เหล็กเส้นไฟเบอร์กลาส (GFRP)

เหล็กเส้นไฟเบอร์กลาส (GFRP หรือ Glass Fiber Reinforced Polymer) หรือที่บางครั้งเรียกว่า FRP Rebar เป็นวัสดุเสริมแรงทางเลือกที่ประสบความสำเร็จและได้รับการพิสูจน์แล้ว ซึ่งถูกนำมาใช้เพื่อยืดอายุการใช้งานของโครงสร้าง ในการนำ GFRP มาใช้ในงานก่อสร้างนั้น จำเป็นต้องมีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งในคุณสมบัติทางกล, วิธีการจัดการในสถานที่ก่อสร้าง, และมาตรการด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับการตัดวัสดุ

1. ภาพรวมและคุณสมบัติเด่นของ GFRP

GFRP ประกอบด้วยใยแก้ว (Glass Fiber) ที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์ของโพลิเมอร์เรซิน (Resin Matrix) ซึ่งในกรณีของผลิตภัณฑ์ Aslan 100 ใช้เรซินไวนิลเอสเทอร์ (Vinyl Ester Resin) และใยแก้ว ECR

ข้อดีที่สำคัญ:

• ความต้านทานการกัดกร่อน: ไม่เป็นสนิมเมื่อสัมผัสกับคลอไรด์ไอออนและสารเคมีที่มี pH ต่ำ ซึ่งเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้โครงสร้างคอนกรีตเสียหาย

• น้ำหนักเบา: GFRP มีน้ำหนักเพียงประมาณ 1 ใน 4 ของเหล็กเส้น ทำให้การขนถ่ายและการติดตั้งง่ายขึ้นมาก การยกมัด GFRP ที่มีน้ำหนัก 20 ปอนด์ แทนที่จะเป็นเหล็ก 80 ปอนด์ ช่วยลดการบาดเจ็บของกล้ามเนื้อและกระดูกได้ประมาณ 25%

• ไม่นำไฟฟ้าและไม่เป็นแม่เหล็ก: มีความโปร่งใสต่อสนามแม่เหล็กและความถี่วิทยุ ทำให้เหมาะสำหรับการติดตั้งใกล้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความอ่อนไหว เช่น พื้นที่ MRI ในโรงพยาบาล, สถานีไฟฟ้าย่อยแรงดันสูง, หรือพื้นที่ทางด่วนที่มีการเก็บค่าผ่านทางความเร็วสูง

• ความเป็นฉนวนกันความร้อน: มีค่าการนำความร้อนต่ำ

• ความปลอดภัยในการตัด: การตัด GFRP จะไม่เกิดประกายไฟเหมือนการตัดเหล็ก ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงด้านอัคคีภัยในพื้นที่ที่มีวัสดุติดไฟ

คุณสมบัติทางกลที่สำคัญ:

• ความแข็งแรงดึง (Tensile Strength): เหล็กเส้น GFRP มีความแข็งแรงดึงที่มากกว่าเหล็ก สำหรับเหล็กเส้นขนาด #4 (13 มม.) ค่า Guaranteed Tensile Strength (f*fu) อยู่ที่ 758 MPa (110 ksi) และขนาด #6 (19 มม.) อยู่ที่ 690 MPa (100 ksi)

• มอดูลัสยืดหยุ่น (Tensile Modulus of Elasticity, Ef): ค่า Ef สำหรับทุกขนาดตั้งแต่ #2 ถึง #13 คือ 46 GPa (6.7 ล้าน psi) (ค่านี้กำหนดโดย ACI 440.1R ว่าเป็นค่ามอดูลัสเฉลี่ยของชุดการผลิต)

• ความแข็งแรงแรงเฉือนตามขวาง (Transverse Shear Strength): มีค่ามากกว่า 22,000 psi (150 MPa) ตามมาตรฐาน ASTM D7617 และ ACI 440.3R method B.4 แม้ว่าความแข็งแรงในการเฉือนจะไม่ใช่ปัจจัยหลักหากมีการทำฐานรากอย่างถูกต้อง

• เนื้อหาใยแก้ว (Glass Fiber Content): ต้องมีใยแก้วมากกว่า 70% โดยน้ำหนัก ตามมาตรฐาน ASTM D2584

2. การจัดการเหล็กเส้น GFRP และข้อควรระวังในการติดตั้ง

การจัดการและการติดตั้ง GFRP โดยทั่วไปจะคล้ายกับเหล็กเส้นเคลือบอีพ็อกซี่หรือเหล็กอาบสังกะสี (galvanized steel) โดยต้องปฏิบัติตามแนวทางใน ACI 440.5-08

การดัดและการขึ้นรูป:

• ห้ามดัดในพื้นที่ก่อสร้าง (Field Bending): ไม่ได้รับอนุญาตให้มีการดัด GFRP ในสถานที่ก่อสร้าง เนื่องจากเหล็กเส้นดัดและโกลน (Stirrups) จะต้องถูกขึ้นรูปที่โรงงานในขณะที่เรซินยังไม่แข็งตัว

