การพัฒนาอิฐมวลเบาจากเศษแก้ว

การพัฒนาอิฐมวลเบาจากเศษแก้ว บทคัดย่อ การศึกษาวิจัยนี้เป็นการทำอิฐมวลเบาจากเศษแก้ว เพื่อใช้เป็นฉนวนกันความร้อนสำหรับอาคารบ้านเรือน โดยนำเศษแก้วสีชาบดให้ละเอียด ผสมสารก่อฟอง(foaming agent)ชนิดหินปูนหรือโดโลไมต์ ในปริมาณ 0.5-2.0 ส่วน ต่อเศษแก้ว 100 ส่วน ขึ้นรูปเป็นก้อนอิฐ เผาที่อุณหภูมิ 800 และ 850 องศาเซลเซียส นำตัวอย่างไปทดสอบหาค่าความหนาแน่น ความต้านแรงอัด และค่าการนำความร้อน ศึกษาผลของปริมาณสารก่อฟอง และอุณหภูมิเผาต่อสมบัติ ความหนาแน่นและความต้านแรงอัด

1. บทนำ ประเทศไทยมีเศษแก้วทิ้งเป็นขยะอยู่ประมาณปีละ 40,000 ตัน ซึ่งไม่ได้นำกลับไปใช้ในกระบวนการผลิตแก้ว และนับวันจะมีปริมาณขยะเศษแก้วเพิ่มมากขึ้น ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในอนาคต ทำให้มีการรณรงค์การนำวัสดุเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ ในประเทศไทยยังไม่มีการนำเศษแก้วไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ นอกจากการนำกลับไปหลอมใหม่ แต่ในต่างประเทศมีการนำเศษแก้วกลับมาใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ มากมาย อาทิเช่น ใช้เป็นตัวกรอง (filtrationmedium) ใช้ผสมในคอนกรีต ใช้เป็นวัสดุขัดสี (abrasive) ใช้เป็นตัวช่วยลดอุณหภูมิในเซรามิก(fluxing agent) ใช้เป็นตัวเติมในสี (filler) และใช้ทำโฟมกลาส (foam glass) เป็นต้น การทำโฟมกลาส จากเศษแก้วทำได้โดย นำแก้วที่บดละเอียดผสมกับสารที่ให้ก๊าซหรือสารก่อฟอง (gasifier or foaming agent) ส่วนมากเป็นพวกคาร์บอน หรือสารประกอบของคาร์บอน(carbonaceous substances) ซึ่งสามารถเแตกตัวให้ก๊าซเกิดขึ้นเมื่อให้ความร้อนระหว่างอุณหภูมิ 400-1000 องศาเซลเซียส ในขณะเดียวกันแก้วโซดาไลม์มีสมบัติอ่อนตัวที่อุณหภูมิประมาณ 650-750 องศาเซลเซียส ณ อุณหภูมินี้แก้วจะมีความหนืดลดลงและไหลตัวได้ อนุภาคของแก้วจะเกิดการเชื่อมต่อกันจนเกิดผนึก (viscous flow sintering) ก๊าซที่เกิดขึ้นจึงถูกกักอยู่ภายใน และจะขยายตัวเป็นฟองอากาศใหญ่ขึ้นตามความดันแก๊สที่เพิ่มขึ้น เมื่อแก้วเย็นตัวลง ก๊าซที่เกิดขึ้นก็จะกลายเป็นช่องว่างอยู่ภายใน ทำให้เกิดโครงสร้างพรุนตัว เหมาะที่จะนำมาทำอิฐมวลเบากันความร้อน เนื่องจากมีน้ำหนักเบา แข็ง ทนต่อแรงอัดได้ดี ไม่ติดไฟ ไม่ไวต่อสารเคมีและไม่เป็นพิษ มีค่าการนำความร้อนต่ำ การศึกษาวิจัยนี้เป็นการศึกษาวิจัยเพื่อหาเทคโนโลยีที่เหมาะสมในการทำอิฐมวล เบาจากเศษแก้ว เพื่อใช้เป็นฉนวนกันความร้อนสำหรับอาคารบ้านเรือน ซึ่งจะเป็นทางเลือกใหม่สำหรับวงการก่อสร้างของประเทศไทย

