การพัฒนาเถ้าจากโรงงานอุตสาหกรรมมาใช้ทดแทนปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์
 นาย จักรพันธุ์ วงษ์พา
นักศึกษา คปก. รุ่นที่ 7
[email protected]
อาจารย์ที่ปรึกษา: รศ.ดร. ไกรวุฒิ เกียรติโกมล
kraiwood.[email protected]
ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
ปัญหาโลกร้อนหรือ Global Warming นับเป็นปัญหาระดับนานาชาติที่ทุกประเทศต้องร่วมมือกันแก้ไขอย่างเร่งด่วน ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่า ต้นเหตุของปัญหาเกิดขึ้นจากหลายภาคส่วน ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงในระบบขนส่ง หรือโรงงานอุตสาหกรรม และสาเหตุของภาวะโลกร้อนที่สำคัญไม่แพ้กันแต่คนส่วนใหญ่มักคาดไม่ถึงและมองข้ามไปนั่นคือ กระบวนการผลิตปูนซีเมนต์
|
|
 ในกระบวนการผลิตปูนซีเมนต์เริ่มต้นด้วยการระเบิดภูเขาหินปูนเป็นอันดับแรก ซึ่งในขั้นนี้ได้ก่อให้เกิดปัญหาเรื่องมลภาวะทางอากาศ ปัญหาฝุ่นควัน และการทำลายสิ่งแวดล้อม จากนั้นก้อนหินขนาดใหญ่ที่เกิดจากการระเบิดจะถูกนำไปย่อยให้เล็กลงและนำไปเผาในเตาเผาเพื่อเข้าขั้นตอนการผลิตปูนซีเมนต์ต่อไป ในขั้นนี้เองที่ได้มีการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ออกมาจำนวนมาก เนื่องจากหินปูนส่วนใหญ่ประกอบไปด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) ซึ่งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์นี้เองที่เป็นต้นกำเนิดของการเกิดภาวะเรือนกระจก ได้มีการประเมินค่าการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากกระบวนการผลิตปูนซีเมนต์ออกมาเป็นตัวเลขง่ายๆ ว่า การผลิตปูนซีเมนต์ 1 ตันจะก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา 1 ตันเช่นกัน ซึ่งนับเป็นตัวเลขที่น่าตกใจไม่น้อย เนื่องจากตัวเลขล่าสุดจากสำนักงานเศรษฐกิจอุตสาหกรรม (สศอ.) ได้แสดงให้เห็นว่าปี 2551 มีการผลิตผลิตภัณฑ์ปูนซีเมนต์รวมประมาณ 35 ล้านตัน ซึ่งมีทั้งที่จำหน่ายในประเทศและส่งออก นี่ยังไม่นับรวมถึงปัญหาฝุ่นควันและปัญหาระบบนิเวศที่ตามมา ดังนั้นการลดปริมาณการใช้ปูนซีเมนต์ลง ย่อมส่งผลถึงสิ่งแวดล้อมที่ดีขึ้นในภาพรวม
ด้วยปัญหาดังกล่าวข้างต้น จึงได้มีการผลักดันให้มีงานวิจัยเกี่ยวกับการพัฒนาส่วนผสมของคอนกรีตให้มีคุณสมบัติเทียบเท่าเดิม แต่ใช้ปริมาณปูนซีเมนต์ให้น้อยลงหรือไม่ใช้เลย ซึ่งในช่วงแรกๆ การใช้เถ้าถ่านหินและเถ้าชีวมวลทดแทนปูนซีเมนต์บางส่วนได้รับความนิยมอย่างมาก เนื่องจากได้คุณสมบัติของวัสดุที่ดีขึ้นทั้งด้านกำลังอัดและความทนทาน เมื่อเทียบกับคอนกรีตที่ใช้ปูนซีเมนต์เพียงอย่างเดียว แต่ก็มีข้อจำกัดนั่นคือหากแทนที่มากเกินไปจะส่งผลเสียต่อวัสดุ ทั้งนี้โดยปกติจะสามารถแทนที่ได้สูงสุดไม่เกินร้อยละ 40 ขึ้นกับคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้แทนที่ปูนซีเมนต์ และต้องมีการศึกษาอย่างละเอียดก่อนนำไปใช้งานจริง อย่างไรก็ดี ในปัจจุบันได้มีงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการนำวัสดุชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับคอนกรีตโดยไม่ใช้ปูนซีเมนต์เลย เรียกว่า จีโอโพลิเมอร์ (Geopolymer) แต่ยังคงอยู่ในช่วงของการศึกษาและพัฒนาคุณสมบัติ ยังไม่มีการนำมาใช้งานจริงในประเทศไทย
