Effect of Coarse Recycled Aggregate Size on Flowability and Compressive Strength of Self-Compacting Concrete

พลพันธ์ เศรษฐพิทยากุล; บุราฉัตร กิตติกรจรัส; อนุวัฒน์ อรรถไชยวุฒิ; กิตติศักดิ์ กลัดกลีบ; ศุภวิชญ์ โทมา; ชยภัทร ดำทอง

ผู้แต่ง

พลพันธ์ เศรษฐพิทยากุล คณะวิศวกรรมศาสตร์ ศรีราชา และ กลุ่มวิจัยนวัตกรรมโครงสร้างพื้นฐานและการจัดการก่อสร้าง มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา ชลบุรี ประเทศไทย
บุราฉัตร กิตติกรจรัส คณะวิศวกรรมศาสตร์ ศรีราชา และ กลุ่มวิจัยนวัตกรรมโครงสร้างพื้นฐานและการจัดการก่อสร้าง มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา ชลบุรี ประเทศไทย
อนุวัฒน์ อรรถไชยวุฒิ คณะวิศวกรรมศาสตร์ ศรีราชา และ กลุ่มวิจัยนวัตกรรมโครงสร้างพื้นฐานและการจัดการก่อสร้าง มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา ชลบุรี ประเทศไทย
กิตติศักดิ์ กลัดกลีบ คณะวิศวกรรมศาสตร์ ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา ชลบุรี ประเทศไทย
ศุภวิชญ์ โทมา คณะวิศวกรรมศาสตร์ ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา ชลบุรี ประเทศไทย
ชยภัทร ดำทอง คณะวิศวกรรมศาสตร์ ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา ชลบุรี ประเทศไทย

คำสำคัญ:

มวลรวมหยาบรีไซเคิล, สัดส่วนของขนาด, ระยะเวลาไหลผ่านกรวยมาตรฐาน, กำลังรับแรงอัด

บทคัดย่อ

ความเป็นมาและวัตถุประสงค์ : คอนกรีตเป็นวัสดุก่อสร้างหลักที่ใช้มากที่สุดในโลกการผลิตปูนซีเมนต์ซึ่ง เป็นส่วนประกอบหลักของคอนกรีตปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ประมาณร้อยละ 8 ของการปล่อยแก๊ส CO₂ ทั้งหมดทั่วโลก หนึ่งในวิธีการที่ได้รับความนิยมในการลดการปล่อยแก๊สดังกล่าวคือการนำคอนกรีตที่ใช้แล้วกลับมาใช้ใหม่ในรูปของมวลรวม วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือเพื่อนำเสนอสัดส่วนขนาดมวลรวมรีไซเคิลที่เหมาะสมสำหรับคอนกรีตอัดแน่นด้วยตัวเอง โดยพิจารณาทั้งสมบัติการไหลและกำลังรับแรงอัด เพื่อเป็นข้อมูลโน้มน้าวให้ผู้ใช้คอนกรีตในประเทศไทยหันมาใช้มวลรวมหยาบรีไซเคิลมากขึ้น วิธีการนี้สามารถลดการใช้งานหินธรรมชาติที่ได้มาจากการทำลายธรรมชาติ ลดการเกิดแก๊สเรือนกระจกที่เป็นสาเหตุหลักของการเกิดภาวะโลกร้อนและภาวะโลกเดือดในปัจจุบัน

วิธีดำเนินการวิจัย : การศึกษานี้พิจารณาสัดส่วนของมวลรวมหยาบรีไซเคิลขนาด 1/2 นิ้ว และ 3/8 นิ้ว ที่ อัตราส่วน 0:100 20:80 40:60 60:40 80:20 และ 100:0 ศึกษาส่วนผสมที่ใช้อัตราส่วนน้ำต่อปูนซีเมนต์ (W/C) ร้อยละ 35 40 และ 45 ประเมินสมบัติการไหลโดยพิจารณาค่าการไหลแผ่และระยะเวลาไหลผ่านกรวยมาตรฐาน ทดสอบกำลังรับแรงอัดที่อายุ 3 7 และ 28 วัน

ผลการวิจัย : ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าจำเป็นต้องใช้ปริมาณสารลดน้ำพิเศษสูงถึงร้อยละ 1.4–1.5 เมื่อใช้มวลรวมหยาบขนาด 1/2 นิ้วเพียงอย่างเดียว ซึ่งส่งผลกระทบต่อราคาของคอนกรีต เนื่องจากสารลดน้ำพิเศษ มีราคาค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับวัสดุอื่น ระยะเวลาไหลผ่านกรวยมาตรฐานอยู่ในช่วง 3.8–28 วินาที ซึ่งระยะเวลาน้อยกว่า 5 วินาทีจะมีความเสี่ยงเกิดการแยกตัวคอนกรีตที่มีระยะเวลาน้อยกว่า 5 วินาทีพบมากในส่วนผสมที่ใช้ W/C ร้อยละ 40 และ 45 อย่างไรก็ตาม ไม่พบการแยกตัวในทุกส่วนผสมกำลังรับแรงอัดเฉลี่ยเพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 29.5 เมื่อคอนกรีตมีอายุ 28 วัน เปรียบเทียบกับอายุ 3 วัน สัดส่วนของขนาดมวลรวมหยาบ 1/2:3/8 นิ้ว ที่ส่งผลให้กำลังรับแรงอัดสูงสุดสำหรับส่วนผสมที่ใช้ W/C ร้อยละ 35 40 และ 45 คือ 20:80 40:60 และ 80:20 โดยมีค่ากำลังรับแรงอัดเท่ากับ 592.8 489.3 และ 424.8 กก./ซม.2 ตามลำดับ

