ด้วยนวัตกรรมการก่อสร้างที่ล้ำสมัย ประกอบกับวัสดุก่อสร้างที่ถูกพัฒนาไปอีกขั้น สามารถช่วยลดต้นทุนการผลิตด้วยการใช้วัสดุที่หมุนเวียนได้ ช่วยให้ลดต้นทุนการก่อสร้างไปได้มากพอสมควร แต่ด้วยวัสดุบางประเภทยังมีการนำเข้าจากต่างประเทศส่งผลให้มีต้นทุนการก่อสร้างที่สูงมาก

แต่คนไทยก็ไม่เป็นสองรองใครได้คิดค้น วิจัยและพัฒนาวัสดุก่อสร้างที่จะช่วยลดต้นทุน ลดเวลา และทดแทนวัสดุเดิมหรือเปลี่ยนวัสดุที่เหลือใช้ให้กลับกลายมาเป็นวัสดุที่สำคัญได้ วันนี้ BuilderNews จะพาผู้อ่านไปพบกับนวัตกรรมวัสดุก่อสร้างที่น่าสนใจ จากโครงการขับเคลื่อนผลงานวิจัยสู่เชิงพาณิชย์ โดยสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.)

เทคโนโลยีวัสดุก่อสร้างจากขี้เถ้าเชิงพาณิชย์

ขี้เถ้าเป็นวัสดุเหลือทิ้งที่ยังไม่ถูกนำไปใช้เท่าที่ควร ถึงจะมีเทคโนโลยี ปอซโซลาน ในการนำไปผสม ปูนซีเมนต์ แต่ก็ยังมีขี้เถ้าตกค้างตามโรงงานต่าง ๆ เพราะการผสมปูนซีเมนต์ ต้องการเถ้าลอยเกรดเฉพาะ และปริมาณมากพอ เถ้าลอยตกเกรด และเถ้าหนักจึงมีช่องทางในการใช้งานได้อีกมาก โดยเฉพาะการนำมาใช้ในโรงงานชิ้นส่วนคอนกรีตสำเร็จรูปที่กระจายอยู่ทั่วประเทศ

จุดเด่นของเทคโนโลยีตัวนี้อยู่ที่สามารถใช้ได้กับโรงงานชิ้นส่วนคอนกรีตสำเร็จรูปขนาดเล็ก โรงงานผลิตคอนกรีตบล็อก โรงงานบล็อกประสาน โรงงานที่มีขี้เถ้า ทั้งเถ้าลอยถ่ายหิน เถ้าชีวมวล และเถ้าหนัก

วิจัยและพัฒนาโดยคุณพิชิต เจนบรรจง จากศูนย์เชี่ยวชาญนวัตกรรมวัสดุ สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย

 

กรรมวิธีการผลิตเฮมพ์กรีตและเฮมพ์คอนกรีตจากแกนเฮมพ์ผสมเถ้าถ่านหิน

เฮมพ์กรีต (Hempcrete) หรือ เฮมพ์-ไลม์ (Hemp-Lime) ซึ่งเป็นชื่อขานเรียกทางแถบทวีปยุโรป ถูกพัฒนาขึ้นก่อนปีคริสตศักราช 1990 ที่ประเทศฝรั่งเศส เฮมพ์กรีตเป็นวัสดุก่อสร้างชีวภาพที่ได้จากการผสมแกนเฮมพ์หรือเส้นใยเฮมพ์กับปูนไลม์และน้ำ แต่ถ้าผสมร่วมกับปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์และมวลรวมธรรมชาติจะมีชื่อเรียกเป็น เฮมพ์คอนกรีต (Hemp Concrete) สามารถอัดหรือหล่อขึ้นรูปโดยใช้แรงอัดหรือแรงดันในแบบหล่อ

เมื่อปูนไลม์ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับเซลลูโลสของแกนเฮมพ์จับตัวกันกลายเป็นวัสดุแข็ง เรียกว่า “Bonded Cellulose Insulation” มีความแข็งแรงมากเมื่อสัมผัสกับอากาศเป็นระยะเวลานาน ส่วนมากใช้ทำเป็นวัสดุก่อสร้าง ประเภทวัสดุก่อผนัง วัสดุเทพื้น วัสดุโครงสร้าง หรือแม้แต่งานฉนวน ที่รับน้ำหนักบรรทุกไม่มาก เฮมพ์กรีต มีคุณสมบัติ น้ำหนักเบา ความหนาแน่นต่ำ มีคุณสมบัติเป็นฉนวน คลายความร้อนได้เร็ว ดูดซับกลิ่น ไม่ลามไฟ และสามารถดูดซับก๊าซคาร์บอนไดร์ออกไซด์ได้ดี

