Embed Size (px)
Citation preview
การประชุมวิชาการทางวิศวกรรมศาสตรมหาวิทยาลัยสงขลานครินทร คร้ังที่ 9 2-3 พฤษภาคม 2554
การวิวัฒนาการของสมบัติ โครงสรางจุลภาค และวิทยาแรในระหวางเผาหางแรดินขาวกับเถาแกลบดําเนนกระเบื้องเซรามิก
Evolution of Properties, Microstructure and Mineralogy during Firing of Kaolin Tailings with Black Rice Husk Ash Based on Ceramic Tiles
ดนุพล ตันนโยภาส1* ธารา เหมมิจฉา2
1,2หนวยวิจัยธรณเีทคนิคและวัสดุกอสรางนวัตกรรม คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร อ.หาดใหญ จ.สงขลา 90112 E-mail: [email protected]*
Danupon Tonnayopas1* Tara Hammidcha2
1,2Geotechinical and Innovative Construction Materials Research Unit (GICMRU), Faculty of Engineering, Prince of Songkla University, Hat Yai, Songkhla 90112
E-mail: [email protected]*
บทคัดยอ การศึกษาครั้งน้ี เปนการนําหางแรดินขาวมาผสมกับเถาแกลบดําเพื่อผลิตเปนกระเบื้องเซรามิก โดยเติมเถาแกลบดําในอัตราสวนที่แตกตางกัน (0, 20, 30, 40%) กําหนดใหกระเบ้ืองมีขนาด 110 มม. ×110 มม. ×8 มม. ผสมกับนํ้าที่มีความชื้นที่เหมาะสมที่สุดและทําการอัดข้ึนรูปดวยเครื่องอัดไฮโดลิก ที่ 90 บาร นํากระเบื้องดิบเผาที่อุณหภูมิ 1050–1090°ซ. เปนเวลา 8 ชั่วโมง จากนั้นทําการทดสอบสมบัติของกระเบ้ือง ไดแก ความไดฉากและการบิดเบ้ียว การหดตัวและขยายตัวเชิงปริมาตรหลังเผา นํ้าหนักสูญหายหลังเผา ความหนาแนนรวม การดูดซึมนํ้า ความแข็งกระดอน กําลังดัด การตานทานไฟฟา สวนโครงสรางจุลภาคของตัวอยางกระเบื้องศึกษาจากการวิเคราะหดวยการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซและถายภาพดวยกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด สามารถอธิบายไดวากระเบื้องจะเกิดแรควอตซ มุลไลต คริสโทบาไลต และจากภาพถายโครงสรางจุลภาคพบวาในเนื้อกระเบื้องน้ันมีรูพรุนแตกยาวเรียวทั่วไป ลักษณะของริมขอบรอยแตกมีความมน แสดงถึงผานการอบผนึก รูพรุนมีปริมาณนอย ผลการทดสอบพบวาสมบัติของตัวอยางกระเบื้องเหมาะสมสําหรับเปนกระเบ้ืองมุงหลังคาในเกณฑมาตรฐาน มอก. 158-2518 คําหลัก หางแรดินขาว, เถาแกลบดํา, กระเบ้ืองเซรามิก, ความตานทานไฟฟา
Abstract In this study, the ceramic tiles contained kaolin tailing and
