สมมติฐาน   : ปัจจัยที่มีผลต่อกำลังรับแรงอัดของคอนกรีต ได้แก่ แคลเซียมออกไซด์ (CaO) และ

ปริมาณ ซิลิกาไดออกไซด์  (SiO₂)  ดังนั้น การแทนที่ปูนซีเมนต์ด้วยขี้เถ้าจะเป็นการลดปริมาณแคลเซียมออกไซด์ (CaO)

แต่เพิ่มปริมาณซิลิกาไดออกไซด์ (SiO₂) ซึ่งทำให้กำลังอัดของคอนกรีต   ยังมีค่าเท่าเดิม

บทความโดยย่อ : คอนกรีตผสมเถ้าถ่านหิน หรือ เถ้าลอย ( Fly Ash) ได้มีการคิดค้นเพื่อลดต้นทุน

            การผลิตคอนกรีต  โดยจัดอยู่ในวิธีพิเศษของงานคอนกรีต ซึ่งผลผลิตที่ได้จะทำให้คอนกรีตมีกำลังสูง ( High Strength Concrete : HSC)  นิยมใช้ในงานอุตสาหกรรมผลิตชิ้นส่วนสำเร็จรูป เนื่องจากคอนกรีตกำลังสูงที่ผลิตขึ้นนั้นจะใช้การลดปริมาณน้ำเป็นหลัก ทำให้ค่าการยุบตัวอยู่ระหว่าง 4-6 ซ.ม. ในบางกรณีค่าการยุบตัวอาจจะมีค่าน้อยมาก หรือ ไม่มีค่าการยุบตัวเลย ดังนั้นจึงได้มีการนำเถ้าลอยมาใช้ เพื่อให้มีค่าการยุบตัวเพิ่มขึ้น และสามารถลดปริมาณปูนซีเมนต์ได้ด้วย อีกปัจจัยหนึ่งที่นิยมใช้ในงานหล่อชิ้นงานสำเร็จรูป   เนื่องจากสามารถควบคุมคุณภาพในการผลิตได้ง่าย  แต่เพื่อให้การใช้เถ้าลอยได้กว้างขวางขึ้นจึงได้มีการพัฒนามาโดยตลอดจนมาตราฐาน ASTM อนุญาติให้ใช้เป็นส่วนผสมหนึ่งของคอนกรีตได้  ข้อเสียของเถ้าลอยที่สำคัญนั้น    คือ     การพัฒนากำลังอัดในระยะต้น ๆ นั้น         จะมีค่าประมาณ 50 %         ของคอนกรีตที่ไม่ได้ผสมเถ้าลอย   สาเหตุเนื่องจากในการทำปฏิกิริยา Hydration  ขาดแคลเซียมออกไซด์ ( CaO ) ที่มีอยู่มากในปูนซีเมนต์     ดังสมการข้างล่าง

Hydration of Cement

2 ( 3Cao.SiO₂ ) + 6 H₂O  =>   3 CaO.2 SiO₂.3H₂O + 3 ( CaO.H₂O )

                   2 ( 2Cao.SiO₂ ) + 4 H₂O  =>    3 CaO.2 SiO₂.3H₂O +  CaO.H₂O

คุณสมบัติของเถ้าลอย ( FLY ASH )

• เถ้าลอยช่วยเพิ่มความสามรถเทได้  เนื่องจากเถ้าลอยมีรูปร่างที่คอนข้างเป็นทรงกลมจึงสามารถลดแรงเสียดทานระหว่างอนุภาค และลดความต้องการน้ำเพื่อให้คอนกรีตสามารถไหลลื่นได้
• เถ้าลอยที่มีคุณภาพดี    จะต้องมีค่าความละเอียดของอนุภาคเล็กกว่า  10 ไมครอน 
• เถ้าลอยมีปริมาณ ซิลิกาออกไซด์ ซึ่งมีผลต่อกำลังรับแรงอัดของคอนกรีต ( ตามสมการที่ได้แสดงไว้แล้ว )

• ความถ่วงจำเพาะของเถ้าลอยในประเทศไทยมีค่าอยู่ระหว่าง 1.8 – 2.8

Table 1 :  ตารางเปรียบเทียบองค์ประกอบทางเคมีของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภท 1 กับเถ้าลอย ( Fly Ash)

Table 2 :  ชั้นคุณภาพการใช้  Fly Ash  ตามมาตราฐาน ASTM

หมายเหตุ  :  การแบ่งชั้นคุณภาพตามมาตราฐาน ASTM  ใช้ค่าความละเอียดเป็นเกณฑ์

                Class F    จะต้องมีอนุภาค เล็กกว่า 5 ไมครอนร้อยละ 90

          Class C   จะต้องมีอนุภาค เล็กกว่า 5 ไมครอนร้อยละ 93 ขึ้นไป

จากตารางที่ 2 เมื่อพิจารณาดูค่าความละเอียดของอนุภาคจะเห็นได้ว่ายิ่ง Fly Ash มีค่าความละเอียดมากตามมาตราฐาน ASTM  ก็อนุญาติให้ใช้ Fly Ash เพิ่มขึ้นได้

ค่าความละเอียดจะมีผลต่อการทำปฏิกิริยา  , การพัฒนากำลังอัดของคอนกรีต และ ค่าการยุบตัวของคอนกรีต

การหาอัตราส่วนผสมระหว่างปูนซีเมนต์กับเถ้าลอย มีหลักการออกแบบอยู่ 2 วิธี

1.      การคำนวณออกแบบอัตราส่วนผสมโดยวิธีคำนวณซ้ำ ( Iterative Design Method )

2.      การคำนวณออกแบบอัตราส่วนผสมโดยวิธีแบบง่าย ( Simplified  Design Method )

ทั้งสองวิธีนี้จะเป็นการคำนวณที่มีความละเอียด สามารถศึกษาการคำนวณได้จากหนังสือเรื่อง     “ การออกแบบส่วนผสมของคอนกรีตผสมเถ้าลอย”  ของ รศ.ดร. สมนึก ตั้งเติมสิริกุล

การออกแบบสัดส่วนในเบื้องต้นเมื่อพิจารณาจากค่าที่  ASTM   ให้มาทำให้คำนวณหาปริมาณเถ้าลอยได้โดยง่าย โดยใช้อัตราส่วนร้อยละแทนที่ปูนซีเมนต์