2. วิธีการทดลอง 2.1 ขอบเขตการทดลอง- ใช้เศษแก้วโซดาไลม์สีชา - ใช้ สารก่อฟอง ชนิด หินปูน (calciumcarbonate) และโดโลไมต์ (dolomite) ปริมาณ 0.5-2ส่วนต่อแก้ว 100 ส่วน - อุณหภูมิการเผา 800 และ 850 องศาเซลเซียส 2.2 วัตถุดิบ- เศษแก้วสีชา จากบริษัทแก้วกรุงไทยจำกัด เป็นแก้วชนิดโซดาไลม์ องค์ประกอบเคมีของแก้วแสดงในตารางที่ 1 ความละเอียดหลังผ่านการบด 16 ชั่วโมง มีค่าเฉลี่ย(mean) 17 ไมครอน (μm) ค่ามัธยฐาน (median) 13 ไมครอน และค่าฐานนิยม (mode) 25 ไมครอน กราฟการกระจายความละเอียดแสดงในรูปที่ 1 และสมบัติความหนืดแสดงในรูปที่ 2 - หินปูน (calcium carbonate,CaCO3) และโดโลไมต์ (colomite,MgCO3.CaCO3) จากบริษัท เซอร์นิคจำกัด เป็นชนิดเกรดอุตสาหกรรม - สารเชื่อมประสาน โซเดียมซิลิเกต จากบริษัทเซอร์นิค จำกัด เป็นชนิดเกรดอุตสาหกรรม ที่ใช้ในงานเซรามิก มีความเข้มข้น 40 โบเม่ ตารางที่ 1 แสดงองค์ประกอบเคมีของเศษแก้วสีชา การกระจายความละเอียดของแก้วสีชา ภาพที่ 1 กราฟแสดงค่าการกระจายความละเอียด ของแก้วสีชาที่ผ่านการบด 16 ชั่วโมง ภาพที่ 2 กราฟแสดงค่าความหนืด-อุณหภูมิของแก้วสีชา . 2.3 การเตรียมเศษแก้ว ล้างเศษแก้วให้สะอาด โดยแช่น้ำทิ้งไว้ และทำการคัดเลือกสิ่งต่างๆ ที่ปะปนมาออกให้หมด ล้างทำความสะอาดด้วยน้ำเปล่าอีกครั้ง นำไปบดให้ละเอียดโดยใช้หม้อบดเป็นเวลา 16 ชั่วโมง จากนั้นนำออกมาร่อนผ่านตะแกรงขนาด 200 เมช เกรอะในอ่างปูนปลาสเตอร์และอบแห้งในตู้อบ นำไปทดสอบหาค่าความละเอียดโดยใช้เครื่อง laser particle size analyzer 2.4 การเตรียมตัวอย่างทดสอบสมบัติทางกายภาพ1. ชั่งเศษแก้วที่บดละเอียดเป็นผง จำนวน 100 กรัม 2. ชั่งสารก่อฟอง(foaming agent) ชนิดหินปูน/โดโลไมต์ ในปริมาณ 0.5, 1.0, 1.5 และ 2.0 ส่วน ต่อเศษแก้ว 100 ส่วน ตามลำดับ 3. ผสมเศษแก้ว และสารก่อฟองให้เข้ากันอย่างดีโดยใช้เครื่องผสมสาร(homogenizer)เป็นเวลา 20 นาทีแล้วเทเศษแก้วที่มีสารก่อฟองลงในบีกเกอร์ 4. เติมสารเชื่อมประสานโซเดียมซิลิเกต 10มิลลิลิตร ซึ่งเตรียมโดยละลายโซเดียมซิลิเกต 100 มิลลิลิตรกับน้ำ 100 มิลลิลิตร ทำการผสมให้สารเชื่อมประสานโซเดียมซิลิเกตเข้ากันกับเศษแก้วและสารก่อฟอง 5. เทส่วนผสมที่เข้ากันดีแล้วลงในแบบสี่เหลี่ยมทำด้วยแผ่นพลาสติกอะคริลิค ขนาด 5 ซม. x 5 ซม. x 5 ซม. ใช้ไม้เกลี่ยให้เสมอกัน และเอาแป้นพลาสติกกดให้ผิวหน้าเรียบ 6. ถอดแบบออก ทิ้งตัวอย่างให้แห้งในอากาศ 1 วัน 7. นำตัวอย่างเข้าเผาในเตาไฟฟ้าอุณหภูมิ 800และ 850 องศาเซลเซียส โดยมีอัตราเร่ง 5 องศาเซลเซียส/นาที และยืนไฟที่อุณหภูมิสูงสุดนาน 10 นาทีการเตรียมตัวอย่างสำหรับทดสอบค่าการนำความร้อน ใช้เศษแก้วสีชาจำนวน 2 กิโลกรัม ผสมสารก่อฟองและโซเดียมซิลิเกต ตามสัดส่วน วิธีการเตรียมตัวอย่างเหมือนกับการเตรียมตัวอย่างทดสอบสมบัติทางกายภาพแต่ ใช้แบบขนาดใหญ่กว่าคือ 30 ซม. x 30 ซม. x 5 ซม. 2.5 การทดสอบนำตัวอย่างที่เผาแล้วมาทำการตัดผิวหน้าออกทุกด้าน และตัดให้เป็นรูปลูกบาศก์ขนาด 2 ซม. x 2 ซม. x 2 ซม. จากนั้นนำไปทดสอบสมบัติความหนาแน่น (density)โดยหาเป็นความหนาแน่นเชิงปริมาตร และความต้านแรงอัด(compressive strength) ส่วนค่าการนำความร้อน เลือกตัวอย่างที่ใช้หินปูน 1 ส่วน ต่อแก้ว 100 ส่วน และโดโลไมต์ 1.5 ส่วน ต่อแก้ว 100 ส่วน เผาที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส เนื่องจากมีค่าความหนาแน่นน้อย และมีค่าความต้านแรงอัดมาก โดยตัดตัวอย่างให้มีขนาด 30 ซม. x 30 ซม.x 2 ซม.

