งานคอนกรีตบนดวงจันทร์
ในโลกแห่งอนาคต สิ่งหนึ่งที่เรามักจะได้อ่านจากหนังสือหรือเห็นจากภาพยนตร์สารคดีหรือข่าวคือเรื่องของการหมดไปของทรัพยากรธรรมชาติและการเพิ่มขึ้นของจำนวนประชากรอย่างรวดเร็วจนทำให้โลกของเราไม่มีพื้นที่หรือทรัพยากรธรรมชาติเพียงพอต่อความต้องการของมนุษย์
จนอาจจะจำเป็นที่จะต้องออกไปล่าอาณานิคมนอกโลกหรือใช้ดาวดวงอื่นเป็นที่อยู่อาศัยหรือเป็นแหล่งทรัพยากรธรรมชาติสำรอง
ที่กล่าวถึงและมีความเป็นไปได้มากที่สุดคงจะเป็นดาวพระจันทร์
ซึ่งเป็นดวงดาวที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดและเป็นดาวที่มนุษย์เคยไปเยือนมาแล้ว
ผลจากการสำรวจขององค์การนาซ่า
พบว่าหินบนดวงจันทร์ส่วนมากจะเป็นหินบะซอลต์และหินอนอร์โทไซต์ (Basalt and Anorthosite) ซึ่งทั้งสองชนิดเป็นหินที่เกิดจากการเย็นตัวและทับถมของลาวาที่ออกมาจากภูเขาไฟ
ลักษณะมีสีดำหรือเทาเข้ม มีองค์ประกอบทางเคมีหลักคือแร่แพลจิโอเคลสเฟลด์สปาร์ และแร่สีเข้มอื่น
ๆ เช่น ไพรอกซีนละเอียดมาก เฟลด์สปาร์ ฮอร์นเเบลนด์ และโอลิวีน ซึ่งไม่นิยมใช้ในงานคอนกรีตเนื่องจากหายากและไม่มีอยู่ทั่วไปเหมือนหินปูน
แต่ถ้ามีก็สามารถนำมาใช้เป็นมวลรวมในคอนกรีตได้
แต่ไม่สามารถนำมาผลิตเป็นปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ได้
การไม่มีหินปูนบนดวงจันทร์ทำให้เรื่องของผลิตซีเมนต์ปอร์ตแลนด์บนดวงจันทร์เป็นเรื่องที่แทบจะเป็นไปไม่ได้
จำเป็นต้องหาวัสดุซีเมนต์ประเภทอื่นมาทดแทน นอกจากหินบะซอลต์แล้วบนดวงจันทร์ก็มีดินฝุ่นที่เป็นลักษณะของเถ้าภูเขาไฟที่มีองค์ประกอบของซัลเฟอร์เช่นกัน
นักวิจัยด้านคอนกรีตได้มีการเสนอความคิดเกี่ยวกับเรื่องคอนกรีตที่ไม่ต้องผสมน้ำ
(No-water
concrete) มาเป็นระยะเวลาพอสมควร
โดยการเปลี่ยนวัสดุเชื่อมประสานแทนที่จะใช้เป็นปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ไปเป็นซีเมนต์ประเภทอื่นที่สามารถแข็งตัวโดยไม่ใช้น้ำ
ได้มีนักวิจัย Prof. Dr. Husam A. Omar จาก the
University of South Alabama ซึ่งทำการทดลองร่วมกับองค์การนาซ่าเกี่ยวกับการพัฒนาคอนกรีตไม่ผสมน้ำ
โดยใช้ซัลเฟอร์เป็นวัสดุเชื่อมประสานแทนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ซึ่งซัลเฟอร์เป็นวัสดุที่นักวิจัยคอนกรีตคุ้นเคยกันเป็นอย่างดีในอดีต
เพราะถูกใช้เป็นวัสดุเคลือบผิวด้านบนและล่างของตัวอย่างคอนกรีตที่ใช้ในการทดสอบกำลังรับแรงอัด
โดยซัลเฟอร์จะมีจุดหลอมเหลวอยู่ที่ประมาณ 119 องศาเซลเซียส
ในการทดลองของเขา ได้ทำการหลอมซัลเฟอร์จนเหลวที่อุณหภูมิประมาณ 150 องศา จากนั้นจึงทำการผสมหินและทรายเข้าในสัดส่วนผสมและผสมจนเข้ากัน Omar
ได้แปรผันปริมาณของซัลเฟอร์ตั้งแต่ 25% ไปจนถึง
