ปูนซีเมนต์

ปูนซีเมนต์

ปูนซีเมนต์ ผงผลิตภัณฑ์ที่ได้มาจากการบดปูนเม็ด เกิดจากการเผา แคลเซียมคาร์บอเนต ซิลิกา อะลูมินา และ ออกไซด์จากเหล็กในสัดส่วนที่เหมาะสมจนส่วนผสม ต่างๆรวมตัวกันสุกพอดี วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตปูนซีเมนต์ มี 4 กลุ่ม ดังนี้ วัตถุดิบเนื้อปูน วัตถุดิบเนื้อดิน วัตถุดิบปรับคุณภาพ และสารเติมแต่ง

สารประกอบของปูนซีเมนต์ประเภทต่างๆ

ในขบวนการผลิตปูนซีเมนต์นั้น จากการเผาวัตถุดิบ ได้แก่ พวกสารออกไซด์ของธาตุแคลเซียม ซิลิกอน อะลูมิเนียม เหล็กและสารอื่น ๆ สารเหล่านี้จะทำปฏิกิริยาทางเคมี รวมตัวกัน เป็นสารประกอบอยู่ในปูนซีเมนต์ ในรูปของผลึกที่ละเอียดมาก สารประกอบที่สำคัญมีอยู่ 4 ชนิด

1. ไตรแคลเซียมซิลิเกตเป็นสารประกอบที่ให้ความแข็งแรงในระยะแรกให้ความร้อนสูงจากการทะปฏิกิริยากับน้ำ

2. ไดแคลเซียมซิลิเกต (2CaO.SiO2 ) หรือใช้ชื่อย่อว่า C2S เป็นสารประกอบที่ให้ความแข็งแรงแก่ปูนซีเมนต์ในระยะต่ำ และจะให้กำลังค่อย ๆสูงขึ้นในภายหลัง และให้ความร้อนต่ำเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำ

3. ไตรแคลเซียมอะลูมิเนต (3CaO.A12O3.Fe.3O) หรือชื่อย่อว่า C4AF เป็นส่วนประกอบที่ทำให้ปูนซีเมนต์มีสีดำ สารละลายแข็งของคัลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรด์ ช่วยในเรื่องความอยู่ตัว และเพิ่มความคงทนถาวรให้กับงานคอนกรีต โดยเฉพาะงานโครงสร้างในน้ำ อีกทั้งยังมีคุณสมบัติช่วยป้องกันปฏิกิริยาทางเคมีจากสิ่งที่มีผลต่อความแข็งแรงของคอนกรีต 

กระบวนการผลิตปูนซีเมนต์ มี 2 แบบ คือแบบเผาเปียก และแบบเผาแห้ง การจะใช้กระบวนการแบบใดขึ้นกับความชื้นและชนิดของวัตถุดิบ ถ้าวัตถุดิบมีความชื้นสูงตามสภาพ ธรรมชาติจะใช้วิธีเผาเปียก ซึ่งต้องใช้พลังงานมาก ทำให้มีต้นทุนสูงจึงไม่นิยม แต่ถ้าวัตถุดิบมีความชื้นต่ำจะใช้วิธีเผาแห้ง ซึ่งเป็นที่นิยมใช้ในปัจจุบัน ปูนซีเมนต์จัดเป็นผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ชนิดหนึ่ง ซึ่งในปัจจุบัน มีการวิจัยและพัฒนาให้ มีคุณภาพดี และเหมาะแก่การใช้งานมากขึ้น ปูนซีเมนต์แบ่งตามประโยชน์การใช้งานได้ 2 ชนิดดังนี้ 1 . ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ได้จากการบดปูนเม็ดกับยิปซัม 2 . ปูนซีเมนต์ผสม เป็นปูนที่มีการเติมทรายหรือหินปูนละเอียดลงไปบดร่วมกับปูนเม็ด จึงมีแรงอัดต่ำกว่าปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ เหมาะกับงานก่อสร้างที่ไม่ต้องการรับน้ำหนักมาก หรืองานคอนกรีตที่ไม่ต้องมีการยืดหดมากนัก

วัตถุดิบที่ใช้ในกระบวนการผลิต

วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตปูนซีเมนต์ แบ่งออกเป็น 3 ชนิดใหญ่ๆ ดังนี้

