การเสื่อมสภาพของโบราณสถานที่มีโครงสร้างหลักเป็นอิฐถือปูนโดยกรดซัลฟูริก

 

 

การเสื่อมสภาพของโบราณสถานที่มีโครงสร้างหลักเป็นอิฐถือปูนโดยกรดซัลฟูริก

 

 

อ.ดร.ปิติวัฒน์ วัฒนชัย

ภาควิชาวิศวกรรมโยธา

คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

 

 

 

กระบวนการเกิดสารละลายกรดซัลฟูริกในสภาพธรรมชาติ

                ออกไซด์ของซัลเฟอร์เป็นสารประกอบสำคัญที่ทำให้เกิดฝนกรด โดยซัลเฟอร์ที่พบในบรรยากาศอยู่ในรูปของสารประกอบ 3 ชนิด คือ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) และซัลเฟตอิออน (SO42-) ในรูปของละออง(Aerosol)  เมื่อเปรียบเทียบระหว่าง 3 สารนี้  ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) มีความสำคัญมากที่สุด  เพราะนอกจากจะมีผลต่อสุขภาพของมนุษย์โดยตรงและสิ่งแวดล้อมแล้ว  สาร SO2 ยังสามารถเปลี่ยนเป็นกรดซัลฟูริก (H2SO4) และซัลเฟต(SO42-) ได้อีก  ส่วนแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ส่วนใหญ่มาจากแหล่งธรรมชาติ  และแหล่งที่มาที่สำคัญมากที่สุดได้จากการเน่าเปื่อยของธรรมชาติ เช่น ซากพืช ซากสัตว์ โดยจุลลินทรีย์แบบไร้อากาศ (Anaerobic Bacteria) (อาชวัน  อิ่มเอิบธรรม, 2531)

                แหล่งเกิดของ SO2 เป็นแก๊สไม่มีสี มีกลิ่นกรด มีจุดเดือด -10 องศาเซลเซียส  ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ SO2 ในบรรยากาศมีที่มาสองแหล่งคือ จากการกระทำของมนุษย์และแหล่งตามธรรมชาติ

SO2 มีแหล่งที่มาจากการกระทำของมนุษย์สูงถึงประมาณ 1/3 ของที่มาจากธรรมชาติ  แหล่งจากการกระทำของมนุษย์ที่สำคัญที่สุด ได้แก่ การเผาเชื้อเผลิง (Fossil Fuel) เช่น ถ่านหิน และน้ำมันปิโตรเลี่ยม  เนื่องจากเชื้อเพลิงเหล่านี้มีสารประกอบซัลเฟอร์ (S) ปะปนอยู่ด้วย  ถ่านหินจากบางแหล่งมี S สูงถึงร้อยละ 3 โดยน้ำหนัก  ส่วนน้ำมันปิโตรเลี่ยมมีประมาณร้อยละ 0.5 โดยน้ำหนัก  ฉะนั้นเมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงเหล่านี้  S จะถูกออกซิไดซ์เป็น SO2  ซึ่งเขียนแสดงด้วยสมการทั่วไปดังนี้

 

S          +          O2                                SO2                                          (1)

 

            นอกจากนี้อุตสาหกรรมบางชนิด  เช่นอุตสาหกรรมการถลุงตะกั่วและสังกะสี  ซึ่งสินแร่ที่สำคัญของตะกั่ว ได้แก่ Gelena ซึ่งมี PbS เป็นองค์ประกอบสำคัญ  ส่วนสังกะสีอยู่ในรูป ZnS  การถลุงแร่นี้จึงมีส่วนปล่อย SOสู่บรรยากาศด้วย ปริมาณของ SOจากแหล่งต่างๆ (รวมทั้งจากแหล่งธรรมชาติ) สรุปในตารางที่ 1

 

ตารางที่ 1 แหล่งกำหนดของแก๊สมลพิษของกำมะถัน ที่มา : Robinson et. al. (1970)

 

แหล่งกำเนิด

ประมาณ (106 เมตริกตันต่อปี)

การเผาถ่านหิน

46

การเผาน้ำมันปิโตรเลี่ยมและการกลั่นน้ำมัน

13

การถลุงทองแดง

6

การถลุงตะกั่วและสังกะสี

1.3

รวมแหล่งจากการกระทำของมนุษย์

66

H2S จากดิน  โดยกระบวนการชีววิทยา

62

H2S จากแหล่งทะเล  โดยกระบวนการชีววิทยา

27

SO42-

40

รวมแหล่งจากธรรมชาติ

129

ปริมาณสุทธิ

195

 

 

            แก๊ส SO2 ที่ได้จากแหล่งธรรมชาติเกิดจากการออกซิเดชั่นของ H2S โดย O O2 หรือ O3 ดังนี้

