การ ป้องกันสนิม ด้วยวิธีการทาสี VS ชุบกัลวาไนซ์ อะไรดีกว่ากัน ?
ถ้าท่านทำงานโครงสร้างเหล็กท่านคงจะเจอคำถามนี้บ่อยพอสมควร เป็นคำถามที่ตอบได้ยากเหมือนกันนะครับเพราะทั้ง 2 วิธีนี้ ล้วนแต่เป็นวิธีที่สามารถ ป้องกันสนิม ได้ทั้งคู่ แต่ทั้ง 2 วิธีกลับมีวิธีในการป้องกันสนิมที่แตกต่างกัน และต้นทุนในการทำก็แตกต่างกัน ซึ่งก็ต้องชั่งน้ำหนักกันระหว่างประโยชน์ที่ได้รับกับราคาที่ต้องจ่ายไป ที่เรียกว่า benefit/cost ratio
เหตุผลพื้นฐานในการเกิดสนิม
ธรรมชาติของเหล็กนั้นจะไม่ค่อยเสถียรในแง่ไฟฟ้าเคมี เหล็กที่เราเห็นอยู่นี้จะเสถียรมากๆ ในรูปฟอร์มของสินแร่ที่เรียกว่าเหล็กออกไซด์ สีแดงๆ ไม่ต่างจากสนิม แต่เวลาที่เราผลิตเหล็กนั้น เราต้องนำสินแร่ไปถลุงกับถ่านหินและหินปูน ที่อุณหภูมิสูงๆ เพื่อดึงออกไซด์ในสินแร่ออกมาจากเหล็ก
แต่เหล็กที่เป็นธาตุ Fe+ ทำให้เหล็กที่เราใช้ๆ กันอยู่นี้ พยายามกลับคืนสู่สถานะเดิมอยู่ตลอดเวลา ประมาณว่าด้วยกฎแห่งการอนุรักษ์พลังงาน พลังงานที่ใส่เข้าไปเพื่อเปลี่ยนสถานะจากสินแร่ให้เป็นเหล็กนั้นมีมากมายมหาศาล ดังนั้นเหล็กที่เราใช้ๆ กันก็พยายามจะคายพลังงานออกมาเพื่อกลับคืนสู่สถานภาพเดิมของมันคือ “สนิม” นั่นเอง
ปัจจัยต่อการเกิดสนิมในเหล็ก
การคืนสภาพจากเหล็ก สู่ สนิม นั้น โดยพื้นฐานแล้วเป็นการแลกเปลี่ยน electron จากบริเวณที่ “พร้อมจะสูญเสีย electron” ที่เรียกว่า anode (อันตรธาน) ไปยังส่วนที่ “พร้อมจะรับ electron” ที่เรียกว่า cathode (คงกระพัน) โดยผ่านสะพานเชื่อม electron จาก anode ไป cathode ที่เรียกว่า electrolyte ในสภาพที่ต้องการ oxygen หรือกล่าวได้ว่า 4 ปัจจัยสำคัญ ที่จะส่งผลต่อการเกิดสนิม คือ โลหะที่เป็นขั้วลบ โลหะที่เป็นขั้วบวก สารละลายเชื่อมขั้วลบและขั้วบวก และออกซิเจน ในอากาศ
ขั้วลบในทีนี้หมายถึงโลหะส่วนที่มีความ “ไวต่อการสูญเสีย electron” ที่ใช้ศัพท์ทางเทคนิคว่า electromotive force เราพบเห็นกันบ่อยมากๆ นะครับ ในมือถือเรามีโลหะนี้อยู่คือ Lithium ส่วนขั้วบวกหมายถึงโลหะที่ “แทบจะไม่สูญเสีย electron” เราก็พบเห็นมันบ่อยเช่นกัน พวก precious metal เช่น เงิน ทอง ทองคำขาว เป็นต้น
โดยสำหรับเหล็กกับสังกะสีนั้น หากวัดค่าความไวต่อการสูญเสีย electron แล้ว สังกะสีจะไวกว่าเหล็กมาก การนำสังกะสีมาวางไกล้ๆ เหล็กจึงเป็นการหาอะไรบางอย่างมาสูญเสีย electron แทนเหล็ก ซึ่งก็พบว่าสังกะสีนี้ เป็นโลหะที่เหมาะสมทั้งในแง่ของความสะดวกในการใช้งาน ปริมาณที่มีในโลก และราคาที่เหมาะสม
