ข้อมูลองค์ความรู้โดย
ภควัต รักศรี
ตำแหน่ง ผู้จัดการงานวิจัยสู่เชิงพาณิชย์ มจพ.

เหล็กเสริมคอนกรีต และการจัดวางเหล็กเสริมคอนกรีต

  ลงประกาศเมื่อ 09:18:01 18/05/2010

เนื่องจากความต้านทานของคอนกรีตต่อแรงดึงมีเพียง 10% ของความต้านทานต่อแรงอัดเท่านั้น ลำพังคอนกรีตเองจึงไม่สามารถรับแรงดึงได้สูง แต่โดยเหตุที่เหล็กเป็นวัสดุที่ต้านทานต่อแรงดึงได้ดี อีกทั้งมีสัมประสิทธิ์การยึดหดตัวเท่าๆ กับคอนกรีต ดังนั้นการใช้เหล็กเส้นหรือเหล็กท่อนร่วมกับคอนกรีต โดยหล่ออยู่ในเนื้อคอนกรีตในลักษณะที่ให้คอนกรีตรับแรงอัด และเหล็กรับแรงดึงจึงได้ผลดี การที่ใช้เหล็กเสริมร่วมกับคอนกรีตในลักษณะดังกล่าว เรียกว่า คอนกรีตเสริมเหล็ก การใช้คอนกรีตห่อหุ้มเหล็กนี้ จะทำให้เหล็กทนทานต่อความร้อน และป้องกันการเป็นสนิมผุกร่อนได้ดี ช่วยให้เหล็กมีความต้านทานต่อแรงดึงได้เต็มที่  ดังนั้นคอนกรีตเสริมเหล็กจึงมีความต้านทานต่อแรงต่างๆ ที่กระทำได้ดีกว่าคอนกรีตล้วนเพียงอย่างเดียว
เหล็กเสริมคอนกรีตที่ใช้กันอยู่ตามธรรมดาทั่วไปเป็นเหล็กกล้าละมุน (mild steel) รีดร้อน มีหน้าตัดกลมเรียบ และเป็นเส้นตรง มีความยาวมาตรฐาน 10 และ 12 เมตร สำหรับความยาวอื่นที่ไม่ได้มาตรฐาน อาจสั่งโรงงานทำได้ หากต้องการเป็นจำนวนมาก การซื้อขายคิดเป็นกิโลกรัมหรือตัน ไม่ควรใช้เหล็กเสริมที่มีขนาดต่ำกว่า 9 มม. เว้นแต่เหล็กปลอก หรือเหล็กลูกตั้ง ทั้งนี้เพราะเหล็กขนาดเล็กมีราคาแพงกว่าเมื่อคิดตามน้ำหนัก
