คอนกรีตเสริมเหล็กทำงานอย่างไร ทำไมบ้านและอาคารส่วนใหญ่ถึงใช้

คอนกรีตเสริมเหล็กคือการเอาวัสดุสองตัวที่เก่งคนละด้านมาทำงานด้วยกัน คอนกรีตรับแรงกดได้มาก แต่ถูกดึงนิดเดียวก็แตก เหล็กรับแรงดึงได้ดีมาก แต่ถ้าโดนน้ำและอากาศก็เป็นสนิม พอฝังเหล็กไว้ในคอนกรีตตรงจุดที่ถูกดึง คอนกรีตก็รับแรงกด เหล็กรับแรงดึง และคอนกรีตยังห่อเหล็กไว้กันสนิมไปด้วย บ้านในไทยแทบทุกหลังใช้ระบบนี้ตั้งแต่เสาเข็ม ฐานราก เสา คาน ไปถึงพื้น

แรงกดกับแรงดึง ทำไมคอนกรีตเปล่าถึงไม่พอ

ลองนึกถึงคานไม้บรรทัดที่วางพาดระหว่างหนังสือสองกอง แล้วกดตรงกลาง ไม้บรรทัดจะโก่งลง ผิวด้านบนถูกบีบเข้าหากัน ผิวด้านล่างถูกยืดออก คานคอนกรีตในบ้านก็เป็นแบบเดียวกัน เพียงแต่โก่งน้อยมากจนตามองไม่เห็น ครึ่งบนของคานรับแรงอัด ครึ่งล่างรับแรงดึง

คอนกรีตรับแรงดึงได้ราวหนึ่งในสิบของแรงอัดเท่านั้น ถ้าเทคานด้วยคอนกรีตเปล่า ท้องคานจะร้าวเมื่อรับน้ำหนักไม่มาก และรอยร้าวจะวิ่งขึ้นจนคานหัก เหล็กเส้นที่วางไว้ใกล้ท้องคานจึงเข้ามารับแรงดึงแทน ส่วนแรงอัดที่ด้านบนของคานยังเป็นงานของคอนกรีต

กฎนี้ทำให้ตำแหน่งเหล็กสำคัญไม่แพ้จำนวนเหล็ก คานช่วงกลางเหล็กล่างทำงานหนัก แต่ที่หัวเสาซึ่งคานต่อเนื่องข้ามไป แรงกลับด้าน ด้านบนของคานกลายเป็นด้านที่ถูกดึง แบบโครงสร้างจึงเขียนเหล็กเสริมบนที่หัวเสาไว้ด้วย เวลาตรวจงานให้ดูว่าเหล็กเสริมพิเศษอยู่ถูกด้านตามแบบ

ชิ้นส่วน	ด้านที่ถูกดึงเป็นหลัก	เหล็กที่ทำงานหนัก	สิ่งที่ช่างมักพลาด
คานช่วงกลาง	ด้านล่าง	เหล็กล่าง	ลูกปูนหนุนน้อย เหล็กล่างแนบท้องแบบ
คานที่หัวเสา	ด้านบน	เหล็กบนและเหล็กเสริมพิเศษ	ตัดเหล็กเสริมพิเศษสั้นกว่าแบบ
พื้นช่วงกลาง	ด้านล่าง	ตะแกรงเหล็กล่าง	คนเดินเหยียบจนตะแกรงจมติดแบบ
พื้นยื่น (กันสาด ระเบียง)	ด้านบน	เหล็กบน	วางเหล็กหลักไว้ล่างแบบพื้นทั่วไป
เสา	อัดเป็นหลัก ดึงเมื่อมีแรงด้านข้าง	เหล็กยืนและเหล็กปลอก	เหล็กปลอกห่างเกินแบบ

พื้นยื่นเป็นจุดเสี่ยงมากในบ้านที่สร้างโดยไม่มีวิศวกรคุมงาน ระเบียงหรือกันสาดยื่นออกไปจากคานโดยไม่มีอะไรรองปลาย ด้านบนจึงเป็นด้านที่ถูกดึง ถ้าช่างวางเหล็กไว้ล่างตามความเคยชิน ระเบียงจะร้าวที่โคนและแอ่นลงภายในไม่กี่ปี

