1

MATERIALS TESTING: Lecture

By

Dr. Sittichai SeangatithSCHOOL OF CIVIL ENGINEERING

INSTITUTE OF ENGINEERINGSURANAREE UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

2

บทที่ 6: Properties of Materials

1. เหล็กโครงสราง (Structural steel)2. คอนกรีต (Concrete)3. ไม (Timber)4. อิฐ (Brick)5. อลูมิเนียม (Aluminum)6. Fiber-Reinforced Plastic Composite

6.1 บทนําวัสดทุี่มักใชในการกอสรางอาคารประกอบดวย

ผูออกแบบอาคารจะตองมีความรูเกี่ยวกับสมบัติของวัสด ุเพื่อเลือกวัสดุมาใชอยางมีประสิทธิภาพ

3

วัสดุทีใ่ชในงานกอสรางจะตองมี- กาํลงั (strength)- ความแกรง (stiffness)- ความคงทน (durability)

การเลือกใชวัสดุ1. วัสดทุี่มีสมบัติเหมาะสมที่จะนํามาใชและหาไดงายในทองตลาดมีอะไรบาง?

2. สมบัตทิางกลของวัสดุแตละชนิด เมื่อเปรียบเทียบกันแลวเปนอยางไร?

เหล็กและคอนกรีต

เหล็ก-เหนียว/คอนกรีต- เปราะ เหล็กมีกําลงัและความแกรงสูงกวาคอนกรีตแตเหล็กมีความคงทนต่ํากวาคอนกรีต 4

4. วัสดทุี่พิจารณาอยูมีราคาเปนอยางไร เมื่อเทยีบกบัวัสดุชนิดอื่นๆ?

5. ขั้นตอนการเตรียมวัสดุและการกอสรางเปนอยางไร? มีปจจัยอะไรบางทีต่องนํามาพิจารณารวม?

6. วิธีการกําหนดมาตรฐานของวัสดทุี่จะนํามาใชงานตองทาํอยางไร?

7. วิธีการทดสอบและตรวจสอบวัสดุเปนอยางไร?

3. วัสดทุี่พิจารณาอยูตองมีการดูแลรักษามากนอยแคไหนและอยางไร?เหล็กตองการดูแล เชน ทาสีกันสนิมและพนกันไฟ มากกวาคอนกรีต

เหล็ก - 30 บาท/kg สวนคอนกรีต - 1500 บาท/m3

5

6.2 เหล็กโครงสราง (Structural steel)6.2.1 ประเภทของเหล็กที่เกี่ยวของกับงานกอสราง

1. เหล็กเหนียวเปนเหล็กที่มีปริมาณคารบอนนอยกวา 0.1% มีกําลงัต่ํา แตมี ductility สูง ซึ่งถูกแปลงรูปรางไดงายและรับแรงกระทําซ้ําไดดี

2. เหล็กกลาเปนโลหะผสมที่ไดจากการผสมเหล็ก คารบอน และ/หรือ สารชนิดอืน่ๆ

Carbon steel - เหล็กกลาที่มีปริมาณคารบอนอยูระหวาง 0.2% ถึง 2% (โดยทั่วไป นอยกวา 1.2%) สมบัติของเหล็กชนิดนี้ขึ้นอยูกบัปริมาณคารบอนที่ผสมอยู โดยทีป่ริมาณคารบอนจะมีผลตอกําลัง ความแข็ง และความเหนียวของเหล็กกลาชนิดนี้Alloy steel - เหลก็กลาทีม่ีสมบัติไมขึ้นอยูกบัคารบอน แตขึ้นอยูกบัสารชนิดอืน่ๆ เชน silicon, sulfur, phosphorous, และ manganese เปนตน

6

เหลก็หลอ (cast iron) เปนเหล็กที่มีปริมาณคารบอนอยูระหวาง 2.2% ถึง 4.5% มีกาํลังตานทานตอแรงกดอัดและมีความแข็งของผิวสูง แตมีกาํลังรับแรงดึงที่ต่าํและเปนวัสดุเปราะ

7

1. Hot-working process เปนกรรมวิธีทีใ่หความรอนแกเหล็กและทาํใหเหล็กเยน็ตัวลงเปนลําดบั เพื่อลดปริมาณ strain ในเนื้อเหล็กใหต่ําลงและเพื่อทาํใหผลึกของเหล็กมีความละเอียดมากขึ้น กรรมวิธีการนี้จะทําใหเหล็กมี yielding strength, tensile strength, และ ductility สูงขึ้นกวากอนที่จะผานกรรมวิธี

AnnealingHardeningTempering

6.2.2 กรรมวิธีการผลิตเหล็กโครงสราง

8

2. Cold-working process เปนกรรมวิธีทีท่าํใหเกดิ strain-hardening ในเหล็กและทําใหเหล็กมี yielding strength, tensile strength, และความแข็งของผิวตอการกดสงูขึ้นมากกวากรรมวิธ ีhot-working process แตกรรมวิธีนี้จะทําให ductility ของเหล็กลดนอยลงกวากอนที่จะผานกรรมวิธี

การรีดเหลก็ (rolling)