|
|
 งานวิจัยนี้ถือเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มงานวิจัยดังกล่าว ผู้วิจัยประกอบด้วย นายจักรพันธุ์ วงษ์พา นักศึกษาปริญญาเอกในหลักสูตรวิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี และนักศึกษาในโครงการปริญญาเอกกาญจนาภิเษก (คปก.) รุ่นที่ 7 ภายใต้การดูแลของ รศ.ดร. ไกรวุฒิ เกียรติโกมล และ ศ.ดร. ชัย จาตุรพิทักษ์กุล แห่งภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี โดยได้ศึกษาการเลือกใช้วัสดุประเภทเถ้าจากโรงงานอุตสาหกรรม ได้แก่ เถ้าแกลบ-เปลือกไม้ และเถ้าถ่านหินจากกระบวนการผลิตไฟฟ้า มาเป็นวัสดุตั้งต้นในการผลิต ดังนั้น หากมองในภาพกว้างๆ ก็สามารถกล่าวได้ว่างานวิจัยนี้ช่วยลดค่าใช้จ่ายให้กับโรงงานที่ทิ้งเถ้า ลดปัญหาฝุ่นควันและมลภาวะให้แก่ชุมชนบริเวณนั้น อีกทั้งยังช่วยลดปัญหาโลกร้อนได้ในอีกทางหนึ่งด้วย
|
|
 เนื่องจากเถ้าแกลบ-เปลือกไม้ที่นำมาใช้ในงานวิจัยนี้มีองค์ประกอบทางเคมีไม่เหมาะสมนัก จึงต้องมีการปรับปรุงองค์ประกอบทางเคมีใหม่ โดยการผสมกับเถ้าถ่านหินจากโรงไฟฟ้าเพื่อให้ได้คุณสมบัติที่ดีขึ้น แต่เนื่องด้วยองค์ประกอบเคมีดังกล่าวของเถ้าทั้งสองชนิดอยู่ในรูปที่ไม่พร้อมทำปฏิกิริยา จึงต้องใช้สารละลายด่างเข้มเข้นเพื่อให้องค์ประกอบเคมีเหล่านั้นพร้อมที่จะเกิดปฏิกิริยาและจัดเรียงโครงสร้างใหม่ต่อไป ซึ่งในงานวิจัยชิ้นนี้ได้ผสมตัวอย่างทั้งหมด 10 ส่วนผสม สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่ม ได้แก่ 1. การศึกษาผลกระทบของอัตราส่วนเถ้าแกลบ-เปลือกไม้ต่อเถ้าถ่านหิน 2. การศึกษาผลกระทบของสัดส่วนเนื้อปูนในเนื้อคอนกรีต และ 3. การศึกษาผลกระทบของอัตราส่วนของเหลวต่อปริมาณเถ้าต่อคุณสมบัติทางกายภาพของตัวอย่าง
|
|
จากงานวิจัยพบว่ากำลังอัดที่ได้เป็นที่น่าพอใจ ซึ่งในขั้นต้นนี้สามารถผลิตจีโอโพลิเมอร์คอนกรีตที่มีกำลังอัดสูงสุดได้ถึง 350 กิโลกรัม/ตารางเซนติเมตร ที่อายุ 28 วัน ซึ่งเทียบเท่ากับคอนกรีตที่ใช้งานในการก่อสร้างอาคารและถนนทั่วไป และยังสามารถระบุได้ถึงปัจจัยที่ควบคุมกำลังอัดของจีโอโพลิเมอร์คอนกรีต เพื่อใช้เป็นพื้นฐานในการต่อยอดงานวิจัยต่อไป
|
|
 ในขั้นต้นนี้ยังได้มีการศึกษาเพิ่มเติมด้านคุณสมบัติเฉพาะตัวของจีโอโพลิเมอร์ที่ผลิตจากเถ้าอุตสาหกรรมประเภทนี้ เช่น การซึมผ่านน้ำ เป็นต้น ซึ่งคุณสมบัติในส่วนนี้มีความต่างจากคอนกรีตที่ผลิตจากปูนซีเมนต์ค่อนข้างมาก ดังนั้นการนำจีโอโพลิเมอร์ไปใช้งานควรต้องพิจารณาคุณสมบัติในด้านนี้ควบคู่กันไปว่าเหมาะสมที่จะนำไปใช้งานประเภทนั้นๆ หรือไม่ และยังต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติให้ดีขึ้นต่อไป
|
|