เพื่อให้เหล็กเสริมมีกำลังรับแรงดึงได้ดีจำเป็นต้องมีการยึดเหนี่ยวที่ดีระหว่างคอนกรีตกับเหล็กเสริมในสมัยก่อนเหล็กท่อน หรือเหล็กเส้นมีหน้าตัดกลมเรียบหรือสี่เหลี่ยม ซึ่งมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างคอนกรีตกับเหล็กไม่ดีเท่าที่ควร  ทำให้เหล็กเสริมไม่สามารถรับแรงดึงได้ดีเท่าที่คาดหมายไว้ ในปัจจุบันจึงได้มีการผลิตเหล็กข้ออ้อยซึ่งมีปล้องหรือครีบเกลียวที่ผิวตามความยาว ซึ่งช่วยให้แรงยึดเหนี่ยวระหว่างคอนกรีตกับเหล็กดีขึ้นมากถึงสองเท่าของเหล็กเส้นกลม เหล็กเสริมที่ใช้จะลำเลียงมายังที่ก่อสร้างเป็นมัดๆ และผูกป้ายแสดงเครื่องหมาย จึงควรเก็บเหล็กเสริมเป็นชั้นๆ ตามขนาดต่างๆ กัน โดยมีที่รองรับ และปกคลุมมิให้เปื้อนดินโคลน และฝน เหล็กเสริมต้องไม่ชำรุด ไม่ดุ้ง ไม่งอ หรือไม่เป็นสนิมมาก ในระหว่างที่เก็บ หรือในขณะที่ลำเลียงมา เหล็กที่เป็นสนิมบางๆ สีแดงๆ นับว่าไม่เสียหาย ความขรุขระที่ผิวจะทำให้การยึดเหนี่ยวดีขึ้น แต่ถ้าเป็นสนิมมากจนหนาเป็นเกล็ด ซึ่งจะหลุดโดยง่ายเมื่อถูด้วยกระสอบ หรือแปรงด้วยแปรงลวด หรือวิธีอื่นๆ ก็ควรขจัดออกเสียให้หมด สิ่งที่มักจะพบเคลือบอยู่ตามส่วนต่างๆ ของเหล็กเสริมก็คือ สี น้ำมัน ไขมัน โคลนแห้งๆ มอร์ต้าบางๆ ที่กระเด็นมาแห้งติดกรังอยู่บนเหล็กเสริมก่อนที่จะเทคอนกรีต ถ้ามอร์ต้าที่แห้งติดอยู่นั้นมีกำลังน้อยหรือไม่มีเลยก็ควรจะแปรงออกจากเหล็กนั้นและเอาออกจากแบบให้หมด แต่ถ้าแกะออกยากแม้ปล่อยไว้เช่นนั้นก็อาจจะไม่เป็นภัยก็ได้ แต่ก็ควรที่จะทำความสะอาดให้ได้มากที่สุด
การวางเหล็กเสริม ต้องวางในตำแหน่งที่ถูกต้อง และอย่างน้อยจะต้องมีเหล็กเสริมส่วนที่คอนกรีตต้องรับแรงดึง และมีที่หนุนรองรับแข็งแรงพอ เพื่อให้คอนกรีตหุ้มถูกต้องตามแบบ ซึ่งอาจเป็นแท่งคอนกรีต ขาตั้งโลหะ เหล็กปลอก หรือเหล็กยึดระยะเรียงก็ได้ และยึดไว้แน่นหนาพอ ซึ่งอาจผูกยึดด้วยลวดเหล็กเบอร์ 18