จุดเด่นเทคโนโลยี

– เฮมพ์กรีตจากแกนเฮมพ์ผสมเถ้าถ่านหิน มีคุณสมบัติทางวิศวกรรม เช่น ค่ากำลังอัดอยู่ระหว่าง 20 – 25 กก./ตร.ซม. ค่าความหนาแน่นอยู่ระหว่าง 400 – 800 กก./ลบ.ม. ค่านำความร้อนอยู่ระหว่าง 0.08 – 0.15 วัตต์/ม.°เคลวิน และค่าการทนไฟประมาณ 1.5 – 2 ชั่วโมง

– เฮมพ์คอนกรีตจากแกนเฮมพ์ที่ผ่านการปรับปรุงคุณภาพผสมเถ้าถ่านหิน มีค่ากำลังอัดประมาณ 170 กก./ตร.ซม. ค่าความหนาแน่นประมาณ 1,450 กก./ลบ.ม. ค่าการดูดซึมน้ำประมาณ 15 % และค่านำความร้อนอยู่ระหว่าง 0.22 – 0.28 วัตต์/ม.°เคลวิน ที่อายุ 28 วัน

– เฮมพ์กรีตและเฮมพ์คอนกรีต ที่ใช้แกนเฮมพ์ผ่านการปรับปรุงคุณภาพด้วยสารอลูมิเนียมซัลเฟต (Al2(SO4)3) ส่งผลให้ค่ากำลังมีค่ามากกว่าเฮมพ์กรีตและเฮมพ์คอนกรีตที่ใช้แกนเฮมพ์ไม่ผ่านการปรับปรุงคุณภาพถึง 4 เท่า

– เฮมพ์กรีตและเฮมพ์คอนกรีตจากแกนเฮมพ์ผสมเถ้าถ่านหิน ที่หล่อและอัดขึ้นรูปเป็นบล็อก สามารถก่อ-ฉาบ-ตกแต่งผิว โดยใช้ปูนก่อ-ปูนฉาบทั่วไปที่มีขายตามท้องตลาดได้

วิจัยและพัฒนาโดยผศ.ดร.ธีรวัฒน์ สินศิริ, ดร.ศักดิ์สิทธิ์ พันทวี และ นายพุฒิพัทธ์ ราชคำ สาขาวิชาวิศวกรรมโยธา สำนักวิชาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี

 

แผ่นปูทางเท้าและไฟเบอร์บอร์ด จากโฟมรีไซเคิล

ในปัจจุบันได้มีการใช้งานโฟมพอลิสไตรีน (Polystyrene Foam) เป็นจำนวนมาก เนื่องจากความสะดวกสบายในการใช้งาน น้ำหนักเบา หาง่ายและราคาถูกเมื่อเทียบกับวัสดุอื่น ๆ ส่วนใหญ่มักจะนำมาเป็นภาชนะบรรจุอาหารประเภทใช้แล้วทิ้ง และใช้เป็นบรรจุภัณฑ์กันกระแทก จากการใช้โฟมพอลิสไตรีนอย่างแพร่หลาย ก่อให้เกิดปริมาณจากขยะโฟมพอลิสไตรีนมากขึ้นทุกปี นักวิจัยจึงเกิดแนวความคิดในการ รีไซเคิลเหล่านี้ด้วยวิธีการที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ด้วยการละลายโฟมพอลิสไตรีนในตัวทำละลายธรรมชาติ และเพิ่มสมบัติทางกลด้วยการเสริมแรงด้วยเส้นใยธรรมชาติ ที่อัตราส่วนต่างๆ แล้วนำไปทดสอบความต้านทานแรงดึง ความยืดเมื่อขาด การเร่งการเสื่อมอายุ มอดุลัสกดอัด การดูดซับน้ำ เป็นต้น

วิจัยและพัฒนาโดยคุณพิมพ์วลัญช์ สุตะโคตร อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