black rice husk ash (BRHA) proportion of 0, 20, 30, 40% BRHA have been replaced partially the kaolin tailing. Rectangular speciment in dimension of 110×110×8 mm, mixed with optimum moisture content and shaped by hydraulic uniaxial pressing of 90 bars. Green tile specimens were sintered at 1,050 to 1,090°C. The tests carried out on volumetric changes, bulk density, weight lost, water absorption, rebound hardness, electrical resistance and modulus of rupture. Microsturture of specimens are explained on the basis of X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) analysis. The quartz, mullite and cristobarite phases were found by XRD of sintered samples and SEM studies revealed crystals embedded in the matrix with little pores. The results showed that some formulated ceramic tile specimens are suitable for the roofing tile in threshold of TIS 158-2518. Keyword: Kaolin Talling, Black Rice Husk Ash, Ceramic Tile, Electrical resistance
1. บทนํา อุตสาหกรรมเซรามิกเปนอุตสาหกรรมที่ ใชวัตถุดิบใน
ประเทศเปนสวนใหญมีการใชกําลังการผลิตรอยละ 70โดยจะผลิตเพื่อสงออกเปนหลัก เชน ถวยชาม เครื่องใชในครัวเรือน เคร่ืองสุขภัณฑ กระเบ้ืองปูพื้น กระเบ้ืองบุผนัง เครื่องประดับ ปจจุบัน
699
อุตสาหกรรมเซรามิกในโลกไดพัฒนาไปมาก จากอุตสาหกรรมเซรามิกแบบดั้ ง เดิมไดแก เครื่ อ งป นดิน เผาแบบต างๆไปเปนอุตสาหกรรมเซรามิกแบบล้ํายุค ที่ใชเทคโนโลยีข้ันสูงและซับซอนในการผลิตโดยใช เปนชิ้นสวนคอมพิวเตอรอิ เล็กทรอนิกส เครื่องยนต และชิ้นสวนผลิตภัณฑวิศวกรรมอื่นๆ การพัฒนาวัสดุใหมๆ น้ีสามารถทําใหคุณภาพชีวิตของมนุษยมีการเปลี่ยนแปลงที่ดีข้ึน ดังน้ันจึงมีความจําเปนอยางยิ่งที่จะตองเรียนรูการนําวัสดุไปใชงานใหเกิดประโยชนสูงสุดไมวาจะเปนวัสดุที่เกิดข้ึนใหมหรือวัสดุเดิมที่มีอยูแลว ซ่ึงอาจจะเปนการปรับปรุงกระบวนการผลิตเพื่อลดปริมาณของวัตถุดิบที่นํามาผลิตเปนวัสดุ การนําวัสดุไปใชอยางประหยัด หรือการเก็บรักษาวัสดุใหมีอายุในการใชงานยาวนานที่สุดตลอดจนสามารถนํากลับมาใชใหมอยางมีประสิทธิภาพรวมไปถึงการพยายามคิดคนหาวัสดุใหมเพื่อนํามาใชงานทดแทนวัสดุจากธรรมชาติที่ลดนอยลงทุกวัน โดยใหมีสมบัติที่เทาเทียมกันหรือดีกวาเดิมแตไม เปนการทําลายธรรมชาติและส่ิงแวดลอมทั้ งกระบวนการผลิต การเก็บรักษา และการใชงาน