                                                                                    O2

                                H2S   +   O                         HS   +   HO                 SO2   +   H2O              (2)

 

                        H2S   +   3/2O2                  SO2   +   H2O                                            (3)

 

                        H2S   +   O3   +   P                   SO2   +   H2O   +   P                            (4)

           

            P ในสมการ (4) อาจเป็นอนุภาคเล็กๆ ที่แขวนลอยในอากาศ เช่น ฝุ่นละอองหรือละอองน้ำ   ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวคะตะไลส์

                เมื่ออากาศชื้นมาก SO2 อาจรวมกับ H2O เกิดเป็นกรดซัลฟูรัส (H2SO3)  ซึ่งสามารถถูกออกซิไดซ์ต่อไปเป็นกรดซัลฟูริก (H2SO4) ได้ไม่ยากนักถ้ามีฝุ่นละอองซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวคะตะไลซ์อยู่ด้วย  ซึ่งเป็นวิธีหนึ่งของการขจัด SO2 ออกจากบรรยากาศ เช่นกัน

 

SO2       +          H2O                             H2SO3                                      (5)

      Particulate

H2SO3  +          1/2O2                           H2SO4                                      (6)

 

           

 

กรดซัลฟูริก (H2SO4) ที่เกิดขึ้นอาจทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียหรือเกลือของโลหะ เช่น NaCl (Nacl จาก Sea Salt Particles) เกิดเป็นซัลเฟต (SO42-)

 

H2SO4                  +          2NH3                           (NH4)2SO4                   (7)

 

H2SO4                  +          2NaCl                          Na2SO4  +   2HCl        (8)

 

นอกจากนี้แล้ว SO2 เองก็สามารถเกิดเป็น SO42- อย่างรวดเร็ว  โดยทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียในอากาศชื้น ดังนี้

 

SO2   +   2NH3               +   H2O   +   1/2O2                           (NH4)2SO4       (9)

 

และในที่สุดกรดซัลฟูริก ซัลเฟต และ HCl ที่เกิดขึ้น  จะลงมาสู่ผิวดินพร้อมกับน้ำเป็นเหตุให้น้ำฝนมีค่า pH ต่ำกว่า 7 ซึ่งก็คือ ฝนกรด (Acid Rain) ซึ่งโดยทั่วไปมีช่วง pH 5.6 – 2.1 ขึ้นอยู่กับปริมาณสารพิษ SO2 และคุณสมบัติอื่นๆ ในอากาศ

 

สัญญา  ธิรางกูรรัตน์ (2544) ได้สรุปความเป็นกรดของน้ำฝนไว้ว่า  น้ำฝนในธรรมชาติมีความเป็นกรดเล็กน้อย  เนื่องจากการรวมตัวกับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่มีอยู่ในธรรมชาติเกิดเป็นกรดคาร์บอนิก  (H2CO3) ซึ่งทำให้ค่า pHของน้ำฝนมีค่าอยู่ประมาณ 5.6  ถ้าค่า pH ของน้ำฝนต่ำกว่า 5.6 จะถือว่าเป็นฝนกรด  หากมีก๊าซอื่นปนอยู่ในบรรยากาศ เช่น ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) และ ไนโตรเจนออกไซด์ (NOx)  จะทำให้ค่า pH ของน้ำฝนต่ำลงไปกว่าค่าปรกติ เนื่องจากการเปลี่ยนรูปของก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และก๊าซไนโตรเจนออกไซด์  ให้กลายเป็นกรดซัลฟูริก (H2SO4) และกรดไนตริก (HNO3)  โดยที่ประมาณร้อยละ 70 โดยน้ำหนักของฝนกรดเป็นกรดซัลฟูริก  และอีกร้อยละ 30 โดยน้ำหนักเป็นกรดไนตริก  จากการสำรวจค่า pH ในกรุงเทพมีค่าอยู่ในช่วง 4.81 – 9.20  ที่กาญจนบุรีและสกลนครอยู่ในช่วง 4.15 – 6.88  ในอำเภอหาดใหญ่อยู่ในช่วง 4.71 – 6.80  ในมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรีอยู่ในช่วง 4.60 – 5.10  และจากการศึกษาและวิจัยฝนกรดในจังหวัดเชียงใหม่ (อาชวัน อิ่มเอิบธรรม, 2531) พบว่าค่า pH ของน้ำฝนส่วนใหญ่อยู่ในช่วง 5.6 – 6.9  และ pH ต่ำสุดที่วัดได้เท่ากับ 4.8

 

