) กระบวนการอนๆกม Creaming, Evaporation และ

Electro Decantation. ในประเทศไทย น ายางขนจะมอย 3 ชนดดวยกนคอ HA, MA และ LA-TZ.

18

2.2.1 อตสาหกรรมแปรรปยาง อตสาหกรรมการแปรรปยางเพอผลตเปนวตถดบของอตสาหกรรม แยกไดเปน 2 ประเภทหลก คอ การผลตน ายางขน และการผลตยางแหง

รปท 2.4 การผลตน ายางขนและน ายางแหง

19

ผลผลตยางพาราจะถกน าไปแปรรปเปนผลตภณฑขนพนฐานหลกๆ ทส าคญ ไดแก น ายางขน ยางแผนรมควน ยางแทง และยางอนๆ กอนสงออกไปยงตลาดตางประเทศ หรอสงตอไปใชในอตสาหกรรมตางๆ ทเกยวของภายในประเทศ

รปท 2.5 แสดงการแปรรปน ายางพารา ชนดตางๆ ภายในประเทศและตางประเทศ

20

2.2.2 วธการผลตยางน าขนของไทย

สวนทเปนยางนมอยในปรมาณไมแนนอน มตงแต 22% จนถง 48% ทงนข นอยกบพนธ อาย ระบบกรด และ

ฤดกาล ดงนนในการซอจากน าหนกหรอปรมาณของน ายางโดยตรงได จะตองใชน าหนกของสวนทเปนยาง

เรยนวา DRC หรอ Dry Rubber Content แตเพยงอยางเดยว แตโดยทวไปแลวน ายางสดจะมสวนเปนยาง หรอ

DRC เฉลยประมาณ 35%

น ายางสด (Latex) ทไดจากการกรด (Tapping) ตนยางออกมาใหมๆ จะอยในสภาพทเรยกวา Colloids ซง

ประกอบดวยสวนทส าคญดงน

สวนทเปนน า (Watery) สวนนท าหนาทเปนตวกลาง (Medium) ของ (Colliods) มอยประมาณ 60% ของน ายางบรสทธ มความถวงจ าเพาะ (S.gr)1

สวนทเปนของแขงแตไมใชยาง (Non-rubber solid) ประกอบดวย Protein , Lipids , Carbohydrate และ Inorganic salts มอยทงสนประมาณ 5% โดยน าหนกของน ายาง มทงทอยในรปสารละลายและสารแขวนลอยองคประกอบเหลานท าใหสวนทเปนน ากลายเปนน าทไมบรสทธน ายางทรวมเอาสวนนเขาไปดวยเรยกวา Serum มความถวงจ าเพาะประมาณ 1.02

สวนทเปนยาง (Rubber Hydrocarbon) เปนสวนทมนษยเราน าไปใชประโยชน พวกยางแผน ยางแทง หรอยางทกรปแบบทซอขายกนอยในตลาดไดไปจากสวนนทงส น น ายางทยงสดอยสวนนจะอยกนเปนเมดๆ เรยกวา อนภาคยาง (Rubber Particles) ซงแขวนลอย (Suspended) อยในสวนทเปนของเหลว (Serum) และมประจไฟฟาเปนลบ (Negative Charges) อนภาคยางมความถวงจ าเพาะ 0.92 ซงเบากวาสวนทเปนตวกลางซงม ถ.พ. 1.02 แตทอนภาคยางไมลอยฟองอยบนผวของตวกลางกเพราะวา แรงผลกดนซงกนและกนอนเนองมาจากการมประจดไฟฟาทเหมอนกนท าใหอนภาคยางเคลอนทไปมาแบบไรทศ (Brownian Movement) อยเสมอ อนภาคยางจะหยดการเคลอนทเมอประจไฟฟารวมของน ายางเปนศนย (Isoelectric Point) จากนนกจะจบตวกนเปนกอนลอยฟองบนผดของ Serum การท ายางแผน ยางแทง หรอยางเครพ ทเราเตมกรดลงไปกเพอวตถประสงคดงกลาวน ในทางตรงกนขามเวลาถนอมน ายาง เราจะเตม Ammonia ลงไปกเพอใหประจลบทเกดจาก (OH) ไปคลอบอนภาคยางเอาไว เพอท าหนาทเปนดานปองกนประจะบวก (Positive Charges) ใดๆ ทจะเขาไปท าใหประจลบบนอนภาคยางเปนศนยนนเอง

สวนทเปนยางนมอยในน ายางในปรมาณไมแนนอน มตงแต 22% จนถง 48% ทงนข นอยกบพนธ อาย ระบบกรด และฤดกาล ดงนนในการซอจากน าหนกหรอปรมาณของน ายางโดยตรงได จะตองใชน าหนกของสวนทเปนยางเรยนวา DRC หรอ Dry Rubber Content แตเพยงอยางเดยว แตโดยทวไปแลวน ายางสดจะมสวนเปนยางหรอDRCเฉลยประมาณ35% ดงไดกลาวมาแลว น ายางสดซงม DRC 35% กสามารถเกบไวใชประโยชนได เพยงแตเตม Ammonia เพอปองกนไมใหอนภาคยางจบตวกนกใชได แตการท าเชนนไมคมคาทางเศรษฐกจ เพราะน ายางมน ามากเกนไป ดงนนจงมการท าใหสวนทเปนน าพรองออกเสยกอน แลวคอยเตมสารกนบด (Preservative) เพอปองกนไมใหน ายางจบตวภายหลง น ายางทไดนจงเรยกกนวา "น ายางขน" (Concentrated Latex)

21

2.2.3 การแยกตวของน ายาง หากเขาใจลกษณะของการแยกตวขององคประกอบของน ายางสดเวลาถกป นดวยเครอง Centrifuging Machine แลว จะสามารถประมาณการ การใชน ายางสดและน ายางขนทไดอยางถกตองน ายางสดเมอน ามาป น องคประกอบตางๆ จะแยกตวออกเปน น ายางขน (Concentrate Latex) และหางน ายาง (Skim Latex) ดงน

ตาราง 2.3 การแยกตวขององคประกอบของน ายางสด เมอถกป น

องคประกอบ น ายางสด

(Fleld Latex) 100 gm

น ายางขน (concentrated

Latex) 50 gm

หางน ายาง (Skim Latex)

50 gm

DRC 32.5 gm 30 gm 60% 2.5 gm 5.0%

TSC 36.0 gm 30.75 gm 61.50% 5.25 gm 10.50%

TSC-DRC 3.5 gm 0.75 gm 1.5% 2.75 gm 5.50%

VFA No 0.10 0.060 0.040

Mg++ 200 ppm on Latex 120 ppm 80 ppm

Serum 64 gm 19.25 gm 38.50% 44.75 gm 89.50%

รวม 100 gm 50 gm 100% 50 gm 100 % ทมา : John E. Morris 2530

จากตารางนจะเหนวา น ายางสด 100 กรม ซงม DRC 32.5 กรม เมอน าไปป นจะไดน ายางขน 60%DRC ออกมา 50 กรม และไดหางน ายางซงมเนอยางปนอย 5.0% ออกมา 50 กรมเชนเดยวกน.

