คาร์บอเนชัน vs คลอไรด์ — 2 root cause ของสนิมเหล็กเสริมในคอนกรีต และเลือกการป้องกันให้ถูกตัว

เหล็กเสริม (rebar) ในคอนกรีตปกติ ไม่เป็นสนิม เพราะคอนกรีตสดมีค่า pH สูงราว 12.5–13.5 ซึ่งสร้างฟิล์มออกไซด์บางๆ (passive film) เคลือบผิวเหล็กไว้ ปัญหาสนิมเริ่มก็ต่อเมื่อมี "ตัวการ" มาทำลายฟิล์มนี้ — และตัวการหลักมีอยู่ 2 ชนิดที่กลไกต่างกันสิ้นเชิง คือ คาร์บอเนชัน (carbonation) กับ การโจมตีของคลอไรด์ (chloride attack)

การวินิจฉัยผิดตัว = ป้องกัน/ซ่อมผิดวิธี และเสียเงินเปล่า บทความนี้สรุปวิธีแยกแยะ 2 สาเหตุนี้ และเลือกมาตรการให้ตรงจุด

กลไกที่ 1 — Carbonation (สนิมจาก CO₂ ในอากาศ)

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) จากอากาศแพร่เข้าไปในรูพรุนของคอนกรีต แล้วทำปฏิกิริยากับแคลเซียมไฮดรอกไซด์:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

ปฏิกิริยานี้ดึง pH ของน้ำในรูพรุนจาก ~13 ลงมาต่ำกว่า ~9 เมื่อ "แนวคาร์บอเนชัน (carbonation front)" เคลื่อนลึกจนถึงระดับเหล็กเสริม ฟิล์ม passive จะสลาย เหล็กเริ่มเป็นสนิม แบบทั่วผิว (uniform/general corrosion)

• แนวคาร์บอเนชันเคลื่อนตามกฎ x = K√t (ความลึก ∝ รากที่สองของเวลา) — K ขึ้นกับคุณภาพคอนกรีต ความชื้นสัมพัทธ์ และความเข้มข้น CO₂
• รุนแรงสุดที่ RH ~50–70% (ต้องมีน้ำพอให้เกิดปฏิกิริยา แต่ถ้าอิ่มน้ำเต็มรูพรุน CO₂ แพร่ช้าลง) — สอดคล้องกับอาคารในเมือง/โรงงานที่ระบายอากาศ ไม่โดนฝนสาด
• พบบ่อยใน: เสา/คานในเขตเมือง-อุตสาหกรรม (CO₂ สูง), คอนกรีตเก่า/รูพรุนมาก, ระยะหุ้ม (cover) บาง

วิธีตรวจ: ฉีดสารละลาย ฟีนอลฟทาลีน (phenolphthalein) บนผิวคอนกรีตที่เพิ่งกะเทาะ

• สีชมพู/ม่วง = pH > 9 (ยังไม่คาร์บอเนต)
• ไม่มีสี = คาร์บอเนตแล้ว
• วัด "ความลึกคาร์บอเนชัน" เทียบกับระยะหุ้มเหล็ก — ถ้าแนวสีใสลึกใกล้ถึงเหล็ก = อันตราย

กลไกที่ 2 — Chloride attack (สนิมจากเกลือคลอไรด์)

ไอออนคลอไรด์ (Cl⁻) จากน้ำทะเล ละอองไอเค็ม เกลือละลายน้ำแข็ง หรือมวลรวม/น้ำผสมที่ปนเปื้อน แทรกเข้าเนื้อคอนกรีต เมื่อความเข้มข้น Cl⁻ ที่ผิวเหล็กถึง "critical chloride content" (ราว 0.4% โดยมวลของซีเมนต์ ตาม ACI 222R — บางมาตรฐานเข้มกว่าที่ ~0.2%) ฟิล์ม passive จะถูกเจาะทะลุ เฉพาะจุด ทั้งที่ pH ยังสูงอยู่ → เกิดสนิมแบบ หลุมลึก (pitting corrosion)

• การแทรกซึมเป็นไปตามการแพร่ (Fick's 2nd law) — ขึ้นกับสัมประสิทธิ์การแพร่คลอไรด์ Dcl และความเข้มข้นที่ผิว
• อันตรายกว่า carbonation เพราะเป็น pitting — กินหน้าตัดเหล็กลึกเฉพาะจุด อาจขาดได้แม้ระยะหุ้มจะพอ และเกิดได้แม้ pH ยังสูง
• รุนแรงสุดในไทย: โครงสร้างชายฝั่งอ่าวไทย/อันดามัน, นิคมฯ ชายทะเลภาคตะวันออก (มาบตาพุด/แหลมฉบัง), เขต tidal/splash zone (น้ำขึ้น-ลง สลับเปียก-แห้ง) คือโซนกัดกร่อนหนักสุด

วิธีตรวจ: เจาะเก็บผงคอนกรีตเป็นชั้นๆ ตามความลึก แล้ว ไทเทรตหาปริมาณคลอไรด์ (chloride profiling) ตาม ASTM C1152 (acid-soluble) หรือ C1218 (water-soluble) ประกอบกับ half-cell potential ตาม ASTM C876 เพื่อแมปบริเวณที่เหล็ก active