9 10

11

1. เหล็กโครงสรางรูปพรรณ - รูปตวั H (Wide-flange shape)- รูปตวั I (I-section)- รูปตวั C (Channel section) - รูปตวั L (Angle section)

6.2.3 ชนิดของเหลก็โครงสราง

12

เหล็กเสนเสริมคอนกรีต (reinforcing steel) - เหลก็เสนกลม (round bar) - เหลก็ขอออย (deformed bar

13

ลักษณะการใชงานของเหล็กโครงสรางตามมาตรฐาน ASTM

Welded, riveted, and bolted construction but intended primary for welded construction; bridges, buildings, and other structures; atmospheric-corrosion resistance about two times that of carbon steel

High-strength, low alloy manganese-vanadium steel shapes, plates, bars

A441

Welded, riveted, and bolted construction; bridges, buildings, and general structural purposes; atmospheric-corrosion resistance about four times that of carbon steel; a weathering steel

High-strength, low alloy shapes, plates, bars

A242

Welded, riveted, and bolted construction; primary use in building, particularly columns and truss members

Welded or seamless pipe, black or galvanized

A53

Welded, riveted, and bolted construction; bridges, buildings, towers, and general structural purposes

Carbon-steel shapes, plates, bars with yielding strength about 250 MPa

A36ลักษณะการใชงานผลิตภัณฑประเภท

14

6.2.4 สมบัตทิางกลของเหล็กโครงสราง ปริมาณคารบอน สารผสม alloy การรีดและการดดัเหลก็ กรรมวิธีการผลิตเหล็ก

มาตรฐาน ASTM A7 ไดกาํหนดสมบัติทางกลขั้นต่ําสําหรับเหล็ก carbon steel ไวดังนี้

Tensile ultimate strength 410-500MPaMinimum yield stress 220 MPaMinimum elongation in 200 mm 21 %Minimum elongation in 50 mm 24 %

15

6.2.5 มาตรฐานการทดสอบ (Standard Tests)วิธีการทดสอบสมบัติทางกลของผลิตภัณฑโลหะไดถูกระบุไวใน ASTM A370 ดังนี้

ASTM E8: Tension Testing of Metallic Materials.ASTM E9: Compression Testing of Metallic Materials.ASTM E10: Test for Brinell Hardness of Metallic Materials.ASTM E18: Test for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of metallic materials.

ASTM E23: Notched-Bar Impact Testing of Metallic Materials.

16

17

6.2.6 ขอดีและขอเสียในการใชเหล็กโครงสรางขอดี1. High Strength 2. Uniformity3. Elasticity 4. Performance5. High ductility and toughness 6. Ease and speed of erection

ขอเสีย1. Maintenance costs 2. Fireproofing costs3. Susceptibility to buckling 4. Fatigue5. Brittle fracture

18

Cement paste - ปูนซีเมนตปอรตแลนด (portland cement) - น้ํา

วัสดุอัดแทรกหรือ filler - มวลรวม (aggregate) เชนหินและทราย เปนตน

คอนกรีตเกิดการแข็งตัวเนื่องจากปฏกิริยาทางเคมีระหวางปูนซีเมนตปอรตแลนดและน้ํา ซึ่งเรียกวา ขบวนการไฮเดรชั่น (hydration process)

6.3 คอนกรีต (Concrete)คอนกรีตเปนวัสดุผสม (composite material)

19 20

คอนกรีตผสมเสร็จ (ready-mixed concrete) ไดรับความนิยมในการใชงานสูง เนื่องจากมีการควบคุมคุณภาพทีด่ีและสะดวกรวดเร็ว

21

คอนกรีตผสมที่หนางานยังคงพบเห็นโดยทั่วไปในโครงการกอสรางขนาดเลก็ แตมักมีคุณภาพไมคงที่ โดยใชอตัราสวน 1: 2: 4 ซึ่งใหกาํลังอัดประลัยประมาณ 150-175 ksc

22

คอนกรีตหลอสําเร็จรูปเปนรูปแบบการกอสรางที่ไดรับความนิยมเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากความสะดวกรวดเร็วในการกอสรางและมีคุณภาพดี

23

6.3.1 สมบัตทิางกลคอนกรีตประกอบดวยวัสดุเปราะ (cement paste และ filler) แตคอนกรีตมี stress-strain curve ที่ไมเปนเสนตรงจนถึงจุดวิบตัิ (แตกตางกบัเหล็กหลอ)

สาเหตุในขณะที่คอนกรีตกาํลังวิบัต ิเนื้อคอนกรีตจะมี microcracking เกดิขึ้นอยางตอเนื่อง ซึ่งเปนผลทาํใหเกดิการกระจายของ stress ในเนื้อคอนกรีตจากสวนหนึ่งของแทงตัวอยางทดสอบไปยังบริเวณใกลเคียง 24

ที่จดุวิบัติ คอนกรีตจะเกิดการแตกราวเนื่องจากแรงดึงในทิศทางตั้งฉากกบัแนวแรงกดอัด ดังนั้น การวิบัติจึงมักจะอยูในรูปของรอยแตกทีข่นานไปกบัทิศทางของหนวยแรงกดอดัสงูสุด

