Cathodic Protection แคโทดิกจุดจบสนิมเหล็กเสริม ป้องกันปัญหาคอนกรีตแตกร้าว
งานก่อสร้างความสำคัญประการหนึ่งคือความปลอดภัยของโครงการ ในงานก่อสร้างในระบบคอนกรีตเสริมเหล็กนั้นก็ต้องมีการป้องกันสนิมของเหล็กที่ใช้เช่นเดียวกับ งานโครงสร้างเหล็ก ต้องเลือกใช้โลหะให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม มีหลากหลายวิธี วันนี้เราจะพามาเจาะลึกเรื่องของการป้องกันสนิมและยืดอายุการใช้งานของเหล็กโครงสร้างในคอนกรีตด้วยวิธี แคโทดิก (Cathodic Protection) ซึ่งมีการพัฒนาไปจากเดิมมากและนับว่าเป็นอีกหนึ่งนวัตกรรมใหม่ที่น่าสนใจและได้รับการรองรับจากหลายสถาบันทั้งในและต่างประเทศ เพราะปัญหาการซ่อมโครงสร้างรอยแตกร้าวที่สาเหตุเกิดจากเหล็กเป็นสนิม หรือทางภาษาช่างผู้รับเหมาจะเรียกว่าปูนระเบิด ไม่ว่าจะเป็น เสาบ้าน ดาดฟ้าอาคารพาณิชย์ หรือ เพดานใต้ห้องน้ำ ซึ่งเกิดจากเหล็กเสริมภายในเป็นสนิมทำให้ปูนแตกร้าว ไม่ใช่เรื่องตลกอย่างแน่นอนและปัญหานี้ไม่จบง่ายๆ Cathodic Protection แคโทดิก จุดจบสนิม ป้องกันปัญหาคอนกรีตแตกร้าว
ปัญหาคอนกรีตแตกร้าวเกิดจากสนิมของเหล็กเสริม
การเกิดสนิมของเหล็กเสริมในคอนกรีตมักจะเกิดจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon Dioxide) หรือคลอไรด์ (Chloride) แทรกผ่านตามรอยแตกหรือซึมผ่านคอนกรีตจนถึงเหล็กเสริมจนเป็นสาเหตุของการเกิดสนิม และเมื่อเหล็กเป็นสนิมจะทำให้ปริมาตรของเหล็กเพิ่มขึ้นจนดันคอนกรีตแตก ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ : จะเข้าทำปฏิกิริยากับเนื้อคอนกรีต ทำให้ความเป็นด่างของคอนกรีตลดลง ส่งผลให้ออกไซด์ฟิล์มของเหล็กถูกทำลายและไม่สามารถป้องกันสนิมได้ ความเสียหายลักษณะนี้เรียกว่า “คาร์บอเนชั่น (Carbonation)” และมักจะพบได้กับโครงสร้างที่ใช้งานมายาวนาน หรือมีระยะหุ้มคอนกรีตไม่เพียงพอ
คลอไรด์ : ปัญหาสนิมจากคลอไรด์พบได้บ่อยกว่า โดยเราจะพบเห็นอาคารหรือโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กในพื้นที่ชายฝั่งทะเล พื้นที่น้ำกร่อย หรือพื้นที่ดินเค็ม เกิดปัญหาปูนแตกชำรุดเพราะเหล็กเสริมเป็นสนิม อันเนื่องมาจากคลอไรด์แพร่ผ่านคอนกรีตเข้าไปทำลายออกไซด์ฟิล์มของเหล็กได้อยู่ทั่วไป
คอนกรีตกันซึมหรือสีกันซึมและ Concrete Anode แตกต่างกันอย่างไร
