ศึกษาของสวิตเซอร์แลนด์เผยว่าความชื้นเป็นปัจจัยสำคัญในการกัดกร่อนคอนกรีต

ตามแบบจำลองใหม่ของสถาบันเทคโนโลยีเศรษฐกิจศาสตร์ (ETH Zurich) ของสวิตเซอร์แลนด์ สูตรคอนกรีตต่ำคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) สามารถใช้งานได้อย่างยั่งยืนในบางสถานที่ถึง 50 ปี แต่ในสถานที่อื่นอาจเกิดการเสื่อมสภาพเร็วกว่านั้น แบบจำลองนี้เผยแพร่ในวันที่ 7 กันยายน เพื่อส่งเสริมการใช้งานคอนกรีตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างแพร่หลายโดยไม่เพิ่มปัญหาด้านการบำรุงรักษาเพิ่มเติม ทีมวิจัยทดสอบสามสูตรคอนกรีต และใช้ข้อมูลด้านอุตุนิยมวิทยาจากสวิตเซอร์แลนด์ (Zurich), นอร์เวย์ (Bergen), บราซิล (Manaus) และจีน (Huailai) รวมทั้งติดตามการเปลี่ยนแปลงความชื้นภายในคอนกรีตและคำนวณอัตราการสึกกร่อนของเหล็กเส้น

ความชื้นเป็นปัจจัยสำคัญ

อิทธิพลของความชื้นต่อคอนกรีต

คอนกรีตเป็นส่วนสำคัญที่ไม่อาจขาดไปในสถาปัตยกรรมสมัยใหม่ แต่การผลิตซีเมนต์จะปล่อยมากถึง CO₂ ซีเมนต์ต่ำการปล่อยก็ช่วยให้สามารถสร้างอาคารที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมได้ แต่คอนกรีตที่ผลิตจากสูตรเหล่านี้มักจะมีการคาร์บอเนชันเร็วกว่าสูตรปกติ กระบวนการคาร์บอเนชัน คือการที่ CO₂ ในบรรยากาศซึมเข้าไปในคอนกรีตและเปลี่ยนแปลงส่วนผสมทางเคมีของมัน ซึ่งอาจทำให้ชั้นป้องกันเหล็กเส้นถูกลดลง ทำให้เหล็กเส้นเกิดสึกกร่อน มาตรฐานปัจจุบันเน้นที่การล่าช้าการคาร์บอเนชัน วิจัยชี้ว่านี้จะมองข้ามข้อเสียของสูตรต่ำ CO₂ ในการสึกกร่อนของเหล็กเส้น

อิทธิพลของความชื้นมากกว่าผลต่างระหว่างสามสูตร คริสเตียนา อัลเบิร์ต (Cristhiana Albert) จากสถาบันวัสดุก่อสร้าง ETH Zurich กล่าวว่า เหล็กเส้นในคอนกรีตชื้นสึกกร่อนได้เร็วกว่าในคอนกรีตแห้งถึง 100 เท่า

พฤติกรรมของคอนกรีตในสภาพอากาศที่แตกต่างกัน

แม้ว่าสภาพอากาศของสี่สถานที่จะแตกต่างกัน แต่มาตรฐานยุโรปจัดสี่สถานที่นี้ลงในประเภทเดียวกัน คือ "สลับระหว่างชื้นและแห้ง" แบบจำลองแสดงว่าคอนกรีตชนิดเดียวกันอาจแสดงพฤติกรรมที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงในแต่ละสถานที่ "อิทธิพลของสภาพอากาศมากกว่าที่เราคาดคิด คอนกรีตชนิดเดียวกันอาจแสดงพฤติกรรมที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงในสภาพอากาศที่แตกต่างกัน" อัลเบิร์ต อังสต์ (Ueli Angst) ศาสตราจารย์ด้านความทนทานของวัสดุ ETH Zurich กล่าว เบร์เกนและมานาอุสให้ตัวอย่างที่ชัดเจน ทั้งสองสถานที่มีปริมาณน้ำฝนประมาณ 2,500 มิลลิเมตรต่อปี แต่อัตราการสึกกร่อนที่คำนวณได้กลับแตกต่างกัน

