จีโอโพลีเมอร์ : คอนกรีตสีเขียว วัสดุก่อสร้างชนิดใหม่
ปูนซีเมนต์เป็นวัสดุหลักในการผลิตเป็นคอนกรีตใช้ในงานก่อสร้าง ท่านทราบหรือไม่ว่า กว่าจะได้ปูนซีเมนต์มาใช้นั้นต้องระเบิดภูเขาหินปูนขนาดใหญ่ นำมาผ่านกระบวนการชะล้าง บด เผาและอื่นๆอีกมากมาย ทุก ๆ 1 ตันของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ที่ออกมาจากเตาเผา ต้องใช้อุณหภูมิสูงถึง 1400 องศาเซลเซียส ก็จะมีคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ถูกปลดปล่อยสู่บรรยากาศประมาณ 1 ตันเท่ากัน ซึ่งทำให้อุณหภูมิบรรยากาศของโลกเพิ่มสูงขึ้น
จะดีกว่าหรือไม่ หากเรามีวัสดุตัวใหม่ที่ใช้ในงานก่อสร้างได้เทียบเท่ากับคอนกรีต แต่กระบวนการผลิตนั้นสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้ปูนซีเมนต์ และไม่ต้องใช้ความร้อนสูงเหมือนการผลิตปูนซีเมนต์ !
จีโอโพลีเมอร์ (Geopolymer)เป็นวัสดุชนิดใหม่ที่เป็นทางเลือกสำหรับใช้ในงานก่อสร้าง ซึ่งไม่มีส่วนผสมของปูนซีเมนต์และก่อให้เกิด CO2 น้อยมาก หรืออาจไม่เกิดเลย
จีโอโพลีเมอร์คืออะไร
จีโอโพลีเมอร์ เกิดจากการทำปฏิกิริยาจีโอโพลีเมอไรเซชั่นของสารละลายอัลคาไลที่มีความเข้มข้นสูง และออกไซด์ของซิลิกอนและอะลูมิเนียม กลายเป็นวัสดุที่มีโครงสร้างแข็งแรง สามารถก่อตัว แข็งตัว รับกำลังแรงอัดได้ คล้ายโครงสร้างของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ จึงเป็นวัสดุทางเลือกที่สามารถทดแทนการใช้ปูนซีเมนต์ได้ วัสดุที่ใช้ผสมทำจีโอโพลีเมอร์คือวัสดุปอซโซลาน (Pozzolanic materials) ซึ่งมีซิลิกาและอลูมินาเป็นองค์ประกอบ ได้แก่ ดินขาว ดินขาวเผาแคลไซน์ และวัสดุของเหลือจำพวกเถ้าจากโรงงานอุตสาหกรรมและการเกษตร เช่น เถ้าลอย เถ้าชานอ้อย และเถ้าแกลบ เป็นต้น
จีโอโพลีเมอร์ค้นพบครั้งแรกโดย Dr.Victor Glukhovsky ชาวรัสเซีย ในปีค.ศ.1950 ซึ่งในต่างประเทศปัจจุบันเริ่มมีการนำจีโอโพลีเมอร์มาประยุกต์ใช้ในหลายอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้า และใช้ผสมเถ้าลอยในงานเทพื้นทางเดินในประเทศออสเตรเลีย เป็นต้น แต่สำหรับประเทศไทย จีโอโพลีเมอร์ยังคงเป็นเทคโนโลยีใหม่ ยังไม่มีโรงงานอุตสาหกรรมนำมาประยุกต์ใช้ เนื่องจากยังอยู่ในช่วงการพัฒนาเพื่อการนำไปใช้งานในอนาคต
ภาพแสดง โครงสร้างทางจุลภาคของวัสดุตั้งต้น 5 ชนิด
จีโอโพลีเมอร์ วัสดุก่อสร้างชนิดใหม่ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