แรงเสียดทานที่เกดิขึ้นระหวางหัวกดและตัวอยางทดสอบ เนื่องจากการขยายตัวของตัวอยางทดสอบทางดานขาง (Poisson’s effect) จะยับยั้งการแตกในแนวแกนของตัวอยางทดสอบที่จดุดังกลาว ดังนั้น รอยแตกจะเกดิขึ้นที่กึ่งกลางความสูงของตัวอยางทดสอบ และจะไมสามารถขยายตัวเขาสูบริเวณหัวกด ทําใหตัวอยางทดสอบวิบัติเปนรูปกรวย

25

กําลังของคอนกรีตขึ้นอยูกับตวัแปรตางๆ ดังนี้Water - cement ratio เมื่ออัตราสวนของน้ําตอซีเมนตมีคาเพิ่มขึ้นแลว กําลังรับแรงกดอดัของคอนกรีตจะมีคาลดลง

อายุ - เมื่อคอนกรีตมีอายุเพิ่มขึ้น กําลงัรับแรงกดอดัของคอนกรีตจะมีคาเพิ่มขึ้น เนื่องจากขบวนการไฮเดรชั่นยังคงเกิดขึน้อยางตอเนื่อง

ลักษณะของปูนซีเมนต - ความละเอียดของปูนซีเมนตและองคประกอบของสารเคมีของปูนซีเมนตมีผลตอกาํลังของคอนกรีต โดยเฉพาะอยางยิ่งเมื่อคอนกรีตมีอายุนอยๆ

26

ลักษณะของการบม - เมื่อคอนกรีตถูกบมโดยใหความชื้นอยางตอเนื่องและถาอุณหภูมิที่บมมีคาสูงขึ้นแลว คอนกรีตที่ไดจะมีกําลงัสูงขึ้น

27

Moisture content ในแทงตัวอยางทดสอบขณะทาํการทดสอบ – ถาแทงคอนกรีตมีความชื้นในขณะทดสอบสูงแลว กําลงัของคอนกรีตที่ไดจะมีคาลดลง เมื่อเทยีบกบัแทงคอนกรีตที่มีความชื้นต่ําความเขมขนของสวนผสมและลักษณะของมวลรวม - ปริมาณของปูนซีเมนตที่ต่ําและลักษณะรูปรางทีก่ลมไมมีเหลี่ยมและการคละกันของมวลรวมทีไ่มดีจะมีผลทาํใหคอนกรีตมีกาํลังต่ําลง

28

6.3.2 มาตรฐานการทดสอบมาตรฐานการทดสอบสําหรบัคอนกรีต

ASTM C31: Method of Making and Curing Concrete Compression and Flexural Test Specimens in the LaboratoryASTM C39: Test for Compressive Strength of Molded Concrete CylinderASTM C78: Test for Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam with Third-Point Loading)ASTM C293: Test for Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam with Center-Point Loading)ASTM C496: Test for Splitting Tensile Strength of Molded Concrete Cylinder

มาตรฐานการทดสอบสําหรบัเหล็กเสริมASTM A615: Standard Specification for Deformed and Plain Billet-Steel Bars for Concrete Reinforcement

29

6.3.3 ขอดีและขอเสียในการใชคอนกรีตในการกอสรางขอดี1. ประหยัด – เนื่องจากคอนกรีตเปนวัสดุที่มีราคาคอนขางต่ํา หามาไดงาย และตองการการดแูลรักษานอย

2. เปนวัสดุทีเ่หมาะกบังานสถาปตยกรรมและวิศวกรรม – เนื่องจากคอนกรีตเปนวัสดุที่สามารถทาํเปนรูปราง ลักษณะ และขนาดที่ตองการไดงาย

3. คอนกรีตมีความตานทานตอไฟไหมไดด ีโดยไมตองมีถูกพนทับดวยฉนวนกันไฟ

4. คอนกรีตมีมวลและความแกรงสูง ดังนั้น การสั่น (vibration) ที่เกดิขึ้นในโครงสรางคอนกรีตจึงมีนอยกวาในโครงสรางเหล็กมาก

30

ขอเสีย1. มีกําลังรับแรงดึงต่ํา – ตองเสริมเหล็กในสวนของคอนกรีตที่รับแรงดึง ซึ่งทาํใหการวิเคราะหและออกแบบโครงสรางมีความยุงยากมากขึ้น

2. ตองการไมแบบและค้ํายัน –ทาํใหโครงสรางคอนกรีตเสริมเหล็กมีราคาสูงขึ้น เนื่องจากคาแรงและวัสดใุนการกอสราง

3. มีอัตราสวนของกําลังตอน้ําหนักคอนขางต่ํา –ไมนิยมใชในการกอสรางโครงสรางที่มรีะยะ span ที่ยาวมากๆ

4. มีพฤติกรรมขึ้นกบัเวลา – คอนกรีตเปนวัสดุทีม่ีพฤติกรรม shrinkage และ creep ซึ่งจะตองนํามาพิจารณาในการวิเคราะหและออกแบบโครงสราง