บางท่านอาจสงสัยว่า ถ้าเหล็กอยู่ของมันโดดๆ ไม่มีโลหะอื่นๆ มาวางใกล้ๆ แล้วจะมีขั้วบวกขั้วลบได้อย่างไร ตรงนี้ก็ต้องตอบว่า ความเป็นโลหะชนิดเดียวกันนั้น ความไวต่อการรับกระแส (ส่ง electron สลับทิศกันครับ) ก็ขึ้นกับรูปร่างหน้าตาลักษณะทางกายภาพของโลหะนั้นๆ ด้วย กล่าวคือ จุดที่ขรุขระ เช่น สะเก็ดจากการรีดหรือการเชื่อม หรือจุดแหลมๆ จะไวต่อการสูญเสีย electron ได้ง่าย เราจึงพบเห็นการนำแท่งเหล็กแหลมๆ ไปเป็นสายล่อฟ้า เป็นต้น
ความแตกต่างระหว่าง การทาสี ป้องกันสนิม กับการชุบสังกะสี
การทาสี ป้องกันสนิม เป็นวิธีที่แตกต่างจากการชุบสังกะสี โดยการชุบสังกะสีเป็นการหาโลหะอื่นที่ไวกว่าเหล็กมาสูญเสีย electron แทนเหล็ก ซึ่งอาจกล่าวได้ว่า สังกะสีที่ชุบนี้จะค่อยๆ หายไปตามปริมาณ electron ที่สูญเสียไป ซึ่งสามารถคำนวณทางโลหวิทยาได้ไม่ยากนักโดยต้องทำการวัดข้อมูลศักย์ไฟฟ้าของบริเวณโดยรอบ ในขณะที่การทาสีจะเป็นการ “ตัดการเชื่อมต่อ” ระหว่างส่วนที่เป็น anode กับ cathode ของเหล็ก ด้วยวัสดุฉนวน ไม่นำไฟฟ้า กลุ่มที่เป็น petrochemical base เช่น urethane หรือ กลุ่มที่เป็น epoxy base ที่ต้องผสมกันระหว่าง compound A กับ B ซึ่งสีแต่ละชนิดก็เหมาะกับสภาพการใช้งานที่แตกต่างกัน
แบบไหนให้ความคุ้มค่ามากกว่ากัน
มาถึงจุดที่ตอบได้ยากมาก เพราะต้องพิจารณาเปรียบเทียบกันระหว่าง ประโยชน์ที่ได้ต่อราคาที่จ่ายไป ในแง่ของราคา เราสามารถเช็คราคาสีจากผู้จัดจำหน่ายได้ไม่ยาก และสำหรับงานชุบสังกะสี เราพอประมาณการคร่าวๆ ได้ว่าค่าสังกะสี น่าจะอยู่ราว 15 – 25 บาท ต่อกิโลกรัมเหล็ก
ขึ้นกับปริมาณงาน (ยิ่งน้อยยิ่งแพง) ลักษณะชิ้นงาน (ยิ่งบางยิ่งแพง) ความยากง่ายในการชุบ เช่นงานชิ้นยาวหรือใหญ่กว่าบ่อชุบ ต้องจุ่ม 2 รอบซ้ายทีขวาที ซึ่งผู้ให้บริการชุบสังกะสีจะคิดราคาเพิ่มตามสัดส่วน และช่วงเวลา (ตอนนี้โลหะในตลาดโลกราคาผันผวนมาก สมัยก่อนอาจเห็นค่าชุบสังกะสีอยู่ที่ระดับราคา 12 – 18 บาทต่อกิโลกรัมเหล็กครับ)
ปัญหาที่ยากกว่าการประมาณราคา คือ การประมาณการคุณค่าที่ได้รับ นี่เป็นปัญหาที่วิศวกรผู้ออกแบบในบ้านเรายังขาดองค์ความรู้พื้นฐานว่า จริงๆ แล้ว การออกแบบระบบป้องกันสนิมนั้นเป็นงานของผู้ออกแบบ ผู้ออกแบบต้องรู้ข้อมูลพื้นฐาน 2 ชุดก่อน ชุดข้อมูลแรกคือ (1) ข้อมูลจากลูกค้า ว่า ต้องการให้โครงสร้างมีอายุการใช้งานกี่ปีโดยที่ไม่ต้องทาสีทับซ้ำ (ไม่ต้องทำ preventive maintenance) เรียกว่า ต้องทราบ desired durability ก่อน โดยหลักจะแบ่งเป็น น้อย (ไม่เกิน 5 ปี) ปานกลาง (5-10 ปี) และมาก (10-15 ปี)
และชุดข้อมูลที่ (2) ข้อมูลทราบความรุนแรงของการใช้งาน แบ่งเป็น 5 ระดับ คือ น้อย ค่อนข้างน้อย ปานกลาง ค่อนข้างมาก และ มาก จากระดับ C1 ไปจนถึง C5 เมื่อได้ข้อมูลทั้ง 2 ชุด ก็สามารถเปิดสูตรสีที่ต้องใช้ได้ตาม มยผ. 1333 ว่า ต้องทารองพื้นและสีทับหน้าด้วยสีประเภทใด ความหนาเท่าไหร่ ซึ่งจำนวนปีนี้เป็น benefit ที่ได้ จากนั้นจึงนำไปคำนวณต้นทุน ซึ่งเป็น cost เพื่อนำไปหา benefit/cost ratio ต่อไป