22

2.2.4 การผลตน ายางขน น ายางสดจากสวนยางจะมปรมาณเนอยางเฉลยประมาณรอยละ 33 ท าใหการขนสงและการซอขายไมสะดวกนอกจากนนยงไมเหมาะสมจะน าไปเขากระบวนการผลตเพอท าผลตภณฑใหมคณภาพสม าเสมอได ดงนน จงตองท าใหอยในรปของน ายางขนทมเนอยางอยางนอยรอยละ 60 วธการผลตน ายางขน ม 4 วธ คอ

1. วธระเหยน า

2. วธท าใหเกดครม

3. วธป น

4. วธแยกดวยไฟฟา

ทงน การผลตน ายางขนของไทยใชวธการป นแยกดวยเครองป นความเรวสง เพอแยกน าออก

รปท 2.6 แสดงกระบวนการการผลตน ายางพาราขน (จากสถาบนวจยยาง 2550)

23

รปท 2.7 สวนประกอบของน ายางพารา (สถาบนวจยยาง2550)

ตารางท 2.4 ขอก าหนดมาตรฐานน ายางขนไทย (มอก. 980 - 2533)

สมบต ขดจ ากด ชนดปน

HA LA

ปรมาณของแขงทงหมด , %(มวล/มวล), ต าสด

ปรมาณเนอยางแหง, (มวล/มวล), ต าสด

ปรมาณของแขงทไมใชเนอยาง , %(มวล/มวล), สงสด

ความเปนดาง (ในรปแอมโมเนย), %(มวล/มวล) ของน ายาง

เวลาความคงตวตอเครองกล , วนาท, ต าสด

ปรมาณของยางจบตว, %(มวล/มวล) สงสด

ปรมาณธาตทองแดง, มก./กก. ของปรมาณของแขงทงหมด, สงสด

ปรมาณแมงกานส, มก./กก. ของปรมาณของแขงทงหมด, สงสด

ปรมาณตะกอน, %(มวล/มวล) สงสด

61.5

60.0

1.8

0.60

(ต าสด)

650

0.05

8

8

0.10

61.5

60.0

1.8

0.29

(สงสด)

650

0.05

8

8

0.10

24

จ านวนกรดไขมนระเหยได(VFANo.)

จ านวนโปรแตสเซยมไฮดรอกไซด (KOH No.)

การตรวจสดวยสายตา

การตรวจกลนภายหลงการท าใหเปนกลางโดยกรดบอรค

ตามทตกลงกนระหวางผผลตและผใช

แตตองไมเกน 0.15

ตามทตกลงกนระหวางผผลตและผใช

แตตองไมเกน 1.0

ไมเปนสฟาหรอสเทา

ไมมกลนบดเนา

หมายเหต ปรมาณของแขงทงหมดเลอกไดตามทตองการผลตางระหวางปรมาณของแขงทงหมดกบปรมาณเนอยางแหงเวลาความคงตวตอเครองกลต าสดอาจเปนคาทสงกวาคาทก าหนดไวไดถาน ายางประกอบดวยกรดบอรคจ านวนโปแตสเซยมไฮดรอกไซดอาจเกนกวาคาทก าหนดไวไดโดยปรมาณทเกนไปนนมสมมลยเทากบกรดบอรคซงทดสอบหาไดโดยวธของ ISO1802

25

อปสงค อปทาน และราคาน ายางขนของประเทศไทย

รปท 2.8 อปสงค อปทานและราคาน ายางขนของประเทศไทย

2.3 ประวตความเปนมาของถนนซเมนต กลาวกนวาความคดเรองการปรบปรงคณภาพของดน ดวยการใชสารผสมเพมมมานานกวา 5000 ป

แลว โดยการผสมดนกบปนขาว ซงเปนการปรบปรงคณสมบตทางดานวศวกรรมของดนใหดข น [Terrel et al., 1797] Davidson [1961] กลาวถงววฒนาการของดนซเมนตไวในค าน า ใน Highway Research Bulletin

วา เรมตน ในป ค.ศ.1915 เมอการกอสรางถนน Oak ในเมอง Sarasota รฐ Florida ประสบปญหาเครองผสม

คอนกรตเสยหายไมสามารถใชงานไดถนน Oak จงถกสรางโดยการขดเอาดน Shell จากอาวขนมาผสมกบ

ทรายและซเมนตแลวท าการบดอดดวยรถบดไอน าทมน าหนก 10 ตน แทนการท าถนนคอนกรตราวๆ ป ค.ศ.

1920 หนวยงานทเกยวของกบถนน ในประเทศรฐ Iowa, South Dakota, Ohio, California และ Texas ไดเรม

ทดลองกอสรางถนนดนซเมนต แตผลการทดลองทไดมความผนแปร อยางมากจนไมสามารถคาดการผลลพธ

ไดเนองจากความรความเขาใจเรองคณสมบตทางวทยาศาสตรของดนในขณะ นนยงมนอยมาก

Mills [1935, 1936] ไดรายงานผลการคนควาของ South Carolina State Highway Department

ในป ค.ศ.1932 โดย Dr. C.H. Moorefield ไดท าการศกษาสวนผสมของดนกบซเมนตทใชกอสรางถนนหลาย

สายในป ค.ศ. 1933 และป ค.ศ. 1934 ผลการทดสอบแสดงใหเหนวา ดนผสมซเมนตเปนวสดทเหมาะสม

ส าหรบใชเปนวสดพนทางของถนนทมราคาถก

26

Davidson [1961] และ Terrel et al., [1797] ไดบนทกตรงกนวาในป ค.ศ.1935 South Carolina

State Highway Department, Bureau o Public Roads และ Portland Cement Association ไดรวมกน

กอสรางถนนซเมนตยาว 1.5 ไมลใกลๆ กบ เมอง Jonhsonville เพอเปนการยนยน

ผลการวจยของ South Carolina State Highway Department ตอมาถนนดนซเมนต สายนเปน

ทรกนวา เปนโครงการแรกเกยวกบวศวกรรมถนนดนซเมนตและจากความส าเรจของโครงการนท า ใหมการ

ทดลองขนในอกหลายรฐของสหรฐอเมรกาท Portland Cement Association เปนผทดลองสราง

Davidson [1961] รายงานวา ในป ค.ศ. 1941-1944 ระหวางสงครามโลกครงทสอง ถนนดน

ซเมนตไดถกน า มาใชในการสรางสนามบนมากถง 22 ลานตารางหลา แตในขณะเดยวกน การกอสรางถนนดน

ซเมนตกมปรมาณเพมขนอก นอกจากดนซเมนตจะถกใชท าถนนแลว ยงมการใชดนผสมซเมนตเปนวสดรอง

พนทางของถนนคอนกรต ทจอดรถ คลงเกบสนคา วสดรองพนอางเกบนา และคคลองอกดวย

The Siam Cement Company Ltd. [1965] ไดทดลองน าดนผสมซเมนตมาใชเปนพนทางของ

ถนนสาย วารนช าราบ-เดชอดม จงหวดอบลราชธาน เปนสายแรกในประเทศไทยซงมความยาว 5

กโลเมตร โดยดนลกรงทก าหนดคา CRB ของดนซเมนตไวไมนอยกวา 120 ส าหรบถนนทมปรมาณการจราจร

ต าและก าหนดคาก าลงอดไมนอยกวา 852 กโลปาสคาล ส าหรบถนนประเภทต ากวามาตรฐาน

ธรชาต รนไกรฤกษ และสมบตกระแส จรสกร [2544] ไดท าการวจยโดยน าดนลกรง และดน

ทรายปนดนตะกอนมาผสมซเมนต สรปผลไดวาพลงงานในการบดอดมผลอยางมากตอก าลงของดนซเมนต

โดยมความสมพนธแบบลอการทม (Logarithm model) โดยทคาแรงอดแกนเดยวจะเพมขนอยางรวดเรวในชวง

พลงงานบดอดต า และจะชาลงเมอพลงงานบดอดสง

2.4 ประเภทของดนซเมนต

Highway Research Board ‘ s Committee on Soil – Portland Cement Stabilization [1959] ได

ใหค าจ ากดความของ Cement-Treated Soil วาเปนการน าเอาดน และซเมนตในปรมาณทตองการมาผสมกบ

น าใหเขากนแลวบดอดใหไดความหนาแนนสงสดและปองกนความชนไมใหสญเสยไปในระหวางการบม ดน

ซเมนตแยกเปนประเภท

ตางๆไดดงตอไปน

1. Soil-Cement เปนการน าดนและซเมนตมาผสมกบน า แลวบดอดโดยวธการทางกลศาสตรแลวท า

การบมใหแขงตว ความแขงแรงจะพจารณาจากคาความคงทน (Durability) และคารบแรงอด (Compressive