1. วัตถุดิบที่มีส่วนประกอบของปูนขาว (Line Component) เป็นวัตถุดิบที่มีส่วนประกอบทางเคมีเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต (Calcium Carbonate. CaCo3) ซึ่งมีความบริสุทธิ์ประมาณ 85 – 95 % ตัวอย่างวัตถุเหล่านี้ตามธรรมชาติ ได้แก่ หินปูน (Limestone) ชอล์ก (Chalk) และดินขาว (Marl)

2. วัตถุดิบที่มีส่วนประกอบของดินดำ (Clay) เป็นวัตถุดิบที่มีส่วนประกอบทางเคมีของซิลิคอนไดออกไซด์ (Silicon Dioxide, SiO2) อะลูมินัมออกไซด์ (Aluminum Oxide, Al2O3) และเฟอร์ริกออกไซด์ (Ferric Oxide, Fe2O3) ตัวอย่างวัตถุเหล่านี้ตามธรรมชาติ ได้แก่ ดินดำ (Clay) และดินดาน (Shale)

3. วัตถุดิบปรับแต่งคุณสมบัติ (Corrective Materials) เป็นวัตถุดิบที่ใช้สำหรับเพิ่มเติมสารประกอบบางตัวซึ่งมีไม่เพียงพอในดินดำ หรือดินดาน วัตถุดิบเหล่านี้ได้แก่ ทราย (ในกรณีที่ต้องการซิลิคอนไดออกไซด์) แร่เหล็กหรือดินลูกรัง (ในกรณีที่ต้องการเฟอร์ริกออกไซด์) และดินอะลูมินา (ในกรณีที่ต้องการอะลูมินัมออกไซด์) เป็นต้น

กรรมวิธีการผลิตปูนซีเมนต์

กรรมวิธีการผลิตปูนซีเมนต์ สามารถแบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ แบบเปียก (Wet Process) และแบบแห้ง (Dry Process) ซึ่งมีรายละเอียดของกระบวนการผลิตแต่ละแบบดังนี้

1. การผลิตปูนซีเมนต์แบบเปียก (Wet Process)

สามารถแยกเป็นขั้นตอนเพื่อง่ายต่อการทำความเข้าใจได้ดังนี้

ขั้นตอนที่ 1 นำวัตถุดิบหลักที่ใช้ในกระบวนการผลิตจากแหล่ง นั่นคือ ดินขาว (Marl) และดินเหนียว(Clay) ซึ่งหาได้จากแหล่งดินตามธรรมชาติมายังที่ผลิต

ขั้นตอนที่ 2 นำดินทั้งสองชนิดมาผสมกันน้ำในบ่อตีดิน (Wash Mill) แล้วกวนให้เข้ากัน

ขั้นตอนที่ 3 หลังจากที่กวนเข้ากันแล้ว ก็ส่งไปบดให้ละเอียดในหม้อบดดิน (Slurry Mill) จนได้น้ำดิน(Slurry)

ขั้นตอนที่ 4 ส่งไปกรองเอาเศษหินและส่วนที่ไม่ละลายน้ำออก เหลือแต่น้ำดินที่ละลายเข้ากันดี ซึ่งจะผ่านเครื่องกรองสองเครื่องคือ เครื่องกรองหยาบ และเครื่องกรองละเอียด

ขั้นตอนที่ 5 สูบน้ำดินไปเก็บพักไว้ในยุ้งเก็บ (Silo) เพื่อตรวจสอบคุณภาพและปรับแต่งส่วนผสมให้ได้คุณภาพตามที่กำหนด

ขั้นตอนที่ 6 น้ำดินที่มีส่วนผสมที่ถูกต้องแล้ว จะถูกสูบไปรวมกันที่บ่อกวนดิน (Slurry Basin) เพื่อให้มีปริมาณเพียงพอ และกวนให้ส่วนผสมรวมตัวเป็นเนื้อเดียวกันอีกครั้งหนึ่ง

ขั้นตอนที่ 7 สูบน้ำดินจากบ่อกวนดินเข้าสู่เครื่องป้อนน้ำดิบ เพื่อป้อนน้ำดิบเข้าไปเผาในหม้อเผาแบบหมุน       (Rotary Kiln) ความร้อนในหม้อเผาจะทำให้น้ำระเหยออกสู่บรรยากาศ เหลือแต่เม็ดดินซึ่งเมื่อให้ความร้อนต่อไปจนถึงอุณหภูมิหนึ่ง จะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีกลายเป็นปูนเม็ด (Clinker)