ในประเทศไทยยังมีวัสดุ เหลือทิ้งจากภาคเกษตรและอุตสาหกรรมในปริมาณมากที่ยังไมถูกนํามาใชประโยชน เชน เถาแกลบ และวัสดุเหลือทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรมตางๆ เม่ือกลาวถึงเถาแกลบประเทศไทยนั้นเปนประเทศเกษตรกรรมที่มีการปลูกขาวเปนจํานวนมาก ขาวนาปกับนาปงไดขาวเปลือก 20-23 ลานตันตอป สีเปนขาวขาวได 10 ลานตัน เราจึงมีแกลบจากการสีขาวเปนจํานวนมาก ปจจุบันแกลบถูกนําไปใชเปนเชื้อเพลิงสําหรับทําใหเกิดพลังงานความรอน ผสมกับวัสดุอื่นในการทําอิฐ กระเบ้ือง และวัสดุกอสรางตางๆ และยังนําไปใชทําปุยในทางเกษตรกรรม สําหรับในอุตสาหกรรมเซรามิกน้ันมีการนําแกลบมาใชสําหรับเปนเชื้อเพลิงในการเผาอิฐแบบดั้งเดิมที่ตองใชเวลาในการเผานานหลายวัน นอกจากนี้ยังนําไปใชบางในสูตรเคลือบที่เผาแบบลดการสันดาป ซ่ึงในความเปนจริงแลวแกลบมีประโยชนมากกวานั้นเยอะสําหรับอุตสาหกรรมเซรามิกและอุตสาหกรรมอื่นๆ เน่ืองจากในแกลบนั้นเม่ือเผาแลวจะไดซิลิกาที่มีความบริสุทธิ์สูงและมีคาพื้นที่ผิวจําเพาะสูงมาก ซ่ึงซิลิกาก็เปนองคประกอบสําคัญสําหรับอุตสาหกรรมเซรามิกน่ันเอง
ดังน้ันการนําวัสดุเหลือใชมาใชประโยชนจึงมีความสําคัญมากและยังเปนการชวยลดการสรางมลพิษไดอีกดวย การนําหางแรดินขาว และ เถาแกลบดําที่ไดจากการสีขาว มาผสมกันเพื่อผลิตเปนกระเบื้องชนิดตางๆ เชน กระเบ้ืองมุงหลังคา กระเบื้องปูพื้น กระเบื้องบุผนัง เปนตน ซ่ึงนับเปนวิธีการลดปริมาณของเสียจากการประกอบเหมืองแร จากโรงสีขาว หรืออุตสาหกรรมตางๆ และยังเปนการเพิ่มมูลคาใหกับของเสีย รวมถึงเปนการลดตนทุนในการผลิต และยังเปนการสรางผลิตภัณฑเชิงนิเวศดวย
2. การดําเนินการวิจัย 2.1 วัสดุท่ีใช วัสดุที่ใชในงานวิจัยประกอบดวย หางแรดินขาวจากบริษัทชนิดมาบดละเอียดแลวอบไลความชื้นที่อุณหภูมิ 100oซ. เปนเวลา
24 ชั่วโมง คัดขนาดผานตะแกรง 200 เมช หรือ 75 ไมครอน
ก) ข)
รูปที่ 1 วัตถุดิบที่ใช ก) หางแรดินขาว ข) เถาแกลบดํา 2.2 การเตรียมอัตราสวนผสมของแผนกระเบื้อง
เตรียมแผนตัวอยางกระเบื้องเซรามิกหางแรดินขาวและเถาแกลบดํา ซ่ึงมีทั้งหมด 4 สวนผสมดวยกัน กําหนดใหสูตรที่ 1 เปนหางแรดินขาวลวน สูตรที่ 2 หางแรดินขาวและเถาแกลบดํา รอยละ 80:20 โดยน้ําหนัก สูตรที่ 3 หางแรดินขาวและเถาแกลบดํารอยละ 70:30 โดยน้ําหนัก และสูตรที่ 4 หางแรดินขาว และ เถาแกลบดํา รอยละ 60:40 โดยนํ้าหนัก (ตารางที่ 1) ซ่ึงวัตถุดิบทั้งสองผานการบดละเอียดดวยเครื่องบดละเอียด (Ball mill) เปนเวลา 24 ชั่วโมง นํามาคัดขนาดผานตะแกรง 200 เมช จากนั้นจึงนําวัตถุดิบทั้งสามมาผสมคุลกกับปริมาณนํ้าที่เหมาะสม แลวหมักทิ้งไวเปนเวลา 15-30 นาที กอนนําไปข้ึนรูปดวยเครื่องอัดไฮโดรลิกที่ 