คอนกรีตคืออะไร?
ทำไมถึงเป็นวัสดุก่อสร้างยอดนิยม

หากคุณมองรอบตัว ไม่ว่าจะเป็นถนนที่เดินอยู่ อาคารที่ทำงาน หรือบ้านที่อยู่อาศัย ล้วนมีคอนกรีตเป็นส่วนประกอบสำคัญทั้งสิ้น คอนกรีตเป็นวัสดุก่อสร้างที่ใช้กันมากที่สุดในโลก แต่หลายคนอาจไม่รู้ว่าคอนกรีตทำมาจากอะไร และทำไมถึงได้รับความนิยมขนาดนี้

วันนี้เราจะมาทำความรู้จักกับคอนกรีตอย่างละเอียด ตั้งแต่ความหมาย ส่วนประกอบ กระบวนการทำงาน ไปจนถึงข้อดีและข้อเสียที่ควรรู้

คอนกรีตคืออะไร?

คอนกรีต (Concrete) คือวัสดุก่อสร้างที่ได้จากการผสมระหว่าง ปูนซีเมนต์ น้ำ ทราย และหินหรือกรวด เข้าด้วยกันตามสัดส่วนที่เหมาะสม เมื่อผสมกันแล้ว ซีเมนต์จะทำปฏิกิริยากับน้ำ (เรียกว่า Hydration) ทำให้เกิดการจับตัวแข็งและมีกำลังรับแรงได้

ในช่วงแรกหลังผสม คอนกรีตจะอยู่ในสภาพเหลวหรือกึ่งแข็ง สามารถหล่อเป็นรูปทรงต่างๆ ได้ตามต้องการ จากนั้นจะค่อยๆ แข็งตัวเป็นก้อนแข็งที่มีความแข็งแรงสูง กระบวนการแข็งตัวนี้ใช้เวลาหลายวัน โดยคอนกรีตจะได้กำลังอัดเต็มที่ประมาณ 28 วัน คอนกรีตบางชนิดสามารถพัฒนากำลังได้มากกว่า 28 วัน คอนกรีตบางชนิดแข็งตัวอย่างรวดเร็ว

สิ่งที่ควรรู้: คอนกรีตแตกต่างจาก ปูนซีเมนต์ ซีเมนต์เป็นเพียงส่วนผสมหนึ่งของคอนกรีต ไม่ใช่ตัวคอนกรีตเอง หลายคนมักสับสนระหว่างสองคำนี้ เปรียบเทียบได้กับแป้งที่เป็นส่วนผสมของขนมปัง แต่แป้งไม่ใช่ขนมปัง

ส่วนประกอบของคอนกรีต

คอนกรีตประกอบด้วยวัสดุหลัก 4 อย่าง แต่ละอย่างมีหน้าที่สำคัญต่างกัน มาดูกันว่าแต่ละส่วนทำหน้าที่อะไร

1. ปูนซีเมนต์ (Cement)

เป็นตัวยึดเกาะที่สำคัญที่สุด ทำหน้าที่เชื่อมประสานทราย หิน และน้ำเข้าด้วยกัน เมื่อซีเมนต์เจอน้ำจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีทำให้แข็งตัว ซีเมนต์ที่ใช้ในคอนกรีตมักเป็น Portland Cement ซึ่งมีหลายชนิดให้เลือกตามลักษณะงาน ปัจจุบันมีความพยายามเปลี่ยนชนิดของปูนซีเมนต์ เพื่อให้ระหว่างการผลิตมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลดลง เช่นปูนซีเมนต์ไฮดรอลิค เป็นต้น

ปริมาณซีเมนต์มีผลโดยตรงต่อกำลังอัดและต้นทุน ซีเมนต์มากจะทำให้คอนกรีตแข็งแรงแต่แพง และยังอาจทำให้เกิดความร้อนสูงระหว่างแข็งตัวด้วย ดังนั้นการหาสมดุลที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญมาก

2. น้ำ (Water)

น้ำมีบทบาท 2 อย่างหลักคือ ทำปฏิกิริยากับซีเมนต์ให้แข็งตัว และช่วยให้คอนกรีตไหลตัวได้ในช่วงเท ปริมาณน้ำต้องพอดี ไม่มากหรือน้อยเกินไป

น้ำมากเกินไป: คอนกรีตจะอ่อนแอ กำลังอัดต่ำ เกิดรูพรุนมาก น้ำจะระเหยออกทิ้งช่องว่างไว้ภายใน
น้ำน้อยเกินไป: คอนกรีตแข็ง ไหลตัวไม่ดี ยากต่อการเท อาจเกิดช่องว่างเพราะไหลไม่เต็มแบบหล่อ

อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ (Water-Cement Ratio หรือ W/C Ratio) จึงเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดในการควบคุมคุณภาพคอนกรีต โดยทั่วไป W/C Ratio อยู่ที่ 0.4-0.6 ขึ้นอยู่กับกำลังอัดที่ต้องการ ยิ่ง W/C Ratio ต่ำ คอนกรีตจะยิ่งแข็งแรง

น้ำที่ใช้ควรสะอาด ไม่มีสิ่งเจือปน เกลือ หรือสารเคมีที่จะรบกวนการแข็งตัว น้ำประปาทั่วไปใช้งานได้

3. ทราย (Fine Aggregate)

ทรายเป็นมวลรวมละเอียด (Fine Aggregate) ที่เติมเต็มช่องว่างระหว่างหิน ช่วยให้คอนกรีตมีความหนาแน่น และทำให้ผิวคอนกรีตเรียบ ทรายที่ใช้ควรสะอาด ไม่มีดิน ฝุ่น ตะกอน หรือเกลือปะปน เพราะจะทำให้กำลังอัดลดลงและเกิดปัญหาเกี่ยวกับความคงทนได้

ขนาดเม็ดทรายควรมีการกระจายตัวดี มีทั้งเม็ดละเอียดและหยาบปนกัน (Well-graded) จะทำให้คอนกรีตแน่น ใช้ซีเมนต์น้อยลง และประหยัดต้นทุน

ทรายที่ดีควรมีเม็ดกลม ไม่แหลมคม เพราะจะทำให้คอนกรีตไหลตัวดีขึ้น

4. หินหรือกรวด (Coarse Aggregate)

หินเป็นโครงสร้างหลักของคอนกรีต ช่วยรับแรงและลดการหดตัว คิดเป็นปริมาตรประมาณ 40-50% ของคอนกรีตทั้งหมด หินที่ใช้มักเป็นหินแกรนิตหรือหินปูน ขนาดตั้งแต่ 5 มม. ขึ้นไป ขึ้นอยู่กับลักษณะงาน

หินต้องมีคุณสมบัติดังนี้:

• แข็งแรง – รับแรงกดได้ดี ไม่แตกหักง่าย
• ทนทาน – ไม่เสื่อมสภาพเมื่อโดนการขัดสี
• สะอาด – ไม่มีดิน ฝุ่น สารอินทรีย์ หรือสารปนเปื้อนอื่นๆ ติดมาด้วย
• ขนาดเหมาะสม – งานทั่วไปใช้หิน 3/4 นิ้ว (20 มม.) งานพิเศษอาจใช้ขนาดอื่น

การเลือกขนาดหินให้เหมาะสมกับงานสำคัญมาก เช่น งานที่มีเหล็กเสริมหนาแน่นควรใช้หินเม็ดเล็ก เพื่อให้ไหลผ่านได้ง่าย

สัดส่วนการผสม

สัดส่วนทั่วไปของคอนกรีต (โดยปริมาตร) อยู่ที่ประมาณ:

• ซีเมนต์: 9-15%
• น้ำ: 15-20%
• ทราย: 25-30%
• หิน: 40-50%
• อากาศ: 1-3% (ช่องว่างตามธรรมชาติ)

กระบวนการแข็งตัวของคอนกรีต

เมื่อผสมคอนกรีตเสร็จแล้ว กระบวนการแข็งตัวจะเริ่มขึ้นทันที แต่ใช้เวลาค่อนข้างนาน (เวลาผสมคอนกรีตให้นับตั้งแต่ปูนซีเมนต์เจอกับน้ำ

ช่วง 0-3 ชั่วโมงแรก (Initial Set): คอนกรีตยังไหลตัวได้ เหมาะกับการเท การตกแต่งผิว และการบดอัด ช่วงนี้เรียกว่า Workability Time ต้องรีบทำงานให้เสร็จก่อนคอนกรีตเริ่มแข็ง (การแข็งตัวคอนกรีตเริ่มแรกนี้ ในกรณีที่มีการใช้น้ำยาหน่วงการก่อตัวของคอนกรีต ระยะเวลาการเริ่มแข็งตัวของคอนกรีตจะยาวขึ้น

ช่วง 3-6 ชั่วโมง (Final Set): คอนกรีตเริ่มแข็งตัว ไม่สามารถทำงานได้แล้ว แต่ยังไม่แข็งแรงพอรับน้ำหนัก

วันที่ 1-7 (Early Strength): คอนกรีตได้กำลังอัดประมาณ 70% ของกำลังเต็มที่ บางงานสามารถรื้อแบบหล่อได้แล้ว แต่ยังต้องระวัง

วันที่ 28 (Design Strength): คอนกรีตได้กำลังอัดเต็มที่ 100% ตามที่ออกแบบไว้ ใช้เป็นมาตรฐานในการทดสอบ

หลังวันที่ 28: คอนกรีตยังคงแข็งแรงขึ้นเรื่อยๆ แม้จะช้ามาก อาจเพิ่มขึ้นอีก 2-5% ในปีแรก

การบ่มคอนกรีต (Curing) สำคัญมากในช่วง 7 วันแรก ต้องรักษาความชื้นด้วยการพรมน้ำหรือคลุมผ้ากระสอบเปียก เพื่อให้ปฏิกิริยาเคมีเกิดได้สมบูรณ์ ถ้าปล่อยให้แห้งเร็วเกินไป คอนกรีตจะแตกร้าวและอ่อนแอ

ข้อดีของคอนกรีต

1. ความแข็งแรงสูง

คอนกรีตรับแรงกดได้ดีมาก กำลังอัดทั่วไปอยู่ที่ 150-400 กก./ตร.ซม. เหมาะกับโครงสร้างที่รับน้ำหนักมากเช่น อาคารสูง สะพาน ในประเทศไทยกำลังอัดสูงที่สุด ที่มีการขาย ณ ปัจจุบันคือ 850 กก./ตร.ซม. สำหรับคอนกรีตผสมเสร็จ

2. ทนทานต่อสภาพแวดล้อม

ทนต่อน้ำ ความชื้น แดด และสภาพอากาศร้อนชื้นของเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ได้ดี อายุการใช้งานยาวนานกว่า 50-100 ปี หากดูแลรักษาดี

3. ทนไฟ

คอนกรีตไม่ติดไฟ ไม่ลุกไหม้ และป้องกันการลุกลามของเพลิงได้ดี เหมาะกับอาคารที่ต้องการความปลอดภัยสูง

4. ราคาไม่แพง

วัตถุดิบหาได้ง่ายในท้องถิ่น ราคาถูกกว่าเหล็กโครงสร้างหรือไม้ ต้นทุนโดยรวมประหยัด

5. หล่อเป็นรูปทรงได้หลากหลาย

ยืดหยุ่นในการออกแบบ สามารถทำเป็นรูปทรงโค้ง ทรงกลม หรือรูปแบบพิเศษตามความคิดสร้างสรรค์ได้