ขั้นตอนที่  8 ปูนเม็ด (Clinker) จะถูกลำเลียงไปตามโซ่ลำเลียงปูนเม็ด เพื่อนำไปเก็บในยุ้งเก็บปูนเม็ดรอกระบวนการต่อไป

ขั้นตอนที่  9 เป็นขั้นตอนการบดปูนเม็ดให้กลายเป็นปูนซีเมนต์ ทำโดยนำปูนเม็ดมาผสมกับยิปซัม(Gypsum)     

ที่ถูกย่อยแล้ว จากนั้นก็บดให้ละเอียดเป็นผงในหม้อบดซีเมนต์ (Cement Mill) ความละเอียดในการบดและอัตราส่วนระหว่างปูนเม็ดกับยิปซัมต้องเลือกอย่างเหมาะสม เพื่อให้ได้ปูนซีเมนต์ที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ

ขั้นตอนที่ 10 จากนั้นปูนซีเมนต์จะผ่านเครื่องแยกปูนละเอียด แล้วจะถูกลำเลียงไปเก็บไว้ในยุ้งเก็บปูนซีเมนต์ผง (Cement Silo) เพื่อรอการจำหน่ายต่อไป

2. การผลิตปูนซีเมนต์แบบแห้ง (Dry Process)

ขั้นตอนที่ 1 นำวัตถุดิบหลักที่ใช้ในกระบวนการผลิตจากแหล่งนั่นคือ หินปูน (Limestone) และ   ดินดาน (Shale) ซึ่งได้จากการระเบิดหินจากภูเขาหินปูนมายังที่ทำการผลิต

ขั้นตอนที่ 2 นำดินทั้งสองชนิดมาลดขนาดลงเพื่อให้เหมาะกับกระบวนการผลิตขั้นต่อไป โดยการนำมาผ่านเครื่องย่อย (Crusher) ซึ่งวัตถุดิบที่ผ่านการย่อยแล้วจะถูกนำมาเก็บไว้ที่กองเก็บวัตถุดิบ (Storage Yard)นอกจากนี้วัตถุดิบปรับแต่งคุณสมบัติ (Corrective Materials) ซึ่งใช้เฉพาะบางตัว เพื่อให้ได้ส่วนประกอบทางเคมีตามค่ามาตรฐานที่กำหนด วัตถุดิบอื่นเหล่านี้ก็ต้องผ่าน เครื่องย่อยเพื่อลดขนาดให้เหมาะสมเช่นกัน

ขั้นตอนที่ 3 ลำเลียงไปยังหม้อบดวัตถุดิน (Raw Mill) ซึ่งในหม้อบดวัตถุดิบ (Raw Mill) นี้จะบดหินปูน ดินดาน  และวัตถุดิบปรับแต่งคุณสมบัติให้เป็นผงละเอียดรวมกันซึ่งเรียกว่า วัตถุดิบสำเร็จ (Raw Meal) โดยการควบคุมอัตราส่วนของวัตถุดิบที่ป้อนเข้าสู่หม้อบดวัตถุดิบมีความสำคัญมาก เนื่องจากอัตราส่วนของวัตถุดิบที่เหมาะสมจะทำให้วัตถุดิบสำเร็จมีคุณสมบัติทางเคมีที่เหมาะสมกับการเผาด้วย

ขั้นตอนที่ 4 หลังจากผ่านกระบวนการบดแล้ววัตถุดิบสำเร็จจะถูกลำเลียงผ่านเครื่องแยกวัตถุดิบผสมแล้ว (Cyclone) ไปยังยุ้งผสมวัตถุดิบสำเร็จ (Raw Meal Homogenizing Silo) เพื่อเก็บและผสมวัตถุดิบสำเร็จให้เป็นเนื้อเดียวกัน

ขั้นตอนที่ 5 จะเป็นกระบวนการเผา โดยวัตถุดิบสำเร็จจะถูกส่งไปเผาในหม้อเผาแบบหมุน (Rotary Kiln)โดยกระบวนการเผาช่วงแรกเป็น ชุดเพิ่มความร้อน (Preheater) ซึ่งจะค่อยๆ เพิ่มความร้อนให้แก่วัตถุดิบสำเร็จ แล้วส่งวัตถุดิบสำเร็จไปเผาในหม้อเผา ซึ่งมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นจนถึงประมาณ 1,200 – 1,400 องศาเซลเซียส จะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีตามลำดับ จนในที่สุดกลายเป็นปูนเม็ด (Clinker)