90 บาร เปนแผนกระเบ้ืองขนาดไมนอยกวา 10×10×0.7 เซนติเมตร นํามาวางที่บรรยากาศถายเทเปนเวลา 24 ชั่วโมง กอนนําไปเผาในเตาเผาไฟฟาที่อุณหภูมิสูงสุด 1,300°ซ. กําลัง 22 kW ของ Interkilns industry ดวยอัตราความรอน 5°ซ./นาที จนถึงอุณหภูมิ 550°ซ. แชไวนาน 30 นาที หลังจากนั้นใหอัตราความรอน 1ºซ./นาที จนถึงอุณหภูมิ 960°ซ. แชไว 30 นาที แลวเปลี่ยนใหอัตราความรอน 2๐ซ./นาที จนถึงอุณหภูมิสูงสุด แชไวนาน 60 นาที แลวจึงส้ินสุดอุณหภูมิเผา ปลอยใหเย็นตัวในเตาดวยอัตรา 13°ซ./นาที นํากระเบ้ืองที่ผานการเผามาวัดขนาด และชั่งนํ้าหนักอีกครั้ง เพื่อใชเปนขอมูลในการคํานวณคาสมบัติดานตางๆ
ตารางที่ 1 อัตราสวนผสมของกระเบื้องที่ศึกษา
นํ้าหนักสวนผสม (กรัม) หางแรดินขาว : เถาแกลบดํา หางแรดินขาว เถาแกลบดํา 100 : 0 200 0 80 : 20 160 40 70 : 30 140 60 60 : 40 120 80
2.3 วิธีการทดสอบ วัดความไดฉากตามวิธีการ มอก. 614-2529 ความหนาแนนปรากฏใชวัดดวยอารคีมีดิสตาม ASTM C373-88 และตัวอยางแชในนํ้ารอนเปนเวลา 2 ชม. และแชตอไปจนครบ 24 ชม. เพื่อหาการดูดซึมนํ้าตามวิธี มอก. 2398 เลมที่ 3-2551 ซ่ึงเปนไปตามสมการตอไปน้ี :
700
100xW
WWWd
dw −= (1)
เม่ือ W เปนการดูดซึมนํ้า (%), Ww เปนนํ้าหนักกระเบื้องหลังแชนํ้า (กรัม), Wd เปนนํ้าหนักกระเบ้ืองกอนแชนํ้า (กรัม) สําหรับการเปลี่ยนแปลงขนาดหลังเผาเชิงปริมาตร (%) ของแผนกระเบ้ืองตัวอยางคํานวณจากสมการตอไปน้ี : 100
0
0 xV
VVSv−
= (2)
เม่ือ Sv เปนการเปลี่ยนแปลงขนาดหลังเปา (%), V0 เปนปริมาตรกอนเผา (ลบ.ซม), V เปนปริมาตรหลังเผา (ลบ.ซม) สําหรับความหนาแนนรวมคํานวณไดดังน้ี :
VM
=ρ (3)
เม่ือ ρ เปนความหนาแนนรวม (กรัม/ลบ.ซม.), M เปนนํ้าหนักกระเบ้ืองหลังเผา (กรัม), V เปนปริมาตรหลังเผา (ลบ.ซม) สําหรับการทดสอบความแข็งกระดอน (micro hardness) กดทดสอบจํานวน 5 คร้ัง เฉลี่ยเปนคา 1 คา ตาม ASTM C805 ดวยเครื่อง Hardness tester รุน EQUOTIP จากคาเฉลี่ยของทั้ง 5 แผนกระเบ้ืองตัวอยางอัตราสวนเดียว มาเฉลี่ยอีกครั้งเปนคาตัวแทนของแผนกระเบ้ืองตัวอยาง 1 คา สําหรับความตานทานไฟฟาจําเพาะสามารถคํานวณไดจากสมการตอไปน้ี :
ความตานทานไฟฟาจําเพาะ = c
abR (4)
เม่ือ ความตานทานไฟฟาจําเพาะ หนวยเปน (เมกะโอหม-ซม.) a เปนความกวางของกระเบื้อง (ซม.) b เปนความหนาของกระเบื้อง (ซม.) c เปนความยาวของกระเบื้อง (ซม.) และ R เปนความตานทานไฟฟา (เมกะโอหม) สวนการทดสอบกําลังดัดแบบสามจุดหรือโมดูลัสแตกราว ซ่ึงเปนไปตามมาตรฐาน มอก. 2398 เลม 4-2551 ดวยเครื่อง Universal Hounsfield Test equipment รุน H 100KS ดวยความเร็วในการกด 1.8 มม./นาที อัตราความเครียด 10-3 วินาที-1 กําลังดัดสามารถคํานวณไดจากสมการดังน้ี : กําลังดัด =