3. ผลการทดลอง ตัวอย่างที่ได้จากการเผาที่อุณหภูมิ 800 และ 850 องศาเซลเซียส มีการขยายตัวมาก ผิวหน้าเรียบและเป็นมันเมื่อนำมาตัดผิวหน้าออกทุกด้าน ตัวอย่างจะมีรูพรุนกระจายตัวอยู่ทั่วไป และมีรูพรุนเพิ่มมากขึ้นและขนาดใหญ่ขึ้น เมื่อปริมาณของสารก่อฟองเพิ่มขึ้น และอุณหภูมิการเผาสูงขึ้น ภาพที่ 3 และ4 แสดงลักษณะตัวอย่างที่ใช้หินปูนและโดโลไมต์เป็นสารก่อฟอง เผาที่อุณหภูมิ 800 และ 850องศาเซลเซียส และเมื่อนำไปทดสอบหาค่าความหนาแน่นและความต้านแรงอัด พบว่า ตัวอย่างมีค่าความหนาแน่นและความต้านแรงอัดลดลง เมื่อปริมาณสารก่อฟองเพิ่มขึ้นและอุณหภูมิการเผสูงขึ้น ผลการทดสอบค่าความหนาแน่น และความต้านแรงอัด แสดงในภาพที่ 5-8 ตามลำดับและผลการทดสอบค่าการนำความร้อนแสดงในตารางที่ 2 ภาพที่ 3 ลักษณะตัวอย่างที่ใช้หินปูนเป็นสารก่อฟอง เผาอุณหภูมิ 800 และ 850 ํC ภาพที่ 4 ลักษณะตัวอย่างที่ใช้โดโลไมต์เป็นสารก่อฟอง เผาอุณหภูมิ 800 และ 850 ํC ภาพที่ 5 กราฟแสดงค่าความหนาแน่นต่อปริมาณหินปูน (calcium carbonate) ในเศษแก้ว ภาพที่ 6 กราฟแสดงค่าความต้านแรงอัดต่อปริมาณหินปูน (calcium carbonate) ในเศษแก้ว ภาพที่ 7 กราฟแสดงค่าความหนาแน่นต่อปริมาณโดโลไมต์ (dolomite) ในเศษแก้ว ภาพที่ 8 กราฟแสดงค่าความต้านแรงอัดต่อปริมาณโดโลไมต์ (dolomite) ในเศษแก้ว ตารางที่ 2 แสดงค่าการนำความร้อนของตัวอย่างเผาที่ 800 องศาเซลเซียส