31

6.4 ไม (Timber)6.4.1 ลักษณะของเนื้อไม

สมบัติตางๆ ของไมถูกกาํหนดโดยลักษณะของเนื้อไม เปลือกไม (bark) ชั้นของเยื่อเจริญ (cambium layer) - มีหนาที่ในการสรางเซลลใหกับตนไม กระพี้ (sap wood) - ชั้นสะสมอาหารของตนไม แกนไม (heart wood) - ชั้นของเนื้อไมภายในที่มักมีสีเขมที่สุด ซึ่งเปนชั้นไมที่มีความแข็งแรงและทนทาน วงป (annual ring) - ลายวงที่เปนชั้นๆ ของกระพีแ้ละแกนไม รัศมีไส (medullary ray) - ลายเสนที่อยูในแนวรัศมีของไม 32

ตําหนิของไม (Defects in lumber)มีผลกระทบตอกาํลัง ความคงทน และการใชงานของไม

• Check คอืรอยแตกตามความยาวของไมตัดขามวงป เนื่องจากการแหงตัวที่ไมสม่ําเสมอของไม

• Shake คอืรอยแตกตามเสี้ยน ระหวางวงป ซึ่งมักเกิดจากการกระทําของลม

• Wayne เปนรอยเปลือกไมที่เกิดจากการตัดไมใกลกับเปลือกไมมากไป

• ตาไม (Knots) - ถาตาไมอยูในสวนของคานที่ตองรับแรงดึงแลว กําลังจะมีคาลดลงมาก

• Pitch pocket เปนชองวางระหวางวงปของไมและมียางไมอยู

แอน

คด

บิดเบา

33

6.4.2 สมบัตขิองไมไมเปนวัสดุ orthotropic material โดยมีสมบัติทางกลที่แตกตางกันในแกน

ตั้งฉากหลกั 3 แกน: ในแนวแกน ในแนวรัศมี และในแนวเสนสัมผัสวงป

34

Stress-strain ขนานไปกับเสี้ยนไม(คลายคลึงกับวัสดุเปราะ)

Stress-strain ตั้งฉากกับเสี้ยนไม(คลายคลึงกับวัสดุเหนียว )

ไมมี stress-strain curve ซึ่งขึ้นอยูกบัทิศทางการทดสอบ

ไมไมมีจุด yielding point ที่ชัดเจน จุด proportional limit เปนจุดทีก่าํหนดกาํลังรับแรงในชวงยืดหยุนของไม (elastic strength)

35

ตัวอยางสมบัตทิางกลของไมชนิดตางๆ ในประเทศไทย

36

กําลังรับแรงดึงของไม กําลังรับแรงดึงของไมในแนวขนานเสี้ยน >>> กําลังรับแรงกดอดัในแนวดังกลาวมาก (บางกรณีถึง 3 เทา) ดังนั้น ขอจํากดัในการใชไมในโครงสรางรับแรงดึงคือ การวิบัติเนื่องจากกาํลงัรับแรงเฉือนและกาํลังรับแรงกดอดัของไม โดยเฉพาะบริเวณที่มี stress concentration เชน ที่จดุเชื่อมตอ

37

แรงดึงในแนวตั้งฉากกบัเสี้ยนไมทําใหเสีย้นไมแตกแยกออกจากกัน ดังนั้น กาํลังรับแรงดึงของไมในแนวตั้งฉากกบัเสี้ยนจะมีคาประมาณ 1 ใน 10 ของกําลังรับแรงดึงของไมในแนวขนานเสี้ยนเทานั้น

38

กําลังรับแรงกดอดัของไม

เมื่อแรงกดอัดกระทําในแนวขนานกบัเสี้ยนไมแลว เสี้ยนไมที่แข็งแรงที่สุดจะเปนตัวรับแรง ดังนั้น การวิบัติของไมในแนวขนานกบัเสี้ยนจะเปนการวิบัติแบบเปราะที่เกดิจากการโกงเดาะของเสี้ยนไมเปนหลัก โดยเปนการแตกออกในทิศขนานเสี้ยน เมื่อแรงกดอัดกระทําในแนวตั้งฉากกบัเสี้ยนไมแลว เสี้ยนไมที่แข็งแรงที่สุดและออนแอที่สดุจะรวมกันในการรับแรง ดังนั้น กําลงัรับแรงกดอดัของไมในแนวขนานเสี้ยนจะมีคาประมาณ 3 ถึง 4 เทาของกําลังรับแรงกดอดัของไมในแนวตั้งฉากกบัเสี้ยน และการวิบัติของไมในแนวตั้งฉากกบัเสี้ยนจะเปนการวิบัติแบบบดแตก (crushing) ของเสี้ยนไม

39

กําลังรับแรงดดัและความแกรงของไมขึ้นอยูกบั

- กาํลงัรับแรงกดอัดของไมในแนวขนานเสี้ยน- กาํลงัรับแรงเฉือนของไมในแนวขนานเสี้ยน

เมื่อคานไมมีอัตราสวนของระยะ span ตอความลึก > 10 แลว คานไมมักจะวิบัติเนื่องจากแรงกดอดัในแนวขนานเสี้ยน ถาคานไมมีอัตราสวนของระยะ span ตอความลึก < 10 แลว คานไมมักจะวิบัติเนื่องจากแรงเฉือนในแนวขนานเสี้ยน

