
6 ขั้นตอนในการติดตั้งเหล็กเสริมเจาะเสียบภายหลัง (Post-Installed Rebar) ที่ได้มาตรฐาน

ขั้นตอนที่ 1: หาตำแหน่งเหล็กเสริมเดิมและสิ่งที่ฝังอยู่ในคอนกรีต
การหาตำแหน่งของเหล็กเสริมที่มีอยู่เดิมในคอนกรีต มักทำโดยใช้วิธีการสแกนแบบใดแบบหนึ่ง หรือหลายวิธีร่วมกัน ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภทหลักๆ คือ
1) เครื่องสแกนที่ใช้สนามแม่เหล็กเพื่อตรวจจับวัสดุประเภทเหล็ก (ferrous scanners – ดูภาพประกอบด้านล่าง)
2) เครื่องสแกนที่ใช้เทคโนโลยีเรดาร์ทะลุพื้น (GPR: ground-penetrating radar)
3) เครื่องสแกนด้วยเอ็กซ์เรย์
สำหรับเหล็กเสริมที่อยู่ภายในระยะประมาณ 8–10 นิ้ว (ประมาณ 200–250 มม.) จากผิวคอนกรีต เครื่องสแกนแบบสนามแม่เหล็กสามารถระบุตำแหน่งและขนาดของเหล็กได้ หากต้องการตรวจหาวัตถุที่ฝังอยู่ในคอนกรีตทั้งที่เป็นเหล็กและไม่ใช่เหล็ก เช่น ท่ออลูมิเนียม เครื่อง GPR จะเหมาะสมกว่า สำหรับพื้นที่ที่มีเหล็กอยู่หนาแน่นมาก หรือฝังลึกเกินกว่าที่เครื่อง GPR หรือเครื่องสแกนแม่เหล็กจะตรวจเจอได้ อาจต้องใช้วิธีเอ็กซ์เรย์ ในกรณีที่มีแบบก่อสร้างเดิมหรือแบบ As-built ควรนำมาใช้ประกอบกับผลการสแกนเพื่อช่วยยืนยันข้อมูล
ขั้นตอนที่ 2: ขัดผิวหน้าคอนกรีตเดิมให้หยาบ
การขัดผิวคอนกรีตเดิมให้หยาบก่อนเทคอนกรีตใหม่ จะช่วยให้ยึดเกาะกันได้ดีขึ้น และยังช่วยให้ถ่ายแรงเฉือนผ่านรอยต่อได้ดีขึ้นด้วย (ผ่านกลไก shear friction)
ในกรณีที่ผิวคอนกรีตเดิมเกิดกระบวนการคาร์บอเนต (carbonation) ควรสกัดชั้นผิวที่เสื่อมออกในบริเวณที่จะติดตั้งเหล็กเสริมเจาะเสียบภายหลัง โดยทั่วไปให้สกัดผิวคอนกรีตรอบเหล็กเป็นรูปวงกลม โดยเผื่อระยะรอบเหล็กเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของเหล็กบวกอีก 2½ นิ้ว (ประมาณ 64 มม.)