Strength) ของดนซเมนต

2. Cement-Modified Granular Soil Mixture มดนจ าพวกทรายปละกรวด (Granular Soil) หลายชนด

ทมคณสมบตต ากวามาตรฐานเลกนอยในการใชงานเปนตนวามสวนละเอยดมากเกนไป มคา Plasticity สง

เกนไปหรอทงสองอยาง จงจ าเปนตองปรบปรงคณสมบตโดยการผสมซเมนตเขาไปเพอลดคา Plasticity ให

ต าลง ดนซเมนตประเภทนจงใชท าเปนวสดชนรองพนทาง และใชชนทางของถนนประเภท Rigid Pavement

27

และ Flexible Pavement ปรมาณซเมนตทใชประมาณรอยละ 1 ขนไปของน าหนกดนแหง แตนอยกวาปรมาณ

ซเมนตทใชท า Soil-Cement

3. Cement-Modified Silt-Clay Soil ดนชนด Silt-Clay จะเปนดนทออนมากหรอเปนพนทท ดนเปยก

น า ซเมนตทใชในการผสมเพอทจะไปปรบปรงคณสมบตการบวมตวและหดตวของดน ปรมาณซเมนตทใชนน

จะนอยกวา Soil-Cement

4. Plastic Soil-Cement เปนการน าดนซเมนตและน ามาผสมเขาดวยกน โดยผสมใหมความเหลวขน

คลายกบคอนกรตแลวน าไปเทหรอปพนในสภาพทเหลวขนอย แลวปลอยใหแขงตวโดยวธการบม

ความสามารถรบน าหนกและความคงทน มคณสมบตเหมอนกบ Soil-Cement

5. Cement-Treated Soil Slurries and Grouts Cement- Treated Soil ประเภทนจะใชในงานบ ารงรกษาถนน เชนท า Mudjacking กบพนถนนทเกดการทรดตวของคนทาง (Exbankment) หรอ Subgrade

2.5 กลไกของการปรบปรงคณสมบตของดนซเมนต Lambe et al. [1959] อธบายวาซเมนตเปนวสดทประกอบขนจากผลกของ Tricalcium Silicate

(C3S), Dicalcium Silicate (C2S), Tricalcium Aluminate (C3A) , Teteacalcium Aluminate Ferrite (C4AF)

เมอผสมกบน า และดนจะท าใหเกดปฏกรยาไฮเดรชน ท าใหไดสารประกอบ Calcium Silicate Hydrate (CSH),

Calcium Aluminate Hydrate (CAH) และ Hydrate Lime ทแยกตวออกมาขณะเกดปฏกรยา สารประกอบ

CSH และ CAH จะมคณสมบตเปนตวเชอมประสานเมอน าระเหยออกไป นอกจากนน Released Hydrate

Lime ทเกดขนในขบวนการดงกลาวยงท า ใหความเปนดางเพมขนท าให Colloid gel หรอ Cement Gel ท

ประกอบไปดวย CSH และ CAH เกดการรวมตวแลวยดเกาะกน เปนมวลทมก าลงรบแรงอดสงขนตาม

ระยะเวลาการบม ในดนเมดหยาบ เมอเกดปฏกรยาไฮเดรชน การยดเกาะกนของเมดจะคลายกบ ในคอนกรต

แตวา Cement Paste จะไมอดเตมชองวางอนภาคของเมดดน แรงเชอมยดตดจะเกดแรงยดเหนยวทางดาน

Mechanical interlock ของอนภาคเมดดนทม CSH และ CAH เกาะอย ทผวอนภาคของเมดดน

ส าหรบดนเมดละเอยด แรงยดเกาะกนจะประกอบไปดวยแรงทางดาน Mechanical Interlock

และ Chemical Cementation การยดเกาะทางดาน Chemical Cementation นนเกดจากปฏกรยาระหวาง

ซเมนตกบ Silica และ Alumina ทมอยตามผวของเมดดนโดยมน าเปนตวกลาง การเกดปฏกรยาท าให

สารประกอบ CSH, CAH เพมขนและท า ใหเมดดนเกดการเชอมกน

Davidson [1961] กลาววา หลงการผสมซเมนตกบดนเหนยวชน จะท าใหคาพลาสตก

(Plasticity) ลดลง เหตผลนาจะมาจากการแยกตวของ Calcium ion ในระหวางการเกดปฏกรยาไฮเดรชน กลไก

ทเกดขนถาไมมาจาก Cat ion exchange กนาจะมาจากการจบกลมเพมขนของ Cat ion ในดนเหนยว

กระบวนการทงสองท าใหเกดการเปลยนแปลงของประจไฟฟาทมอยอยางหนาแนนบรเวณอนภาคดนเหนยว

สงผลใหอนภาคของดนเหนยวรวมตวกน และตกตะกอนเปนวสดทมขนาดใหญขน ขนาดของอนภาคทใหญขน

นท าใหดนเหนยวมคณสมบตคลายดนตะกอนคอมคาพลาสตก (Plasticity) ต า

28

Herzog [1963] กลาวถงการเกดปฏบตไฮเดรชน เปนการเกดสารปรกอบ CSH, CAH ซงเปน

ปฏกรยาในชวงแรก สวนปฏกรยาชวงทสองซงตองใชเวลานาน เปนปฏกรยาระหวาง Calcium ion ทเกดจาก

Released hydrated Lime ของปฏกรยาไฮเดรชนกบ Silica และ Alumina ทมอยในเมดดน มผลท าใหก าลงอด

ของดนซเมนตสงขนตามระยะเวลาการบมทนานขนซงปฏกรยาดงกลาวรจกกนดกนวา ปฏกรยาพอสโซลานค

Moh [1965] ไดศกษาเรองปฏกรยาของแรประกอบดนเหนยว กบซเมนตและละสารเคมผสมเพม

จ าพวกโซเดยม และไดเขยนปฏกรยาของดนซเมนตเปนสมการทางเคม ดงตอไปน

Cement + H2O CSH + CAH + Ca (OH) (2.1)

Ca + (O2H) (Ca+) + 2(OH) ¯ (2.2)

( Ca²+) + (O2H) ¯ + SiO (Soil Silica) CSH (2.3)

(Ca²+) + (OH)¯ + Al O (Soil Alumina) CAH (2.4)

Pendola et al. [1969] สรปวาการปรบปรงคณภาพดนดวยซเมนตนน เปนกระบวนการรวมกนของ

ปฏกรยาทางกายภาพและเคมระหวางซเมนต น าและดนซงประกอบดวยกลไก 4 ชนด คอ

Hydration of cement คอกระบวนการทส าคญ โดยขณะทซเมนตรวมตวกบน าจะท าให

เกดปฏกรยาไฮเดรชน ท าใหเกดการเชอมแนนระหวางเมดดน และกอรปรางเปนโครงขายทแขงแรงตอเนอง

มากบางนอยบางตามการคละขนาดของเมดดนท าใหเมดดนทไมไดท าปฏกรยาเขามาใกลชดกน โครงขายท

กลาวมาขางตน นอกจากจะเพมความแขงแรงให กบวสดทถกปรบปรงแลว ยงแทรกตวอยระหวางชองวางของ

เมดดนท าใหลดซมผานและการบวมตวของมวลดนรวมทงเพมความตานทานตอการเสอมสภาพ เนองจาก

สภาวะการเปลยนแปลงความชนรอบๆ อกดวย

Cat ion Exchange การลดลงของคาพลาสตกของดนหลงจากการผสมซเมนตกบดนประเภทมความ

เชอมแนนทมความชน เชอวา เกดจากการเปลยน Cat ion หรอการรวมตวกนของ Cat ion บนผวของเมดดน