การใช้คอนกรีตกันซึมหรือสีกันซึมเป็นการป้องกันก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือคลอไรด์จากภายนอกไม่ให้เข้าไปทำให้เหล็กเป็นสนิม โดยใช้คอนกรีตที่มีความทึบน้ำสูงหรือสีที่มีอัตราการซึมผ่านต่ำ แต่ในความเป็นจริงยังไม่มีคอนกรีตหรือสีชนิดใดที่สามารถกันน้ำได้ 100% และเมื่อสีหลุดร่อนหรือคอนกรีตแตกออกความชื้นก็จะสามารถแทรกผ่านเข้าไปได้จนถึงเหล็กเสริมและทำให้เกิดสนิม การใช้ Concrete Anode เป็นการป้องกันสนิมแบบแคโทดิก (Cathodic Protection) โดยความชื้นจากภายนอก รวมถึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และคลอไรด์จะทำให้องค์ประกอบทั้ง 4 ของ Cathodic Protection ครบถ้วนคือ Cathode (เหล็กเสริมในคอนกรีต), Anode (Concrete Anode), Metallic Path (ลวดที่ผูกระหว่างเหล็กเสริมและ Concrete Anode) และ Electrolyte (คอนกรีตที่มีความชื้นโดยอาจจะมีการปนเปื้อนของคลอไรด์หรือเกิด Carbonation ร่วมด้วย) รวมถึงทำให้ความต้านทานทางไฟฟ้าของคอนกรีตลดลง และยังเป็นตัวกระตุ้นให้ Concrete Anode จ่ายกระแสไฟฟ้าเพื่อป้องกันสนิมของเหล็กเสริมภายในคอนกรีตด้วย ดังนั้นความชื้นจึงเป็นสิ่งสำคัญในการทำงานของ Concrete Anode
ระบบการป้องกันสนิมแบบแคโทดิก (cathodic Protection) นั้นสามารถใช้งานได้หลากหลายรูปแบบและหลายสภาวะ เช่น ในน้ำ ในดิน และในคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยเฉพาะโลหะกันกร่อน (Sacrificial Anodes) นั้นมีความยืดหยุ่นและสะดวกในการใช้งาน เพราะหลังจากออกแบบและติดตั้งเรียบร้อยแล้ว ก็ไม่จำเป็นต้องมีการบำรุงรักษาเหมือนการใช้ Rectifier และสามารถวางแผนเพื่อเปลี่ยนโลหะกันกร่อนได้ตามวงรอบการใช้งาน สำหรับโลหะที่สามารถใช้เป็นโลหะกันกร่อนได้นั้นสามารถพิจารณาได้จากตารางลำดับชั้นของโลหะ และในปัจจุบันโลหะกันกร่อนที่นิยมใช้งานมีอยู่ 3 ประเภทด้วยกันคือ สังกะสีกันกร่อน (Zinc Anode) อลูมิเนียมกันกร่อน (Aluminium Anode) และแมกนีเซียมกันกร่อน (magnesium Anode)
Photo http://www.thaimp.co.th
การป้องกันสนิมแบบแคโทดิก (Cathodic Protection)
เป็นการป้องกันสนิมโดยการใช้ไฟฟ้ากระแสตรงจากแหล่งกำเนิดภายนอกบังคับให้ศักย์ไฟฟ้าของเหล็กโครงสร้างนั้นลดต่ำลงจนเข้าสู่ย่าน Stable หรือ Immunity (Cathodic Protection) ส่งผลให้เหล็กโครงสร้างไม่เกิดสนิม ระบบการป้องกันสนิมแบบแคโทดิก (Cathodic Protection) นั้นสามารถใช้งานได้หลากหลายรูปแบบและหลายสภาวะ โดยแหล่งกำเนิดไฟฟ้าของระบบจะมีอยู่ด้วยกัน 2 แบบคือ
- ICCP (Impressed Current Cathodic Protection)
ในส่วนของระบบ ICCP นั้น กระแสไฟฟ้าที่ใช้ส่วนมากจะมาจากการแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นกระแสตรงด้วย Rectifier ซึ่งระบบนี้จะมีความเหมาะสมในการป้องกันสนิมให้กับโครงสร้างโลหะที่ต้องการกระแสไฟฟ้าปริมาณมาก สภาพแวดล้อมที่มีความต้านทานสูง