มาตรฐาน ACI 318-11 ข้อ 11.6.9 ระบุว่าควรขัดผิวคอนกรีตให้หยาบลึกประมาณ 1/4 นิ้ว (ประมาณ 6 มม.) ซึ่งสามารถทำได้หลายวิธี เช่น ใช้เครื่องมือกล (เช่น Hilti TE 76ATC ติดหัวบัชชิ่ง), ยิงทราย หรือใช้น้ำแรงดันสูง ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าหลังจากขัดแล้ว ผิวคอนกรีตไม่มีเศษวัสดุหลวมก่อนจะเทคอนกรีตใหม่
ขั้นตอนที่ 3: เลือกวิธีเจาะรู
เนื่องจากการติดตั้งเหล็กเสริมเจาะเสียบภายหลังมักต้องการความยาวฝังที่มาก เพื่อให้ได้ระยะพัฒนาแรง (development length) ตามที่กำหนด รูเจาะจึงมักลึกกว่าการติดตั้งพุกทั่วไป โดยปกติจะใช้วิธีเจาะรูแบบใดแบบหนึ่งจากสามแบบต่อไปนี้
• สว่านกระแทก (rotary-impact drills) ใช้กับดอกคาร์ไบด์แบบมาตรฐานหรือดอกสว่านดูดฝุ่นของ Hilti (Hollow Drill Bit, HDB)
• เครื่องเจาะลมหรือเครื่องเจาะหิน (percussive rock drills)
• เครื่องคอร์ริ่งหัวเพชร (diamond core drills) ที่ใช้เทคโนโลยีการเจาะแบบแห้งหรือเปียกก็ได้
แต่ละวิธีมีข้อดีข้อจำกัดต่างกัน หากไม่มีเครื่องช่วยจัดแนวหรืออุปกรณ์ควบคุมความแม่นยำในการเจาะ อาจเกิดการเบี่ยงเบนของแนวรูจากแนวที่ต้องการ ดังนั้นควรเผื่อระยะจากขอบคอนกรีตเพิ่มตามสมการด้านล่าง:
รูเจาะด้วยสว่านกระแทก:
c min,req =1.2+ 0.06 ℓ d ≥ 2d b (in.) [2]
รูเจาะด้วยเครื่องเจาะลมหรือเจาะหิน:
c min,req =2.0+ 0.08 ℓ d ≥ 2d b (in.) [3]
รูเจาะด้วยเครื่องคอร์ริ่ง (core drill):
c min,req =1.2+ 0.02 ℓ d ≥ 2d b (in.) [4]
โดยที่
ℓ d คือ ความลึกของรูเจาะ (นิ้ว)
d b = เส้นผ่านศูนย์กลางของเหล็ก (นิ้ว),
c min,req = ระยะห่างจากขอบคอนกรีตถึงหน้าดอกสว่าน
สว่านกระแทกเป็นเครื่องมือที่หาได้ง่ายและเป็นตัวเลือกหลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ด้วยความสะดวกในการพกพาและใช้งานง่าย สว่านกระแทกของ Hilti จะสร้างผิวรูเจาะที่ไม่เรียบ ซึ่งช่วยเพิ่มการยึดเกาะของน้ำยาเคมีได้ดี (หากมีการทำความสะอาดรูเจาะอย่างถูกต้อง) อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่ต้องเจาะรูที่มีความลึก สว่านกระแทกอาจไม่เหมาะสม และก็ไม่ใช่ทางเลือกที่ดีนักหากต้องเจาะทะลุเหล็กเสริมที่ฝังอยู่เดิม
ระบบ Hilti SafeSet™ ประกอบด้วยดอกเจาะดูดฝุ่น (Hollow Drill Bit – HDB) ใช้ร่วมกับเครื่องดูดฝุ่น Hilti รุ่น VC 40-U หรือ VC 20-U ดอก HDB ใช้เทคโนโลยีคาร์ไบด์ขั้นสูงแบบเดียวกับดอกเจาะ Hilti รุ่น TE-CX และ TE-YX และมีขนาดตรงตามมาตรฐาน ANSI B212.15 สำหรับดอกเจาะคาร์ไบด์ ระบบ SafeSet ทำงานได้ดีทั้งในคอนกรีตแห้งและคอนกรีตเปียก