ไมที่มีคาความแกรงสูงกวาเปนไมที่มีเนื้อแนนมากกวาไมที่มีคาความแกรงต่ํากวา 40

ปจจัยทีม่ีผลกระทบตอกําลังและความแกรงของไม1. ชนิดของไม2. ปริมาณความชิ้น – เมื่อไมมีปริมาณความชิ้นสูงจะทําให cellulose/lignin ของเสี้ยนไมมีความออนตัวลง

3. ความถวงจําเพาะ – กาํลังและความแกรงของไมขึ้นอยูกบัปริมาณ cellulose ในไม ดังนั้น เมื่อไมมีปริมาณความชื้นที่เทากันแลว ไมที่มีความถวงจําเพาะสูงกวาจะมีกาํลังและความแกรงมากกวาไมที่มีความถวงจําเพาะต่ํากวา

FSP = fiber saturation point

41

ปจจัยทีม่ีผลกระทบตอกําลังและความแกรงของไม4. ระยะเวลาในการกระทาํของแรง – ถาไมถูกกระทําโดยแรงที่มีคาสูงพอและเปนระยะเวลานานแลว ไมจะเกิดการวิบัติโดย creep ขึ้นได

5. ลักษณะ ขนาด และตําแหนงของตําหนิในไม

42

6.4.3 มาตรฐานการทดสอบ ASTM D143: Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of

TimberASTM D198: Standard Methods of Static Tests of Timbers in Structural

Sizesสมบัติทางกลของไมที่ทดสอบได

Compressive strength parallel to the grainModulus of elasticity parallel to the grainTensile strength parallel to the grainCompressive strength perpendicular to the grain Modulus of rupture (bending strength)Longitudinal shear strength (horizontal shear)Shear modulus

43

6.4.4 ขอดีและขอเสียในการใชไมในการกอสรางขอดี1. ความสวยงาม2. ความงายในการกอสรางและนํามาใชใหม3. อัตราสวนของกาํลังตอน้ําหนักที่สูง4. เปนฉนวนกันความรอนที่ดีเยี่ยม5. ทนทาน – ถาโครงสรางไมไดรับการออกแบบ กอสราง และดูแลรักษาที่เหมาะสม

44

ขอเสีย1. สมบัติทีไ่มแนนอน - สมบัติของไมมีการเปลี่ยนแปลงไปตามชนิดของไมจากสวนหนึ่งของตนไมไปยังอีกสวนหนึ่ง และจากพืน้ที่ๆ ตนไมเติบโต

2. การตอบสนองตอสภาวะแวดลอม – อุณหภูมิและความชื้นทาํใหไมมีการเปลี่ยนแปลงกาํลัง ความแกรง และขนาด

3. มีพฤติกรรมที่ขึ้นอยูกบัเวลา - เกดิการ creep ขึ้น4. ผกุรอนไดงาย - ถาโครงสรางไมไมไดรับการดูแลรักษาทีด่ ี

45

6.5 อิฐดินเผา (Brick)มาตรฐาน ASTM นิยามอิฐดินเผาตันและอิฐดินเผากลวงไวดังนี้

อิฐดนิเผาตันเปนอิฐที่มีพื้นที่หนาตัดสทุธใินการรับแรงแบกทานในทกุๆ ระนาบที่ขนานกับพื้นที่รับแรงดังกลาวที่ไมนอยกวา 75%

อิฐดนิเผากลวงเปนอิฐที่มีพื้นที่หนาตัดสุทธิอยูระหวาง 40%-75%

การที่อิฐดินเผามักจะมีรูกลวงก็เพื่อทําใหอิฐถูกเผาไดอยางสมบูรณ ซึ่งทําใหอิฐมีกําลังรับแรงตางๆ ที่สูงขึ้น

46

วัสดุกอ (masonry) เปนวัสดุประกอบที่ไดจากการนํากอนอิฐดินเผา (masonry brick) หรือคอนกรีตบล็อก (concrete masonry unit) มาจัดเรียงในรูปแบบตางๆ และใชปูนกอ (mortar) เปนตัวประสาน

ปูนกอ (mortar) ไดจากการผสมปูนซีเมนตซิลิกา (เชน ปูนตราเสือ) ทราย และน้ํา หรือปูนซีเมนตปอรตแลนด (เชน ปูนตราชาง) ปูนขาว ทราย และน้ํา ในอัตราสวนที่พอเหมาะ

47

อิฐดินเผาเปนวัสดุเปราะที่มีกาํลังรับแรงกดอดัทีค่อนขางสูงและมีกําลังรับแรงดึงต่ํา โดย ASTM C62 แบงอิฐดินเผาทีใ่ชในการกอสรางออกเปน 3 เกรดคือ

1. Severe weathering หรือ SW เปนอฐิดินเผาที่ตานทานการกดักรอนไดดีและมีกาํลังรับแรงกดอดัไมนอยกวา 20.7 MPa จากคาเฉลี่ยที่ไดจากการทดสอบอิฐดนิเผาอยางนอย 5 กอน