วัสดุก่อและวัสดุเชื่อมประสานแบบล้านนาโบราณ

                มนุษย์รู้จักผลิตวัสดุก่อและวัสดุเชื่อมประสานขึ้นมา  เพื่อนำไปใช้ในงานก่อสร้างมาเป็นเวลาช้านานแล้ว  ซึ่งสังเกตได้จากโบราณสถานต่างๆ ทางประวัติศาสตร์ เช่น วิหาร เจดีย์ และกำแพงเมือง เป็นต้น  ปัจจุบันนี้การใช้วัสดุก่อและวัสดุเชื่อมประสานแบบโบราณมีให้เห็นกันน้อยมาก   โดยส่วนใหญ่แล้วจะใช้ในการบูรณะซ่อมแซม  เพื่อให้มีรูปแบบลักษณะที่ใกล้เคียงกับของเดิมมากที่สุด

 

วัสดุก่อ: อิฐ (ดินกี่)

               อิฐเป็นวัสดุก่อสร้างที่มนุษย์สร้างขึ้นด้วยวัสดุจากธรรมชาติมาทำเป็นก้อนสำหรับใช้ในการก่อสร้างอาคารนับพันปีมาแล้ว การใช้อิฐครั้งแรกนั้นเชื่อกันว่าเริ่มต้นในสมัยอียิปต์โบราณ ซึ่งใช้ดินโคลนในแม่น้ำไนล์ มานวดแล้วปั้นให้เป็นก้อนตามขนาดที่ต้องการแล้วนำไปตากแดดให้แห้ง โดยไม่ได้เผาให้สุก เนื่องมาจากสภาพทางภูมิศาสตร์ที่มีฝนตกน้อย จึงไม่เกิดปัญหาเรื่องการชะล้างของน้ำฝน และในช่วงเวลาเดียวกันบริเวณลุ่มแม่น้ำไทกริส ยูเฟรติส มีการทำอิฐที่เผาให้สุกแล้วนำไปใช้งานในการก่อสร้างอาคารต่างๆ มากมาย อิฐที่เผาให้สุกแล้วนี้สามารถทนทานต่อการชะล้างของน้ำฝน และการเปลี่ยนแปลงของสภาพดินฟ้าอากาศ

               จากหลักฐานทางโบราณคดี ในดินแดนล้านนาพบว่า มีการใช้อิฐในการก่อสร้างมาช้านานแล้วเช่นกันตั้งแต่ในสมัยรัฐหริภุญไชย ซึ่งเป็นรัฐที่เคยมีอำนาจในดินแดนแถบนี้มาก่อนก็มีการใช้อิฐในการก่อสร้างอาคาร โดยเฉพาะ อาคารและสถาปัตยกรรมในพุทธศาสนา ซึ่งได้แก่ เจดีย์ ต่อมาในสมัยล้านนา มีการใช้อิฐในการก่อสร้างอย่างกว้างขวาง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอาคารศาสนสถาน เช่น วิหารและเจดีย์ โดยอิฐที่ใช้ในการก่อสร้างของล้านนานี้มีชื่อเรียกในภาษาพื้นเมืองว่า “ดินกี่”ซึ่งเป็นอิฐที่ทำด้วยมือ ซึ่งมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับอิฐในปัจจุบัน และขนาดของอิฐแต่ละก้อนจะไม่เท่ากัน ซึ่งความคลาดเคลื่อนนี้เนื่องมาจากสาเหตุหลายประการเช่น ขนาดของแบบไม่เท่ากัน การอัดดินเข้าในแบบไม่แน่น การหดตัวของโคลนที่ใช้ทำอิฐไม่เท่ากันเพราะ ส่วนผสมไม่สม่ำเสมอ ซึ่งก็สามารถใช้งานในการก่อสร้างได้เป็นอย่างดี (ชาญณรงค์  ศรีสุวรรณ, 2549)

               ในการผลิตอิฐหรือดินกี่ของล้านนา มีกรรมวิธีและขั้นตอนดังต่อไปนี้
                    1) การเลือกดิน

ดินที่ใช้ทำอิฐนั้นจะต้องไม่มีทรายเจือปนมากเกินไปหรือไม่เป็นดินเหนียวมากเกินไป ถ้ามีทรายมากก็จะทำให้อิฐนั้นล่อน ร่วน แต่ถ้าเป็นดินเหนียวมากเกินไป เมื่อตากแดดก็จะเกิดการแตกร้าวมาก  ซึ่งวิธีทดสอบที่ดีที่สุดคือการทำตัวอย่างในปริมาณน้อยก่อน

คุณสมบัติในอิฐที่แตกต่างกันออกไป  สามารถอธิบายได้ดังนี้

                (1.1) ดินเหนียว  มีคุณสมบัติช่วยให้เม็ดดินเกาะกันเป็นก้อนได้คงที่ในระหว่างที่ยังเป็นอิฐดิบ (อิฐที่ยังไม่เผา)