baLP s
2max
23 (5)
เม่ือ กําลังดัด = (เมกะพาสคัล) Pmax = แรงกดสูงสุด (N) Ls = ระยะหางของแนวแกนของที่รองรับ (มิลลิเมตร), a = หนาเฉลี่ยตรงรอยแตกของกระเบ้ือง (มิลลิเมตร) b = ความกวางหรือยาวของกระเบ้ือง (มิลลิเมตร)
3. ผลการทดลองและวิเคราะหผล 3.1 ความไดฉากและความบิดเบี้ยวของกระเบื้อง
ผลการวัดความไดฉากของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดินขาวและเถาแกลบสีดํา พบวากระเบ้ืองดินเผาที่ทุกสวนผสมและที่ทุกอุณหภูมิยังคงไดฉาก แตจะเกิดการโกงงอกับกระเบ้ืองที่มีปริมาณเถาแกลบดําเพิ่มมากข้ึนและที่อุณหภูมิเพิ่มข้ึน อยูในเกณฑมาตรฐาน มอก. 37-2529 [2] 3.2 ความหนาแนนรวม ความหนาแนนรวมของกระเบ้ืองที่นํามาทดสอบมีคาเฉลี่ยอยู
ในชวง 1.49-1.86 กรัม/ลบ.ซม ปริมาณเถาแกลบดําเพิ่มข้ึนความหนาแนนจะลดลง ที่อุณหภูมิ 1,070°ซ. มีความหนาแนนมากกวาที่อุณหภูมิ 1,070 และ 1,090°ซ. จากรูปที่ 2 เห็นวาความหนาแนนที่อุณหภูมิ 1,050°ซ. และ 1,090°ซ. มีความหนาแนนใกลเคียงกัน (รูปที่ 2)
1.20
1.30
1.40
1.50
1.60
1.70
1.80
1.90
2.00
0 10 20 30 40
ปริมาณเถาแกลบดําแทนที่ (%)
ความหน
าแนน
รวม
(กรัม
/ลบ.ซม
.)
1050C 1070C 1090C
รูปที่ 2 ความหนาแนนของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดินขาว
โดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา
3.3 การหดตัวหลังเผา การหดตัวหลังเผา พบวามีแนวโนมลดลงเม่ืปริมาณเถา
แกลบดําเพิ่มข้ึน และที่อุณหภูมิ 1,050°ซ. ปรากฏวามีการหดตัวคอนขางคงที่ทุกสวนผสม (รูปที่ 3)
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40
ปริมาณเถาแกลบดาํแทนที ่(%)
การห
ดตวัห
ลังเผา
(%)
1050C1070C1090C
รูปที่ 3 การหดตัวหลังเผาของกระเบือ้งเซรามิกทําจากหางแรดิน
ขาวและเถาแกลบดํา 3.4 น้ําหนักสูญหายหลังเผา
กระเบ้ืองเซรามิกทําจากหางแรดินขาวและเถาแกลบดําเม่ือนํามาทดสอบพบวาน้ําหนักสูญหายหลังเผาเฉลี่ยอยูในชวง 9.50 – 17.37% เม่ือไมเติมเถาแกลบไมพบการเปลี่ยนแปลงของการสูญเสียนํ้าหนักอยางมีนัยสําคัญทั้ง 3 อุณหภูมิ แตเม่ือเพิ่มปริมาณเถาแกลบมากขึ้น (ที่ 30%) อุณหภูมิ 1,070°ซ. มีการสูญเสียนํ้าหนักหลังเผามากที่ สุด แสดงใหเห็นวาปริมาณเถาแกลบมีอิทธิพลตอการสูญเสียนํ้าหนักหลังเผา (รูปที่ 4)