2. Moderate weathering หรือ MW เปนอิฐดินเผาที่ตานทานการกัดกรอนไดปานกลางและมีกาํลังรับแรงกดอดัไมนอยกวา 17.3 MPa จากคาเฉลี่ยที่ไดจากการทดสอบอิฐดนิเผาอยางนอย 5 กอน

3. No weathering หรือ NW เปนอิฐดนิเผาที่มีความตานทานตอการกดักรอนต่ํา มักใชในอาคาร และมีกาํลังรับแรงกดอดัไมนอยกวา 10.3 MPa จากคาเฉลี่ยที่ไดจากการทดสอบอิฐดนิเผาอยางนอย 5 กอน 48

6.5.1 สมบัตขิองอิฐดินเผากําลังรับแรงกดอดั

กาํลังรับแรงกดอดัของอิฐดินเผาขึ้นอยูกบั ชนิดของดินเหนียวที่ใชในการผลิต กรรมวิธีการผลิต ระดับการทีด่ินเหนียวถูกเผา

สําหรับอิฐทีท่าํจากดินเหนียวชนิดเดียวกนัและกรรมวิธีการผลิตที่เหมือนกันแลว อิฐที่ถูกเผาที่อณุหภูมิสูงกวาและเปนเวลาทีน่านกวาจะเปนอิฐที่มีกําลงัสูงกวา

49

เปอรเซ็นตการดดูซมึน้ําและคาสัมประสิทธิ์การอิ่มตวั- ดชันีทีบ่งบอกถึงความคงทนแข็งแรงและกาํลังของอิฐดินเผา

ถาอิฐมีคาเปอรเซ็นตการดูดซึมน้ําและคาสัมประสิทธิก์ารอิ่มตัวที่ต่ําแลว อิฐดังกลาวจะมีความพรุนนอยกวาอิฐที่มีคาเปอรเซ็นตการดดูซึมน้ําและคาสัมประสิทธิก์ารอิ่มตัวที่สูงกวา

50

อัตราการดดูซมึน้ําเริ่มตนรุพรุนที่อยูในอิฐดินเผาจะทาํหนาที่ดดูซึมน้ํา โดยเฉพาะจากปนูกอ

เขาสูอฐิซึ่งมักเรียกวา suction การดูดซึมน้ําดังกลาวจะมีผลตอความสมบูรณของ bond ที่จะเกดิขึ้นในอิฐและปูนกอ และจะเปนผลทาํใหน้ําซึมผานรอยตอของอิฐและปูนกอไดงาย

6.5.2 มาตรฐานการทดสอบ- ASTM C67: Methods of sampling and Testing Brick and Structural Clay Tile.

- ASTM C109: Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortar.- ASTM C190: Test Method for Tensile Strength of Hydraulic Cement Mortar.- ASTM C1072: Method for Measurement of Masonry Flexural Bond Strength.- ASTM E518: Test Methods for Flexural Bond Strength of masonry.

51

6.5.3 ขอดีและขอเสียในการใชอิฐกอในการกอสรางขอดี1. มีความแข็งแรงและคงทน

5. มีความสวยงามเนื่องจากสามารถที่จะนํามากอสรางใหมีรูปแบบใดๆ ได

ขอเสีย1. การวิเคราะหและออกแบบที่ตองการรายละเอียดที่สงูและถูกตอง2. การกอสรางโครงสรางอิฐกอตองใชฝมือแรงงานที่มีคุณภาพสูง

3. มีความตานทานตอไฟไหมสูง4. เกบ็รักษาอุณหภูมิภายในตัวโครงสรางไดดี

2. มีความทึบเสียงสูง

6. มีราคาคอนขางถูกและคาบํารุงรักษาต่ํา7. ไมทาํลายสิ่งแวดลอมมากเทาวัสดุชนิดอื่นๆ เชน คอนกรีตและเหลก็

52

6.6 อลูมิเนียม (Aluminum)

เปนวัสดุแบบ nonferrous metal มีกําลงัคอนขางสูง มีน้ําหนักเบา นํามาหลอเปนรูปรางตางๆ ไดงาย อลูมิเนียมมีความตานทานตอการกดักรอนของลมฟาอากาศไดดี แตจะถูกกดักรอนโดย alkaline และกรดบางชนิดไดงาย

อลูมิเนียมที่ใชในงานกอสรางอยูในสภาวะของ alloy ซึ่งไดจากการผสมสาร เชน copper หรือ magnesium เปนตน และผานกรรมวิธีทีใ่หความรอนที่เหมาะสม ซึ่งจะทําใหไดอลูมิเนียม alloy ที่มีความแข็งแรงสูงมาก

53

การผลิตอลมูิเนียม alloy- Extrusion เปนการดึงอลูมิเนียม alloy ยังรอนอยูผานแมแบบ (รีดรอน)- Drawing เปนการดึงอลูมิเนียม alloy เยน็ตัวแลวผานแมแบบ (รีดเย็น)- Forging เปนการใหความรอนแกอลูมิเนียม alloy แลวทําการตีหรือกดอดั