ระยะคลาดเคลื่อนที่ยอมให้สำหรับการวางเหล็กเสริมในโครงสร้างที่รับแรงดัดในผนังและเสา มีดังนี้
- ความลึกประสิทธิผล d ไม่เกิน 50 ซม. ยอมให้คลาดเคลื่อนได้  + 0.50 ซม.
- ความลึกประสิทธิผล d มากกว่า 50 ซม. ยอมให้คลาดเคลื่อนได้  + 1.00 ซม.
สำหรับตำแหน่งดัดเหล็กคอม้า และตำแหน่งปลายสุดของเหล็กเสริม วัดตามยาวของโครงสร้าง ยอมให้คลาดเคลื่อนได้+ 5 ซม. แต่ทั้งนี้ต้องไม่ทำให้ความหนาของคอนกรีตที่หุ้มปลายเหล็กเสริมน้อยกว่าค่าที่กำหนด

1. ระยะเรียงของเหล็กเสริม

1.1 ระยะเรียงของเหล็กเสริมเอกในผนังหรือพื้น ต้องไม่เกิน 3 เท่าของความหนาของผนังหรือพื้น หรือไม่เกิน 30 ซม.
1.2 ระยะช่องว่างระหว่างผิวเหล็กตั้งในเสาทุกชนิด ต้องไม่น้อยกว่า 1 ½ เท่า ของเส้นผ่านศูนย์กลางเหล็ก หรือ 1 ½ เท่าของขนาดวัสดุผสมหยาบใหญ่สุด
1.3 ช่องว่างระหว่างผิวที่อยู่ในชั้นเดียวกันของเหล็กเสริมตามยาวในคาน จะต้องมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางเหล็ก หรือ 1.34 เท่า ของขนาดโตสุดของวัสดุผสมหยาบ หรือ 2.5 ซม. และต้องเรียงเหล็กแต่ละชิ้นให้ตรงกันเพื่อเทคอนกรีตได้สะดวก
1.4 เมื่อเหล็กเสริมตามยาวของคานมีมากกว่าหนึ่งชั้น ช่องว่างระหว่างผิวเหล็กแต่ละชั้นต้องไม่น้อยกว่า 2.5 ซม. และต้องเรียงเหล็กแต่ละชั้นให้ตรงกัน เพื่อเทคอนกรีตได้สะดวก

2. ความหนาของคอนกรีตที่หุ้มเหล็ก
 ที่วัดจากผิวเหล็ก ต้องไม่น้อยกว่าเกณฑ์ต่อไปนี้ (ควรใช้ตามมาตรฐาน วสท. เป็นหลัก)
2.1 พื้นและคานดินที่เทลงบนดินโดยไม่มีไม้แบบท้องคาน …..……….…….6 ซม.
2.2 พื้นและคานดินที่ใช้ไม้แบบท้องคาน
สำหรับเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 มม. ขึ้นไป ………………………….…4 ซม.
2.3 พื้น และคานดินที่ใช้ไม้แบบท้องคาน
สำหรับเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า 15 มม. ลงมา……………….……3 ซม.
2.4 พื้นและคานในร่มที่ไม่ถูกดิน แดด และน้ำโดยตรง…………..…………..2 ซม.
ความหนาของคอนกรีตที่หุ้มปลอกเหล็กของเสาทุกชนิด ต้องไม่น้อยกว่า 3 ซม.หรือ 1 ½ เท่า ของขนาดวัสดุผสมหยาบที่ใหญ่สุด และต้องเป็นเนื้อเดียวกันกับคอนกรีตภายในแกนเสา

3. การยึดปลายเหล็กเสริมตามยาว

3.1 ปลายเหล็กเสริม ต้องปล่อยเลยจุดที่ไม่ต้องรับแรงไปอีกไม่น้อยกว่าความลึกของคานหรือไม่น้อยกว่า 12 เท่า ของเส้นผ่าศูนย์กลางเหล็กเสริมปลายเหล็กเสริม อาจทำเป็นขอตามข้อกำหนด “ ของอมาตรฐาน ” และมีระยะที่ฝังเพียงพอ
3.2 เหล็กเสริมรับโมเมนต์บวก ต้องยื่นเข้าไปในที่รองรับไม่น้อยกว่า 15 ซม.เป็นจำนวนไม่น้อยกว่าหนึ่งในสามสำหรับคานช่วงเดียว และไม่น้อยกว่าหนึ่งในสี่สำหรับคานต่อเนื่อง
3.3 เหล็กเสริมรับโมเมนต์ลบ ไม่น้อยกว่าหนึ่งในสาม จะต้องปล่อยเลยจุดดัดกลับโมเมนต์เป็นระยะไม่น้อยกว่าความลึกของคานหรือหนึ่งในสิบหกของช่องว่างของคาน