701
8
10
12
14
16
18
0 10 20 30 40
ปริมาณเถาแกลบดําแทนที่ (%)
น้ําหน
ักสูญหา
ยหลังเผา
(%) 1050C
1070C
1090C
รูปที่ 4 นํ้าหนักสูญหายหลังเผาของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแร
ดินขาวและเถาแกลบดํา 3.5 การดูดซึมน้ํา
กระเบ้ืองเซรามิกทําจากหางแรดินขาวและเถาแกลบดํามีคาดูดซึมนํ้าเฉลี่ยอยูในชวง 15.29–21.54% พบวากระเบ้ืองหางแรดินขาวลวนที่อุณหภูมิ 1,070°ซ. มีคาดูดซึมนํ้ามากที่สุด เม่ือเทียบกับอุณหภูมิ 1,050°ซ. และ 1,090°ซ. ซ่ึงทั้ง 2 อุณหภูมิมีคาการดูดซึมนํ้าที่ใกลเคียงกัน แตเม่ือเพ่ิมเถาแกลบดําในปริมาณที่มากขึ้น ที่อุณหภูมิทั้งสาม (1,070°ซ. 1,050°ซ. และ 1,090°ซ.) ยังคงมีคาการดูดซึมนํ้าเพิ่มมากขึ้นเชนกัน สอดคลองกับคาความหนาแนนรวม บงบอกวาปริมาณเถาแกลบดําทําใหเน้ือกระเบ้ืองมีรูพรุนแบบเปดที่ดูดซึมนํ้าเขาไปได (รูปที่ 5)
10
15
20
25
0 10 20 30 40
ปริมาณเถาแกลบดําแทนที ่(%)
การดูดซ
ึมน้ํา
(%)
1050C 1070C 1090C
รูปที่ 5 การดูดซึมนํ้าของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดินขาว
และเถาแกลบดํา 3.6 ความแข็งกระดอน
ผลจากการทดสอบกระเบื้องทดลองพบวา คาความแข็งกระดอนเฉลี่ยอยูในชวง 409 – 599 สังเกตเห็นวากระเบ้ืองหางแรดินขาวลวนคาความแข็งกระดอนที่อุณหภูมิ 1,070°ซ. มีคาสูงสุด และเม่ือเพิ่มปริมาณเถาแกลบดํามากขึ้น พบวาคาความแข็งกระดอนมีคาเพิ่มข้ึนเม่ือเพิ่มปริมาณเถาแกลบมากขึ้น แตที่ทุกอุณหภูมิจะมีคาความแข็งลดลงที่ปริมาณเถาแกลบ 30% อาจเปนเพราะกระเบ้ืองที่ไดมีการโกงตัวมากจึงทําใหคาที่ไดมีความคลาดเคลื่อน (รูปที่ 6)
400
450
500
550
600
650
700
0 10 20 30 40
ปริมาณเถาแกลบดําแทนที่ (%)
คาคว
ามแข
็งกระดอ
น
T1050 T1070 T1090
รูปที่ 6 ความแข็งกระดอนของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดิน
ขาวและเถาแกลบดํา 3.7 ความตานทานไฟฟาจําเพาะ
กระเบ้ืองเซรามิกทําจากหางแรดินขาวและเถาแกลบดํามีคาความตานทานไฟฟาจําเพาะเฉลี่ยอยูในชวง 5.89–39.99 โอหม– เซนติเมตร เม่ือเพิ่มเถาแกลบดําในปริมาณที่มากข้ึนทําใหคาความตานทานไฟฟาเพิ่มสูงข้ึน เน่ืองจากเถาแกลบดํามีปริมาณซิลิกาอยูมากจึงทําใหกระเบ้ืองมีคาความตานทานไฟฟาสูงข้ึน สงผลใหกระเบื้องที่เผาที่อุณหภูมิสูงข้ึนมีคาความตานทานไฟฟาสูงข้ึนตามไปดวย (รูปที่ 7)
5.00
15.00
25.00
35.00
45.00
0 10 20 30 40
ปริมาณเถาแกลบดําแทนท่ี (%)
การตานทานไฟฟ
าจําเพ
าะ ( เมกะโอมห