                (1.2) ทราย มีคุณสมบัติป้องกันการแตกร้าว การหดตัว และการบิดตัว

                (1.3) แร่ธาตุอื่นๆ จะช่วยในการแปรสภาพของสารในดิน  ในขณะที่ถูกความร้อนเผาให้สุก  สำหรับพวกอ๊อกไซด์จะช่วยให้อิฐมีสีต่างๆ เมื่อเผาจนสุกแล้ว  โดยแร่ธาตุต่างๆ ที่ผสมอยู่ในดินเหนียว ได้แก่

                        - ธาตุปูน (Carbonate of Lime)  ถ้ามีอยู่ในดินเหนียวมากๆ เมื่ออิฐที่เผาแล้วถูกน้ำจะแตกแยกออกจากกัน

                                - ธาตุซิลิเกต (Silicate of Lime) หรือ ปูนขาวซิลิเกต  ถ้ามีมากเกินไปจะทำให้อิฐบิดงอเสียรูปเมื่อเผา

                                - ธาตุ (Magnesium)  ถ้ามีน้อยก็ไม่ให้ผลอย่างไร  เพียงแต่ทำให้อิฐมีสีน้ำตาล  บางทีใช้เติมในดินทำให้แข็งแรง  ใช้ทำกระเบื้องปูพื้น ปูทางเท้า และเฉลียง

                                - ทราย (Sand)  ถ้ามีผสมอยู่เกินกว่าร้อยละ 25 จะทำให้อิฐเปราะไม่แข็งแรงหักง่าย

                                - สนิมเหล็ก (Iron Oxide) และ ซัลไฟด์ของเหล็ก (Sulphide of Iron) ถ้าพบว่ามีอยู่ในดินเหนียวเกินกว่าร้อนละ 2 - 3 ก็ไม่เหมาะสำหรับผลิตอิฐทนไฟ (Fire Brick) สนิมเหล็ก หรือ เหล็กอ๊อกไซด์ทำหน้าที่เป็นวัสดุผสาน (Flux) เพิ่มความแข็ง และความแข็งแรงให้กับอิฐ ทำให้อิฐมีสีแดง เป็นสัดส่วนกับปริมาณเหล็กอ๊อกไซด์ปูนขาว หรือธาตุซิลิเกต  และถ้ามีมากกว่าสนิมเหล็ก อิฐจะมีสีเหลืองและหดตัวมาก

                        2) การขุดดินและย่ำดิน

ดินที่จะใช้ทำอิฐนั้นต้องผ่านการแช่น้ำทิ้งไว้ ยิ่งแช่น้ำนานเท่าไหร่ยิ่งดีเท่านั้น จากนั้นนำมาเลือกเอาเศษผงและสิ่งปะปนอื่นๆ เช่น กรวด ทรายที่ปนอยู่ออกให้หมด แล้วนำมาย่ำให้ละเอียดจนเข้ากันดี โดยอาจต้องเติมขี้เถ้าลงไปขณะนวด เพื่อไม่ให้อิฐติดแบบพิมพ์ไม้ เมื่ออัดดินเข้าแบบ ในขั้นตอนนี้ถ้าหากดินแห้งเกินไป ให้เติมน้ำลงไปให้พอเหมาะ และทำงานได้สะดวก โดยให้มีความเหลวพอที่จะสามารถเทลงไปในแบบไม้ได้สะดวก

3) การทำให้เป็นรูปแบบที่ต้องการ

แบบที่ใช้ในการขึ้นรูปอิฐนั้นมีลักษณะเป็นกรอบไม้ ด้านบนและด้านล่างโล่ง ไม้จะที่นำมาทำไม้แบบนั้นควรเป็นไม้ที่มีคุณสมบัติไม่บิดงอเมื่อถูกน้ำหรือความชื้น ด้านในไสให้เรียบ ขนาดของไม้แบบนี้จะมีขนาดใหญ่กว่า ขนาดของอิฐที่ต้องการ ประมาณ 5 - 10% เนื่องจากเมื่อเอาอิฐที่ขึ้นรูปแล้วไปตากแดด ขนาดของอิฐที่แห้งแล้วจะหดเล็กลง

เมื่อแบบพร้อมแล้วเตรียมพื้นราบซึ่งใช้ได้ทั้งที่โล่งกลางแดดและในที่ร่ม เอาไม้แบบชุบน้ำและวางราบลง ตักโคลนที่ผสมแล้วเทลงในแบบ ใช้ไม้ตบให้โคลนเข้าไปอัดแน่นในแบบให้ทั่วแล้วปาดส่วนบนให้เสมอขอบไม้แบบ แล้วยกไม้แบบออก นำไม้แบบชุบน้ำแล้วทำซ้ำไปเรื่อยๆ

