การใช้เส้นใยสังเคราะห์ในคอนกรีต
Synthetic Fibers for Concrete   

    เส้นใยสังเคราะห์ถูกผลิตขึ้นโดยเฉพาะเพื่อใช้สำหรับงานวิศวกรรมคอนกรีต ซึ่งสังเคราะห์จากวัสดุที่สามารถทนต่อสภาวะที่เป็นด่างสูงของคอนกรีตได้ในระยะยาวซึ่งต่างกับเส้นใยธรรมชาติที่ไม่คงทน เราสามารถใส่เส้นใยสังเคราะห์เพิ่มลงไปในระหว่างการผสมคอนกรีตในปริมาณที่เหมาะสมตามคำแนะนำจากผู้ผลิตโดยไม่ต้องทำการเปลี่ยนแปลงส่วนผสมคอนกรีตที่ได้ออกแบบไว้แล้ว โดยเส้นใยสังเคราะห์สามารถผสมร่วมกับสารผสมเพิ่มอื่นๆ ได้ไม่ว่าจะเป็น น้ำยาผสมคอนกรีต, ซิลิก้าฟูม หรือปูนซีเมนต์พิเศษต่างๆ

ทำไมถึงต้องใช้เส้นใยสังเคราะห์

    เส้นใยสังเคราะห์มีประโยชน์ต่อคอนกรีตทั้งคอนกรีตที่อยู่ในช่วงก่อนแข็งตัวและช่วงที่คอนกรีตแข็งตัวไปแล้ว อาทิเช่น
  • ช่วยลดรอยแตกร้าวที่เกิดจากการทรุดตัวของคอนกรีตขณะที่ยังอยู่ในสภาวะพลาสติก (Plastic Settlement Cracks)
  • ช่วยลดรอยแตกร้าวที่เกิดจากการหดตัวของคอนกรีตขณะที่ยังอยู่ในสภาวะพลาสติก (Plastic Shrinkage Cracks)
  • ทำให้ความสามารถในการซึมผ่านของน้ำต่ำลง
  • เพิ่มความต้านทานต่อการรับแรงกระแทกและการสึกกร่อน
  • ต้านทานต่อการแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยของคอนกรีตได้
    ซึ่งเส้นใยสังเคราะห์บางชนิดสามารถใช้เพื่อเพิ่มแรงดึงและแรงยึดเหนี่ยวให้กับคอนกรีตนอกเหนือจากการเสริมเหล็กได้

 
เส้นใยสังเคราะห์ทำหน้าที่อย่างไรในสภาวะอายุคอนกรีตเริ่มต้น

    การเปลี่ยนแปลงปริมาตรในช่วงอายุเริ่มต้นของคอนกรีตเป็นสาเหตุที่ทำให้ผิวหน้าของคอนกรีตอ่อนแอและเกิดรอยร้าวขึ้น เนื่องจากแรงเค้น (Stress) ที่เกิดขึ้นมีเกิดมีมากกว่ากำลังที่คอนกรีตจะรับได้ในขณะนั้น  รอยแตกร้าวที่มีขนาดเล็กจะถูกหยุดการขยายตัวโดยคุณสมบัติทางกายภาพของเส้นใยสังเคราะห์ อีกทั้งเส้นใยสังเคราะห์ยังช่วยยับยั้งการพัฒนาการเกิดรอยแตกร้าวจากการทรุดตัวของคอนกรีต

เส้นใยสังเคราะห์ที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอนั้นจะช่วยลดการเกิดโพรงอากาศที่เรียงตัวต่อเนื่องในทิศทางเดียวกัน (Capillary Pores) ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการคายน้ำขึ้นมาบนผิวหน้าของคอนกรีตสด โดยเส้นใยสังเคราะห์จะทำให้ความสามารถในการซึมผ่านของน้ำต่ำลง ส่งผลให้ช่วยลดการเกิดรอยแตกร้าวแบบพลาสติก รวมทั้งสามารถลดการเยิ้ม (Bleeding) ของคอนกรีตสดลงได้
 


เส้นใยสังเคราะห์ทำหน้าที่อย่างไรในสภาวะที่คอนกรีตแข็งตัวแล้ว

    การใช้เส้นใยสังเคราะห์ไม่ใช่จะได้ประโยชน์กับคอนกรีตในสภาวะอายุเริ่มต้นเท่านั้นแต่ยังมีส่วนทำให้คุณสมบัติของคอนกรีตที่แข็งตัวแล้วดีขึ้นด้วย โดยคอนกรีตที่ผสมเส้นใยสังเคราะห์จะมีคุณสมบัติในการลดการซึมผ่านของน้ำ เพิ่มความทนทานต่อการขัดสีและต้านทานการแตกร้าวจากแรงกระแทก
 
