• หน้าแรก
• เกี่ยวกับเรา
• สินค้า
• บริการ
• เว็บบอร์ด
• ติดต่อเรา

การใช้แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เสริมกำลังเสาอาคารต้านทาน
แผ่นดินไหว

การวิบัติหรือความเสียหายที่เกิดขึ้นกับเสานี้ สามารถป้องกันได้โดยการเสริมกำลังเสาด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การขยายขนาดเสาให้โตขึ้น การพันเสาด้วยแผ่นเหล็ก เป็นต้น วิธีการเหล่านี้เป็นวิธีดั้งเดิมที่ใช้เหล็ก และ คอนกรีตเป็นวัสดุเสริมกำลัง วิธีดั้งเดิมนี้มีข้อดีคือราคาไม่แพง แต่ มีข้อเสียคือต้องใช้แรงงานและระยะเวลาในการก่อสร้างมาก และ บางครั้งอาจจะต้องปิดการใช้งานโครงสร้างเพื่อทำการเสริมกำลัง ปัจจุบันการค้นคว้าวิจัยวัสดุใหม่ๆมีความก้าวหน้าไปอย่างมาก โพลีเมอร์เสริมเส้นใย (Fiber Reinforced Polymer) เป็นวัสดุใหม่ที่ทำขึ้นมาจากเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง (high strength fibers) ฝังตัวในโพลีเมอร์เรซิน เส้นใยที่ใช้มีหลายประเภทได้เช่น เส้นใยคาร์บอน เส้นใยแก้ว เส้นใยอะรามิด เป็นต้น (ดูรูป 2) แต่ที่ได้มีการศึกษาค้นคว้ามา พบว่าเส้นใยคาร์บอนมีความแข็งแรงสูงมากมีกำลังมากกว่าเหล็กเส้นถึง 10 เท่าจึงเหมาะสมที่จะนำมาเสริมกำลังเสาเพื่อเพิ่มความแข็งแรง

ในโครงการวิจัยนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยเพื่อลดภัยพิบัติจากแผ่นดินไหวในประเทศไทยระยะที่สอง ผู้เขียนได้นำเอาแผ่นโพลีเมอร์เสริมเส้นใยคาร์บอน หรือที่เรียกว่า CFRP (Carbon fiber reinforced polymers) มาใช้ในการเสริมกำลังเสาด้วยการพันแผ่น CFRP รอบเสาตรงบริเวณที่จะเป็นจุดที่เสาเสียหาย ขั้นตอนการทำงานง่ายมากโดยเริ่มต้นจากการฉาบกาวอีพอกซี่บนแผ่น CFRP ให้แทรกเข้าไปในแผ่น CFRP จนชุ่มแล้วทำการพันแผ่น CFRP รอบเสาในบริเวณโคนเสา หรือ ตำแหน่งอื่นๆที่คาดว่าจะเกิดความเสียหาย โดยจำนวนแผ่น CFRP ที่ใช้พันขึ้นอยู่กับการออกแบบ ซึ่งต้องปรึกษาวิศวกรโครงสร้าง ในแต่ละรอบที่ทำการพันจะฉาบกาวอีพอกซีเข้าไปเพื่อให้แผ่นแต่ละแผ่นยึดติดกันและยึดกับเสาคอนกรีตอย่างมั่นคงแข็งแรง การพันแต่ละแผ่นจะต้องระวังมิให้เกิดการทาบของแผ่น CFRP ที่ตำแหน่งเดียวกัน

เพื่อให้เกิดความมั่นใจว่าแผ่น CFRP สามารถนำมาใช้เสริมกำลังเสาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผู้เขียนจึงได้ทำการทดสอบกำลังรับน้ำหนักของเสาโดยเป็นการทดสอบการโยกตัวของเสาด้วย hydraulic actuator ซึ่งแทนแรงแผ่นดินไหวที่มากระทำต่อเสาทดสอบ จากนั้นทำการเปรียบเทียบระหว่างเสาที่ไม่ได้พันด้วยแผ่น CFRP และเสาที่พันด้วยแผ่น CFRP ในการทดสอบใช้ตัวอย่างเสาที่มีความสูงต่างๆ กันได้แก่เสาสั้น เสาสูงปานกลาง และ เสายาว (รูป 4) นอกจากนี้ตัวอย่างเสาที่นำมาทดสอบยังพิจารณาการก่อสร้างจริงในประเทศไทย โดยพิจารณาทั้งกรณีที่ทำการทาบเหล็กยืนในเสาที่ฐานราก และ กรณีที่ไม่ได้ทำการทาบแต่ใช้วิธีฝังเหล็กยืนในเสาลงไปในฐานรากโดยตรง           

ผลการทดสอบเสาเปรียบเทียบระหว่างเสาที่พันแผ่น CFRP และที่ไม่ได้พันแผ่น CFRP แสดงในรูป 5-6 จากรูปจะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าเสาที่ไม่ได้พันแผ่น CFRP จะเกิดการเสียหายอย่างหนักที่บริเวณโคนเสา ได้แก่รอยแตกร้าวหลายๆทิศทาง คอนกรีตกะเทาะหลุดออกมาจนเผยให้เห็นเหล็กเส้นที่เสริมเป็นโครงอยู่ด้านใน เหล็กเส้นเกิดการโก่งเดาะและเสียรูปจนไม่อาจต้านทานแรงได้อีกต่อไป แต่เมื่อพันเสาด้วยแผ่น CFRP แล้วพบว่าสามารถลดความเสียหายลงได้อย่างมาก และ ทำให้เสาสามารถเกิดการโยกตัวได้เพิ่มขึ้นอีก 3-4 เท่า นอกจากนี้กำลังรับน้ำหนักของเสาก็ยังเพิ่มขึ้นด้วยเช่นกัน
ในเสาที่พันด้วยแผ่น CFRP เมื่อได้ตัดแผ่น CFRP ออกไปภายหลังจากที่การทดสอบเสร็จสิ้นแล้ว เพื่อทำการตรวจสอบสภาพเนื้อคอนกรีตที่ถูกหุ้มด้วยแผ่น CFRP ดังแสดงในรูป 7 พบว่าสภาพเนื้อคอนกรีตด้านในยังดีอยู่คอนกรีตมีรอยแตกร้าวเล็กน้อย คอนกรีตไม่กะเทาะหลุดออกมา ทำให้เนื้อคอนกรีตสามารถช่วยพยุงเหล็กเส้นที่วางเป็นโครงอยู่ด้านในไม่ให้โก่งเดาะหรือเสียรูปไป และทำให้สามารถรักษากำลังรับน้ำหนักของเสา และ เพิ่มความเหนียวให้แก่เสาได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ประการสุดท้ายคือความสัมพันธ์ระหว่างกำลังรับแรงกับการโยกตัวของเสา ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบระหว่างเสาที่ไม่ได้พันด้วยแผ่น CFRP และที่พันด้วยแผ่น CFRP (รูป 8) พบว่าเสาที่พันด้วยแผ่น CFRP มีกำลังรับแรงเพิ่มขึ้น มีความเหนียวในการโยกตัวสูงขึ้น และ จากลักษณะของเส้นกราฟที่อ้วนกว่า แสดงให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพในการดูดซับและสลายพลังงานได้ดีกว่าเสาที่ไม่ได้พันด้วยแผ่น CFRP เป็นอย่างมาก