ใหไดรูปรางที่ตองการ

Extrusion6063-T5, 6063-T6, 6061-T6WindowsExtrusion or Rolled shape2014-T6, 6061-T6Structural Shapes

SheetSpecial Roofing AlloyRoofingExtrusion6063-T5, 6061-T83RailingExtrusion6063-T5, 6063-T6Door Frame

Sheet3003-H14Curtain WallProductAlloy NumberApplication

54

6.6.1 สมบัตทิางกลของอลูมิเนียม alloy

อลูมิเนียม alloy เปนวัสดทุี่มีกาํลังรับแรงดึงที่สูงมีพฤติกรรมแบบวสัดุเหนียว สามารถยืดตัวไดคอนขางสูงกอนการวิบัติอลูมิเนียม alloy ไมมีจุด yielding ที่ชัดเจน โดยคา yielding stress มักถกูหาโดยใชวิธี 0.2% offset

55

125290

1813

7373

185485

95415

Al 93, Cu4.4, Si 0.8

Mn 0.8, Mg0.4

Aluminum Alloy 2014Temper O

Temper T6

125290

2013

7373

185495

75395

Al 93, Cu4.5, Mg 1.5,

Mn 0.6

Aluminum Alloy 2024Temper OTemper T36

--

2235

6070

7590

4035

Al 100AluminumSand cast, 1100-FAnnealed sheet, 1100-O

Shearstrength, MPa

Elongation in50 mm,percent

Tensilemodulus ofelasticity,

MPa

Tensilestrength,

MPa

Tensileyield strength,

MPa

Approximatecomposition,

percent

56

6.7 Fiber-Reinforced Plastic CompositeFRP composite เปนวัสดทุีป่ระกอบดวย fiber ที่มีกาํลังและความแกรง

สูง ซึ่งถูกยดึเหนี่ยวดวย polymer matrix โดยที ่fibers และ matrix ยังคงมีสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่เหมือนเดมิ แตสมบัติของ FRP composite ที่ไดจะแตกตางกับสมบัติของตัว fibers และ matrix เองอยางเดนชัด

57

6.7.1 FiberFiber เปนสวนประกอบหลักของ FRP composite ซึ่งทําหนาที่รับแรง

กระทําสวนใหญทีก่ระทาํตอ FRP compositeGraphite (Carbon)GlassBoronKevlar (Aramid) 58

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

Tensile Strain, microstrain

0

1000

2000

3000

4000

5000

Tens

ile S

tress

, MP

a

E-GlassS-GlassKevlar 49High Strength CarbonHigh Modulus Carbon

fiber เปนวัสดทุี่มีพฤติกรรมแบบ linear elastic จนถึงจุดวิบัติfiber มีกําลงัรับแรงดึงที่สูงมาก (เกินกวา 1500 MPa) เมื่อเปรียบเทียบกบัเหลก็เหนียว (ประมาณ 700 MPa)

fiber มี modulus of elasticity ประมาณ 1/3 เทาของเหล็กเหนียว (glassfiber) ถึง 1 เทาของเหล็กเหนียว (carbon fiber)fiber โดยเฉพาะ glass fiber และ kevlar fiber มีการเปลี่ยนแปลงรูปรางสูงกอนการวิบัติ (ประมาณ 0.050 mm/mm = εY ของเหล็ก) ซึ่งแสดงวา fiber มี ductility ทีค่อนขางสูง

59

Glass fiber โดยเฉพาะ E-glass เปน fiber ทีน่ิยมใชมากในการผลิต FRPcomposite สําหรับสําหรับงานกอสรางทั่วไป เนื่องจากมีราคาถกูและหางาย

4.8Elongation to Break (%)29.95Shear Modulus(GPa)0.22Poisson’s Ratio

72.45Tensile Modulus (GPa)3,450Tensile Strength (MPa)2,550Density (kg/m3)

E-glassProperties

60

6.7.2 MatrixMatrix ทีใ่ชใน FRP composite ทําหนาทีด่งันี้

เปนตัวเชื่อมยึด เพื่อถายแรงที่เกดิขึ้นใน fiber เสนหนึ่งไปยัง fiber เสนอื่นๆ เปนทีร่องรับทางดานขาง (lateral support) ใหกบั fiber เปนตัวปองกัน fiber จากการกดักรอนจากสภาวะแวดลอม

Matrix ทีใ่ชใน FRP composite มักเปน thermosetting plastic:Vinyl esterPolyester

61

4.54.2Elongation to Break (%)1.281.17Shear Modulus (GPa)0.330.35Poisson’s Ratio3.103.18Flexural Modulus (GPa)

133.86122.82Flexural Strength (MPa)3.383.24Tensile Modulus (GPa)

81.4277.28Tensile Strength (MPa)11201130Density (kg/m3)

Vinyl esterPolyesterProperty

62

6.7.3 วิธีผลิต FRP compositeขบวนการผลิตแบบ pultrusion เปนขบวนการผลิต

FRP composite อยางตอเนื่อง ทําใหไดผลิตภัณฑที่มีหนาตัดที่คงที่ตลอดความยาวของ FRP composite

63

6.7.4 มาตรฐานการทดสอบASTM D3039 - Tensile Properties of Polymer Matrix CompositeMaterials.