75% โดยน้ำหนัก ซึ่งค่ากำลังรับแรงสูงสุดที่ทำได้คือ 33.8
MPa (331 ksc, กิโลกรัมต่อตารางเซ็นติเมตร) ที่สัดส่วนผสมของซัลเฟอร์ประมาณ
35% โดยน้ำหนัก ซึ่งสูงใกล้เคียงกับคอนกรีตธรรมดาที่ใช้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์
นอกจากความคิดเกี่ยวกับคอนกรีตไม่ผสมน้ำ ยังมีแนวคิดเกี่ยวกับอลูมินัมซีเมนต์
แต่ยังเป็นไปได้ยากเนื่องจากอลูมินัมซีเมนต์ต้องใช้น้ำในการทำปฏิกิริยา
ผู้วิจัยได้ตอบคำถามเกี่ยวกับเรื่องการได้มาของน้ำ
ซึ่งต้องใช้เทคโนโลยีในการควบรวมโมเลกุลของไฮโดรเจนและออกซิเจนเข้าด้วยกัน
แต่ในความเห็นของผู้เขียนคิดว่าอันแรกน่าจะพอมีทางเป็นไปได้มากกว่า
(Concreting
on Moon)
โดย ศาสตราจารย์.ดร. ปิติ สุคนธสุขกุล
เคยมีคนกล่าวว่า คอนกรีตเป็นวัสดุก่อสร้างแห่ง อดีต
ปัจจุบัน และ อนาคต ไม่แน่ใจว่าจะมีคนเห็นด้วยทั้งหมดหรือไม่
แต่คอนกรีตก็ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นวัสดุก่อสร้างที่ถูกใช้งานอย่างแพร่หลายตั้งแต่อดีตมาจนถึงปัจจุบัน
ส่วนอนาคตนั้นเป็นสิ่งที่ต้องรอการพิสูจน์ ทั้งนี้ขึ้นกับว่าเทคโนโลยีงานคอนกรีตจะได้รับการพัฒนาให้ทันสมัยสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของโลกและตอบสนองความต้องการที่จะเกิดขึ้นในอนาคตได้หรือไม่
ในโลกแห่งอนาคต สิ่งหนึ่งที่เรามักจะได้อ่านจากหนังสือหรือเห็นจากภาพยนตร์สารคดีหรือข่าวคือเรื่องของการหมดไปของทรัพยากรธรรมชาติและการเพิ่มขึ้นของจำนวนประชากรอย่างรวดเร็วจนทำให้โลกของเราไม่มีพื้นที่หรือทรัพยากรธรรมชาติเพียงพอต่อความต้องการของมนุษย์
จนอาจจะจำเป็นที่จะต้องออกไปล่าอาณานิคมนอกโลกหรือใช้ดาวดวงอื่นเป็นที่อยู่อาศัยหรือเป็นแหล่งทรัพยากรธรรมชาติสำรอง
ที่กล่าวถึงและมีความเป็นไปได้มากที่สุดคงจะเป็นดาวพระจันทร์
ซึ่งเป็นดวงดาวที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดและเป็นดาวที่มนุษย์เคยไปเยือนมาแล้ว
ถ้ามีการตั้งรกรากถิ่นฐานกันบนดวงจันทร์จริงๆ
คำถามที่ตามมาก็คือคอนกรีตยังคงจะเป็นวัสดุก่อสร้างที่เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดหรือไม่
ถ้าใช่ งานคอนกรีตบนดวงจันทร์จะต่างกับงานคอนกรีตบนโลกอย่างไร
มีเทคโนโลยีปัจจุบันอะไรบ้างที่พอจะทำให้งานคอนกรีตบนดวงจันทร์มีความเป็นไปได้
ขอเชิญผู้อ่านที่สนใจลองติดตามอ่านดูครับ
ลำดับแรกน่าเป็นเรื่องของวัตถุดิบ ในการทำงานคอนกรีตนั้น
อยากจะให้ผู้อ่านเข้าใจว่าสาเหตุที่คอนกรีตได้รับความนิยมเป็นวัสดุก่อสร้างลำดับต้นๆ
มาจากปัจจัยหลัก 2-3 ประการ 1) คอนกรีตเป็นวัสดุที่มีต้นทุนไม่สูงและใช้วัตถุดิบที่มีในท้องถิ่น
2) คอนกรีตเป็นวัสดุที่เทขึ้นรูปเป็นรูปทรงที่ซับซ้อนได้ และ 3)
คอนกรีตเป็นวัสดุที่มีกำลังสูง ในกรณีของการก่อสร้างบนดวงจันทร์นั้น