ปฏกรยาทวาจะเกดขนภายในไมกวนหลงการผสมซเมนต

Carbonation คอขบวนการเชอมแนนจากปฏกรยาเคมของคารบอนไดออกไซดในอากาศกบ Lime ท

เกดขนจากปฏกรยาไฮเดรชน ท าใหเกด Calcium Carbonate สงผลใหเกดสารเชอมแนนเพมมากขน

Pozzolanic Reaction คอขบวนการระหวาง Free Lime ทถกปลดปลอยออกมาระหวางปฏกรยาไฮ

เดรชนกบ Silica หรอ Alumina ทมอยในดนท า ใหเกดสารเชอมแนนเพมขน แตปฏกรยานจะตองอาศยระยะ

เวลานานและมผลให ก าลงของวสดสงขน

Terrel et al. [1979] กลาวถงปฏกรยาของดนซเมนตวา การผสมซเมนตกบดนเมดหยาบซเมนตเพส

จะท า หนาทยดอนภาคเมดดนเขาดวยกน โดยท าการยดเกาะทผวระหวางซเมนตเจล และผวอนภาค สวนดน

เมดละเอยด แรดนเหนยวทสะลายออกมาในสภาวะแวดลอมทมคา pH สง จะท าปฏกรยากบ Free Lime หรอ

Hydrate Lime ทไดจากปฏกรยาไฮเดรชน ท าใหเกด CSH และ CAH

29

2.6 โครงสรางของดนซเมนต

Czernin [1962] กลาววาหลงจากทผสมซเมนตกบน าจะเกดปฏกรยาซเมนตไฮเดรชน ท า ใหเกด

สารประกอบ CSH ในรปของเจล ขนในสวนผสมของซเมนตและน า ดงนน จงสามารถทจะเขาใจไดวาภายใต

การบดอด อนภาคของปนซเมนตมไดผสมกบดนเพยงอยางเดยว แตจะเกดปฏกรยาซเมนตไฮเดรชนดวย

Mitchell and El Jack [1966] ไดอธบายถงการเปลยนแปลงของสวนประกอบและโครงสรางของดน

ซเมนต ดงรปท 2.9 โดยแบงเปน 3 ระยะดงน

ภายใตการบดอด ชวงนเปนชวงทอนภาคของปนซเมนตยงไมเกดปฏกรยาซเมนตไฮเดรชน แต

อนภาคของปนซเมนตจะเขาผสมกบอนภาคของดน ดรปท 2.9(a)

ภายใตการบมในระยะเวลาสน อนภาคของปนซเมนตจะเรมเกดปฏกรยาซเมนตไฮเดรชนท าใหเกด

ซเมนตเจลแทรกไปตามชองวางระหวางเมดดน และปลอย Lime ออกมาท าปฏกรยา Soil Silica และ Soil

Alumina ทมอยในดนท า ใหเกดการแยกตวของสารทงสอง จากนน ซเมนตเจล แลสารประกอบทไดจาก

ปฏกรยาจะแทรกซมไปตามอนภาคของดน ดรปท 2.9(b)

รปท 2.9 โครงสรางของดนซเมนต (Mitchell และ EL Jack 1996)

ภายใตการบมในระยะยาว จะเกดปฏกรยาซเมนตไฮเดรชนสมบรณ อนมผลท าใหซเมนตเจลและ

ขอบเขตของการแทรกซมกระจายไปทวกอนดนซเมนตท าใหก าลงอดของดนซเมนตเพมมากขนตามระยะเวลา

ในการบมดรปท 2.9 (c)

2.7 ปจจยหลกทมอทธพลตอก าลงของดนซเมนต ปรมาณของซเมนต

Felt [1955] ศกษาอทธพลของปรมาณซเมนตโดยน าดนสามชนดคอ Loamy Sand, Medium Clay

และ Silty clay loam มาทดสอบผสมซเมนตตงแตรอยละ 6 – 30 โดยปรมาตร ทระยะเวลาการบมตงแต 2 วน

จนถง 1 ป และผานสภาพภมอากาศ 2 แบบ คอ Wet-dry และ Freeze – thaw ตงแต 12 รอบ ถง 96 รอบ ผล

การศกษาสรปไดวา ก าลงอดของดนซเมนตจะเพมขนตามปรมาณซเมนตทใช ดนทมขนาดเมดใหญจะมก าลง

30

รบแรงอดสงกวาดนทมขนาดเมดเลก ดนทมปรมาณดนเหนยวผสมอยสงจะมก าลงอดนอยกวาดนทมปรมาณ

ดนเหนยวต าและคาความคงทนของดนซเมนตจะเพมขนตามปรมาณซเมนตทใช

นอกจากนน Felt [1955][ ศกษาอทธพลของประเภทซเมนตโดยน าดนสองชนดคอ Silty Clay Loam

และ Sandy Loam มาผสมกบซเมนต ประเภทท 1 และประเภทท 3 พบวา ดนทผสมดวยซเมนต ประเภทท 3

จะใหก าลงทสงกวาดนทผสมซเมนตประเภทท 1 แตซเมนตประเภทท 3 จะไมมอทธพลตอก าลงอดของดนทก

ชนด เชน ดน Sandy Loam ผสมกบซเมนตประเภทท 3 จะใชก าลงอดเปนสองเทาของดนทผสมกบซเมนต

ประเภทท 1 ทระยะเวลาการบม 7 วนและเปน 1.4 เทา ทระยะเวลาการบม 28 วน แตส าหรบดน Silty Clay

Loam เมอผสมกบซเมนตประเภทท 3 จะใหก าลงสงกวา ดนทผสมกบซเมนตประเภทท 1 เพยงเลกนอยเทานน

คณสมบตพนฐาน และคณสมบตเชงวศวกรรมของดนซเมนตถกศกษาอยางจรงจงโดย Terashi et

al. (1979) และตอมากมการศกษาดานนนมากขนเรอยๆ เชน Kawasaki et al. (1981), Nontananandh and

Yupakorn (2002) ซงงานวจยเหลานสรปวา ปจจยหลกทมผลตอก าลงของดนซเมนตคอ ปรมาณน าและ

ปรมาณซเมนต

Ruenkrairergsa [1982] อธบายวา ปรมาณซเมนตเปนปจจยหลกทมอทธพลตอก าลงอดของดน

ซเมนต อตราการเพมก าลงอดของดนซเมนต ขนอยกบชนดของดน พนธะเชอมประสานในดนเมดหยาบจะ

แขงแรงกวาในดนเมดละเอยด ดนทมดนเหนยวมากจะใหก าลงอดต าดงนน ปรมาณซเมนตทเหมาะสมจงควร

หาจากการทดลองในหองทดลอง

Clare and Pollard [1951] ศกษาอทธพลของประเภทซเมนตโดยน าดน 3 ชนดในประเทศองกฤษมา

ผสมกบ ซเมนตพบวา มระยะเวลาบม 24 ชวโมง ดนซเมนตจะมก าลงอดสงมากเมอผสมดนกบซเมนตประเภท

High Alumina ขณะทซเมนตประเภทอนตองมระยะเวลาการบม 5 วนและถาใชซเมนตประเภท British Rapid

Hardening ซงเทยบไดกบซเมนตประเภททสาม พบวาทระยะเวลาการบมเทากน คาก าลงคราก (Yield

Strength) ทไดจะมคาสงกวา ดนทผสมกบซเมนตประเภททหนงมาก

Massachusetts Institute of Technology [1954] ไดน าดนตะกอนปนทราย และดนเหนยว (Clayey

Sandy Silt) ในรฐไอโอวา มาผสมกบซเมนตและพบวา ดนทผสมกบซเมนตประเภททสามจะมก าลงอดสงกวา

ดนทผสมซเมนต ประเภททหนง 1.5 เทา และ 1.3 เทา ทระยะบม 7 วนและ 28 วนตามล าดบ

Davidson and Bruns [1960] ไดรายงานผลเกยวกบก าลงอดโดยวธทดสอบ Freeze thaw ของดน

ทราย ดนตะกอน และดนเหนยว บรเวณรฐไอโอวา ประเทศสหรฐอเมรกา และสรปวาการ ใชซเมนตประเภท

สาม ในการกอสรางถนนจะประหยดกวาใชซเมนตประเภททหนง เพราะวาการใชซเมนตประเภททหนงตองใช

เวลาในการบมอยางนอย 7 วน แตวาการใชซเมนตประเภททสาม จะใชเวลาในการบมนอยกวา ท าใหไดเปรยบ