เครื่องเจาะหิน (rock drill) ให้ความรวดเร็วและมีประสิทธิภาพในการเจาะ โดยสร้างผิวรูที่ค่อนข้างหยาบ ซึ่งเหมาะสำหรับการยึดเกาะของน้ำยา อย่างไรก็ตาม พลังงานกระแทกที่สูงของเครื่องเจาะหิน อาจเพิ่มโอกาสเกิดความเสียหายกับตัวคอนกรีต โดยเฉพาะหากใช้งานในพื้นที่ที่มีระยะห่างจากขอบคอนกรีตน้อย หรือมีระยะหุ้มคอนกรีตด้านหลังน้อย เครื่องเจาะประเภทนี้มักต้องการระยะห่างจากขอบและความหนาของชิ้นส่วนโครงสร้างที่มากกว่า หากต้องการใช้เครื่องเจาะหิน ควรปรึกษาผู้เชี่ยวชาญหรือทีมงานของ Hilti
สำหรับระยะฝังที่ลึก เครื่องคอร์ริ่งมักเป็นตัวเลือกที่ใช้งานกันมากกว่า เพราะต่างจากสว่านกระแทกที่ใช้แรงกระแทกในการทุบคอนกรีต ดอกคอร์ริ่งหัวเพชรจะใช้ผงเพชรฝังในวัสดุประสาน (matrix) เพื่อขัดคอนกรีตแทน ดอกคอร์ริ่งของ Hilti ที่เชื่อมด้วยเลเซอร์ ให้ประสิทธิภาพในการเจาะสูงและใช้งานได้นาน หากต้องเจาะรูที่ลึกมาก สามารถต่อกระบอกคอร์ริ่งยาวขึ้นได้ ซึ่งช่วยให้เจาะได้ตรงแนวและไม่ค่อยเบี่ยงเบนจากตำแหน่งที่ออกแบบไว้ แถมยังสามารถเจาะทะลุเหล็กเสริมเดิมในคอนกรีตได้โดยไม่ลำบาก แต่ถ้าจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงไม่ให้โดนเหล็กเดิม เช่น ลวดอัดแรง ความสามารถในการเจาะทะลุเหล็กนี้อาจกลายเป็นข้อเสียแทนได้ อีกประเด็นที่สำคัญคือ เครื่องคอร์ริ่งจะให้ผิวรูเจาะที่เรียบมาก และมักมีคราบบางๆเคลือบผิวอยู่ ซึ่งทำให้การยึดเกาะของน้ำยาลดลง ดังนั้นรูที่เจาะด้วยวิธีนี้ต้องทำความสะอาดให้ดีก่อนฉีดน้ำยา ทั้งนี้ น้ำยาบางประเภทก็ไม่เหมาะกับรูที่เจาะด้วยคอร์ริ่ง น้ำยาเคมีที่ผ่านการรับรองจะมีขั้นตอนทำความสะอาดเฉพาะ ซึ่งออกแบบมาเพื่อให้ได้แรงยึดเกาะในสภาพผิวเรียบแบบนี้ โดยมีระบุไว้ในคู่มือการติดตั้งของ Hilti หรือที่เรียกกันว่า Manufacturer’s Printed Installation Instructions (MPII)
ภาพด้านล่างแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของวิธีการเจาะต่อพฤติกรรมระหว่างแรงยึดเกาะกับการเสียรูปของเหล็กเสริมเจาะเสียบภายหลังในกรณีที่มีระยะฝังตื้น ถ้ายังไม่ได้เลือกว่าจะใช้วิธีเจาะแบบไหน แนะนำให้ใช้น้ำยาที่รองรับได้ทุกวิธี เช่น Hilti HIT-RE 500 V3
ขั้นตอนที่ 4: การทำความสะอาดรูเจาะ
แรงยึดเกาะระหว่างน้ำยาเคมีกับคอนกรีตขึ้นอยู่กับสภาพของผิวรูเจาะขณะฉีดน้ำยาเคมี คอนกรีตที่ใช้ติดตั้งเหล็กเสริมเจาะเสียบภายหลังอาจอยู่ในสภาพแห้ง อิ่มน้ำ หรือแม้กระทั่งแช่น้ำในขณะติดตั้งก็ได้