- โลหะกันกร่อน (Sacrificial Anode) หรือคอนกรีตแอโนด (Concrete Anode)
คือการติดตั้งโลหะกัดกร่อนเข้ากับเหล็กเสริมหรือเหล็กเส้นในคอนกรีต เพื่อให้ตัวคอนกรีตแอโนดจ่ายกระแสไฟให้เหล็กเสริมโดยตรงและไม่ต้องใช้กระแสไฟจากภายนอกอีก นิยมใช้กับคอนกรีตเสริมเหล็กที่แช่อยู่ในน้ำทะเล น้ำกร่อย น้ำจืด หรือในดิน เช่น คานคอดินของบ้านหรืออาคารต่างๆ ข้อดีคือสามารถวางแผนเพื่อเปลี่ยนโลหะกันกร่อนได้ตามวงรอบการใช้งานได้ และไม่จำเป็นต้องมีการบำรุงรักษาเหมือนการใช้ Rectifier จึงมีความสะดวกในการใช้งานและช่วยลดต้นทุนในการซ่อมบำรุงได้
- วิธีการติดตั้งคอนกรีต แอโนด(Concrete Anode) เข้ากับเหล็กเสริมในคอนกรีต คอนกรีต แอโนด (Concrete Anode) มีลักษณะรูปร่างคล้ายลูกปูน มีลวดยาวออกมา 2 ด้านเพื่อใช้ผูกติดกับเหล็กเสริมก่อนทำการเทคอนกรีต ระยะทำการของคอนกรีตแอโนดจะต้องมีระยะป้องกันไม่น้อยกว่า 50 เซนติเมตร ตามมาตรฐานอุตสาหกรรม โดยสามารถใช้กับคอนกรีตที่เทหล่อเสา คาน หรือคอนกรีตสำเร็จรูป เช่น เสาเข็มตอกก็ได้ สามารถใช้กับงานสร้างใหม่ และงานรีโนเวทหรืองานซ่อมแซมคอนกรีตที่แตกร้าวจากแรงดันของสนิมที่เหล็กเส้นก็สามารถใช้คอนกรีตแอโนดเพื่อแก้ปัญหาได้เช่นกัน ถ้าเป็นโครงสร้างใหม่สามารถติดตั้งได้ทันที ส่วนในกรณีซ่อมแซมเหล็กโครงสร้างเดิมที่ได้รับความเสียหาย หากเหล็กโครงสร้างเดิมเสียหายรุนแรง ให้ทำการตัดทาบเหล็กใหม่ ติดตั้งคอนกรีตแอโนด จากนั้นทำการฉาบปูนปิดให้เรียบร้อย เนื่องจากโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กนั้นมีรูปแบบที่ไม่ตายตัว ขนาดของเหล็กเส้นที่ใช้ในแต่ละโครงการก็แตกต่างกัน และสภาพน้ำหรือดินของพื้นที่ตั้งของโครงการก็ส่งผลต่อการออกแบบและคำนวณจากผู้เชี่ยวชาญโดยตรง
Cathodic Protection แคโทดิก จุดจบสนิม ป้องกันปัญหาคอนกรีตแตกร้าว ในโครงการก่อสร้างที่ใช้ระบบคอนกรีตเสริมเหล็กนั้น ต้องให้ความสำคัญกับปัญหาของสนิมของเหล็กเสริมในคอนกรีต เพราะจะทำให้คอนกรีตแตกร้าว โครงการเกิดความเสียหายต้องซ่อมแล้วซ่อมอีก ส่งผลต่อการใช้งานระยะยาวของเจ้าของโครงการ โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มี ดินเค็ม ใกล้น้ำ ยิ่งต้องให้ความสำคัญกับการป้องกันสนิมในเหล็กเสริม มีการวางแผนการใช้งาน การติดตั้งที่ถูกวิธี ปัจจุบันมีผู้ผลิตติดตั้ง Cathodic Protection แคโทดิก ที่มีความเชี่ยวชาญหลายเจ้าในตลาด เจ้าของโครงการสามารถปรึกษาวิศวกร ผู้รับเหมาที่รับผิดชอบโครงการ ในการติดตั้งตรวจสอบ เป็นจุดที่ไม่ควรมองข้ามอย่างยิ่ง