เรองระยะเวลาในการกอสราง

Horpibulsuk [2001], Miura et al. [2001] แสดงใหเหนวา ปรมาณน าและปรมาณซเมนตสามารถ

รวมไวในตวแปรตวเดยวได ตวแปรนเรยกวา Clay – water/Cement Ratio (Wc/C) และถกนยามวาเปน

อตราสวนระหวางปรมาณความชนในดนตอปรมาณซเมนตโดยน าหนกผงแหงและ Horpibulsuk (2001) ยงได

31

สรางสมการทสามารถท านายก าลงของดนซเมนตทปรมาณซเมนตปรมาณความชน ระยะเวลาบมตางๆ โดย

อาศยผลการทดสอบเพยงคาเดยว

ทรงพล บญมาด [2529] ไดท าการทดสอบก าลงอดของดนลกรงผสมซเมนตและสรปวาก าลงอดของ

ดนจะเพมขนตามปรมาณซเมนตและระยะเวลาการบมทเพมข น โดยทจะเพมขนอยางรวดเรวในชวง 7 วนแรก

หลงจากนนอตราการเพมของก าลงอดจะลดลง

2.8 ชนดของดน

Winterkorn and Chandrasekharn [1951] รายงานผลการทดสอบดนลกรงผสมซเมนตวาจะไดผลด

หรอไมนน ขนอยกบปรมาณสารอนทรยทผสมอยในดน และ Degree of Latterization ของดนลกรง Reinhold

(1955) [40] ไดน า ทรายมาผสมกบดนเหนยว โดยท าการเปลยนแปลงปรมาณดนเหนยวทใชผสมตงแต 0-100

เปอรเซนต แลวท าการทดสอบหาความสมพนธระหวางโมดลสยดหยน ทไดจากการทดสอบก าลงอดกบปรมาณ

ดนเหนยว พบวาเมอปรมาณดนเหนยวเพมขนก าลงอดและโมดลสยดหยนจะมคาลดลง

รปท 2.10 ความสมพนธของคาดชนพลาสตกกบเวลา [Redus, 1958]

Redus, [1958]ไดน าดนซเมนตชนพนทาง (Base course) ของสนามบนตางๆ ซงมอายการใช

งานนานหลายป มาท าการทดสอบหาคาพกดอต เตอรเบรก (Atterber’s Limit) พบวาปรมาณซเมนต ม

ความสมพนธตอการลดลงของดชนพลาสตก ดงรปท 2.2 กลาวคอถาปรมาณซเมนตทผสมมากดชนพลาสตกจะ

ลดลงอยางรวดเรว และถาปรมาณซเมนตทผสมนอย ดชนพลาสตกจะลดลงอยางชาๆ นอกจากน ระยะเวลาท

ท าใหเกดปฏกรยา ไฮเดรชนกมผลตอการลดลงของคาดชนพลาสตก ผลการศกษานตรงกบผลการวจยของ

Spangler and Patel (1949) ซงพบความสมพนธระหวางคาดชนพลาสตกกบระยะเวลาการเกดปฏกรยาไฮ

เดรชน ใน 1 ชวโมง ดงรปท 2.11

32

รปท 2.11 คาพกดอตเตอรเบรกของดนไอโอวา (Iowa) หลงเกดปฏกรยาไฮเดรชน 1 ชวโมง

[Spanler et al., 1949]

Norling and Peckard [1958] ศกษาอทธพลของปรมาณมวลรวมหยาบทคางบนตะแกรงเบอร 4

โดยใชดนหลายชนด คอ ทรายหยาบ ทรายละเอยด และทรายดนเหนยวผสมซเมนตในปรมาณทเทากน แต

แปรผนมวลรวมทคางบนตะแกรงเบอร 4 แลวท าการทดสอบหาก าลงอดทระยะเวลาการบม 7 วน และพบวา

Loamy Sand และ Fine Sand Loam จะมก าลงอดลดลง เมอปรมาณมวลรวมทคางตะแกรงเบอร 4 เพมขนเกน

กวา 50 เปอรเซนตของน าหนกมวลรวมทงหมด

Davidson et al. [1962] ท าการทดลองโดยใชทรายผสมกบดนเหนยวในอตราสวนทรายตอดน

เหนยว 100:0 , 75:25 , 50:50 , 25:75 และ 0:100 ดนเหนยวทใชเปนดนเหนยวจ าพวกคาโอลไนท

(Kaolinite), อลไลท (Illite) และมอนโมรลโอไนท (Montmorillonite) ผลการทดสอบแสดงดงรปท 2.12 รปท

2.13 และรปท 2.14 สรปวา เมอปรมาณดนเหนยวมากไป (เกนกวา 25 เปอรเซนต) จะท าใหก าลงอดของดน

ซเมนตลดลงอยางเดนชด โดยทดนเหนยวจ าพวกมอนโมรลโอไนท มแนวโนมวาจะมก าลงสงกวา ดนเหนยว

จ าพวกคาโอลไนทและจ าพวกอลไลท

33

รปท 2.12 อทธพลของแรดนเหนยวทมตอก าลงอดแกนเดยวของดนซเมนต ปรมาณซเมนต 8%

[Davidson et al. 1962]

รปท 2.13 อทธพลของแรดนเหนยวทมตอก าลงอดแกนเดยวของดนซเมนต ปรมาณซเมนต 12%

[Davidson et al. 1962]

34

รปท 2.14 อทธพลของแรดนเหนยวทมตอก าลงอดแกนเดยวของดนซเมนต ปรมาณซเมนต 16%

[Davidson et al. 1962]

ตารางท 2.5 ปรมาณซเมนตโดยประมาณในการผสม ส าหรบวสดตางๆ

[ขอมลจาก Portland cement Association, 1959]

35

Moh et al. [1967] รายงานวา ดนลกรงในประเทศไทย ทมคา PI ประมาณ 11 ถง 19 เมอนา

มาผสมกบ ซเมนตรอยละ 4 ถง 7 จะใหคาก าลงอดมากกวา 852 กโลปาสคาล ซงเปนขอก าหนดของ British

Road Research Laboratory ทมประสบการณในการทดลองใชในแอฟรกาและยงเนนใหเหนถงความส าคญ

ของการบดอดวา ถาคารอยละของการบดอดลดลงเพยงเลกนอยจะมผลท าใหก าลงอดลดลงอยางเหนเดนชด

Bell [1976] พบวาแรดนเหนยว Montmorillonite เมอทา ปฏกรยากบ ปนขาว จะท าให

Aqueous phase ลดลง ท าใหสาร cementitious ซงท าหนาทยดเกาะอยในปนขาวไมเพยงพอตอการแขงตว

การแกไขคอ การเพมปรมาณซเมนตลงไปเพอเพม free lime ใหมากขนโดยปกตการเพมซเมนตมากกวา รอย

ละ 15 จะท าใหดนจ าพวก Montmorillonite มคณภาพดสามารถน ามาใชงานได

2.9 ก าลงของดนซเมนต Wang and Huston [1972] ท าการทดสอบหาก าลงดงและก าลงอดของวสดผสมระหวางปนซเมนต

ปอรตแลนดประเภทหนงกบดนตะกอนทไดจาก Glacial deposit ใน Rhode island พบวาการเสยรปทจดวบต