สรุป : การใช้มวลรวมหยาบรีไซเคิลมาผลิตคอนกรีตใหม่ควรคำนึงถึงสัดส่วนขนาดมวลรวมเพื่อให้ได้คอนกรีตอัดแน่นด้วยตัวเองที่มีสมบัติที่เหมาะสมที่สุด ไม่แนะนำให้ใช้มวลรวมขนาดเดียว เนื่องจากต้องใช้สารลดน้ำพิเศษปริมาณสูงและไม่ทำให้กำลังรับแรงอัดสูงที่สุด สัดส่วนที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับ W/C จากผลการทดสอบสัดส่วนของขนาดมวลรวมหยาบ 1/2:3/8 นิ้ว ที่แนะนำคือ 20:80 40:60 และ 80:20 สำหรับคอนกรีตที่ใช้ W/C ร้อยละ 35 40 และ 45 ตามลำดับ

การนำไปใช้ประโยชน์ในเชิงปฏิบัติ : วิศวกรและผู้ใช้คอนกรีตอัดแน่นด้วยตัวเองสามารถประยุกต์ข้อมูลจากงานวิจัยนี้ได้โดยใช้สัดส่วนของขนาดมวลรวมหยาบ 1/2:3/8 นิ้ว ที่เหมาะสมที่สุดต่อส่วนผสมที่มี W/C ร้อยละ 35 40 และ 45 ได้ ส่วนผสมเหล่านี้ทำให้คอนกรีตมีกำลังรับแรงอัดสูงแม้ว่าจะใช้มวลรวมหยาบรีไซเคิลทั้งหมด ข้อมูลเหล่านี้สามารถนำไปประยุกต์ได้ในหลากหลายโครงการเพื่อส่งเสริมสมรรถนะและความยั่งยืนของการผลิตคอนกรีต

References

Tam, V., Soomro, M. and Evangelista, A., 2018, “A Review of Recycled Aggregate in Concrete Applications (2000–2017),” Construction and Building Materials, 172, pp. 272-292. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.03.240.

Thomas, C., Setién, J., Polanco, J. A., Alaejos, P. and Sánchez de Juan, M., 2013, “Durability of Recycled Aggregate Concrete,” Construction and Building Materials, 40, pp. 1054-1065. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.11.106

Liu, Z., Zhao, Y.G., Ma, L. and Lin, S., 2024, “Review on High-Strength Recycled Aggregate Concrete: Mix Design, Properties, Models and Structural Behaviour,” Structures, 64, p. 106598. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.istruc.2024.106598

Liang, C., Chen, H., Li, R., Chi, W., Wang, S., Hou, S., Gao, Y. and Zhang, P., 2024, “Effect of Additional Water content and Adding Methods on the Performance of Recycled Aggregate Concrete,” Construction and Building Materials, 423, p. 135868. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.135868

Sua-iam, G. and Makul, N., 2023, “Self-Compacting Concrete Produced with Recycled Concrete Aggregate Coated by a Polymer-Based Agent: A Case Study,” Case Studies in Construction Materials, 19, p. e02351. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02351

Thailand Industrial Standard, 2012, Specifications for Portland Cement Type 1, 12 p. (In Thai)

Japan Society of Civil Engineers, 1999, Recommendation for Self-Compacting Concrete, 77 p.

Attachaiyawuth, A., Rath, S., Tanaka, K. and Ouchi, M., 2016, "Improvement of SelfCompactability of Air-Enhanced Self-Compacting Concrete with Fine Entrained Air," Journal of Advanced Concrete Technology, 14 (3), pp. 55-59.

Ouchi, M., Kameshima, K. and Attachaiyawuth, A., 2017, "Improvement in Self-Compacting Properties of Fresh Concrete by Eliminating Large Air Bubbles Using an Antifoaming Agent," Journal of Advanced Concrete Technology, 15 (1), pp. 10-18.

Attachaiyawuth, A., Puthipad, N. and Ouchi, M., 2022, “Effects of Air-Entraining Agent, Defoaming Agent and Mixing Time on Characteristic of Entrained Bubbles in Air-Enhanced Self-Compacting Concrete Mixed at Concrete Plant,” Engineering Journal, 26 (2), pp. 37-48. https://doi.org/10.4186/ej.2022.26.2.37

Attachaiyawuth, A., Puthipad, N. and Ouchi, M., 2023, “Stability Improvement of Bubbles by Entraining Fine Air in Self-Compacting Concrete Proportioned at Factory Scale,” Asia-Pacific Journal of Science and Technology, 28 (2), pp. 1–10. https://doi. org/10.14456/ apst.2023.17

Okamura, H. and Ouchi, M., 2003, "Self-Compacting Concrete," Journal of Advanced Concrete Technology, 1 (1), pp. 5-15.

American Society for Testing and Materials (ASTM), 2021, “Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens,” Annual Book of ASTM Standard, Philadelphia.

Ouchi, M., Edamatsu, Y., Ozawa, K. and Okamura, H., 1999, "A Simple Evaluation Method for Interaction between Coarse aggregate and Mortar's Particles in SelfCompacting Concrete," Transaction of The Japan Concrete Institute, 21, pp. 1-6.