แปลและเรียบเรียง โดย มาริสา คุณธนวงศ์

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

Pic 370x277

ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด แสดงอนุภาคทรงกลมที่เป็นเถ้าลอยชนิด C ซึ่งใช้เป็นวัสดุประสานในคอนกรีตชนิดใหม่ไร้ส่วนผสมของซีเมนต์

 

วิศวกรมหาวิทยาลัยไรซ์ (Rice University) ได้พัฒนาวัสดุประสานคอมพอสิตที่ทำจากเถ้าลอยที่เป็นผลพลอยได้จากโรงไฟฟ้าพลังถ่านหิน ซึ่งสามารถนำมาทดแทนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ในคอนกรีตได้อย่างสมบูรณ์จนได้คอนกรีตไร้ซีเมนต์

คอนกรีตไร้ซีเมนต์นี้นอกจากจะช่วยลดปริมาณของเสียจากโรงไฟฟ้าแล้ว ยังช่วยลดการใช้พลังงานในกระบวนการผลิตได้อีกด้วย เนื่องจากการใช้เถ้าลอยทดแทนนั้นไม่ต้องใช้อุณหภูมิสูงในกระบวนการผลิตเหมือนกับการใช้ซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ อีกทั้งความแข็งแรงของมันยังเทียบเท่ากับคอนกรีตที่มีส่วนผสมของซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ รวมถึงลดการใช้สารที่มีราคาสูงอย่างสารกระตุ้นโซเดียมเพื่อช่วยในการแข็งตัวได้ด้วย

กุญแจสำคัญ

ชนิดของเถ้าลอยที่นำมาพัฒนาเป็นวัสดุประสานนั้นเป็นกุญแจสำคัญในงานวิจัยของทีม เนื่องจากในโครงการวิจัยอื่นที่ทำมาก่อนหน้านี้มักเลือกใช้เถ้าลอยชนิด F ทดแทนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ในคอนกรีต

เถ้าลอยชนิด F นี้ได้จากการเผาไหม้ถ่านหินแอนทราไซต์และถ่านหินบิทูมินัสซึ่งมีซิลิกอนและอลูมิเนียมในปริมาณสูงแต่มีแคลเซียมในปริมาณต่ำ ความพยายามในการทดแทนด้วยเถ้าลอยที่ผ่านมานั้นยังไม่ช่วยลดต้นทุนของการใช้สารกระตุ้นโซเดียมได้ อีกทั้งสามารถใช้เถ้าลอยทดแทนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ได้เพียง 5-20 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น

แต่สำหรับทีมไรซ์ พวกเขาได้ใช้การวิเคราะห์ Taguchi ที่เป็นวิธีทางสถิติและใช้วิธีการหาส่วนผสมที่ดีที่สุดทางคอมพิวเตอร์ (computational optimization) ในการช่วยปรับปรุงสมบัติทางโครงสร้างและทางกลของวัสดุที่สังเคราะห์ขึ้น

ผลการวิเคราะห์พบว่า ส่วนผสมที่เหมาะสมประกอบไปด้วยสารกระตุ้นโซเดียมน้อยกว่า 5 เปอร์เซ็นต์ เถ้าลอยชนิด C ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ เถ้าลอยชนิดนี้มีปริมาณแคลเซียมที่สูงซึ่งได้จากการเผาไหม้ถ่านหินลิกไนต์และถ่านหินซับบิทูมินัส และส่วนที่เหลือเป็นนาโนซิลิกาและแคลเซียมออกไซด์ ทีมกล่าวว่า “นี่เป็นส่วนผสมที่สมบูรณ์ของคอนกรีตไร้ซีเมนต์ปอร์ตแลนด์”

ทิ้งท้าย

งานวิจัยนี้นับว่าเป็นการปูทางไปสู่การทำคอนกรีตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยใช้เถ้าลอยชนิด C ให้มีประสิทธิภาพและคุ้มค่ามากที่สุด

สนใจอ่านข้อมูลเพิ่มเติมที่

https://newatlas.com/fly-ash-concrete-strong-green/55087/ 

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/06/180618113041.htm

https://ceramics.org/ceramic-tech-today/fly-ash-binder-could-eventually-replace-portland-cement-in-concrete

งานวิจัยฉบับเต็ม : Sung Hoon Hwang, Rouzbeh Shahsavari. High calcium cementless fly ash binder with low environmental footprint: Optimum Taguchi design. Journal of the American Ceramic Society, 2018; DOI: 10.1111/jace.15873 (https://dx.doi.org/10.1111/jace.15873)

ข้อมูลเถ้าลอยชนิด C และ F :

https://en.wikipedia.org/wiki/Fly_ash

https://mnconcretecouncil.com/application/files/8014/9562/2241/ClassCandClassFFlyAshComparisonsApplicationsanPerformanceDrLarrySutter.pdf

Scroll Up