จากการทดสอบทงแบบรบแรงอดและรบแรงดง จะมคาคงทเสมอ ถาหากคาความหนาแนนแหง ปรมาณ

ความชน และสภาพการบมเหมอนกน คาก าลงและคาการเสยรปทไดจากการทดสอบแบบรบแรงดงจะมคาต า

กวา คาทไดจากการทดสอบแบบรบแรงอด คาก าลงรบแรงดงจะอยระหวางรอยละ 10-20 ของคาก าลงรบ

แรงอด สวนคาการเสยรปทจดวบตเนองจากแรงดง จะมคาอยระหวางรอยละ 1.0-2.5 ของคาการเสยรปทจด

วบต เนองจากแรงอด ส าหรบทกระยะเวลาการบมและปรมาณซเมนตทศกษา และยงพบอกวา คาโมดลส

ยดหยน ของแรงอดกบคาโมดลสยดหยน ของแรงดง

ตารางท 2.6 แนวทางการเลอกวสดผสมเพม (Additive) กบวสดแตละชนด [Wilmot, 1995]

36

2.10 ปนซเมนตปอรตแลนด (Portland Cement)

วตถดบทใชในการผลตปนซเมนตปอรตแลนดประกอบดวย ปนขาว ซลกา อลมนา และออกไซดของเหลก เมอ

ผานกระบวนการเผาในกระบวนการผลตปนซเมนตแลวจะท าใหไดออกไซด 2 กลมใหญคอ

- ออกไซดหลกไดแก CaO , SiO2 , Al2O3 , Fe2O3มปรมาณประมาณ 90% ของน าหนกปนซเมนต

- ออกไซดลองไดแก MgO , Na2O , TiO2 , P2O และยปซมประมาณออกไซดเหลานมประมาณ 10%

ของน าหนกปนซเมนต

2.11 ประเภทของปนซเมนต ปนซเมนตทผลตในประเทศไทย สวนใหญจะผลตตามมาตรฐานของ อเมรกา(ASTM C. 150) และขององกฤษ (British Standard; B.S.)ซงตามมาตรฐาน มอก. 15 ของไทยไดแบงปนซเมนตออกเปน 5 ประเภท คอ 1.ประเภท 1 (Normal Portland cement) เปนปนซเมนตปอรตแลนดธรรมดา เหมาะกบงานกอสรางคอนกรตทวๆ ไปทไมตองการคณสมบตพเศษเพมเตม เชน คาน เสา พน ถนน ค.ส.ล. เปนตน แตไมเหมาะกบงานทตองสมผสกบเกลอซลเฟต 2. ประเภท 2 (Modified Portland cement) เปนปนซเมนตปอรตแลนด ดดแปลงเพอใหสามารถตานทานเกลอซลเฟตไดปานกลาง และจะเกดความรอนปานกลางในชวงหลอ เหมาะกบงานโครงสรางขนาดใหญ เชน ตอมอ สะพาน ทาเทยบเรอ เข อนเปนตน 3. ประเภท 3 (High-early Strength Portland cement) เปนปนซเมนตปอรตแลนด ทสามารถใหก าลงไดรวดเรวในเวลาอนสน หลงจากเทแลวสามารถใชงานไดภายใน3-7 วน เหมาะกบงานทเรงดวน เชน คอนกรตอดแรงเสาเขมพนถนนทจราจรคบคง 4. ประเภท 4 (Low-heat Portland cement) เปนปนซเมนตปอรตแลนด ชนดพเศษทมอตราความรอนต าก าลงของคอนกรตจะเพมขนอยางชาๆ ซงสงผลดท าใหการขยายตวนอยชวยลดการแตกราวเหมาะกบงานสรางเขอนขนาดใหญปนซเมนตประเภทนในประเทศไทยยงไมมการผลตจ าหนาย 5. ประเภท 5 (Sulfate-resistant Portland cement) เปนปนซเมนตปอรตแลนด ททนตอเกลอซลเฟตไดสงเหมาะกบงานกอสรางบรเวณดนเคม หรอใกลกบทะเล

37

2.12 สารประกอบหลกของปนซเมนต 1. ไตรคลเซยมซลเกต (C2S) มคณสมบตคอหลงจากผสมน าแลวจะแขงตวภายใน 2-3 ชวโมงจะเพมก าลง

อดในชวงสปดาหแรก และใหคาก าลงอดประลยสง 2. ไดคลเซยมซลเกต (C2S) มคณสมบตคอหลงจากผสมน าแลวจะแขงตวชา อตราการเกดปฏกรยาไฮ

เดรชนและการพฒนาก าลงอด จะชาเมอเทยบกบสารประกอบตวหลกอน แตคาก าลงอดประลยทไดมคาคอนขางสง

3. ไตรคลเซยมอลมเนต (C3A) มคณสมบตคอหลงจากผสมน าแลวจะท าปฏกรยาไฮเดรชนทนท การพฒนาก าลงอดเรวมาก (ภายใน24ชวโมง) แตคาก าลงอดประลยทไดมคาคอนขางต าและถาสารประกอบตวนมคอนขางมากจะท าใหเกดปญหา Flash Set นนคอการกอตวของปนซเมนตเรวมากท าใหไมสามารถยดเกาะมวลรวมไดอยางทวถง

4. เตตราคลเซยมอลมโนเฟอรไรท (c4AF) มคณสมบตคอหลงจากทผสมน าแลว จะเกดปฏกรยาไฮเดรชนเรวมาก ใชเวลาในการกอตวภายในไมกนาท แตจะใหก าลงอดประลยทไดมคาคอนขางต า

2.13 สารประกอบรองของปนซเมนต

1. ยปซม (CaSO+2HO) ใชเพอควบคมเวลาการแขงตวของปนซเมนต ปรมาณทใสตองมความ

เหมาะสมเพอใหเกดซเมนตทมก าลงสงสดและหดตวนอยสด

2. Free Lime (CaO) Free Lime เกดขนได2กรณคอ

2.1 มปรมาณปนขาวมากเกนไป จนไมสามารถท าปฏกรยากบสารเคมตวอนไดหมด

2.2 ปนขาวไมสามารถท าปฏกรยากบออกไซดตวอนไดสมบรณ Free Lime จะมผลท าใหเกดการ

แตกราวขน

3. แมกนเซยมออกไซด (MgO) จะมผลกตอเมอเกดปฏกรยาไฮเดรชนแลวจะมปรมาตรเพมขน

เนองจากการขยายตว

4. อลคาไลทออกไซด (NaO, KO) อลคาไลทออกไซดทอยในปนซเมนตนจะสงผลเสยในกรณใชผสม

กบสวนผสมทท าปฏกรยากบอลคาไลท ผลจากการท าปฏกรยาจะกอใหเกดการแตกราวเสยหาย ในกรณท

จ าเปนตองใชมวลรวมทท าปฏกรยากบอลคาไลทควรเลอกใชปนวเมนตทมคาอลคาไลทต า

38

2.14 การกอตวและการแขงตว เมอปนซเมนตผสมรวมกนกบน าจะไดซเมนตเพสต (Cement Paste) มลกษณะนม เหลว ป นงาย ถาปลอยทงไวไดโดยไมรบกวนในไมชาซเมนตเพสตจะสญเสยความไมคนตวและถงสถานะทไมสามารถเปลยนรปรางไดโดยปราศจากการแตกหก การเปลยนภาวะนเรยกวาการกอตวและการแขงตวของปนซเมนต ระยะเวลาการกอตวของปนซเมนตคอระยะตงแตเรมผสมปนซเมนตกบน า จนกระทงซเมนตเรมกอตว หรอแขงตวไมสามารถคนสภาพเดมได ปกตระยะเวลากอตวของปนซเมนต จะแบงออกเปน 2 ระยะคอ การกอตวระยะเรมตน (Initial Sitting Time) และการกอตวระยะปลาย (Final Sitting Time)

การกอตวระยะเรมตน คอ ระยะเวลาจากเรมผสมปนซเมนตกบน าจนกระทงซเมนตเพสตเรมกอตวสามารถรบน าหนกของเขมมาตรฐานไวแคตได โดยเขมไมจมลงในซเมนตเพสตเลย 25 ม.ม.ในเวลา 30 นาท