4. การต่อดามเหล็กเสริม
 โดยปกติจะไม่ยอมให้มีการต่อเหล็กเสริม นอกจากที่แสดงไว้ในแบบหรือได้ระบุไว้ การต่อเหล็กเสริมนี้อาจต่อโดยวิธีทาบ วิธีเชื่อม หรือการต่อยึดปลายแบบอื่นๆ ก็ได้  ที่ให้มีการถ่ายแรงได้เต็มที่ การต่อเหล็กเสริมโดยปกติ ต้องมีระยะเหลื่อมกันไม่น้อยกว่า 50 เท่า ของเส้นผ่านศูนย์กลางสำหรับเหล็กกลม และไม่น้อยกว่า 40 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางสำหรับเหล็กข้ออ้อย ควรหลีกเลี่ยงการต่อเหล็กเสริม ณ จุดที่เกิดหน่วยแรงสูงสุดเท่าที่จะทำได้ และไม่ควรใช้วิธีต่อทาบกับเหล็กที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่กว่า 25 มม. (ควรใช้ตามมาตรฐาน วสท. เป็นหลัก)
4.1 การต่อเหล็กเสริมรับแรงดึง ความยาวของเหล็กข้ออ้อยที่นำมาต่อทาบกัน จะต้องไม่น้อยกว่า 24, 30 และ 36 เท่า ของเส้นผ่านศูนย์กลางของเหล็กที่มีกำลังจุดคลาก 2,800, 3,500 และ 4,200 กก./ซม.2ตามลำดับ หรือไม่น้อยกว่า 30 ซม.สำหรับเหล็กเส้นผิวเรียบ ระยะทาบที่ใช้จะเป็น 2 เท่าของค่าที่กำหนดไว้สำหรับเหล็กข้ออ้อย
4.2 การต่อเหล็กเสริมรับแรงอัด สำหรับคอนกรีตที่มีกำลังอัด 200 กก./ซม.2 หรือสูงกว่านี้ ระยะทางของเหล็กข้ออ้อยจะต้องไม่น้อยกว่า 20, 24 และ 30 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางของเหล็กที่มีกำลังจุดคลากเท่ากับ 3,500 หรือน้อยกว่า และค่า 4,200 กับ 5,200 กก./ซม.2  ตามลำดับ และต้องไม่น้อยกว่า 30 ซม. ถ้ากำลังอัดของคอนกรีตมีค่าต่ำกว่า 200 กก./ซม.2  ระยะทางจะต้องเพิ่มอีกหนึ่งในสามของค่าข้างต้น สำหรับเหล็กเส้นผิวเรียบ ระยะทาบอย่างน้อยจะต้องเป็น 2 เท่า ของค่าที่กำหนดไว้สำหรับเหล็กข้ออ้อย