จากผลงานวิจัยโครงการทุนอุดหนุนวิจัย มก. เรื่องการพัฒนาจีโอโพลีเมอร์ด้วยวัสดุปอซโซลานต้นทุนต่ำในประเทศไทยเป็นวัสดุก่อสร้างสีเขียวเพื่อลดภาวะเรือนกระจก ของผศ.ดร.ดวงฤดี ฉายสุวรรณ ภาควิชาวิศวกรรมวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ได้นำวัสดุเหลือทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรมและการเกษตร 5 ชนิด คือ เถ้าลอย เถ้าแกลบ เถ้าชานอ้อย ดินขาวเผาแคลไซน์ และดินขาวดิบ มาใช้เป็นวัสดุตั้งต้นในการผลิตจีโอโพลีเมอร์ ทำการทดลองโดยใช้วัสดุตั้งต้น แบบชนิดเดียว และแบบนำมาผสมกันในสัดส่วนต่างๆ กัน รวมทั้งหาสัดส่วนที่เหมาะสมของสารละลายอัลคาไลที่ใช้คือ สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ ผสมกับสารละลายโซเดียมซิลิเกต ทำการศึกษา วิเคราะห์ และทดสอบสมบัติทางกลและทางกายภาพของชิ้นงานตามมาตรฐานวัสดุก่อสร้าง ได้แก่ การดูดซึมน้ำ ความหนาแน่นและความพรุนตัว เทียบกับค่ากำลังรับแรงอัด
ภาพแสดง การทดลองซ่อมแซมพื้นผิวการก่อสร้างด้วยจีโอโพลีเมอร์
จากการทดลองจึงได้ผลของปริมาณสารละลายอัลคาไลที่เหมาะสมในการผสมจีโอโพลีเมอร์ และค่าสัดส่วน ของวัสดุตั้งต้นที่จะได้จีโอโพลีเมอร์ที่มีกำลังรับแรงอัดสูงโดยพบว่า เถ้าลอยเป็นวัสดุที่มีสมบัติที่เหมาะสมที่สุดในการผลิตจีโอโพลีเมอร์ โดยใช้ปริมาณสารละลายอัลคาไลต่ำ และให้ค่ากำลังรับแรงอัดสูง นอกจากนั้น ยังพบว่า จีโอโพลีเมอร์จากดินขาวเผาแคลไซน์ และจากเถ้าลอยสามารถแข็งตัวได้ที่อุณหภุมิห้อง ส่วนจีโอโพลีเมอร์จากเถ้าชานอ้อยและจากเถ้าแกลบไม่เหมาะสมต่อการขึ้นรูปเป็นจีโอโพลีเมอร์ เนื่องจากแข็งตัวช้าที่อุณหภูมิห้องและละลายเมื่อโดนน้ำ แต่เมื่อปรับปรุงโดยเพิ่มปริมาณเถ้าลอยและดินขาว ลงในจีโอโพลีเมอร์ที่ผสมกับเถ้าชานอ้อยและที่ผสมเถ้าแกลบ พบว่า กำลังรับแรงอัดเพิ่มขึ้นและชิ้นงานสามารถแข็งตัวได้ที่อุณหภูมิห้อง และไม่ละลายเมื่อแช่ในน้ำ
การทดสอบยังพบว่าสามารถใช้ดินขาวดิบแทนดินขาวเผาแคลไซน์ในการผลิตจีโอโพลีเมอร์ได้ ซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงานความร้อนในการเผาที่ต้องใช้เวลากว่า 6-8 ชั่วโมงลงได้
ผลจากการทดสอบทั้งหมดนี้ นักวิจัยจึงได้เลือกจีโอโพลีเมอร์มอร์ต้าจากเถ้าลอย 60 % ที่ให้กำลังรับแรงอัดสูงที่สุดมาใช้ทดสอบในงานก่อสร้าง โดยพบว่ามีคุณสมบัติเหมาะสม สำหรับงานฉาบและงานซ่อมแซม และมีศักยภาพสูงในเชิงพาณิชย์ เนื่องจากเมื่อคำนวณต้นทุนของจีโอโพลีเมอร์พบว่ามีราคาใกล้เคียงกับปูนซีเมนต์ แต่จีโอโพลีเมอร์เป็นการนำวัสดุเหลือทิ้งมาใช้ประโยชน์ เป็นกระบวนการผลิตที่คำนึงถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากเกิด CO2 น้อยมาก นับว่าเป็นคอนกรีตสีเขียว วัสดุก่อสร้างชนิดใหม่ที่น่าจับตามองอย่างยิ่ง
 |
ที่มาข้อมูล : โครงการวิจัยทุนอุดหนุนวิจัย มก. หัวหน้าโครงการ : ผศ.ดร.ดวงฤดี ฉายสุวรรณ ภาควิชาเทคโนโลยีชีวภาพ คณะอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ เรื่องโดย : วันเพ็ญ นภา ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มก. โทร. 0-2561-1474 |
| ผศ.ดร.ดวงฤดี ฉายสุวรรณ |