การกอตวระยะปลาย คอ ระยะเวลาจากเรมผสมปนซเมนตกบน าจนกระทงซเมนตเพสตเรมกอตวสามารถรบน าหนกไดบาง

ตามมาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรมก าหนดวาปนซเมนตปอรตแลนดประเภท 1 - 5 จะตองมเวลากอตวระยะตนไมนอยกวา 45 นาท และไมเกน 8 ชวโมง ส าหรบการกอตวระยะปลาย เมอวดโดยใชเครองมอไวแคต ระยะเวลากอตวของปนซเมนตจะผนแปรไปตามปจจยตางๆ เชน สวนผสมของเนอปนซเมนต ความละเอยด อณหภม และความชนขณะทดลองและปรมาณน าทใชผสม เปนตน โดยทวไปการกอตวจะเรวขนเมอ อณหภมสงขน เพราะอณหภมเปนตวเรงปฏกรยาทางเคมระหวางซเมนตกบน า ปรมาณน าทใชในการผสมมอทธพลมากตอระยะเวลาการกอตวและแขงตว ดวยเหตนในการทดสอบหาระยะเวลาการกอตวจงไดก าหนดใหใชปรมาณน าเพอผสมปนซเมนต ใหไดซเมนตเพสตทภาวะมาตรฐานคงทเสมอ เรยกภาวะนวา ความขนเหลวปกต(Normal Consistency) ซงเปนปรมาณน าทตองการทจะท าใหเขมไวแคตขนาดมาตรฐานจมลง 10 ม.ม. ภายในเวลา 30 นาทของการทดสอบมาตรฐานอเมรกน

นอกจากน สวนผสมและขนาดอนภาคของปนซเมนตยงมผลตอระยะเวลาการกอตวอกดวย ถาลดปรมาณของยปซมลง ระยะเวลาของการกอตวจะนอยลง นนคอ ซเมนตเพสตจะแขงตวเรวขน ปนซเมนตทม ความละเอยดกวาจะท าปฏกรยาทางเคมเรวท าใหกอตวเรวขนดวย

2.15 ปฏกรยาไฮเดรชนของซเมนต ปนซเมนต มลกษณะเปนเนอละเอยด สามารถเกดการกอตวและแขงตวไดโดยการท าปฏกรยากบน า เรยกวา ‚ปฏกรยาไฮเดรชน‛ ( Hydration Reaction ) ท าใหมคณสมบตในการรบแรงไดปนซเมนตเมอผสมกบน า จะกอใหเกดซเมนตเพสตทอยในสภาพเหลวและสามารถลนไถลไดชวงเวลาหนง โดยจะเรยกชวงเวลาทคณสมบต ของซเมนตเพสตยงคงไมมการเปลยนแปลงน เรยกวา ‚Domant Period‛ หลงจากนนซเมนตเพสตจะเรมจบตว (Stiff) ถงแมวาจะนมอย แตกไมสามารถไหลตวไดอกแลว (Unworkable) จดนจะเปนจดท เรยกวา ‚จดแขงตวเรมตน (Initial Set)‛และระยะเวลาตงแตปนซเมนตผสมกบน าจนถงจดน เรยกวา ‚เวลากอตวเรมตน (Initial Setting Time)‛การกอตวของซเมนตเพสตจะยงคงด าเนนตอไปเรอยๆจนถงจดทเปนของแขงคงสภาพ (Rigid Solid) ซงจะเรยกวาจดแขงตวสดทาย (Final Set) และเวลาทใชถงจดดงกลาวเรยกวา เวลาการกอตวสดทาย (Final Setting Time) ซเมนตเพสตจะยงคงแขงตวตอไปจนกระทงสามารถรบน าหนกได

39

กระบวนการทงหมดนเรยกวา การกอตวและการแขงตว (Setting and Hardening) การกอตวและการแขงตวของปนซเมนต เกดจาก ปฏกรยาไฮเดรชน ขององคประกอบของปนซเมนตโดยปฏกรยานเกดขนใน 2 ลกษณะคอ

1. อาศยสารละลาย ปนซมนตจะละลายในน า กอใหเกด ions ในสารละลาย ions นจะผสมกนท าใหเกดสารประกอบใหมขน 2. การเกดปฏกรยาระหวางของแขง ปฏกรยาเกดขนโดยตรงทผว ของของแขงโดยไมจ าเปนตองใชสารละลายปฏกรยาประเภทน เรยกวา (Solid State Reaction)

2.16 ปจจยทมผลตอการเกดปฏกรยาไฮเดรชน 1. อายของซเมนตเพสต อตราการเกดปฏกรยาไฮเดรชนจะมากทสดในชวงแรก และอตราการเกดปฏกรยาไฮเดรชนจะลดลงเมอเวลาผานไปจนถงชวงสนสดของปฏกรยาไฮเดรชน 2. องคประกอบของซเมนต สารประกอบหลกแตละตวในปนซเมนตจะใชเวลาการเกดปฏกรยาแตกตางกนดงนนอตราสวนของสารประกอบในปนซเมนตจงมผลตอการเกดปฏกรยาไฮเดรชน

3. ความละเอยดของซเมนต ปนซเมนตทมความละเอยดสง จะมพนทผวทจะสมผสกบน าไดมากอตราการเกดปฏกรยาไฮเดรชนจงเกดขนโดยเรวกคออตราการเกดปฏกรยาไฮเดรชนโดยเฉลยและดกรการเกดปฏกรยาไฮเดรชนจะลดลง

4. อณหภม อตราเกดปฏกรยาไฮเดรชนเพมขนเมออณหภมสงขนโดยมขอแมวาการเพมอณหภมนตองไมกอใหเกดการแหงตวของซเมนตเพสต

5. สารเคมอน สารเคมตวอนทมผลกระทบโดยตรงกบอตราเกดปฏกรยาไฮเดรชน ไดแก สารเรงและสารหนวงการกอตวของปนซเมนตจะมผลกระทบมากหรอนอยขนอยกบปรมาณการใชสารนน

6. อตราสวนน าตอซเมนต ในชวงตนอตราสวนของน าตอปนซเมนตจะมผลกระทบตอการเกดปฎกรยาไฮเดรชน ในชวงหลงอตราการเกดปฎกรยาจะลดลง ถาเราใชสวนผสมคาอตราสวนน าตอซเมนตลดลง

2.17 น ายางขนพรวลคาไนซ

น ายางพรวลคาไนซ ( Pre-vulcanized latex ; PVL) คอน ายางวลคาไนซในสถานะของเหลวและขนรป

เปนยางวตคาไนซโดยไมตองใหความรอนอก การพรวลคาไนซ (pre-vulcanized) เปนกระบวนการทน าน า

ยางวลคาไนซมาผลตเปนผลตภณฑ ซงในกรณนค าวาน ายางพรวลคาไนซและน ายางวลคาไนซสามารถจะ

น ามาใชแทนกนได

น ายางพรวลคาไนซยงคงสถานะเปนของไหลและมลกษณะทวไปเหมอนเดม การวลคาไนซจะเกดขน

ภายในอนภาคน ายางแตละอนภาคโดยไมมการเปลยนแปลงสถานะของการกระจายตวของอนภาคน ายาง

40

2.17.1 การพฒนา

ในป พ.ศ. 2464 เรมมการใชการตวเรงปฏกรยาชนดอนทรย (organic accelerator) ซงน าไปสการ

พฒนาน ายางธรรมชาตพรวลคาไนซ ตอมาในป พ.ศ. 2466 น ายางคอมพาวดพรวลคาไนซ ไดรบการพฒนาขน

เปนครงแรก โดย Schidrouuoith ท าไดโดยการเตมก ามะถน ซงคออกไซด และสารตวเรงปฏกรยาลงไปเพอ

รกษาสภาพน ายางและใหความรอนแกของผสมภายใตสภาวะทเหมาะสม

เรมแรกการท าพรวลคาไนซจะใหความรอนแกน ายางคอมพาวดทเหนอจดเดอดของน า (voiling point)