ความแตกต่างนี้สามารถอธิบายได้ด้วยปัจจัยของเวลา คอนกรีตดูดซับน้ำได้อย่างรวดเร็ว แต่แห้งช้ากว่า ลำดับของฤดูฝนและฤดูแห้งมีผลมากกว่าปริมาณน้ำฝนหรือความชื้นเฉลี่ยต่อปี ดังนั้น บางชนิดของคอนกรีตต่ำ CO₂ อาจใช้งานได้อย่างยั่งยืนถึง 50 ปีหรือมากกว่าในบางสถานที่ แต่ในสภาพแวดล้อมอื่นอาจเกิดการเสื่อมสภาพเร็วกว่า

แบบจำลองนี้ยังต้องได้รับการยืนยันในสถานการณ์จริง ผลลัพธ์ของการศึกษาไม่ได้หมายความว่าคอนกรีตต่ำ CO₂ ไม่ทนทานหรือไม่ปลอดภัย ความแข็งแรงของมันสามารถเทียบเท่ากับคอนกรีตแบบดั้งเดิม แม้ว่าอัตราการคาร์บอเนชันจะเร็วกว่า แต่ถ้าวัสดุไม่ชื้น อัตราการสึกกร่อนของเหล็กเส้นอาจยังคงช้าอยู่ "เราต้องเข้าใจพฤติกรรมระยะยาวของคอนกรีตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในสภาพอากาศที่แตกต่างกัน" อัลเบิร์ต กล่าว ดังนั้น โครงการในอนาคตอาจต้องเลือกคอนกรีตตามสภาพอากาศท้องถิ่น ไม่ใช่ใช้มาตรฐานเดียวกันในทุกภูมิภาค โดยเฉพาะในพื้นที่ที่ชื้นมากอาจต้องมีมาตรการเพิ่มเติมเพื่อจำกัดการซึมของน้ำ

"มาตรฐานปัจจุบันจึงอาจกลายเป็นอุปสรรคสำหรับวัสดุใหม่ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม" อังสต์ เสริม

วิธีการนี้ยังไม่พร้อมใช้งานสำหรับการวางแผนปกติ การคำนวณยังคงซับซ้อน และต้องมีการยืนยันในอาคารจริงก่อนที่นักวิจัยจะสามารถพัฒนาวิธีการที่ง่ายขึ้นในการประเมินคอนกรีตใหม่ การทดสอบสภาพอากาศในอนาคตอาจพิจารณาถึงการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ ความถี่และระยะเวลาของฝนและช่วงแห้งแล้งอาจเปลี่ยนแปลงอัตราการสึกกร่อน และกำหนดว่าคอนกรีตต่ำ CO₂ ใดที่ยังเหมาะสมสำหรับสถานที่ในระยะยาว

ความท้าทายและการตอบสนองของคอนกรีตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

การตระหนักถึงสิ่งแวดล้อมเพิ่มขึ้น คอนกรีตต่ำ CO₂ จึงได้รับความสนใจมากขึ้น แต่ความทนทานระยะยาวของมันกลับได้รับความท้าทายจากปัจจัยสภาพอากาศ การศึกษาพบว่าความชื้นมีอิทธิพลต่อการสึกกร่อนของเหล็กเส้นมากกว่าสูตรคอนกรีตเอง หมายความว่าในสภาพอากาศที่แตกต่างกัน พฤติกรรมของคอนกรีตอาจแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง การค้นพบนี้กระตุ้นให้อุตสาหกรรมการก่อสร้างได้พิจารณาใหม่ถึงมาตรฐาน ในอนาคตการเลือกคอนกรีตต้องพิจารณาถึงลักษณะของสภาพอากาศในท้องถิ่นเพื่อให้แน่ใจว่าความทนทานและความปลอดภัยของโครงสร้าง