ตารางเปรียบเทียบ — แยกให้ออกก่อนซ่อม

ประเด็น	Carbonation	Chloride attack
ตัวการ	CO₂ ในอากาศ	Cl⁻ (น้ำทะเล/ไอเค็ม/เกลือ)
กลไกทำลาย passive	ดึง pH ลง < 9 ทั้งบริเวณ	เจาะฟิล์มเฉพาะจุด (pH ยังสูง)
รูปแบบสนิม	ทั่วผิว (uniform)	หลุมลึกเฉพาะจุด (pitting)
สภาพแวดล้อมเสี่ยง	เมือง/โรงงาน RH 50–70%	ชายทะเล, splash zone, de-icing
ตรวจด้วย	phenolphthalein (ความลึก)	chloride profiling + C876
EN 206 exposure	XC1–XC4	XS1–XS3 (ทะเล), XD1–XD3 (อื่น)
ความร้ายแรง	ค่อยเป็นค่อยไป	เร็ว/เฉพาะจุด เสี่ยงขาดหน้าตัด

Tuutti Model — ทำไม "ป้องกัน" คุ้มกว่า "ซ่อม"

อายุการกัดกร่อนแบ่งเป็น 2 ช่วงตามโมเดลของ Tuutti (พื้นฐานของ fib Model Code for Service Life Design):

flowchart LR
  Start["สร้างเสร็จ"] -->|"Initiation (Ti)
CO₂/Cl⁻ แทรกถึงเหล็ก
+ ถึง threshold"| Depass["เริ่ม depassivation"]
  Depass -->|"Propagation (Tp)
สนิมขยาย ดันคอนกรีต"| Crack["แตกร้าว/spalling
= สิ้นอายุใช้งาน"]
  Start -. "ออกแบบ/ป้องกันที่นี่
ยืด Ti ให้ยาว = ถูกสุด" .-> Depass

• Initiation period (Ti): เวลาที่ตัวการแทรกถึงเหล็กและถึงระดับวิกฤต — งานออกแบบที่ดี (คอนกรีตแน่น + cover พอ + CP) ยืดช่วงนี้ได้นานหลายสิบปี
• Propagation period (Tp): เมื่อเริ่มเป็นสนิมแล้ว สนิมขยายตัว ~2–6 เท่า ดันคอนกรีตจนแตกร้าว/กะเทาะ (spalling)
• บทเรียน: การลงทุนป้องกันตั้งแต่ออกแบบ (ยืด Ti) ถูกกว่าการซ่อม spalling ทีหลังหลายเท่า

เลือกการป้องกันให้ตรงสาเหตุ

flowchart TD
  Q1{"สภาพแวดล้อม?"}
  Q1 -->|"เมือง/โรงงาน
ห่างทะเล"| Carb["เน้นกัน Carbonation"]
  Q1 -->|"ชายทะเล/splash
/โดนเกลือ"| Chlo["เน้นกัน Chloride"]
  Carb --> C1["cover หนาพอ (EN 206 XC)
+ คอนกรีต w/c ต่ำ
+ anti-carbonation coating"]
  Chlo --> C2["เหล็กเสริมกันสนิม (epoxy/galv/stainless)
+ Cathodic Protection (zinc anode)
+ SCM ลด Dcl (fly ash/slag/silica fume)"]

พื้นฐานที่ช่วยได้ทั้ง 2 กลไก:

• คอนกรีตคุณภาพ: อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ (w/c) ต่ำ < 0.45, บ่มดี, แน่น (low permeability)
• ระยะหุ้มเหล็ก (cover) ให้พอตาม exposure class ของ EN 206 หรือ ACI 318

เฉพาะ Carbonation:

• เพิ่มระยะหุ้ม + ลดความพรุน
• ทา anti-carbonation coating (เช่น สี acrylic/elastomeric ที่กั้น CO₂)
• ซ่อม: realkalisation (คืนค่าด่าง) + patch repair

เฉพาะ Chloride:

• ใช้ เหล็กเสริมกันสนิม — epoxy-coated / galvanized / stainless (ดูบทความ เหล็กเสริมกันสนิม Epoxy vs Galvanized vs Stainless ประกอบการเลือก)
• ติดตั้ง Cathodic Protection — galvanic zinc anode หรือ ICCP ตาม ISO 12696 (ดู ICCP vs Sacrificial Anode)
• ผสม SCM (fly ash/slag/silica fume) ลดสัมประสิทธิ์การแพร่คลอไรด์
• ซ่อม: Electrochemical Chloride Extraction (ECE) + CP retrofit

สรุปสำหรับวิศวกร/เจ้าของโครงการ

1. แยกสาเหตุก่อนเสมอ — phenolphthalein บอก carbonation, chloride profiling + C876 บอก chloride การวินิจฉัยถูกตัว = ประหยัดงบซ่อม
2. ในไทยชายฝั่ง คลอไรด์คือศัตรูหลัก — pitting รุนแรงและเร็วกว่า ต้องวางแผน CP + เหล็กกันสนิมตั้งแต่ออกแบบ
3. ยืด Ti ถูกกว่าซ่อม Tp — ลงทุนคอนกรีตคุณภาพ + cover + CP ตั้งแต่ต้น คุ้มกว่ารอ spalling

สหวัฒนกิจ (1988) จัดหา อะโนดสังกะสีสำหรับ Cathodic Protection (ตาม ASTM B418 / มอก. 3029) และระบบเคลือบกันกัดกร่อนสำหรับโครงสร้างคอนกรีตและเหล็ก — ปรึกษาการเลือกระบบให้ตรงกับ exposure class ของหน้างานได้ที่ทีมวิศวกรรมของเรา