ข้อควรพิจารณาเพิ่มเติม
- เหล็กชุบสังกะสี เมื่อใช้งานไปสังกะสีจะมีความหนาลดลง ดังนั้น โครงสร้างที่ใช้ bolt ชุบสังกะสี ก็จะเป็นธรรมดาที่ bolt จะหลวมเพราะสังกะสีที่เคยเคลือบ bolt นั้นจะค่อยๆ หายไปตามกาลเวลา ในทางปฏิบัติที่เหมาะสมมักจะไม่ใช้ bolt ชุบสังกะสี กับโครงสร้างที่ต้องการความแน่นระหว่าง bolt และ nut เช่น โครงสร้างสะพาน เป็นต้น แต่ควรใช้วิธีการอื่น เช่น การทาสังกะสี (กลุ่ม zinc rich paint คือเป็นสีที่มีผงสังกะสีผสมอยู่) บริเวณแป้นหรือหัว bolt และ nut แทน แต่ก็ต้องตรวจสอบอยู่เสมอว่า สังกะสีที่ทานี้หมดไปแล้วหรือยัง
- โครงสร้างอาคาร ควรให้ผนังหุ้มเสาหรือคาน เพื่อป้องกันการส่งถ่ายความร้อนเข้าสู่ตัวอาคาร ป้องกันผนังแตกร้าว และป้องกันการเกิดสนิมของเสาและคาน (https://construction-forum.ssi-steel.com/?p=1933) ยกเว้นเสียแต่ว่าเป็นงานโชว์คุณค่าทางสถาปัตยกรรม (Architecturally Exposed Structurally Steel หรือ AESS) ซึ่งเสาหรือคานภายในอาคาร ก็มักจะมีสภาพแวดล้อมที่ไม่รุนแรงนัก โดยทั่วไปก็อยู่ระดับ C2
- สีประเภท epoxy นั้น ดีมากในแง่ความคงทน แต่มีข้อเสียสำคัญคือไม่ทนรังสียูวี จะทำให้สีกรอบแตกได้ง่าย ดังนั้นการใช้สี epoxy จึงควรทาทับหน้าด้วยสีที่ทนยูวีได้ดีเช่น polyurethane เป็นต้น
- สามารถใช้สังกะสีมารองพื้นก่อนการทาสีชั้นอื่นๆ ได้ ในประเทศญี่ปุ่น งานสะพานโครงสร้างเหล็ก นิยามใช้ zinc rich paint มารองพื้น (ไม่ใช้การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน เพราะส่วนของสะพานที่ญี่ปุ่นมีขนาดใหญ่กว่าบ่อชุบมาก) แล้วทาสีเคลือบป้องกันเพิ่มเติม เพื่อให้เป็นปราการด่านสุดท้ายหากว่าสีเคลือบชั้นบนๆ หลุดลอกออก
- ท่อเหล็กหากมีการเชื่อมปิดปลายอย่างสมบูรณ์ น้ำไม่สามารถเข้าได้แล้ว ก็จะสามารถป้องกันการไหลเข้าไปของน้ำ ซึ่งเป็น electrolyte ประเภทหนึ่งได้ ดังนั้นภายในท่อเหล็กจึงไม่ปรากฏการเกิดสนิมขึ้น ซึ่งเป็นข้อมูลจากผลการสำรวจสภาพโครงสร้างเก่าของ CIDECT ที่เป็นสมาคมท่อเหล็กสากล และผลการทดสอบโดยสถาบันเหล็กและเหล็กกล้าแห่งประเทศไทย
- หากโครงสร้างเหล็กเกิดสนิม “ไม่ควรอย่างยิ่ง” ที่จะทำการแปะโลหะที่เสถียรกว่าเข้ากับเหล็ก เพราะเหล็กจะสูญเสีย electron ไปยังโลหะดังกล่าวได้ง่าย มีกรณีที่พบเช่น ถังน้ำเหล็กเกิดการผุกร่อน ไม่ควรนำแผ่นสเตนเลสไปเชื่อมแปะกับถังน้ำเหล็ก เพราะถังน้ำเหล็ก ณ จุดที่เชื่อมต่อกับแผ่นสเตนเลสจะเกิดการผุกร่อนได้เร็วมาก
- นอกจากระบบสีที่ผู้ออกแบบจะต้องกำหนดในรายละเอียดแล้ว ผู้ออกแบบที่ดียังควรที่จะต้องออกแบบให้โครงสร้างไม่สะสมฝุ่นละออง สามารถล้างทำความสะอาดได้ง่ายเมื่อต้องการ