สิ่งแรกที่ต้องคำนึงถึงเลยคือเรื่องของการมีอยู่ของวัตถุดิบ เนื่องจากต้นทุนการขนส่งทางอวกาศนั้นค่อนข้างจะสูง
ทำให้ไม่คุ้มค่าที่จะขนวัตถุดิบต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น ปูนซีเมนต์ หิน ทราย และน้ำ
ไปจากโลกได้ โดยวัตถุดิบเกือบทุกชนิดจำเป็นต้องไปหาเอาข้างหน้าหมด
ผลจากการสำรวจขององค์การนาซ่า
พบว่าหินบนดวงจันทร์ส่วนมากจะเป็นหินบะซอลต์และหินอนอร์โทไซต์ (Basalt and Anorthosite) ซึ่งทั้งสองชนิดเป็นหินที่เกิดจากการเย็นตัวและทับถมของลาวาที่ออกมาจากภูเขาไฟ
ลักษณะมีสีดำหรือเทาเข้ม มีองค์ประกอบทางเคมีหลักคือแร่แพลจิโอเคลสเฟลด์สปาร์ และแร่สีเข้มอื่น
ๆ เช่น ไพรอกซีนละเอียดมาก เฟลด์สปาร์ ฮอร์นเเบลนด์ และโอลิวีน ซึ่งไม่นิยมใช้ในงานคอนกรีตเนื่องจากหายากและไม่มีอยู่ทั่วไปเหมือนหินปูน
แต่ถ้ามีก็สามารถนำมาใช้เป็นมวลรวมในคอนกรีตได้
แต่ไม่สามารถนำมาผลิตเป็นปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ได้
การไม่มีหินปูนบนดวงจันทร์ทำให้เรื่องของผลิตซีเมนต์ปอร์ตแลนด์บนดวงจันทร์เป็นเรื่องที่แทบจะเป็นไปไม่ได้
จำเป็นต้องหาวัสดุซีเมนต์ประเภทอื่นมาทดแทน นอกจากหินบะซอลต์แล้วบนดวงจันทร์ก็มีดินฝุ่นที่เป็นลักษณะของเถ้าภูเขาไฟที่มีองค์ประกอบของซัลเฟอร์เช่นกัน
ลำดับถัดมาคือเรื่องของน้ำ
ข้อมูลจากองค์การนาซ่าอีกเช่นกันกล่าวว่าน้ำบนพื้นผิวของดวงจันทร์นั้นแทบจะไม่มี
เนื่องจากดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศเหมือนโลกเรา
น้ำจะระเหยกลายเป็นไอและฟุ้งกระจายออกสู่อวกาศอย่างรวดเร็ว แต่อย่างไรก็ตาม จากหลักฐานการพบแร่ธาตุที่มีองค์ประกอบของประจุไฮดรอกซิล
ทำให้เชื่อว่าบนดวงจันทร์น่าจะยังพอมีน้ำอยู่บ้างบางส่วน โดยอาจจะหลบซ่อนอยู่ในระดับที่ต่ำกว่าผิวดินหรือแฝงตัวอยู่ในรูปของน้ำแข็ง
แต่ก็น่าจะมีในปริมาณที่น้อยมากจนแทบจะไม่เพียงพอต่อการใช้งาน (10 ถึง 1000
ส่วนในล้านส่วน,
ppm) การขาดแคลนน้ำบนดวงจันทร์
ทำให้การผลิตคอนกรีตที่ได้จากการผสมปูนซีเมนต์และน้ำแทบจะเป็นไปไม่ได้อีกเช่นกัน
เมื่อพิจารณาในแง่ของวัสดุแล้วพบว่า ส่วนประกอบที่สำคัญของคอนกรีต
2
ใน 3 ส่วนนั้นแทบจะไม่มี โดยสองส่วนแรกคือน้ำกับปูนซีเมนต์นั้นไม่มีหรือมีน้อยมากหรือผลิตไม่ได้
ส่วนที่สามคือมวลรวมนั้นน่าพอหาได้โดยใช้หินบะซอลต์แทน ดังนั้น การใช้งานคอนกรีตธรรมดาแบบที่ใช้กันบนโลกของเรา
จึงไม่น่าจะมีความเป็นไปได้บนดวงจันทร์อย่างค่อนข้างแน่นอน
คอนกรีตที่ใช้บนดวงจันทร์จะต้องเป็นคอนกรีตพิเศษที่ไม่ใช้น้ำและไม่ใช้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ที่แข็งตัวจากการทำปฏิกิริยากับน้ำและด้วยเทคโนโลยีที่มีปัจจุบัน