5. เหล็กเสริมตามขวาง

5.1 ในเสาปลอกเดี่ยว เหล็กยืนทุกเส้นจะต้องมีเหล็กปลอกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เล็กกว่า 6 มม.พันโดยรอบ โดยมีระยะเรียงของเหล็กปลอกไม่ห่างกว่า 16 เท่า ของเส้นผ่านศูนย์กลางเหล็กยืน หรือ 48 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางเหล็กปลอก ด้านแคบที่สุดของเสานั้นจะต้องจัดให้มุมของเหล็กปลอกยึดเหล็กยืนตามมุมทุกมุม และเส้นอื่นๆ สลับเส้นเว้นเส้น โดยมุมของเหล็กปลอกนั้นต้องไม่เกินกว่า 135 องศาเหล็กเส้นที่เว้นต้องห่างจากเส้นที่ถูกยึดไว้ไม่เกิน 15 ซม. ถ้าเหล็กยืนเรียงกันเป็นวงกลม อาจใช้เหล็กปลอกพันให้ครบรอบวงนั้นก็ได้
5.2 ในเสาปลอกเกลียว ต้องพันเหล็กปลอกเกลียวต่อเนื่องกันเป็นเกลียวที่มีระยะห่างสม่ำเสมอกัน และยึดให้อยู่ตามตำแหน่งอย่างมั่นคงด้วยเหล็กยึด จำนวนของเหล็กยึดที่ใช้ ขึ้นอยู่กับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของวงปลอกเกลียว  เหล็กปลอกควรมีขนาดใหญ่พอ (ไม่น้อยกว่า 6 มม.) และประกอบแน่นหนาพอที่จะไม่ทำให้ขาด ทำให้ระยะที่ออกแบบไว้คลาดเคลื่อนเนื่องจากการย้ายและติดตั้ง ระยะเรียงศูนย์ถึงศูนย์ของเหล็กปลอกเกลียวต้องไม่เกินหนึ่งในหกของเส้นผ่านศูนย์กลางแกนคอนกรีต ระยะช่องว่างระหว่างเกลียว ไม่ห่างเกินกว่า 7 ซม.หรือแคบกว่า 3 ซม.หรือ 1 ½ เท่า ของขนาดโตสุดของวัสดุผสมหยาบ การใส่เหล็กปลอกเกลียวต้องพันตลอดตั้งแต่ระดับพื้น หรือจากส่วนบนสุดของฐานรากขึ้นไป ถึงระดับเหล็กเสริมเส้นล่างสุดของชั้นเหนือกว่า ในเสาที่มีหัวเสาจะต้องพันเหล็กปลอกเกลียวขึ้นไปจนถึงระดับที่หัวเสา ขยายเส้นผ่าศูนย์กลางหรือความกว้างให้เป็นสองเท่าของขนาดเสา
5.3 ในคาน เหล็กปลอกที่ใช้ต้องมีขนาดไม่เล็กกว่า 6 มม. และเรียงห่างกันไม่เกิน 16 เท่า ของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเหล็กเสริมหรือ 48 เท่า ของขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของเหล็กปลอก ในคานที่มีเหล็กเสริมรับแรงอัดจะต้องใส่เหล็กปลอกตลอดระยะที่ต้องการเสริมเหล็กเสริมรับแรงอัด
5.4 เหล็กเสริมด้านการยืดหด ในพื้น ค.ส.ล. ที่ใช้เป็นส่วนอาคาร หรือหลังคา  ซึ่งเสริมเหล็กรับแรงทางเดียว  จะต้องเสริมเหล็กในแนวตั้งฉากกับเหล็กเสริมอกเพื่อรับแรงเนื่องจากการยืดหด ขนาดของเหล็กที่ใช้ต้องไม่เล็กกว่า 6 มม.และเรียงเหล็กห่างกันไม่เกิน 3 เท่า ของความหนาของแผ่นพื้น หรือ 30 ซม. ปริมาณของเหล็กเสริมที่ใช้จะต้องมีอัตราส่วนเนื้อที่เหล็กต่อหน้าตัดคอนกรีตทั้งหมด ไม่น้อยกว่าค่าที่ให้ไว้ ดังนี้ (ควรใช้ตามมาตรฐาน วสท. เป็นหลัก)
- พื้นซึ่งเสริมด้วยเหล็กเส้นผิวเรียบ…………………………………………..……….…….0.0025
- พื้นซึ่งเสริมด้วยเหล็กข้ออ้อย และมีกำลังจุดคลากน้อยกว่า 4,200 กก./ซม.2……0.0020
- พื้นซึ่งเสริมด้วยเหล็กข้ออ้อย และมีกำลังจุดคลากเท่ากับ 4,200 กก./ซม.2
หรือลวดตระแกรงซึ่งระยะเรียงในทิศที่รับแรงห่างไม่เกิน 30 ซม. …….…………….…0.0018
การออกแบบควรทำรูปเหล็กที่จะต้องดัดให้ง่ายๆ และยิ่งมีน้อยอย่างยิ่งดี เพราะทุ่นค่าแรงดัด การดัดงดขอต่างๆ ต้องทำให้ถูกต้องตามแบบที่กำหนด มิฉะนั้นเมื่อนำไปผูกเป็นโครงจะไม่เข้ากัน และจะทำให้เนื้อคอนกรีตที่หุ้มเหล็กผิดไปจากที่กำหนด ถ้าทำได้ควรผูกเป็นโครงให้เสร็จเสียก่อน แล้วจึงยกเข้าใส่ในแบบ ซึ่งมีที่หนุนรองรับอยู่ให้สูงพ้นแบบตามที่ต้องการ