Corrosion Map: แผนที่การกัดกร่อน ช่วยคำนวณอายุการใช้งานของโครงสร้าง

ดร.วนิดา พงศ์ศักดิ์สวัสดิ์ และทีมวิจัยเทคโนโลยีการผลิตและซ่อมบำรุง กลุ่มวิจัยเทคโนโลยีระบบรางและการขนส่งสมัยใหม่ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) ได้พัฒนาแผนที่ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์แสดงอัตราการกัดกร่อนของเหล็กกล้าในรูปแบบเว็บ แผนที่นี้ประมวลตัวแปรสำคัญที่ส่งผลต่อการกัดกร่อนในแต่ละพื้นที่ของประเทศไทย ซึ่งสามารถนำไปใช้คาดการณ์อายุการใช้งานของเหล็กกล้าโครงสร้าง รวมถึงเลือกใช้ชนิดวัสดุที่เหมาะสมในแต่ละพื้นที่ และวางแผนบำรุงรักษาก่อนเกิดความเสียหายที่รุนแรงได้

เหล็กกล้าเป็นวัสดุวิศวกรรมที่ใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมหลายประเภท โดยเฉพาะใช้เป็นเหล็กโครงสร้าง (structural steel) สำหรับโครงสร้างพื้นฐานและอาคารบ้านเรือน เนื่องจากมีสมบัติทางกลที่ดีและมีราคาถูก อย่างไรก็ตามเนื่องจากลักษณะการใช้งานที่มักอยู่กลางแจ้ง จึงส่งผลให้เหล็กโครงสร้างเหล่านี้ต้องเผชิญปัญหาการกัดกร่อนเนื่องจากบรรยากาศ การกัดกร่อนเป็นการเสื่อมสภาพและสูญเสียเนื้อโลหะจากปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าเมื่อเหล็กสัมผัสกับบรรยากาศที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ส่งผลโดยตรงต่อความแข็งแรง และความสามารถในการรับแรงของโครงสร้างทางวิศวกรรม

การกัดกร่อนของเหล็กโครงสร้างในบรรยากาศขึ้นกับสภาพอากาศและสิ่งแวดล้อมเป็นปัจจัยสำคัญ โดยอัตราการกัดกร่อน (corrosion rate) ของวัสดุแต่ละชนิดในบรรยากาศที่ต่างกันมักรุนแรงไม่เท่ากัน การกัดกร่อนส่งผลเสียหายโดยทำให้ความแข็งแรงลดลง อายุการใช้งานที่สั้นลง ตลอดจนทำให้เกิดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา จากการสำรวจต้นทุนการกัดกร่อนของไทยพบว่า อุตสาหกรรมที่มีต้นทุนการกัดกร่อนสูงที่สุดคืออุตสาหกรรมก่อสร้าง โดยคิดเป็นร้อยละ 30 ของต้นทุนการกัดกร่อนของไทย

จากความรุนแรงของปัญหาการกัดกร่อนที่กล่าวมา ทำให้มีการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับการกัดกร่อนของเหล็กกล้าในบรรยากาศอย่างแพร่หลาย ทั้งนี้ในทางปฏิบัติเหล็กโครงสร้างต้องใช้การเคลือบผิวป้องกันการกัดกร่อนก่อนนำไปใช้งาน โดยการเลือกชนิดวัสดุเคลือบจะอ้างอิงระดับความรุนแรงของการกัดกร่อน (corrosivity of atmosphere) ตามมาตรฐาน ISO 9223 Corrosion of metals and alloys — Corrosivity of atmospheres ซึ่งจัดระดับความรุนแรงจากค่าอัตราการกัดกร่อนในบรรยากาศปีที่ 1 ส่วนการเลือกใช้ระบบเคลือบผิวให้เหมาะสมกับระดับความรุนแรงของการกัดกร่อนตามสถานที่ที่ใช้งานจะอิงตามมาตรฐาน ISO 12944 Paints and varnishes — Corrosion protection of steel structures by protective paint systems

ด้วยความสำคัญของประเด็นปัญหาที่กล่าวมา ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) จึงได้ริเริ่มโครงการจัดสร้างแผนที่การกัดกร่อนของเหล็กกล้าขึ้นในประเทศไทย (ดูข้อมูลได้ที่ https://thaicorrosionmap.mtec.or.th/) โครงการนี้คำนึงถึงผลของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม ได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ ปริมาณน้ำฝน ความเปียกชื้น ปริมาณคลอไรด์ และปริมาณซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และติดตามการกัดกร่อนต่อปีของวัสดุโครงสร้างวิศวกรรมสำคัญ ได้แก่ เหล็กกล้าคาร์บอน (carbon steel), เหล็กกล้าต้านทานการกัดกร่อนหรือเหล็กกล้าทนบรรยากาศ (weathering steel), เหล็กกล้าเคลือบโลหะผสมอะลูมิเนียมและสังกะสี (galvalume steel) และเหล็กกล้าคาร์บอนที่ผ่านการชุบสังกะสี (galvanized steel) ทั้งนี้ ทีมวิจัยได้หาความสัมพันธ์เชิงเส้นหลายตัวแปร (multivariable linear regression) จนได้สมการทำนายการอัตราการกัดกร่อนของวัสดุต่าง ๆ โดยแบ่งเป็นพื้นที่ติดชายทะเล และจังหวัดไม่ติดทะเล

ผลลัพธ์สำคัญจากงานวิจัย คือต้นแบบแผนที่ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์แสดงอัตราการกัดกร่อนของเหล็กกล้าในประเทศไทย ที่แสดงอัตราการกัดกร่อนของเหล็กกล้าโครงสร้างในแต่ละพื้นที่ของประเทศ พร้อมแสดงชั้นข้อมูลสภาพอากาศและปริมาณคลอไรด์ ตลอดจนข้อมูลสภาพอากาศที่เป็นปัจจัยสำคัญต่ออัตราการกัดกร่อนในแต่ละตำแหน่ง ซึ่งเจ้าหน้าที่ที่เกี่ยวข้อง รวมทั้งประชาชนทั่วไปจะสามารถรับทราบความเสี่ยงและสามารถวางแผนป้องกันได้อย่างเหมาะสม ยกตัวอย่างเช่น จังหวัดภูเก็ต บริเวณติดทะเลทิศตะวันออกเฉียงใต้ของเกาะ (ดูภาพประกอบ) มีอัตราการกัดกร่อน 221.76 µm/y ทั้งนี้หากอ้างอิงตามมาตรฐาน ISO9223 ซึ่งจำแนกอัตราการกัดกร่อนออกเป็น 6 ระดับกล่าวคือ ตั้งแต่ C1 (very low) ซึ่งมีอัตราการกัดกร่อนต่ำที่สุด ไปจนกระทั่ง CX (extreme) ซึ่งมีอัตราการกัดกร่อนสูงที่สุด จะพบว่าตัวเลขอัตราการกัดกร่อนที่พบจัดอยู่ในระดับ CX (extreme) ซึ่งเป็นอัตราการกัดกร่อนระดับสูงที่สุด