4) การตากแดดให้แห้งสนิท

เมื่อถอดแบบออกแล้วต้องตากแดดให้แห้งสนิท สำหรับระยะเวลาในการตากแดดนั้นขึ้นอยู่กับฤดูกาลและสภาพของอากาศ ถ้าในฤดูร้อนอาจใช้เวลาประมาณ 3 - 5 วัน ในฤดูอื่น เฉลี่ยๆ โดยทั่วๆ ไปประมาณ 7 - 8 วัน ยกเว้นในฤดูฝนจะไม่เหมาะในการทำอิฐเพราะขณะตากแดด ฝนอาจจะตกลงมาทำให้อิฐที่ตากอยู่เสียหาย

 

5) การถากแต่งอิฐที่เผาให้เรียบร้อย

เมื่ออิฐที่ตากแห้งแล้ว อิฐแต่ละก้อนจะยังไม่เรียบร้อย ส่วนใหญ่มักจะมีส่วนเกินออกมาจากด้านข้าง เนื่องจากเนื้อดินที่เกินออกมาขณะอัดเข้าแบบ จึงต้องใช้มีดถากแต่งก้อนอิฐให้เรียบร้อยและมีรูปร่างเสมอกัน ก่อนที่จะนำเข้าเตาเผา

 

6) การเผาอิฐ

เมื่อถากแต่งอิฐที่ยังไม่ได้เผาเรียบร้อยแล้ว นำอิฐมาวางกองเป็นแถว แถวหนึ่งกว้างเท่ากับความยาวของแท่งดินที่จะเผาเป็นอิฐ โดยเว้นระยะห่างระหว่างแถวไว้เท่าๆ กัน เพื่อใส่แกลบลงไปในระหว่างแถว การเรียงขนาดทั้งกองทั้งหมดจะมีขนาดเท่าใดนั้นแล้วแต่ปริมาณของแท่งดินที่จะเผาในครั้งหนึ่งๆ โดยขนาดที่ปฏิบัติทั่วไปในปัจจุบันคือกองกว้างประมาณ 4 เมตร ยาวประมาณ 6 - 7 เมตร ความสูงของกองประมาณ 1.6 เมตร ซึ่งถ้ากองกว้างและสูงเกินไปจะทำให้การเติมแกลบขณะเผาไม่สะดวก เมื่อกองเสร็จเรียบร้อยแล้ว ที่ด้านนอกทั้ง 4 ด้านใช้อิฐที่เผาสุกแล้วกองล้อมรอบไว้เพื่อป้องกันความร้อนไม่ให้กระจายออกไป เสร็จแล้วเทแกลบลงไปในช่องที่เว้นระยะไว้นั้น และโรยแกลบให้ทั่วส่วนบนของกองให้หนาประมาณ 7 - 10 เซนติเมตร  แล้วจุดไฟให้แกลบไหม้ แกลบจะค่อยๆ ไหม้ลามไปทั่วกอง เมื่อแกลบไหม้และยุบลงต้องคอยเติมแกลบให้ได้ระดับเสมอ ทำตามลักษณะนี้ต่อเนื่อง 15 วัน แล้วปล่อยให้ไฟดับเอง รอจนเย็นแล้วรื้อกองออกก็จะได้อิฐตามที่ต้องการ

การเผาอิฐนี้นอกจากจะเผาโดยใช้แกลบเป็นเชื้อเพลิงแล้ว ยังมีการเผาอิฐโดยใช้ฟืนเป็นเชื้อเพลิง การเผาด้วยฟืนนี้จะต้องเผาในเตาซึ่งมีลักษณะเป็นเตาสี่เหลี่ยมซึ่งก่อด้วยอิฐที่เผาสุกแล้วโดยมีความหนาสองชั้นของก้อนอิฐเพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนกระจายออกไป เตาเผานี้มีช่องสำหรับใส่ฟืนอยู่ด้านล่างซึ่งจะต้องเติมฟืนอยู่เรื่อยๆ เพื่อให้อุณหภูมิที่เผาคงที่ การเผาอิฐด้วยเตานี้จะใช้เวลาประมาณหนึ่งวันกับหนึ่งคืน เสร็จแล้วจึงหยุดไฟแล้วปล่อยให้ไฟค่อยๆ ดับและอบทิ้งไว้ในเตาให้ค่อยๆ เย็นลง ซึ่งจะใช้เวลาประมาณ 2 – 3 วัน ก็จะได้อิฐตามที่ต้องการ อิฐที่เผาด้วยเตานี้จะมีคุณภาพและความแข็งแรงทนทานมากกว่าการเผาด้วยแกลบ