- เซนต
เิมตร
)
T1050C T1070C T1090C
รูปที่ 7 ความตานทานไฟฟาจําเพาะของกระเบื้องเซรามิกทําจาก
หางแรดินขาวและเถาแกลบดํา 3.8 กําลังดัด
กําลังดัดเฉลี่ยอยูในชวง 2.35–10.62 เมกะพาสคัล ซ่ึงผานเกณฑกระเบ้ืองมุงหลังคา มอก. 158-2518 กระเบ้ืองหางแรดินขาวลวนที่อุณหภูมิเผา 1,070°ซ. มีคากําลังดัดสูงสุด และเม่ือเติมเถาแกลบดําในปริมาณที่มากขึ้นทั้ง 3 อุณหภูมิ มีคากําลังดัดเพิ่มข้ึนดวย แตที่เถาแกลบดํา 30% ที่อุณหภูมิ 1070 °ซ. และ 1090°ซ. มีคากําลังดัดลดลง เน่ืองจากกระเบื้องทดสอบมีการโกงงอและบางแผนมีการแตกราวที่บริเวณขอบของกระเบ้ืองและผิวหนาทําใหคากําลังดัดที่วัดไดเกิดความผิดพลาด 3.9 การวิเคราะหแรของกระเบื้องทดลอง
กระเบ้ืองที่ผานการทดสอบกําลังดัด โดยคัดเลือกแผนกระเบ้ืองที่ไดใหคากําลังดัดสูงสุด (หางแรดินขาว 80% เถาแกลบ
702
ดํา 20% เผาที่อุณหภูมิ 1,050 1,070 และ 1,090°ซ. นํามาตรวจกระเบ้ืองน้ัน ซ่ึงผลจากการวิเคราะหดวยวิธีการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ (รูปที่ 9) พบวากระเบ้ืองที่สูตรดังกลาวทั้งสามอุณหภูมิไดกอใหเกิดวัฎภาคแรใหมข้ึนคือ แรคริสโทบาไลตและมุลไลต (ตารางที่ 2) ซ่ึงเปนผลมาจากแรควอตซอสัณฐานในเถาแกลบดําไดรับความรอนจนเปลี่ยนวัฎภาคไปสูคริสโทบาไลต ขณะเดียวกันทั้งอะลูมินาและควอตซในเถาที่ไดรับความรอนก็เปลี่ยนวัฎภาคไปเปนมุลไลต ซ่ึงแรทั้งสองนอกจากชวยเสริมใหกระเบื้องมีความแข็งแกรงมากขึ้นแลวยังชวยเพิ่มความคงทนดานเคมีอีกดวย
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40ปริมาณเถาแกลบดําแทนที่ (%)
กําลังดัด
(เมก
ะพาสคลั
)
1050 1070 1090
มอก. 158-2518
รูปที่ 8 กําลังดัดของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดินขาวและเถา
แกลบดํา
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
5 25 45 65 85
Position 2(Theta)
Coun
t
T = 1050oC
T = 1070oC
T = 1090oC
MQ C
Q,M
Q,M
Q,M
C,MM MQ,C
C,MQ,M Q
MMC
CQ
Q CM
MC,M Q
Q,C, Q,C
Q,CQ,C,MC,MMQ,MM
M
Q
Q,CQ,C,M MQQM C C,MM MQQ,MM
Q,C,M
รูปที่ 9 องคประกอบของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดินขาว
และเถาแกลบดําเผาที่อุณหภูมิตางกนั ตารางที่ 2 ผลวิเคราะหปริมาณแรโดยประมาณจากการคํานวณภายใตกราฟการเลี้ยวเบนรังสีเอกซของกระเบ้ืองทดลอง
ชนิดแร อุณหภูมิเผา
ควอตซ (%)
คริสโทบาไลต (%)
มุลไลต (%)
ไมทราบชนิด (%)
1,050oC 43.79 25.67 30.54 - 1,070oC 56.20 19.09 23.48 1.23 1,090oC 60.03 17.67 20.58 1.72