ทำไมเหล็กกับคอนกรีตถึงจับคู่กันได้

เหตุผลข้อแรกคืออัตราการขยายตัวเมื่อร้อนของสองวัสดุนี้ใกล้กันมาก บ้านในไทยเจออุณหภูมิผนังต่างกันระหว่างกลางวันกับกลางคืนหลายสิบองศา ถ้าวัสดุสองตัวขยายตัวไม่เท่ากัน ผิวสัมผัสระหว่างกันจะค่อย ๆ แยกออก คอนกรีตกับเหล็กไม่มีปัญหานี้

ข้อที่สองคือการยึดเกาะ คอนกรีตที่แข็งตัวจับผิวเหล็กไว้ แรงที่เหล็กรับจึงถ่ายเข้าคอนกรีตรอบตัวได้ เหล็กข้ออ้อยมีบั้งนูนรอบตัวช่วยให้คอนกรีตยึดได้แน่นกว่าเหล็กเส้นกลม ส่วนเหล็กเส้นกลมต้องงอปลายเป็นขอเพื่อให้ยึดได้พอ รายละเอียดชนิดเหล็กและการอ่านขนาดอยู่ในเหล็กเส้นและเหล็กข้ออ้อย

ข้อที่สามคือการป้องกันสนิม เนื้อคอนกรีตมีความเป็นด่างสูง ทำให้ผิวเหล็กที่ฝังอยู่ไม่เกิดสนิมง่าย การป้องกันนี้ใช้ได้ตราบที่คอนกรีตยังแน่นและหนาพอ เมื่อน้ำ อากาศ หรือเกลือซึมผ่านคอนกรีตเข้าไปถึงเหล็ก สนิมจะเริ่มขึ้น และเหล็กที่เป็นสนิมจะพองตัว ดันคอนกรีตที่หุ้มอยู่ให้ปริและกะเทาะ

เหล็กที่ใช้ในบ้านไทย อ่านจากเครื่องหมายบนเส้น

เหล็กเสริมคอนกรีตในไทยมีมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมกำกับสองฉบับหลัก เหล็กข้ออ้อยอยู่ใน มอก. 24-2559 แบ่งชั้นคุณภาพเป็น SD30 SD40 และ SD50 ตัวเลขยิ่งสูงยิ่งรับแรงได้มากที่จุดคราก ส่วนเหล็กเส้นกลมอยู่ใน มอก. 20-2559 ชั้นคุณภาพ SR24 ใช้ทำเหล็กปลอกและงานที่รับแรงไม่มาก

มาตรฐานทั้งสองฉบับกำหนดให้เหล็กมีเครื่องหมายบนเนื้อเหล็ก บอกผู้ผลิต ชั้นคุณภาพ และขนาด เวลาของมาส่งหน้างาน ให้ดูเครื่องหมายนี้เทียบกับที่แบบระบุ ถ้าแบบเขียน DB12 SD40 แต่เหล็กที่มาส่งเป็นชั้นคุณภาพต่ำกว่าหรือขนาดเล็กกว่า ให้ปฏิเสธการรับของทั้งมัด

ในบ้านพักอาศัยสองชั้นทั่วไป แบบมักใช้เหล็กข้ออ้อย SD40 ขนาด 12 ถึง 16 มิลลิเมตรเป็นเหล็กหลักในคานและเสา เหล็กเส้นกลม 6 มิลลิเมตรเป็นเหล็กปลอก และตะแกรงเหล็กเส้นเล็กในพื้น ตัวเลขจริงขึ้นกับช่วงคานและน้ำหนักที่วิศวกรคำนวณ อย่าใช้ค่าจากบ้านข้าง ๆ แทน

ระยะหุ้มคอนกรีต ตัวกำหนดอายุบ้าน

ระยะหุ้มคือความหนาของเนื้อคอนกรีตจากผิวนอกถึงผิวเหล็กเส้นที่อยู่นอกสุด ซึ่งมักเป็นเหล็กปลอก ระยะนี้เป็นเกราะเดียวที่กันน้ำและอากาศไม่ให้ถึงเหล็ก ชิ้นส่วนที่ติดดินหรือโดนฝนต้องหุ้มหนากว่าชิ้นส่วนในร่ม ค่าที่ต้องใช้ให้ยึดตามที่วิศวกรเขียนไว้ในแบบ