หากต้องติดตั้งในคอนกรีตที่อิ่มน้ำหรือแช่น้ำเต็มที่ ต้องตรวจสอบว่าน้ำยาเคมีที่จะใช้งานนั้นได้รับการรับรองให้ใช้ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ได้
การเจาะด้วยเครื่องคอร์ริ่งแบบเปียก จะทำให้ภายในรูเจาะมีความชื้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ โดยทั่วไปการทำความสะอาดรูเจาะในกรณีนี้จะใช้กระบวนการล้างด้วยน้ำ จากนั้นเป่าด้วยลมอัดเพื่อไล่เศษผงและน้ำออก แล้วใช้แปรงลวดขัดผิวผนังรูเจาะ
กระบวนการทำความสะอาดรูเจาะทุกแบบจะต้องทำการการเป่าด้วยลมอัด (สิ่งสำคัญที่ต้องระวังคือ การใช้ลมอัดอาจทำให้เศษฝุ่นกระเด็น จึงควรสวมแว่นตานิรภัยตลอดเวลาระหว่างปฏิบัติงาน)
ความสำคัญของขั้นตอนการทำความสะอาดรูเจาะตามที่ระบุไว้ในคู่มือการติดตั้งของ Hilti (Hilti Instructions for Use) มีผลโดยตรงต่อสมรรถนะของเหล็กเสริมเจาะเสียบภายหลัง ซึ่งสามารถสังเกตได้จากภาพด้านล่าง ในกรณีที่ไม่สามารถปฏิบัติตามขั้นตอนทำความสะอาดตามมาตรฐานได้ แนะนำให้ใช้เทคโนโลยี Hilti SafeSet™ ร่วมกับดอกสว่านดูดฝุ่นของ Hilti (Hilti Hollow Drill Bits – HDB)
Hilti มีอุปกรณ์เสริมหลายรายการสำหรับใช้ทำความสะอาดรูเจาะลึก ตามขั้นตอนที่ระบุไว้ในคู่มือการติดตั้ง อุปกรณ์เหล่านี้รวมถึง แปรงลวดที่มีขนาดพอดีกับรูเจาะ, ก้านต่อแปรงสำหรับรูที่ลึก, อุปกรณ์เสริมสำหรับใช้แปรงกับเครื่องมือไฟฟ้า, ท่อลมเป่า, ท่อยืด, ข้อต่อ และหัวเป่าลม
ชุดอุปกรณ์ Hilti Profis Rebar Accessory Sets จะรวมทุกอย่างที่จำเป็นสำหรับการติดตั้งเหล็กเสริมเจาะเสียบภายหลังไว้ในชุดเดียว
ขั้นตอนที่ 5: การฉีดน้ำยาเคมี
การฉีดน้ำยาเคมีมีเป้าหมายเพื่อให้รูที่เจาะเต็มแน่นด้วยน้ำยา โดยไม่มีโพรงอากาศเหลืออยู่ เพราะถ้ามีโพรงอากาศ นอกจากจะลดพื้นที่ที่น้ำเคมีจะยึดเกาะกับผิวคอนกรีต และรบกวนการแข็งตัวของน้ำยาแล้ว ยังอาจทำให้ใส่เหล็กเข้าไปได้ยากขึ้น และบางครั้งน้ำยาอาจถูกดันย้อนออกมาจากรูในจังหวะที่กำลังใส่เหล็ก เพราะแรงอากาศที่อัดอยู่ด้านใน
เพื่อให้น้ำยาเคมีเข้าไปในรูเจาะได้แน่นเต็มโดยมีอากาศปะปนน้อยที่สุด Hilti จึงใช้ระบบฉีดน้ำยาที่มาพร้อมกับ ลูกสูบ (piston plug) ซึ่งออกแบบมาให้พอดีกับรูเจาะ เมื่อลูกสูบอยู่ในตำแหน่งก้นรูเจาะจะช่วยให้น้ำยาไหลเข้าไปอัดเต็มรูจากด้านใน และแรงดันที่เกิดขึ้นจะช่วยให้คนติดตั้งรู้ได้ว่าน้ำยาเริ่มเต็มรูแล้ว ระบบนี้ช่วยให้ควบคุมปริมาณน้ำยาได้ง่ายขึ้น และยังทำให้ฉีดน้ำยาได้แน่น ลึก และเร็วกว่าเดิม
อุปกรณ์ที่ใช้ในการฉีดน้ำยา ควรเลือกให้เหมาะสมกับขนาดและทิศทางของเหล็ก สภาพอุณหภูมิขณะติดตั้ง และความสะดวกในการเข้าถึงหน้างาน