ขนาดอิฐมาตรฐานที่ใช้ในการก่อสร้างวิหารของล้านนาที่พบมีอยู่ 2 ขนาด คือขนาด 20 × 30 เซนติเมตร และขนาดเล็ก 15 × 29 เซนติเมตร  สำหรับรูปแบบของการก่ออิฐนั้นในงานก่อสร้างวิหารของล้านนา พบว่าไม่มีรูปแบบที่ตายตัวแน่นอน โดยจะขึ้นอยู่กับช่างก่ออิฐ นอกจากนั้น จากการเก็บข้อมูลภาคสนามในโครงการบูรณะเสริมความมั่นคงวิหาร วัดต้นเกว๋น พบว่าในการก่ออิฐในแต่ละชั้นไม่มีการวัดระดับที่แม่นยำนัก โดยแนวการก่อในแต่ละชั้นมีความเหลื่อมล้ำกันอยู่มาก และยังพบเศษกระเบื้องดินเผา สำหรับมุงหลังคา หรือกระเบื้องดินขอ  แทรกอยู่ในชั้นปูนสอของการก่ออิฐอยู่เป็นจำนวนมาก สันนิษฐานว่าน่าจะเป็นวิธีการแก้ปัญหาชั้นอิฐที่ไม่ได้ระดับของชั้นก่ออิฐ  โดยใช้เศษกระเบื้องดินเผามุงหลังคาหรือกระเบื้องดินขอ  สอดเสริมเข้าไปในแต่ละชั้นระหว่างการก่อผนังก่อนที่จะปาดปูนสอ

 

วัสดุเชื่อมประสาน

ตั้งแต่สมัยโบราณ มนุษย์รู้จักนำวัสดุต่างๆ มาใช้เพื่อการก่อสร้างอาคารที่อยู่อาศัย และเพื่อพิธีกรรมต่างๆ วัสดุหลักที่ใช้ในการก่อสร้างมี อาทิเช่น อิฐ หิน ฯลฯ วัสดุเหล่านี้ถูกใช้เป็นฐานรองรับอาคาร ใช้ก่อสร้างกำแพง ผนัง เพดาน ฯลฯ แต่ในการก่อสร้าง หากใช้วัสดุเหล่านี้เพียงวางเรียงหรือซ้อนกัน จะไม่สามารถก่อเป็นอาคารที่มีความมั่นคงได้เลย จึงจำเป็นต้องมีวัสดุที่ทำหน้าที่เชื่อมยึดหินหรืออิฐเหล่านั้นให้ติดกัน (ชาญณรงค์  ศรีสุวรรณ, 2549)

วัสดุที่ทำหน้าที่เชื่อมประสานเหล่านี้เรียกว่า Binder ซึ่งในการใช้งานจะไม่ใช้ Binder เพียงอย่างเดียว แต่จะใช้วัสดุอื่นผสมด้วย เพื่อให้ได้แรงยึดเหนี่ยวที่ดีขึ้น แข็งแรงขึ้น และมีคุณสมบัติเหมาะสม กับงานนั้นๆ ส่วนผสมนี้เรียกว่าMortar

เราจะเรียก Mortar ตามชนิดของ Binder ที่ผสมอยู่ เช่นหากใช้ดินเป็น Binder ส่วนผสมนั้นก็เรียกว่า Mud  Mortar หรือ Clay Mortar หรือที่เรียกว่า สอดิน ซึ่งเรายังคงพบโบราณสถาน ที่อายุมากๆ บางแห่งที่ใช้สอดินในการเชื่อมอิฐให้ติดกัน ถ้าหาก Mortar นั้น ผสมด้วย Plaster of Paris ก็เรียกว่า Gypsum Mortar

                1) เปือกดิน, สอดิน (Mud Mortar)

การใช้วัสดุเชื่อมประสานที่มีดินเป็นส่วนผสมหลัก มีชื่อเรียกในภาษาพื้นเมืองว่า “เปือกดิน” โดยพบในวิหารที่มีอายุ 200 ปีขึ้นไป ได้แก่ กลุ่มโบราณสถานในเวียงกุมกาม และพบที่วัดต้นเกว๋น การใช้สอดินนี้มีดินเหนียวเป็นเนื้อวัสดุหลักในการเชื่อมประสาน โดยมีการนำมาผสมกับทราย น้ำอ้อย และน้ำ กวนให้เข้ากันแล้วตำในครกให้เหลวพอเป็นเลนจึงนำมาใช้ได้

การใช้สอดินในการยึดอิฐแต่ละก้อนนั้นเข้าใจว่าจะต้องใช้ในปริมาณค่อนข้างมาก เพื่อให้เหนียวพอที่จะยึดอิฐแต่ละก้อนเข้าด้วยกัน ดังนั้นในโบราณสถานที่ใช้สอดินเป็นวัสดุในการเชื่อมประสานจึงพบชั้นของการสอที่มีความหนาค่อนข้างมาก

2) เปือกปูน, สอปูน (Gymsum Mortar)