• การโค้งรัศมีขนาดใหญ่ (Large Radius Curves): สามารถทำได้ที่หน้างานเมื่อรัศมีโค้งใหญ่กว่าค่าต่ำสุดที่กำหนดไว้ในตาราง

• ข้อจำกัดในการขึ้นรูป: รูปทรงมาตรฐานส่วนใหญ่มีให้ใช้งาน แต่ไม่แนะนำรูปทรงที่มีการเปลี่ยนทิศทางการดัด (เช่น รูปทรงตัว Z หรือปีกนก) เพราะไม่ประหยัด รูปทรงสี่เหลี่ยมแบบปิดต้องจัดหาเป็นแบบคู่ของเหล็กรูปตัว U หรือแบบเกลียวต่อเนื่อง

การผูกและการวางเหล็กเส้น:

• ลวดผูกเหล็ก: แนะนำให้ใช้ ลวดผูกเหล็กแบบเคลือบพลาสติก หรือใช้สายรัดซิปไนลอน (Nylon Zip Ties) หรือคลิปพลาสติก เมื่อต้องการการเสริมแรงที่ไม่ใช่เหล็กโดยสมบูรณ์ (non-ferrous reinforcing)

• ขาตั้ง (Support Chairs): จำเป็นต้องใช้ขาตั้ง (support chairs) ในระยะห่างประมาณ สองในสาม ของระยะห่างที่ใช้สำหรับเหล็กเส้นปกติ

• การยึดให้แน่น: ในงานคอนกรีตหล่อสำเร็จ (precast) อาจมีโอกาสที่เหล็กเส้น GFRP จะ “ลอย” (float) ในระหว่างการสั่นสะเทือนคอนกรีต ดังนั้นควรใช้ความระมัดระวังในการยึด GFRP ให้แน่นเพียงพอในแบบหล่อ

3. วิธีการตัดเหล็กเส้น GFRP ที่ถูกต้องและปลอดภัย

การตัดเหล็กเส้น GFRP นั้นง่ายกว่าและปลอดภัยกว่าการตัดเหล็ก เนื่องจากไม่เกิดประกายไฟ อย่างไรก็ตาม ต้องใช้เครื่องมือและเทคนิคที่เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกเป็นเสี้ยน (splintering) หรือการหลุดรุ่ยของเส้นใย

เครื่องมือที่แนะนำ:

ประเภทเครื่องมือ	ประสิทธิภาพ/ข้อแนะนำ	การใช้งาน
ใบเพชร (Diamond Blade Saw)	ให้รอยตัดที่สะอาดและแม่นยำ เหมาะสำหรับการตัดจำนวนมาก	ใบเพชรตัดแห้ง และ ใบเพชรตัดน้ำ แนะนำใบเพชรตัดน้ำ
เครื่องเจียร (Angle Grinder)	ใช้แผ่นตัด เนื่องจากกะทัดรัด เหมาะสำหรับพื้นที่จำกัด
เลื่อยตัดพร้อมใบมีดคาร์ไบด์	เช่น เลื่อยวงเดือนที่ใช้ใบมีดปลายคาร์ไบด์ (Carbide-Tipped Blade) หรือเลื่อยเหล็กปลายคาร์ไบด์ (Carbide-tipped hacksaw) เหมาะสำหรับงานเบา
เลื่อย Reciprocating	ใช้ใบมีดที่มีส่วนผสมของกรวดคาร์ไบด์หรือเพชร แต่ต้องยึดเหล็กเส้นให้แน่นเพื่อหลีกเลี่ยงการสั่นและการแตกเป็นเสี้ยน

สิ่งที่ควรหลีกเลี่ยง:

1. ห้ามเฉือน (Do NOT Shear): ห้ามใช้เครื่องมือตัดเฉือน (เช่น กรรไกรตัดเหล็ก/คีมตัดเหล็ก) เพราะ GFRP ไม่เฉือนเหมือนเหล็ก และอาจทำให้วัสดุแตกเป็นเสี้ยนหรือเครื่องมือเสียหาย

2. เครื่องมือที่ใช้ความร้อน: ควรหลีกเลี่ยงเครื่องมือที่ใช้ความร้อน เช่น หัวเชื่อม (torches) เพราะอาจทำให้ความสมบูรณ์ของโครงสร้างของเหล็กเส้นลดลง

3. ใบมีดที่ไม่เหมาะสม: หลีกเลี่ยงเลื่อยเหล็ก (hacksaw) หรือใบมีดที่ไม่เหมาะสมสำหรับไฟเบอร์กลาส เพราะอาจทำให้เกิดการหลุดลุ่ยหรือแตกเป็นเสี้ยนได้

ขั้นตอนการตัด:

1. การเตรียมและการทำเครื่องหมาย: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นที่ทำงาน มีการระบายอากาศที่ดี หรือทำในที่โล่ง วัดและทำเครื่องหมายจุดตัดด้วยปากกาหรือเทปอย่างชัดเจน และตรวจสอบการวัดซ้ำเพื่อให้แน่ใจว่าแม่นยำ