ขั้นตอนที่ 6 เป็นการทำให้ปูนเม็ดเย็นลงโดยการนำปูนเม็ด (Clinker) ไปผ่านหม้อเย็น (Clinker cooler)

ขั้นตอนที่ 7 ลำเลียงปูนเม็ดไปเก็บไว้ที่ยุ้งเก็บเพื่อรอการบดปูนเม็ดต่อไป

ขั้นตอนที่ 8 เป็นขั้นตอนการบดปูนเม็ดให้กลายเป็นปูนซีเมนต์ ทำโดยนำปูนเม็ดมาผสมกับยิปซัม(Gypsum) ที่ถูกย่อยแล้ว จากนั้นก็บดให้ละเอียดเป็นผงในหม้อบดซีเมนต์ (Cement Mill) ความละเอียดในการบดและอัตราส่วนระหว่างปูนเม็ดกับยิปซัมต้องเลือกอย่างเหมาะสม เพื่อให้ได้ปูนซีเมนต์ที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ

ขั้นตอนที่  9 จากนั้นปูนซีเมนต์จะผ่านเครื่องแยกปูนละเอียด แล้วจะถูกลำเลียงไปเก็บไว้ในยุ้งเก็บปูนซีเมนต์ผง (Cement Silo) เพื่อรอการจำหน่ายต่อไป

ข้อแตกต่างระหว่างการผลิตปูนซีเมนต์แบบเปียก (Wet Process) และแบบแห้ง (Dry Process)

การผลิตปูนซีเมนต์แบบเปียกนี้ไม่เป็นที่นิยมในปัจจุบัน เนื่องจากต้องใช้เชื้อเพลิงปริมาณมากในการผลิตปูนเม็ด และยังมีอัตราการผลิตต่ำ ซึ่งทำให้ต้นทุนการผลิตสูง ส่วน  การผลิตปูนซีเมนต์แบบแห้ง ไม่ต้องใช้น้ำในการผสมวัตถุดิบ ดังนั้น จึงประหยัดค่าใช้จ่ายในการผลิต โดยเฉพาะค่าเชื้อเพลิง และเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน

สรุป

            ปูนซีเมนต์และคอนกรีตเป็นส่วนผสมการก่อสร้างที่ทำให้การสร้างอาคารหรือสิ่งก่อสร้าง ที่เป็นผลผลิตต่างๆเช่น เสา คาน ฐานราก ผนัง พื้นหรืออื่นๆที่ประกอบขึ้น ปูนซีเมนต์เป็นวัสดุสังเคราะห์อินทรีย์สารมีลักษณะเป็นผง ผลิตได้จากการบกปูนเม็ดที่เกิดจากากรรวมตัวกันสุกพอดีของวัตถุหลายอย่าง กรรมวิธีผลิตปูนซีเมนต์ผงอาจจะแยกได้ 3 วิธีที่สำคัญคือ กรรมวิธีแบบเปียก กรรมวิธีแบบ แห้งและกรรมวิธีแบบหมาด  โดยแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทได้แก่ 1. ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ 2. ปูนซีเมนต์ผสม หรือซิลิกาซีเมนต์   และ 3. ปูนซีเมนต์ผสมทราย  ในขบวนการผลิตปูนซีเมนต์นั้น จากการเผาวัตถุดิบได้แก่ พวกสารออกไซด์ของธาตุแคลเซียม ซิลิกอน อะลูมิเนียม เหล็กและสารอื่น ๆ สารเหล่านี้จะทำปฏิกิริยาทางเคมี รวมตัวกัน เป็นสารประกอบอยู่ในปูนซีเมนต์ ในรูปของผลึกที่ละเอียดมาก   การผสมคอนกรีตจะมีผลมากกับระยะเวลาในการผสมเนื่องจากความร้อนที่อยู่ภายในจะทำให้เกิดความแข็งแรงต่างกัน

แหล่งเอกสารอ้างอิง

คณะกรรมการบริหารโครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ.สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน เล่มที่24.กรุงเทพฯ:โครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน โดยพระราชประสงค์ในพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว,2542.หน้า 189-207