                        การใช้วัสดุเชื่อมประสานที่มีปูนขาวเป็นส่วนผสมหลักหรือ “เปือกปูน” ในการก่อสร้างวิหารล้านนานั้น พบในวิหารล้านนาที่มีอายุ 200 ปีลงมา โดยมีส่วนผสมคือ ปูนขาวที่ผ่านการเตรียมและหมักแล้วหรือที่เรียกในภาษาช่างว่าปูนสุกผสมกับทราย และน้ำอ้อยกวนให้เข้ากัน ในอัตราส่วนปูนขาว 1 ส่วน ทราย 2 ส่วน เปือกปูนนี้ให้ความแข็งแรงและทนทานกว่าเปือกดิน

            นอกจากนี้ยังมีปูนอีกชนิดหนึ่งที่ใช้กันมากในอดีตนั่นคือ “ปูนตำ”  ปูนตำเป็นชื่อเรียกปูนชนิดหนึ่งที่ผ่านกระบานการตำหรือโขลกมาแล้ว  การตำหรือโขลกหรือการบดย้ำด้วยแรงกระแทก  เพื่อให้วัตถุที่ผสมลงไปหรือส่วนประกอบปนกันหรือเข้ากันเป็นอย่างดี  บางแห่งเรียกว่า ปูนทิ่ม ก็มี  ครั้นเมื่อนำไปปั้นก็เรียกว่า ปั้นปูนตำ ปั้นปูนโขลก และปั้นปูนทิ่มหรือบางแห่งเรียกว่าปูนสด  เมื่อนำไปปั้นเรียกว่าปั้นปูนสด  คือต้องปั้นกันสดๆ จะให้ปูนแห้งไม่ได้ต้องให้ปูนสดอยู่เสมอ  ดังนั้นปูนตำจึงเรียกชื่อได้หลายชื่อ  แต่ทั้งนี้ต้องผ่านการตำให้เข้ากันเป็นสำคัญ (นพวัฒน์  สมพื้น, 2540)

ส่วนผสมและสูตรปูนตำเมื่อครั้งอดีตนั้น  ไม่มีหลักฐานทางเอกสารที่แน่ชัด  ซึ่งมีความแตกต่างกันตามสภาพท้องถิ่นที่มีวัสดุหาได้ง่าย  สิ่งแวดล้อมดินฟ้าอากาศ และความชำนาญของกลุ่มช่างที่ต่างกัน  แต่อาจค้นคว้าได้จากชิ้นส่วนของปูนตำที่เหลืออยู่  เพื่อหาวัตถุที่ผสมกันและอัตราส่วนโดยวิธีการทดสอบทางวิทยาศาสตร์  และการเรียนรู้สืบทอดกันมาแต่อดีตกาล

จากการศึกษาค้นคว้าดูตัวอย่างข้อมูลปูนตำที่ใช้ก่อ  ฉาบปั้นลาย  ปั้นภาพทั่ว พบว่าทั้ง 5 ภาคมีส่วนผสมของปูนแคลเซี่ยม ทราย และเส้นใยเป็นส่วนที่ปรากฏอยู่  สำหรับกาวหรือตัวยึดในปูนนั้นไม่พบ  จะพบเป็นคล้ายยางไม้กับพบน้ำมันเฉพาะภาคเหนือ 2 ตัวอย่างเท่านั้น  แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยืนยันว่าการหากาวหรือตัวยึดไม่พบจากตัวอย่างภาคอื่นๆ จะเป็นเครื่องยืนยันว่าไม่มีกาวหรือตัวยึดในปูนตำเหล่านั้นไม่ได้  เพราะว่าจริงๆ อาจมีก็ได้  แต่ที่ไม่พบนั้นเพราะกาวสลายตัวไปหมดแล้ว  เนื่องจากปูนตำที่ได้มาเป็นตัวอย่างนั้นมีอายุนานมากแล้วจึงกล่าวไม่ได้ว่าปูนตำนั้นไม่มีกาวหรือตัวยึดผสมมาแต่แรก (นพวัฒน์  สมพื้น, 2540)

 

วิธีการผสมปูนขาวและการหมักปูนขาวเพื่อใช้ในการก่อสร้าง

ปูนขาวเป็นวัสดุก่อสร้างที่เก่าแก่และคงทน  ปรากฏในการสร้างปราสาทสมัยโรมและกรีก  นับเวลาได้เป็นพันปีมาแล้ว  โดยนำปูนขาวมาใช้เพื่อการก่อยึดโครงอาคาร  มีการเผาหินปูนด้วยวิธีต่างๆ  นำพวกหินปูนขาว (Limestone) มีชื่อทางเคมีว่า แคลเซียมคาร์บอร์เนต (CaCO3)