2. การยึดและการตัด: ยึดเหล็กเส้น GFRP ให้มั่นคงบนโต๊ะทำงานหรือพื้นผิวที่มั่นคง ใช้แรงกดที่มั่นคงและสม่ำเสมอ และอย่าออกแรงบังคับใบมีดเร็วเกินไป เพราะการตัดที่เร็วเกินไปอาจทำให้ขอบไม่สม่ำเสมอหรือไฟเบอร์เสียหาย

3. การเก็บงาน (ทางเลือก): หลังการตัด ให้ใช้ผ้าเปียกเช็ดทำความสะอาดปลายเพื่อกำจัดอนุภาคไฟเบอร์กลาสที่หลวม อาจเลือกเคลือบขอบที่ตัดด้วยอีพ็อกซี่หรือสารเคลือบโพลียูรีเทนเพื่อลดการหลุดร่วงของเส้นใยและฟื้นฟูการป้องกันการกัดกร่อน

4. การทำความสะอาด: รวบรวมและกำจัดฝุ่นและขี้เลื่อยทั้งหมดอย่างระมัดระวัง ควรใช้เครื่องดูดฝุ่นสำหรับงานช่าง (shop vacuum) หรือผ้าเปียกในการทำความสะอาด ต้องล้างมือ แขน และผิวหนังที่สัมผัสอื่นๆ ให้สะอาดหมดจด หลังจากจัดการกับ GFRP

4. ข้อกำหนดด้านความปลอดภัย (PPE) และสุขภาพ

ฝุ่นไฟเบอร์กลาสอาจทำให้เกิดการระคายเคืองต่อดวงตา ผิวหนัง และปอดได้ การปฏิบัติตามข้อกำหนดด้าน PPE จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (PPE):

• การป้องกันระบบทางเดินหายใจ: ใช้ หน้ากากกันฝุ่น N95 หรือเครื่องช่วยหายใจ (respirator) เพื่อหลีกเลี่ยงการสูดดมอนุภาคไฟเบอร์กลาส

• การป้องกันดวงตา: สวมใส่ แว่นตานิรภัยหรือกระบังหน้า เพื่อป้องกันเส้นใยหรือฝุ่นเข้าตา

• การป้องกันผิวหนัง: สวมใส่ ถุงมือป้องกันการบาด (Cut-resistant gloves) เสื้อแขนยาวและกางเกงขายาว เพื่อลดการระคายเคืองผิวหนังจากฝุ่นไฟเบอร์กลาส

• การป้องกันเสียง: ใช้ที่ครอบหูเมื่อใช้เครื่องมือไฟฟ้า

การจัดการสุขภาพและสารเคมี:

• ฝุ่นไฟเบอร์กลาส: อาจทำให้เกิดการระคายเคืองทางเดินหายใจ, ผื่น, คัน, เยื่อบุตาอักเสบ, ไอ, และจาม หากสูดดมเข้าไป ควรย้ายผู้ประสบภัยไปสู่ที่ที่มีอากาศบริสุทธิ์

• อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะของเรซิน (Tg): มีค่ามากกว่า 230°F (110°C) อย่างไรก็ตาม GFRP ยังคงความแข็งแรงดึงเต็มที่จนถึง 150°C ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิการบ่มคอนกรีตโดยทั่วไป

• การกำจัดของเสีย: ขี้เลื่อย GFRP ถือเป็นของเสียทั่วไป (solid waste) ตามข้อบังคับของรัฐบาลกลาง RCRA (Federal RCRA Regulations) และไม่ถือเป็นของเสียอันตราย สามารถนำไปบดใช้เป็นมวลรวมคอนกรีตที่มีน้ำหนักเบา (lightweight concrete aggregate) หรือเข้าสู่กระบวนการรีไซเคิลแบบคอมโพสิตในบางพื้นที่

——————————————————————————–

การเปรียบเทียบระหว่างเหล็กเส้น GFRP กับเหล็กเส้นแบบดั้งเดิมนั้น เปรียบได้กับการเปรียบเทียบเชือกจากใยแก้วที่เบาแต่แข็งแกร่งกับโซ่เหล็กที่หนักและมีปัญหาเรื่องสนิม โซ่เหล็กอาจทนต่อการหักงอได้ แต่สุดท้ายจะผุพังจากสนิม ในขณะที่เชือกใยแก้วจะไม่มีวันเป็นสนิม แต่ก็ไม่สามารถนำมามัดหรือดัดงอเองได้ ต้องให้โรงงานถักทอรูปทรงที่ต้องการมาให้ตั้งแต่แรก การตัดเชือกใยแก้วนั้นง่ายดายด้วยใบมีดคม แต่สิ่งที่ต้องระวังคือฝุ่นของเส้นใยแก้วที่มองไม่เห็น ซึ่งสามารถทำอันตรายได้หากไม่สวมเครื่องป้องกันอย่างรัดกุม