4. วิจารณ์ผลการทดลอง 1. ตัวอย่างที่ใช้หินปูน และโดโลไมต์เป็นสารก่อฟองที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส มีรูพรุนกระจายตัวอยู่ทั่วไปแสดงว่าทั้งหินปูนและโดโลไมต์ เริ่มเกิดปฏิกิริยาแตกตัวให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียสแล้ว และเมื่อปริมาณหินปูนและโดโลไมต์เพิ่มขึ้น ตัวอย่างจะมีรูพรุนมากขึ้น และขนาดใหญ่ขึ้น เนื่องจากเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากขึ้น จึงทำให้ตัวอย่างมีฟองอากาศมากขึ้น เกิดรูพรุนมากขึ้น จากรูปที่ 2 กราฟแสดงค่าความหนืด-อุณหภูมิของแก้วสีชา จเห็นได้ว่า แก้วเริ่มอ่อนตัวที่อุณหภูมิประมาณ 735 องศาเซลเซียส อนุภาคของแก้วเริ่มเชื่อมต่อกันเกิดการผนึกตัว (viscous flowsintering) แล้ว โดยเฉพาะผิวหน้าของตัวอย่างจะได้รับความร้อนมากกว่าผิวใน ผิวหน้าจึงเกิดการผนึกตัวก่อนทำให้ก๊าซที่เกิดขึ้นภายในตัวอย่างไม่สามารถ ออกไปจากผิวหน้าของตัวอย่างได้ จึงถูกกักอยู่ภายใน และรวมตัวกันทำให้ตัวอย่างมีรูพรุนขนาดใหญ่ขึ้น ความพรุนตัวมากขึ้นทำให้ค่าความหนาแน่นลดลง และเป็นผลให้ค่าความต้านแรงอัดลดลงด้วย 2. ตัวอย่างที่ใช้หินปูนและโดโลไมต์เป็นสารก่อฟอง เมื่อเผาที่อุณหภูมิสูงขึ้น คือ 850 องศาเซลเซียสรูพรุนมีขนาดใหญ่กว่า ตัวอย่างที่เผาอุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส เนื่องมาจากที่อุณหภูมิสูงขึ้น หินปูนและโดโลไมต์สามารถเกิดปฏิกิริยาแตกตัวให้ก๊าซได้มากขึ้น และค่าความดันก๊าซจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น จึงทำให้รูพรุนมีขนาดใหญ่ขึ้น ส่งผลให้ค่าความหนาแน่น และความต้านแรงอัดที่อุณหภูมิ 850 องศาเซลเซียสน้อยกว่าตัวอย่างที่เผาที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส 3. ตัวอย่างที่ใช้หินปูนเป็นสารก่อฟอง 1 ส่วนต่อแก้ว 100 ส่วน มีค่าการนำความร้อนมากกว่า ตัวอย่างที่ใช้โดโลไมต์เป็นสารก่อฟอง 1.5 ส่วนต่อแก้ว 100 ส่วนเนื่องจากตัวอย่างที่ใช้หินปูนมีความหนาแน่นมากกว่า จึงนำความร้อนได้ดีกว่าตัวอย่างที่ใช้โดโลไมต์ ตัวอย่างที่มีความหนาแน่นมากกว่า จะสามารถนำความร้อนได้ดีกว่าและจะมีความเป็นฉนวนน้อยกว่า

5. สรุป เศษแก้วสามารถนำมาทำเป็นอิฐมวลเบาได้ โดยผสมสารก่อฟองชนิดหินปูน 1 ส่วนหรือโดโลไมต์ 1.5 ส่วนต่อเศษแก้วบดละเอียด 100 ส่วน และใช้โซเดียมซิลิเกตเป็นสารเชื่อมประสาน เพื่อช่วยในการขึ้นรูปให้เป็นก้อนอิฐเผาที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส จะได้อิฐมวลเบาที่มีค่าความหนาแน่น 0.30-0.32 กรัม/ลบ.ซม. มีค่าความต้านแรงอัด 5.4-5.6 เมกะปาสคาล และค่าการนำความร้อน 0.60-0.65 วัตต์/เมตร.เคลวิน สามารถนำมาตัดให้มีขนาดต่างๆ ตามที่ต้องการได้

โดย : วรรณา ต.แสงจันทร์