กระเบื้องปูพื้นจีโอโพลิเมอร์ลายหินจากเศษแก้ว

จีโอโพลีเมอร์ เป็นวัสดุใหม่ที่สามารถนำมาประยุกต์ทำเป็นผลิตภัณฑ์เพื่อทดแทนเซรามิกได้ในบางประเภท และกำลังได้รับความสนใจในการวิจัยในปัจจุบัน เนื่องจากสามารถผลิตได้ที่อุณหภูมิห้อง จึงช่วยประหยัดพลังงานในการผลิตได้มาก โดยในงานวิจัยนี้ได้มุ่งเน้นการพัฒนากรรมวิธีการผลิตจีโอโพลิเมอร์ โดยลดการใช้สารเคมีทำให้ต้นทุนการผลิตลดลง และเพิ่มเติมการนำเศษแก้วสีมาทำเป็นลวดลายตกแต่ง ซึ่งนอกจากจะช่วยลดปัญหาการกำจัดเศษแก้วแล้ว ยังทำให้กระเบื้องที่ได้มีลวดลาย สวยงาม ช่วยสร้างมูลค่าเพิ่มได้เป็นอย่างดี

จุดเด่นเทคโนโลยี

ผลิตจากดินขาวเผาหรือเมตาเกาลิน มีโซเดียมซิลิเกตและโซเดียมไฮดรอกไซด์ ทำหน้าเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้เกิดโครงสร้างจีโอโพลิเมอร์ ส่วนเศษแก้วหลากสีทำหน้าที่เสมือนมวลรวม (Aggregate) ทำให้มีลวดลายคล้ายลายหิน โดยกระเบื้องนี้มีค่าการดูดซึมน้ำ 15-18% และมีความต้านทานต่อแรงอัด 8-12 MPa

วิจัยและพัฒนาโดย ดร.อนุชา วรรณก้อน, คุณสิทธิศักดิ์ ประสานพันธ์ และคุณวิทยา ทรงกิตติกุล จากศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

 

การผลิตโฟมโลหะแบบเซลล์เปิดที่มีต้นทุนต่ำ และควบคุมขนาดโพรงได้

ปัจจุบันโฟมอะลูมิเนียมมีขายและใช้งานในต่างประเทศ แต่ยังคงมีปริมาณการใช้งานที่ไม่มาก สาเหตุหลักประการหนึ่งที่จำกัดการใช้งานโฟมอะลูมิเนียม คือราคาขายที่สูง โดยราคาขายที่แตกต่างกันของโฟมอะลูมิเนียมต่าง ๆ สะท้อนถึงต้นทุนวัตถุดิบและการผลิต ซึ่งวัตถุดิบที่มีราคาแพงสำหรับการผลิตโฟมอะลูมิเนียม ได้แก่ สารก่อฟอง สารเพิ่มความหนืด และผงอะลูมิเนียม ส่วนขั้นตอนการผลิตที่สิ้นเปลืองพลังงานมากซึ่งทำให้การผลิตโฟมอะลูมิเนียมมีต้นทุนการผลิตสูง ได้แก่ การอบสารก่อฟองที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานานเพื่อหน่วงการสลายตัวเป็นก๊าซของสารก่อฟอง เป็นต้น

ดังนั้นการผลิตโฟมอะลูมิเนียมโดยตรงจากน้ำโลหะแทนการใช้ผงอะลูมิเนียม และการใช้สารที่มีจุดหลอมเหลวสูงกว่าโลหะอะลูมิเนียมที่สามารถแยกออกด้วยการละลายในตัวทำละลายเป็นสารที่ช่วยทำให้เกิดโพรงแทนการใช้สารก่อฟองจะสามารถช่วยลดต้นทุนวัตถุดิบและการผลิตของโฟมอะลูมิเนียม

จุดเด่นเทคโนโลยี

โฟมโลหะที่ได้มีโครงสร้างโพรงเป็นแบบเปิด (Open-cell) ซึ่งผู้ผลิตสามารถควบคุม และสามารถผลิตให้มีรูปร่างตามต้องการ ต้นทุนการผลิตต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการผลิตที่ใช้สารก่อฟอง สารเพิ่มความหนืด และผงอะลูมิเนียมเป็นวัตถุดิบ ผลิตภัณฑ์โฟมโลหะที่ได้สามารถประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย เช่น ดูดซับเสียง (Sound absorption) รับแรงกระแทก (Energy absorption) น้ำหนักเบา (Lightweight) ถ่ายเทความร้อน (Thermal management) และตกแต่ง (Decoration)

วิจัยและพัฒนาโดย ดร.สมพงษ์ ศรีมโนเสาวภาคย์ และคุณไพบูลย์ วัฒนพรภัณฑ์ ห้องปฏิบัติการการขึ้นรูปโลหะใกล้ร่างสุดท้าย ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