ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์คืออะไร รวบรวมข้อมูลสำหรับมือใหม่

  ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์อยู่คู่กับงานก่อสร้างไทยนานนับร้อยปี เป็นที่รู้จักดีสำหรับวงการก่อสร้าง ผู้รับเหมา เจ้าของโครงการ และเป็นสิ่งที่เจ้าของบ้านควรรู้ การทำความรู้จักและเลือกใช้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ให้ถูกประเภท จึงมีความสำคัญต่องานก่อสร้างอย่างมาก ดังนั้นเนื้อหาของบทความนี้จะมุ่งเน้นไปที่ ประวัติ ความรู้เกี่ยวกับปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ และเข้าใจโครงสร้างการใช้งานของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ 5 ประเภท หากได้อ่านบทความนี้ ผู้อ่านจะสามารถนำปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ทั้ง 5 ประเภท นี้ไปใช้กับงานของผู้อ่านได้อย่างเหมาะสมและมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์คือ

  ปูนซีเมนต์ชนิดหนึ่งที่ใช้กันทั่วโลก เป็นส่วนผสมพื้นฐานของคอนกรีต ปูนฉาบ ปูนปั้น และยาแนว ได้รับการพัฒนาจากปูนขาวไฮดรอลิกในอังกฤษเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 โดยคุณ Joseph Aspdin

   ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์มักจะทำจากหินปูน เป็นผงละเอียด เกิดจากการทำเผาหินปูนและแร่ดินเหนียวด้วยความร้อนจนเกิดเป็นปูนเม็ด หลังจากนั้นก็บดปูนเม็ด แล้วเติมยิปซั่ม 2 ถึง 3 เปอร์เซ็นต์จะได้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์

   ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์มีหลายประเภท โดยทั่วไปเรียกว่าปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ธรรมดาสีเทา Ordinary Portland Cement (OPC) แต่ก็มีปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สีขาว White Portland ให้เลือกเช่นกัน

   ชื่อปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ได้มาจากความคล้ายคลึงกับหินพอร์ตแลนด์ซึ่งถูกขุดขึ้นมาบนเกาะพอร์ตแลนด์ในดอร์เซตประเทศอังกฤษ มันถูกตั้งชื่อโดยคุณ Joseph Aspdin ซึ่งเป็นผู้ได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 1824 

ปูนซีเมนต์ไฮดรอลิก

   ปูนซีเมนต์ไฮดรอลิก (ซีเมนต์ที่ไม่เพียงแข็งตัวโดยการทำปฏิกิริยากับน้ำ แต่ยังก่อตัวเป็นผลิตภัณฑ์กันน้ำได้ด้วย) ผลิตโดยเครื่องบดปูนเม็ด ซึ่งประกอบด้วยแคลเซียมซิลิเกตไฮดรอลิกเป็นหลัก ส่วนที่เหลือประกอบด้วย อะลูมิเนียม เหล็กและสารประกอบอื่น ๆที่ติดมากับหินปูน อัตราส่วนต้องไม่น้อยกว่า 2% ปริมาณแมกนีเซียมออกไซด์ ต้องไม่เกิน 5.0%

   ปูนเม็ดประกอบด้วย ซีเมนต์มากกว่า 90% พร้อมด้วยแคลเซียมซัลเฟต ในปริมาณจำกัด และมีส่วนประกอบย่อย มากถึง 5% ตามมาตรฐานต่างๆ ปูนเม็ดมีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 5.1 ถึง25.4 มิลลิเมตร

คุณสมบัติของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์

   เพื่อให้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ จึงเติมแคลเซียมซัลเฟต(ยิปซั่ม)ในปริมาณ 2–8% (โดยทั่วไปคือ 5%) ลงในปูนเม็ด และบดส่วนผสมให้ละเอียดเพื่อให้เกิดเป็นปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สำเร็จรูป (ปูนซีเมนต์ผง) ซึ่งสามารถทำได้ในโรงงานปูนซีเมนต์

   โรงงานจะทำการทดสอบคุณภาพของปูนซีเมนต์ผง เพื่อให้มั่นใจว่าคุณสมบัติของสินค้าได้มาตราฐานสากล โดยการวัดความละเอียดที่มักใช้คือ “พื้นที่ผิวจำเพาะ” (พื้นที่ผิวอนุภาครวม)หน่วยมวลของซีเมนต์

  อัตราการเกิดปฏิกิริยาเริ่มต้นของปูนซีเมนต์เมื่อเติมน้ำ (สูงสุด 24 ชั่วโมง)  จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ผิวจำเพาะ ค่าทั่วไปคือ:

320–380 ตร.ม. · กก.  สำหรับซีเมนต์เอนกประสงค์

450–650 ตร.ม. · กก.  สำหรับซีเมนต์ที่ ‘ทำให้แข็งตัวเร็ว’

   เมื่อมั่นใจว่าคุณสมบัติปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ได้มาตรฐานแล้ว ซีเมนต์จะถูกลำเลียงโดยสายพานหรือปั๊มผงไปยังไซโลเพื่อจัดเก็บ โดยปกติโรงงานปูนซีเมนต์จะมีพื้นที่ไซโลเพียงพอสำหรับการผลิตหนึ่งถึง 20 สัปดาห์ (ขึ้นอยู่กับวงจรอุปสงค์ในท้องถิ่น) ซีเมนต์จะถูกส่งไปยังผู้ใช้ปลายทางไม่ว่าจะในรูปแบบถุงหรือในรูปแบบผงที่ถูกเป่าจากยานพาหนะแรงดันเข้าสู่ไซโลของลูกค้า

ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ผลิตคอนกรีต

   ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ส่วนใหญ่ใช้ผลิตคอนกรีต คอนกรีตเป็นวัสดุผสมที่ประกอบด้วยมวลรวม กรวด ทราย ซีเมนต์ และน้ำ คอนกรีตสามารถหล่อได้เกือบทุกรูปทรงที่ต้องการ และเมื่อแข็งตัวแล้ว ก็จะกลายเป็นองค์ประกอบโครงสร้าง (รับน้ำหนัก)

   คอนกรีตสามารถนำมาใช้ในการก่อสร้างองค์ประกอบโครงสร้าง เช่น แผง คาน และเฟอร์นิเจอร์ริมถนน หรืออาจเป็นการหล่อในแหล่งกำเนิดสำหรับโครงสร้างส่วนบน เช่น ถนนและเขื่อน สิ่งเหล่านี้อาจจัดหาคอนกรีตผสมที่ไซต์งาน หรืออาจจัดหาคอนกรีต ‘ผสมเสร็จ’ ที่ทำที่ไซต์ผสมถาวร

   เมื่อน้ำผสมกับปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ผลิตภัณฑ์จะเซ็ตตัวภายในไม่กี่ชั่วโมง และแข็งตัวภายในระยะเวลาหลายสัปดาห์ กระบวนการเหล่านี้อาจแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับส่วนผสมที่ใช้และเงื่อนไขการบ่มของผลิตภัณฑ์

   คอนกรีตทั่วไปจะแข็งตัวภายในเวลาประมาณ 6 ชั่วโมงและพัฒนากำลังรับแรงอัดที่ 8 MPa ใน 24 ชั่วโมง ความแรงเพิ่มขึ้นเป็น 15 MPa ที่ 3 วัน, 23 MPa ที่ 1 สัปดาห์, 35 MPa ที่ 4 สัปดาห์ และ 41 MPa ที่ 3 เดือน โดยหลักการแล้ว ความแข็งแรงจะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ตราบเท่าที่ยังมีน้ำเพื่อให้ความชุ่มชื้นอย่างต่อเนื่อง แต่โดยปกติแล้วคอนกรีตจะแห้งสนิทหลังจากผ่านไป 2-3 สัปดาห์

รู้จักการใช้งานของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ทั้ง 5 ประเภท

ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์มีอยู่ 5 ประเภท ดังนี้:

1. ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภท 1 เรียกว่าปูนซีเมนต์ทั่วไป
      โดยทั่วไปจะถือว่าเว้นแต่จะระบุประเภทอื่นไว้ นิยมใช้ในงานก่อสร้างทั่วไป โดยเฉพาะงานคอนกรีตอัดแรงและคอนกรีตอัดแรงสำเร็จรูปที่ไม่ต้องสัมผัสกับดินหรือน้ำบาดาล

1. ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภท 2 ต้านทานต่อซัลเฟตปานกลางและระบายความร้อนน้อยลงระหว่างการให้น้ำ
      ปูนซีเมนต์ประเภทนี้มีราคาใกล้เคียงกับประเภทที่ 1 เหมาะกับการใช้สำหรับก่อสร้างทั่วไปที่ต้องสัมผัสกับซัลเฟตในระดับปานกลาง และมีไว้สำหรับใช้เมื่อคอนกรีตสัมผัสกับดินและน้ำบาดาล โดยเฉพาะอย่างยิ่งพื้นที่ที่มีปริมาณกำมะถันสูงในดิน

3. ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภท 3 มีความแข็งแกร่งในช่วงแรกค่อนข้างสูง
      ซีเมนต์นี้มีลักษณะคล้ายกับประเภทที่ 1 แต่บดละเอียดกว่า โดยบดลงบนพื้นผิวเฉพาะซึ่งโดยทั่วไปจะสูงกว่า 50–80% ระดับยิปซั่มอาจเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ทำให้คอนกรีตที่ใช้ปูนซีเมนต์ประเภทนี้มีกำลังอัด 3 วันเท่ากับกำลังอัด 7 วัน ในปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภท 1 และ 2 กำลังอัดเจ็ดวันเกือบเท่ากับกำลังอัด 28 วันในปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภท 1 และ 2 ข้อเสียเพียงอย่างเดียวคือ ความแข็งแกร่งในช่วงหกเดือนของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภท 3 นั้นเท่ากันหรือน้อยกว่าประเภท 1 และ 2 เล็กน้อย      ดังนั้นความแข็งแกร่งในระยะยาวจึงเสียไป  โดยปกติจะใช้สำหรับการผลิตคอนกรีตสำเร็จรูป ซึ่งมีความแข็งแรงสูงในหนึ่งวันช่วยให้แม่พิมพ์หมุนเวียนได้อย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ยังอาจใช้ในการก่อสร้างและซ่อมแซมในกรณีฉุกเฉิน และการก่อสร้างฐานเครื่องจักรและการติดตั้งประตู

4. ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภท 4 มีความร้อนต่ำในการให้ความชุ่มชื้น
       ส่งผลให้กำลังของคอนกรีตมีการพัฒนาอย่างช้าๆ หลังจากผ่านไปหนึ่งหรือสองปี ความแข็งแรงจะสูงกว่าประเภทอื่นๆ หลังจากการบ่มเต็มที่ ซีเมนต์นี้ใช้สำหรับโครงสร้างคอนกรีตขนาดใหญ่มาก เช่น เขื่อน ซึ่งมีอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรต่ำ โดยทั่วไปปูนซีเมนต์ประเภทนี้มักไม่มีผู้ผลิตเก็บไว้ แต่บางรายอาจพิจารณาสั่งทำพิเศษจำนวนมาก ปูนซีเมนต์ประเภทนี้ไม่ได้ผลิตมาหลายปีแล้ว เนื่องจากปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์-ปอซโซลานและการเติมตะกรันเตาหลอมแบบบดละเอียดเป็นทางเลือกที่ถูกกว่า

5. ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภท 5 ต้านทานต่อซัลเฟตสูง   
      ประเภทนี้ใช้ในคอนกรีตที่ต้องสัมผัสกับดินที่เป็นด่างและซัลเฟตของน้ำใต้ดินซึ่งทำ ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภท 5 ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยการใช้ซีเมนต์ธรรมดาที่เติมตะกรันเตาถลุงแบบบดละเอียดหรือซีเมนต์ผสมตะกรันและเถ้าลอย

ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ขาว

  ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สีขาวหรือปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ธรรมดาสีขาว มีลักษณะคล้ายกับปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ธรรมดาสีเทาทุกประการ ยกเว้นมีความขาวในระดับสูง การได้สีนี้ต้องใช้วัตถุดิบที่มีความบริสุทธิ์สูง และการปรับเปลี่ยนวิธีการผลิตบางอย่าง รวมถึงอุณหภูมิเตาเผาที่สูงขึ้น (ปกติคือ 1,450 °C) ซีเมนต์ขาวจึงต้องมีอุณหภูมิการเผาผนึกที่สูงขึ้น (ประมาณ 1,600 °C) ด้วยเหตุนี้จึงมีราคาแพงกว่าผลิตภัณฑ์สีเทาค่อนข้างมาก

ข้อควรระวังของ ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์

   ถุงปูนซีเมนต์มักมีคำเตือนด้านสุขภาพและความปลอดภัยพิมพ์อยู่บนถุง เนื่องจากปูนซีเมนต์ไม่เพียงแต่มีความเป็นด่างสูงเท่านั้น คุณสมบัติปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ยังเป็นแบบคายความร้อนอีกด้วย ผลที่ได้คือปูนซีเมนต์เปียกมีฤทธิ์กัดกร่อนอย่างรุนแรงและอาจทำให้ผิวหนังไหม้อย่างรุนแรงหากไม่ล้างออกด้วยน้ำทันที

   ในทำนองเดียวกัน ผงปูนซีเมนต์แห้งที่สัมผัสอาจทำให้เกิดอาการระคายเคืองต่อดวงตาหรือทางเดินหายใจอย่างรุนแรงได้ ปฏิกิริยาของฝุ่นซีเมนต์กับความชื้นในทางเดินหายใจและปอดอาจทำให้ร่างกายเกิดการผลข้างเคียงจากสารเคมี เช่นเดียวกับอาการปวดหัว เหนื่อยล้าและมะเร็งปอด เป็นต้น