ช่างรักษาระยะนี้ด้วยลูกปูนหนุน (ก้อนปูนสำเร็จรูปหรือหล่อเองที่มีลวดฝังไว้) ผูกติดกับเหล็กให้เหล็กลอยห่างจากแบบหล่อ ถ้าลูกปูนน้อยเกินหรือแตก เหล็กจะแนบไม้แบบ พอแกะแบบออกจะเห็นลายเหล็กบนผิวคอนกรีต หรือเหล็กโผล่เป็นเส้น

ตารางนี้ใช้แยกรอยร้าวที่เกี่ยวกับเหล็กเสริมออกจากรอยร้าวผิว รอยร้าวผนังก่ออิฐแบบอื่นมีรายละเอียดในรอยร้าวผนังแบบไหนอันตราย

ลักษณะที่เห็น	สาเหตุที่เป็นไปได้	ระดับความเร่ง
รอยร้าวลายงาเล็ก ๆ บนผิวพื้นหรือผนังปูน	หดตัวตอนแห้ง ไม่เกี่ยวกับเหล็ก	ต่ำ ซ่อมผิวตอนทาสี
รอยร้าวตามแนวยาวของคาน มีคราบสนิม	เหล็กหุ้มบางและเป็นสนิม	สูง เรียกวิศวกร
คอนกรีตกะเทาะเห็นเหล็ก	สนิมดันคอนกรีตแตก	สูง เรียกวิศวกร
รอยร้าวแนวตั้งกลางท้องคาน ขยายขึ้นเรื่อย ๆ	คานรับน้ำหนักเกินหรือเหล็กไม่พอ	สูงมาก หยุดวางของหนักบนพื้นนั้น
รอยร้าวแนวเฉียงใกล้หัวเสา	แรงเฉือนหรือฐานรากทรุด	สูงมาก เรียกวิศวกร

คอนกรีตที่ดี เป็นครึ่งหนึ่งของโครงสร้าง

เหล็กครบตามแบบแต่คอนกรีตไม่ดี โครงสร้างก็ไม่ทน คอนกรีตที่ผสมน้ำมากเกินเพื่อให้เทง่ายจะมีรูพรุนมากและกำลังต่ำลง ทำให้น้ำซึมถึงเหล็กได้เร็ว การสั่งคอนกรีตผสมเสร็จให้ระบุกำลังอัดตามแบบ และห้ามช่างเติมน้ำที่หน้างาน สัดส่วนผสมสำหรับงานผสมเองดูได้ที่อัตราส่วนผสมคอนกรีต

การเขย่าหรือจี้คอนกรีตด้วยเครื่องจี้ช่วยไล่ฟองอากาศและให้คอนกรีตไหลเข้าไปรอบเหล็กทุกเส้น ถ้าจี้ไม่พอ พอแกะแบบจะเจอโพรงหรือรังผึ้งที่มุมเสาและท้องคาน ซึ่งเป็นจุดที่เหล็กแทบไม่มีคอนกรีตหุ้ม ส่วนการบ่มคือการรักษาความชื้นให้ผิวคอนกรีตในช่วงวันแรก ๆ คอนกรีตที่ปล่อยให้แห้งเร็วกลางแดดจะร้าวผิวและแข็งแรงไม่เต็มที่ ขั้นตอนเทและบ่มพื้นแบบละเอียดอยู่ในการเทพื้นคอนกรีต

ใบสั่งคอนกรีตผสมเสร็จควรมีอะไร

เวลาสั่งคอนกรีตจากโรงงาน ให้ขอดูใบสั่งก่อนรถมาถึง สิ่งที่ต้องมีคือกำลังอัดที่ต้องการตามแบบ (ระบุเป็นค่าทรงกระบอกหรือทรงลูกบาศก์ให้ตรงกับแบบ) ปริมาณเป็นลูกบาศก์เมตรพร้อมเผื่อ ค่ายุบตัวที่เหมาะกับงาน และเวลาที่รถแต่ละคันต้องมาถึง ตอนรถมาส่ง ให้ดูใบส่งของว่าตรงกับใบสั่ง และเวลาที่คอนกรีตออกจากโรงงาน ถ้าคอนกรีตอยู่ในรถนานเกินกว่าที่โรงงานกำหนด ให้ถามผู้ควบคุมงานก่อนรับ