ขั้นตอนที่ 6: การติดตั้งเหล็กเสริม
เหล็กเส้นขนาดเล็กสามารถติดตั้งในแนวดิ่งได้ค่อนข้างง่ายโดยใช้แรงไม่มากนัก แต่สำหรับเหล็กเส้นขนาดใหญ่ โดยเฉพาะในแนวนอนหรือเอียงขึ้น อาจต้องใช้แรงมากในการยกและเสียบเหล็กเข้าไปในรูที่ฉีดน้ำยาไว้แล้ว ก่อนฉีดน้ำยา ควรทดลองใส่เหล็กในรูที่ยังไม่ได้ฉีดน้ำยา เพื่อให้แน่ใจว่าเหล็กสามารถใส่ได้พอดี ไม่มีอาการฝืดหรือติดขัด
ในกรณีที่ติดตั้งเหนือศีรษะ โดยเฉพาะถ้าใช้เหล็กเส้นขนาดใหญ่ ควรมีวิธีช่วยพยุงเหล็กให้อยู่ในตำแหน่งระหว่างที่น้ำยากำลังเซตตัว นอกจากนี้ หากจุดต่อนั้นต้องรับแรงดึงตลอดเวลา อาจต้องใช้ผู้ติดตั้งที่ผ่านการรับรองตามมาตรฐาน และอาจต้องมีการตรวจสอบพิเศษเพิ่มเติมตามข้อกำหนดที่เกี่ยวข้อง
วัสดุที่ใช้ในการติดตั้งเหล็กเสริมเจาะเสียบภายหลังมีหลายประเภท เช่น ปูนเกราท์ซีเมนต์, น้ำยาเคมีประเภทโพลีเมอร์, และระบบไฮบริดที่ผสมระหว่างส่วนประกอบของซีเมนต์และโพลีเมอร์ สำหรับปูนเกราท์ประเภทซีเมนต์ (เช่น ปูนเกราท์ที่ใช้กับงานเพลท) โดยทั่วไปจะจำกัดการใช้งานไว้เฉพาะกรณีที่ติดตั้งแนวดิ่งเท่านั้น น้ำยาเคมี (ซึ่งบางครั้งเรียกว่า thixotropic adhesive) ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อใช้กับงานฝังเหล็กและยึดพุก โดยมีคุณสมบัติด้านความหนืดที่เหมาะสม สามารถไหลเข้าไปในช่องว่างรอบๆเหล็กเสริมกับผิวคอนกรีตได้อย่างแนบสนิทโดยไม่เกิดโพรงอากาศ และไม่ไหลซึมออกมา น้ำยาเคมีประเภทนี้สามารถติดตั้งได้ในทุกทิศทาง และให้แรงยึดเกาะที่ดีเยี่ยมภายใต้หลากหลายสภาพการใช้งาน
Hilti เป็นผู้ผลิตรายแรกที่พัฒนาซอฟต์แวร์ออกแบบสำหรับงานเหล็กเสริมเจาะเสียบภายหลังโดยเฉพาะ โดยใช้ชื่อว่า PROFIS Rebar ซึ่งเป็นซอฟต์แวร์ออนไลน์ (web-based) ที่ช่วยให้วิศวกรสามารถออกแบบการติดตั้งเหล็กเสริมเจาะเสียบภายหลังได้อย่างครบถ้วน ด้วยระบบน้ำยาเคมีสองชนิดที่ผ่านการรับรอง คือ HIT-HY200-R V3 และ HIT-RE500 V3 ตัวซอฟต์แวร์สามารถคำนวณความยาวทาบทั้งสำหรับแรงดึงและแรงอัด ความยาวระยะพัฒนาแรง (development length) สำหรับเหล็กตั้งต้น (Starter bars) รวมถึงโครงต้านแรงดัดที่มีความเหนียวพิเศษ (Special Moment Frame) หรือกำแพงโครงสร้างที่มีความเหนียวพิเศษ (Special structural walls) และยังสามารถใช้คำนวณความยาวระยะพัฒนาแรงในกรณีของเหล็กต้านแรงเฉือน (shear dowel) ได้อีกด้วย นอกจากนี้ PROFIS Rebar ยังสามารถประเมินความยาวฝังของเหล็กเจาะเสียบ โดยอ้างอิงจากการศึกษาที่ใช้ทฤษฎี shear friction ซึ่งเป็นพื้นฐานทางวิศวกรรมสำคัญในการออกแบบงานประเภทนี้