3.10 โครงสรางจลุภาคของกระเบือ้งทดลอง ถายรูปกระเบ้ืองดวยกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสงกราด (รูปที่ 10) ไดคัดเลือกแผนมีคากําลังดัดสูงสุด (หางแรดินขาว
ก)
ข)
ค) รูปที่ 10 ภาพถายจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราดของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดินขาวและเถาแกลบดํา ที่กําลังขยาย ก)
1,200 เทา ข) 2,600 เทา และ ค) 5,000 เทา
M
C
M
Q
C
M
Q
M
C
Q
Q = ควอตซ, M = มุลไลต C = คริสโทบาไลต
703
80% และเถาแกลบดํา 20% เผาที่อุณหภูมิ 1,070°ซ.) เพื่อวิเคราะหโครงสรางจุลภาค พบวาในเนื้อกระเบ้ืองน้ันมีรูพรุนแตกเรียวยาวทั่วไป (รูปที่ 10 ก และ ข) ลักษณะของริมขอบรอยแตกมีความมน แสดงถึงไดผานการอบผนึก สวนรูพรุนรูปกลมกระจายกันอยูทั่วไป ขนาดเสนผาศูนยกลางเฉลี่ยประมาณ 4.8 ไมครอน โดยที่ลักษณะของควอตซ (Q) มีลักษณะแผนแบนโคงเวา รูปฝาหอย สวนคริสโทบาไลต (C) มีลักษณะกอนมนนูนออกมาเปนทรงลูกโลกมีรูพรุนอยูใกล และมุลไลต (M) ลักษณะเปนแผนแนวรองยาวขอบมน
4. สรุป ผลการศึกษาสมบัติของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดิน
ขาวและเถาแกลบดําสามารถสรุปไดวา คาการดูดซึมนํ้าของกระเบ้ืองเพิ่มข้ึนเม่ือเพิ่มปริมาณเถาแกลบดํา แตในทางกลับกันคาการดูดซึมนํ้ามากสําหรับเผาที่อุณหภูมิต่ํา โดยเฉลี่ยแลวคาการดูดซึมนํ้าอยูในชวง 15.29–21.54% ซ่ึงสูงกวาเกณฑมาตรฐาน มอก. กระเบ้ืองปูพื้น (มอก. 37-2529) กระเบ้ืองบุผนัง (มอก. 614-2529) และกระเบื้องมุงหลังคา (มอก. 158-2518) และเม่ือพิจารณากําลังดัดของกระเบื้องพบวาเม่ือเพ่ิมเถาแกลบดําในปริมาณที่สูงข้ึนคากําลังดัดก็มีคามากขึ้น แตที่เถาแกลบดํา 20% มีคากําลังดัดสูงสุดที่อุณหภูมิเผา 1,070 และ 1,090°ซ. ซ่ึงทั้งสองคาน้ีผานเกณฑมาตรฐานกระเบื้องมุงหลังคา มอก. 158–2518 [3]
กิตติกรรมประกาศ
คณะผูวิ จัยขอขอบคุณหนวยวิ จัยธรณีเทคนิคและวัสดุกอสรางนวัตกรรม ภาควิชาวิศวกรรมเหมืองแรและวัสดุที่ไดใหการสนับสนุนเปนอยางดี นอกจากนี้ก็ขอขอบคุณศูนยเครื่องมือวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร ที่ไดวิเคราะหตัวอยางดวยวิธี XRD และ SEM
เอกสารอางอิง [1] มาตรฐานผลิตภัณฑอุตสาหกรรมกระเบื้องดินเผาบุผนังภายนอก มอก. 614 – 2529
[2] มาตรฐานผลิตภัณฑอุตสาหกรรมกระเบื้องดินเผาปูพื้น. มอก.37 - 2529
[3]มาตรฐานผลิตภัณฑอุตสาหกรรมกระเบื้องดินเผามุงหลังคา . มอก. 158 – 2518
704