6. บำรุงรักษาง่าย

ไม่ต้องทาสีหรือดูแลบ่อยเหมือนโครงสร้างไม้หรือเหล็ก ลดต้นทุนการบำรุงรักษาในระยะยาว

7. หาช่างทำง่าย

ในไทยและลาวมีช่างที่มีความชำนาญในงานคอนกรีตมาก หาช่างได้ง่าย ราคาแรงงานไม่แพง

ข้อเสียของคอนกรีต

1. น้ำหนักมาก

คอนกรีตมีน้ำหนักประมาณ 2,350 กก./ลบ.ม. หนักกว่าวัสดุอื่น ทำให้ต้องใช้ฐานรากใหญ่และแข็งแรง เพิ่มต้นทุน

2. รับแรงดึงได้ไม่ดี

คอนกรีตรับแรงกดได้ดี แต่รับแรงดึงได้เพียง 1/10 ของแรงกด จึงต้องใช้ร่วมกับเหล็กเสริมเสมอ

3. แตกร้าวได้ง่าย

ถ้าออกแบบหรือก่อสร้างไม่ดี บ่มไม่สมบูรณ์ หรือรับแรงไม่เหมาะสม อาจเกิดรอยแตกร้าวได้

4. ต้องใช้เวลาแข็งตัว

ต้องรอให้แข็งตัว 28 วันจึงจะได้กำลังเต็มที่ ทำให้งานก่อสร้างช้า ต้นทุนดอกเบี้ยสูง

5. ยากต่อการรื้อถอนและดัดแปลง

เมื่อแข็งตัวแล้วรื้อหรือเจาะยาก สิ้นเปลืองแรงงานและเวลา ไม่เหมาะกับอาคารที่ต้องการความยืดหยุ่นในการดัดแปลง

6. หดตัว

คอนกรีตจะหดตัวเมื่อแห้ง แบ่งออกได้หลายแบบ สำหรับการหดตัวแบบแห้ง โดยทั่วไปเกิดขึ้นประมาณ 0.01-0.02% (ทุกๆ 10 เมตร คอนกรีตจะตัวประมาณ 1 ซม. ซึ่งทำให้เกิดรอยแตกถ้าไม่มีการออกแบบรอยต่อหรือใช้เหล็กเสริมที่เหมาะสม

การใช้งานคอนกรีต

คอนกรีตใช้ในงานก่อสร้างเกือบทุกประเภท ทั้งในและนอกอาคาร:

งานโครงสร้าง: ฐานราก เสา คาน พื้น บันได กำแพงรับน้ำหนัก

งานสาธารณูปโภค: ถนน ทางเท้า สะพาน อุโมงค์ ท่าเรือ สนามบิน

งานพิเศษ: เขื่อน หอถังน้ำ โรงไฟฟ้า ท่อระบายน้ำ

งานตกแต่ง: พื้นขัดมัน คอนกรีตสำเร็จรูป แผ่นพื้นสำเร็จรูป

สรุป

คอนกรีตเป็นวัสดุก่อสร้างที่สำคัญและใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลก ประกอบด้วยซีเมนต์ น้ำ ทราย และหิน ผสมกันตามสัดส่วนที่เหมาะสม ข้อดีหลักคือแข็งแรง ทนทาน ราคาไม่แพง และหล่อเป็นรูปทรงได้หลากหลาย แต่ก็มีข้อจำกัดเช่น น้ำหนักมาก รับแรงดึงได้น้อย และต้องใช้เวลาแข็งตัว

การทำความเข้าใจพื้นฐานของคอนกรีตจะช่วยให้คุณเลือกใช้วัสดุได้เหมาะสมกับงาน ควบคุมคุณภาพได้ดี และแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในบทความหน้าเราจะมาพูดถึงเรื่องที่น่าสนใจเกี่ยวกับคอนกรีตต่อไป

---