ASTM D3410 - Compressive Properties of Polymer MatrixComposite Materials with Unsupported Gage Section by ShearLoading.

ASTM D790 - Flexural Properties of Unreinforced and ReinforcedPlastics and Electrical Insulating materials.

ASTM D2344 - Apparent Interlaminar Shear Strength of ParallelFiber Composites by Short Beam Method.

64

6.7.5 สมบัตทิางกลของ FRP composite

-0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04Strain, microstrain

0

100

200

300

400

500

Tens

ile S

tress

, MP

aLongitudinal strain, Test 1Longitudinal strain, Test 2Transverse strain, Test 1Transverse strain, Test 2Longitudinal strain, 10-degree-off -axisTransverse strain, 10-degree-of f axis

วัสดุเปราะ

พฤติกรรมแบบ linearelastic จนเกอืบถึงจุดวิบตัิ

การวิบัติของวัสดุเปนแบบแตกหักฉบัพลัน

เปลี่ยนแปลงรูปรางไดสูงกอนการวิบัติ โดยความเครียดที่จดุวิบัติอยูในชวง 0.010-0.020 mm/mm

65

-0.03 -0.02 -0.01 0.00

Strain, microstrain

0

100

200

300

400

Com

pres

sive

stre

ss, M

Pa

Test 1, loading in longitudinal directionTest 2, loading in longitudinal directionTest 1, loading in transverse directionTest 2, loading in transverse direction

667852 kg/m31849.5 kg/m3Density0.320.263Poisson ratio, LW

125 MPa23.64 MPaInterlaminar Shear Stress, LW75 GPa3.25 GPaShear modulus of elasticity, LW

200 GPa13.15 GPaFlexural modulus of elasticity, LW250 MPa422.57 MPaUltimate flexural stress, LW200 GPa7.69 GPaCompressive modulus of elasticity, CW200 GPa32.60 GPaCompressive modulus of elasticity, LW250 MPa143.33 MPaUltimate compressive stress, CW250 MPa308.46 MPaUltimate compressive stress, LW200 GPa26.26 GPaTensile modulus of elasticity, LW250 MPa445.42 MPaUltimate tensile stress, LW

เหล็กโครงสราง A36ใยแกวเสริมพลาสติกสมบัติทางกล

67

1. ultimate tensile stress และ ultimate flexural stress ของ FRP composite มีคาใกลเคียงกบัคาดังกลาวของเหล็กโครงสราง และมีคาสูงกวา yielding stress ของเหล็กโครงสราง

2. ultimate compressive stress ของ FRP composite มีคานอยกวาคาดังกลาวของเหล็กโครงสราง

3. flexural modulus of elasticity ของ FRP composite มีคานอยกวาคาดังกลาวของเหล็กโครงสราง 7 เทาในทิศทาง LW 26 เทาในทิศทาง CW และ 15.2 เทาภายใตแรงดดั

4. FRP composite มีคา shear stress ต่ํากวาเหล็กโครงสรางมาก

68

5. อัตราสวนของ E ตอ G ของ FRP composite และของเหล็กโครงสรางมีคาเทากบั 4.05 และ 2.67 ตามลําดบั ดงันั้น คาการแอนตัวของโครงสราง FRP composite จะถูกกระทบจากแรงเฉือนมากกวาโครงสรางเหล็ก

6. คา G ของ FRP composite จะไมสามารถคํานวณหามาไดโดยใชสมการ G = 0.5 E/(1+µ)

7. FRP composite เบากวาเหล็กโครงสราง 4.2 เทา - อัตราสวนของกําลังตอน้ําหนักของ FRPcomposite มีคามากกวาของเหล็กโครงสราง 4.5 เทา

69

6.7.6 ขอดีและขอเสียในการใช FRP composite ในการกอสรางขอดี1. High Strength 2. Light weight3. High corrosion resistant4. Low thermal conductive and electrically non-conductive5. Electro-magnetic transparencyขอเสีย1. Relative low modulus of elasticity2. Anisotropic and nonhomogeneous3. Relatively low shear modulus 4. สมบัตทิางกลมีคาลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

70

End of Chapter 6

71

แบบประเมินการเรียนการสอน โดย อ. สิทธิชัยแบบประเมินการเรียนการสอนที่ไดรับจากนักศกึษาจะไมมีผลกระทบตอผลการเรียนของนักศึกษาและขอใหนักศึกษาประเมินใหตรงกับความเปนจริง ดวยความบริสุทธิใ์จ

1. ความตั้งใจของนักศึกษาในการเรียน5 = ดีมาก 4 = ด ี3 = พอใช 2 = นอย 1 = ควรปรับปรุง

2. ความพึงพอใจของนักศึกษาตอคุณภาพการสอนของอาจารย5 = ดีมาก 4 = ด ี3 = พอใช 2 = นอย 1 = ควรปรับปรุง

3. ทานจะแนะนําเพื่อนหรือรุนนองมาเรียนกับอาจารยอีกหรือไม3 = แนะนํา 2 = ไมแนะนํา 1 = ไมออกความเห็น