ผู้อ่านคิดว่ามีความเป็นไปได้หรือไม่
นักวิจัยด้านคอนกรีตได้มีการเสนอความคิดเกี่ยวกับเรื่องคอนกรีตที่ไม่ต้องผสมน้ำ
(No-water
concrete) มาเป็นระยะเวลาพอสมควร
โดยการเปลี่ยนวัสดุเชื่อมประสานแทนที่จะใช้เป็นปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ไปเป็นซีเมนต์ประเภทอื่นที่สามารถแข็งตัวโดยไม่ใช้น้ำ
ได้มีนักวิจัย Prof. Dr. Husam A. Omar จาก the
University of South Alabama ซึ่งทำการทดลองร่วมกับองค์การนาซ่าเกี่ยวกับการพัฒนาคอนกรีตไม่ผสมน้ำ
โดยใช้ซัลเฟอร์เป็นวัสดุเชื่อมประสานแทนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ซึ่งซัลเฟอร์เป็นวัสดุที่นักวิจัยคอนกรีตคุ้นเคยกันเป็นอย่างดีในอดีต
เพราะถูกใช้เป็นวัสดุเคลือบผิวด้านบนและล่างของตัวอย่างคอนกรีตที่ใช้ในการทดสอบกำลังรับแรงอัด
โดยซัลเฟอร์จะมีจุดหลอมเหลวอยู่ที่ประมาณ 119 องศาเซลเซียส
ในการทดลองของเขา ได้ทำการหลอมซัลเฟอร์จนเหลวที่อุณหภูมิประมาณ 150 องศา จากนั้นจึงทำการผสมหินและทรายเข้าในสัดส่วนผสมและผสมจนเข้ากัน Omar
ได้แปรผันปริมาณของซัลเฟอร์ตั้งแต่ 25% ไปจนถึง
75% โดยน้ำหนัก ซึ่งค่ากำลังรับแรงสูงสุดที่ทำได้คือ 33.8
MPa (331 ksc, กิโลกรัมต่อตารางเซ็นติเมตร) ที่สัดส่วนผสมของซัลเฟอร์ประมาณ
35% โดยน้ำหนัก ซึ่งสูงใกล้เคียงกับคอนกรีตธรรมดาที่ใช้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์
นอกจากความคิดเกี่ยวกับคอนกรีตไม่ผสมน้ำ ยังมีแนวคิดเกี่ยวกับอลูมินัมซีเมนต์
แต่ยังเป็นไปได้ยากเนื่องจากอลูมินัมซีเมนต์ต้องใช้น้ำในการทำปฏิกิริยา
ผู้วิจัยได้ตอบคำถามเกี่ยวกับเรื่องการได้มาของน้ำ
ซึ่งต้องใช้เทคโนโลยีในการควบรวมโมเลกุลของไฮโดรเจนและออกซิเจนเข้าด้วยกัน
แต่ในความเห็นของผู้เขียนคิดว่าอันแรกน่าจะพอมีทางเป็นไปได้มากกว่า
เป็นอย่างไรบ้างครับ
แนวคิดเกี่ยวกับคอนกรีตบนดวงจันทร์ที่สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีที่มีในปัจจุบัน
และด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างไม่หยุดยั้ง ผมเชื่อว่าเมื่อถึงเวลาที่เราต้องย้ายไปอยู่บนดวงจันทร์จริงๆ
เราน่าจะมีคำตอบอื่นๆเพิ่มขึ้นมากกว่านี้ แล้วพบกันใหม่ฉบับหน้าครับ
เอกสารอ้างอิง
·
Lucey, Paul G. (23 October
2009). "A Lunar
Waterworld". Science 326 (5952):
531–532. Bibcode
2009Sci...326..531L.
doi:10.1126/science.1181471.
PMID 19779147.
Retrieved 2009-11-18.
·
Clark, Roger
N. (23 October 2009). "Detection
of Adsorbed Water and Hydroxyl on the Moon".
Science 326 (5952): 562–564.
·
Husam
A. Omar, PRODUCTION OF LUNAR CONCRETE USING MOLTEN SULFUR Final
Research Report for JoVe NASA Grant NAG8 – 278