ในตอบความดน (pressure chamber) ตอมาเนองจากมการใชสารตวเรงปฏกรยาทมความวองไวสงเปนพเศษ

(ultra-accelerator) จงท าใหการท าน ายางพรวลคาไนซสามารถท าไดภายใตความดนบรรยากาศทอณหภมต า

กวา 100 °C ซงวธนไดรบการพฒนาตอมาและสามารถจะท าพรวลคาไนซไดโดยใชอณหภม70 °C โดยใชเวลา

เพยง1ชวโมง

เนองดวยความตองการน ายางพรวลคาไนซมเพมขน ท าใหมความพยายามทจะพฒนาน ายางพรวลคา

ไนซเกรดตางๆใหเหมาะสมกบความตองการในการผลตผลตภณฑตางๆมากขนดวยเชนกน ในเบองตนไดม

การผลตน ายางพรวลคาไนซขนมา 3 เกรด ดวยกนคอ เกรดทไดคาโมดลสสง เกรดทใหคาโมดลสปลานกลาง

และเกรดทใหคาโมดลสต า

2.17.2 ขนตอนการผลตน ายางขนพรวลคาไนซ

ขนตอนการผลตน ายางขนพรวลคาไนซท าไดดงน

1. เตมสารรกษาสภาพน ายางลงในน ายางขนและถายน ายางไปยงถงเหลกกลาไรสนมทมการกวน

ตลอดเวลา

2. ใหความรอนกบน ายางในถงทอณหภม 32-38 °C แลวเตมดสเพอชนของซงคออกไซด กมมะถน

และสารตวเรงปฏกรยาลงในน ายาง

3. ใหความรอนกบน ายางคอมพาวดทอณหภม 70-80 °C กวนน ายางคอมพาวดตลอดเวลาและรกษา

อณหภมของน ายางคอมพาวดใหอยในชวง 70-80 °C (เวลาและอณหภมทเกดปฏกรยาขนอยกบระบบการวล

คาไนซทใชและระดบการเชอมโยงของพนธะทตองการ)

4. ลดอณหภมของน ายางคอมพาวดลงมาท 30 °C โดยการหลอเยนและน าน ายางคอมพาวดออกมา

จากถง เกบไวเปนเวลา 24ชวโมง

5. น าน ายางไปป นหมนเหวยงเพอแยกเอาสวนทไมท าปฏกรยาการวลคาไนซออก เตมสารตานออกซ

เดชนลงไปน าน ายางทไดไปทดสอบ และบรรจตอไป

41

สตรผสมเคมของน ายางขนพรวลคาไนซในระบบก ามะถน เปนไปตามตารางท1

ตารางท2.7 สตรผสมเคมของน ายางขนพรวลคาไนซในระบบก ามะถน

สตรผสมเคม ปรมาณ(phr)

น ายางขนชนดแอมโมเนยสง (HA) 167

สารละลายโพแทสเซยมไฮดรอกไซด (ความเขมขนรอยละ10) 2.5

สารละลายโพแทสเซยมลอเรต (ความเขมขนรอยละ20) 1.3

ดสเพอรชนของก ามะถน (ความเขมขนรอยละ50) 2.0

ดสเพอรชนของซงกไดเอลทลไดไทโอคารบาเมต (ความเขมขนรอยละ10) 0.8

ดสเพอรชนของซงกออกไซด (ความเขมขนรอยละ50) 0.4

ปจจบนสตรผสมเคมตามตารางท 1 นเปนทนยมใชในการผลตน ายางพรวลคาไนซมากทสด สารวลคา

ไนซตางชนดกนจะใหน ายางพรวลคาไนซทมคณสมบตแตกตางกน การใชสารก ามะถนประเภทยแรม (thiuram-

type sulfur donor) จะใหคาความทนตอแรงดงสงและสมบตหลงการบมเรงดวยความรอนทดกวาน ายางพรวล

คาไนซทมโมดลสคอนขางต า การใชเพอรออกไซด/โฮโดรเพอรออกไซดจะใหคาความทนตอแรงดงและการยด

ตว ณ จดขาดสงส าหรบน ายางพรวลคาไนซทมคาโมดลสต า ซงจะท าใหน ายางพรวลคาไนซทไดเหมาะกบการ

น าไปผลตภณฑทตองการสออนและโปรงใส

สตรผสมเคมของน ายางขนพรวลคาไนซในระบบเพอรออกไซดแสดงดงตารางท 2.8

ตารางท 2.8 สตรผสมเคมของน ายางขนพรวลคาไนซในระบบเพอรออกไซด

สตรผสมเคม ปรมาณ(phr)

น ายางขนชนดแอมโมเนยสง ( HA) 167

สารละลายโพแทสเซยมลอเรต ( ความเขมขนรอยละ20 ) 1.2

เทอร-บวทล ไฮโดรเพอรออกไซด ( สารออกฤทธรอยละ 70 ) 0.65

สารละลายฟรกโทส ( ความเขมขนรอยละ 20 ) 2.65

น า 33.8

การวลคาไนซในระบบเพอรออกไซด โมเลกลเพอรออกไซดและอนมลอสระทเกดจากการแตกตวของ

สารเพอรออกไซดจะแพรกระจายจากวฎภาคของของเหลวไปสวฎภาคของยางได ซงแสดงใหเหนวาอนภาค

ของยางทถกพรวลคาไนซดวยเพอรออกไซดจะเกดการวลคาไนซอยางสม าเสมอและท าใหเกดการเชอมโยง

42

พนธะสงทบรเวณผวของอนภาคยาง ขณะทจดตรงกลางของอนภาคจะมความหนาแนนของการเชอมโยงพนธะ

ต า ท าใหสมบตเชงกลของน ายางพรวลคาไนซในระบบเพอรออกไซดดอยกวาน ายางพรวลคาไนซในระบบ

ก ามะถน

2.17.3 น ายางธรรมชาตวลคาไนซดวยรงส (Radiation-vulcanized; RVNRL)

ในการวลคาไนซดวยรงส ขนแรกผสมน ายางเขากบสารเซนซไทเซอร (Sensitizer) เชน n-butyl acrylate

(n-BA) และรกษาสภาพน ายางไวกอนจะมการฉายรงส (รงสทนยมใช ไดแก รงสแกมมา)

ขอดของน ายาง RVNRL เมอเปรยบเทยบกบน ายางพรวลคาไนซในระบบก ามะถน คอ

1. เกดการแพโปรตนลดลง

2. ไมมสารไนโทรซามน (N-nitrosamines)

3. สามารถยอยสลายไดดในสภาวะแวดลอม

4. มความเปนพษตอเซลลต า (cytotoxicity)

5. ไมมการปนเปอนของซงกออกไซด

6. ลดปรมาณการปลอยกาซซลเฟอรไดออกไซดออกสบรรยากาศและลดปรมาณการเกดเถาจากการเผา

ไหมลง

7. โปรงแสงมความนม

8. ประหยดพนทและลดพลงงานในการผลตของโรงงานผผลตภณฑจากน ายาง

จากขอไดเปรยบเหลาน ท าใหน ายาง RVNRL สามารถใชในการผลตถงมอยางทใชงานพเศษ (Special-

purpose)

ในภาคอตสาหกรรม นวเคลยรและสขภาพ เชน จกนมยางของเดกทารกและจกนมยางดดเลนทตองระวงเปน

พเศษในเรองของปรมาณสารไนโทรซามน

สรป

น ายางขนพรวลคาไนซเปนน ายางธรรมชาตทผลตมาเพอตอบสนองตอความตองการ(Tailor-out form)

ของผผลตสนคาจากน ายางธรรมชาต โดนเฉพาะในกรณทใชน ายางในปรมาณนอย การใชงานท าไดอยาง

สะดวกเพยงแคน ายางคอมพาวดไปขนรปเปนแผนฟลมและท าใหแหง