งานที่มีวิศวกรคุม มักเก็บตัวอย่างคอนกรีตใส่แบบทดสอบไว้ส่งทดสอบกำลังอัด ถ้าบ้านเราไม่ได้ทำ ให้ขอให้ทำอย่างน้อยกับงานเสาและคานชั้นล่าง ค่าใช้จ่ายไม่มาก และเป็นหลักฐานชิ้นเดียวที่บอกได้ว่าคอนกรีตที่เทไปได้กำลังตามสั่งหรือไม่

ข้อจำกัดที่เจ้าของบ้านควรรู้

คอนกรีตเสริมเหล็กหนัก ทุกตารางเมตรของพื้นหนาสิบเซนติเมตรมีน้ำหนักตัวเองราว 240 กิโลกรัม ก่อนนับกระเบื้อง ผนัง และคน น้ำหนักนี้ลงเสา ลงฐานราก และลงเสาเข็ม การต่อเติมชั้นบนหรือทำดาดฟ้าบนบ้านเดิมจึงต้องให้วิศวกรตรวจว่าโครงสร้างเดิมรับได้ไหม ส่วนเรื่องฐานรากและเข็มอ่านต่อในเสาเข็มแบบไหนเหมาะกับบ้าน

ข้อจำกัดต่อมาคือแก้ไขทีหลังยาก คอนกรีตที่แข็งแล้วเจาะ ตัด หรือรื้อได้ แต่ทุกครั้งเสี่ยงตัดโดนเหล็กเสริม การเจาะคานเพื่อเดินท่อแอร์หรือท่อน้ำเป็นสิ่งที่ช่างต่อเติมทำกันบ่อยโดยไม่ถามใคร ถ้าต้องเจาะ ให้วิศวกรกำหนดตำแหน่ง และใช้เครื่องสแกนหาเหล็กก่อน

ข้อสุดท้ายคือเวลา คอนกรีตต้องใช้เวลาหลายวันกว่าจะรับน้ำหนักได้ และต้องค้ำยันแบบหล่อไว้จนกว่าจะได้กำลังพอ การรื้อค้ำยันเร็วเพื่อเร่งงานทำให้พื้นแอ่นตัวถาวรได้ ระยะเวลารื้อแบบให้ถามวิศวกรผู้ควบคุมงาน

ตรวจอะไรก่อนให้ช่างเทคอนกรีต

ช่วงก่อนเทเป็นโอกาสสุดท้ายที่จะเห็นเหล็กทุกเส้น หลังเทแล้วตรวจได้เฉพาะผิวนอก ผมแนะนำให้เจ้าของบ้านนัดวิศวกรหรือผู้ควบคุมงานมาตรวจด้วยในวันก่อนเท และถือเช็กลิสต์นี้ไปเดินดูเอง

• เหล็กหลักในคานและเสามีขนาดและจำนวนเส้นตรงแบบ นับเส้นที่หน้าตัดได้ด้วยตา
• เครื่องหมายบนเหล็กตรงกับชั้นคุณภาพในแบบ เช่น SD40
• เหล็กปลอกระยะห่างตรงแบบ โดยเฉพาะช่วงใกล้หัวเสาที่แบบมักให้ถี่กว่า
• ลูกปูนหนุนครบทุกด้าน เหล็กไม่แนบไม้แบบหรือพื้นดิน
• ระเบียงและกันสาดยื่น เหล็กหลักอยู่ด้านบน
• ระยะทาบเหล็กที่ต่อกันยาวพอตามแบบ และไม่ทาบที่ตำแหน่งเดียวกันทุกเส้น
• ในแบบหล่อไม่มีเศษไม้ ขยะ หรือน้ำขัง
• ค้ำยันตั้งบนพื้นแข็ง ไม่ตั้งบนดินอ่อนที่ฝนตกแล้วทรุดได้
• ท่อไฟและท่อน้ำที่ต้องฝังวางไว้ครบ ไม่ต้องมาเจาะทีหลัง
• มีเครื่องจี้คอนกรีตพร้อมใช้ และตกลงวิธีบ่มไว้แล้ว

ถ้าข้อใดยังไม่ผ่าน ให้เลื่อนวันเท การเลื่อนหนึ่งวันมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าการสกัดคอนกรีตที่เทผิดออกมาก