    ความสามารถในการต้านทานต่อการแตกร้าวจากแรงกระแทกจะถูกปรับปรุงเพิ่มขึ้นอย่างมากจากเหตุผลที่ได้กล่าวข้างต้นมาแล้ว โดยสังเกตจากคอนกรีตธรรมดาที่ไม่ได้ผสมเส้นใยสังเคราะห์เมื่อได้รับแรงอัดจะชำรุดและแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยตามแนวที่เริ่มแตกร้าว ส่วนคอนกรีตที่ผสมเส้นใยสังเคราะห์จะสามารถป้องกันผลกระทบจากการแตกละเอียดเนื่องจากเส้นใยที่ผสมอยู่ภายในเนื้อคอนกรีตจับตัวกันอย่างซับซ้อนและเหนียวแน่น
  

    คุณสมบัติการต้านทานต่อการขัดสีที่ดีขึ้นของคอนกรีตที่ผสมเส้นใยสังเคราะห์นั้น เนื่องจากอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ (W/C) ปริเวณผิวหน้าของคอนกรีตจะเปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณน้ำที่เยิ้มขึ้นมาจากเนื้อคอนกรีตสด การผสมเส้นใยสังเคราะห์จะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของคอนกรีตสดทำให้การเยิ้มเกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอทั่วผิวหน้าของคอนกรีต
 
เส้นใยสังเคราะห์ช่วยในการเสริมแรงได้อย่างไร

    เส้นใยสังเคราะห์บางประเภทสามารถใช้เพื่อทดแทนเหล็กเสริมรับการแตกร้าวเนื่องจากอุณหภูมิได้ แต่ควรได้รับการยืนยันจากผู้ผลิต การกระจายตัวของเส้นใยสังเคราะห์จะต้องมีความสม่ำเสมอเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถกระจายแรงได้อย่างทั่วถึง
 
การประยุกต์การใช้งานที่เหมาะสม
  • เพื่อลดรอยแตกร้าวเนื่องจากการแตกร้าวแบบพลาสติก
  • เป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการออกแบบเพื่อทดแทนเหล็กเสริมรับการแตกร้าวเนื่องจากอุณหภูมิ (Wire Mesh)
  • เพิ่มการต้านทานต่อการแตกละเอียด, การขัดสีและแรงกระแทกให้กับคอนกรีต
  • เพิ่มคุณสมบัติในการยึดเกาะตัวให้กับคอนกรีตที่ต้องเทในที่ลาดชันสูง อาทิเช่น Shotcrete หรืองาน Slipform
  •  ลดรอยแตกร้าวที่เกิดจากการทรุดตัวของคอนกรีตสด
  • เพิ่มคุณสมบัติในการลดการซึมผ่านของน้ำให้ต่ำลง
  • ใช้ในการออกแบบพื้นคอนกรีตที่ไม่ต้องการให้มีธาตุโลหะ (Nonmetallic)
  • เป็นวัสดุผสมคอนกรีตที่สามารถทนทานต่อด่างและสารเคมีได้ดีพอๆ กัน
 
การประยุกต์การใช้งานที่ไม่เหมาะสม
  • ออกแบบเพื่อควบคุมรอยแตกร้าวจากการรับแรงกระทำภายนอก
  • ใช้เพื่อเพิ่มกำลังอัดคอนกรีตให้สูงขึ้น
  • ทดแทนเหล็กเสริมในคอนกรีตเพื่อรับแรงดัด หรือทดแทนการเสริมเหล็กในโครงสร้าง
  • ลดความหนาของพื้นคอนกรีตที่วางบนดินบดอัด
  • ขจัดหรือลดการเกิดการโก่งตัว (Curling) หรือการคืบตัว (Creep) ของคอนกรีต
  • ใช้เพิ่มระยะรอยต่อจากที่กำหนดไว้ในมาตรฐานการออกแบบรอยต่อของ ACI หรือ PCA
  • เป็นเหตุอ้างในการลดขนาดของเสาที่รองรับ
  • ลดความหนาของคอนกรีตที่ใช้เททับหน้าแบบยึดติดกับผิวเดิม (Bonded) และไม่ยึดติดกับผิวเดิม (Unbonded)

ที่มา : Synthetic Fibers for Concrete, National Ready Mixed Concrete Association U.S.A.
เรียบเรียงโดย :  ดร.ปัณฑ์ ปานถาวร, อภินันท์ บัณฑิตนุกูล