จากการสัมภาษณ์ พระครูปลัดทรงสวัสดิ์  ปัญญาวชิโร  เจ้าอาวาสวัดเมืองมาหลวง  ถนนพระปกเกล้า  อำเภอเมือง  จังหวัดเชียงใหม่  และคุณสมบูรณ์  ไชยคำ  กำนันตำบลบ้านปง  อำเภอหางดง  จังหวัดเชียงใหม่  สามารถสรุปขั้นตอนและวิธีการทำปูนขาวแบบดั้งเดิมของเชียงใหม่ได้ดังนี้ (ธานัท  วรุณกูล, 2549)

 

                            3.1 วัตถุดิบที่นำมาทำปูนขาว

1) หินปูนจากภูเขาที่ได้จากการเจาะระเบิด  ซึ่งการเจาะระเบิดจะใช้วิธีการเจาะรูลงไปในหินปูนภูเขาที่ต้องการจะระเบิด  หลังจากเจาะเสร็จก็จะใช้ดินปืนอันได้จากส่วนผสมของถ่านหินกับดินประสิวที่บดละเอียดลงไปในรูดังกล่าว  อัดให้แน่นแล้วต่อสายชนวนออกจากรู  จากนั้นนำดินเหนียวเข้าอุดส่วนบนของรูจนแน่น (จากปากรูจนถึงผิวดินปืนที่อัดแน่น) แล้วจึงจุดฉนวนให้ดินปืนทำงาน

2) เมื่อระเบิดเสร็จก็จะทำการขุดหินซึ่งจะได้หินปูนที่แตกออกเป็นก้อนขนาดคละกันไป

 

 

รูปที่ 1 หินปูนขนาดต่างๆ ที่ได้หลังจากการระเบิดหิน ที่มา : ธานัท  วรุณกูล (2549)

 

3) นำหินปูนที่ได้มาผ่านกระบวนการทำปูนขาวต่อไป

                                (3.1) นำหินปูนไปเรียงในเตาโดยชั้นแรกจะเรียงหินก้อนใหญ่  ชั้นต่อไปจะเรียงหินก้อนกลาง  ส่วนชั้นบนสุดจะเป็นหินก้อนเล็ก

                            (3.2) จากนั้นจึงเริ่มเผาหินปูน  โดยจะใช้เวลาเผาประมาณ 24 – 36 ชั่วโมง  เมื่อเผาเสร็จทิ้งไว้ให้เย็นลงซึ่งใช้เวลาประมาณ 24 ชั่วโมง

                                (3.3) นำหินออกจากเตาแล้วเอาไปกอง บริเวณที่เตรียมไว้

                            (3.4) จากนั้นใช้น้ำเย็นฉีดพรมลงไปในกองหินดังกล่าว  หินเมื่อโดนน้ำจะแตกตัวสลายเป็นผงละเอียดและเกิดควันสีขาวขึ้น  ซึ่งเป็นปฏิกิริยาของความร้อน  คาดว่าน่าจะอยู่ที่ประมาณ 80 – 90 องศาเซลเซียส  แต่ไม่มีเปลวไฟ

                            (3.5) ทิ้งให้หินปูนที่แตกสลายเป็นผงปูนขาวเย็นตัวลงประมาณ 12 ชั่วโมงจึงใช้ได้

                            (3.6) จากนั้นนำไปร่อนแล้วจึงบรรจุถุงหรือเก็บต่อไป

 

 

รูปที่ 2 การเตรียมพื้นที่เตาเผาก่อนการเรียงหิน ที่มา : ธานัท  วรุณกูล (2549)

 

 

รูปที่ 3 แสดงการเรียงหินและรูปตัดเตาเผาปูนขาว ที่มา : ธานัท  วรุณกูล (2549)

 

                                3.2 การหมักปูนขาว

                                การหมักปูนขาวเพื่อนำไปใช้ในการก่อสร้าง  ในอดีตจะใช้วิธีการนำเอาหินปูนที่เผาและทิ้งให้เย็นแล้วนั้น  ไปใส่ในหลุมดินที่ขุดเตรียมไว้  โดยหลุมดังกล่าวจะมีขนาดความกว้างและความลึกที่เหมาะสม  เพียงพอต่อการรองรับบ่มปูนเพื่อที่จะใช้ในแต่ละงาน  เมื่อใส่หินปูนเสร็จแล้วก็จะปิดปากหลุมด้วยแผ่นไม้  จากนั้นเอาดินกลบไว้  แล้วทิ้งไว้เป็นเวลาประมาณ 6 – 12 เดือน  เพื่อลดความเค็มของปูน  และทำให้ปูนเหนียวขึ้น  หินปูนที่อยู่ในหลุมนั้นเมื่อผ่านช่วงเวลาหมักจะถูกทำให้แตกสลายตัวจากน้ำและความชื้นในดิน  ซึ่งเมื่อหมักจนได้เวลาที่กำหนดไว้  ก็นับว่ามีคุณภาพที่จะนำไปใช้ในการก่อสร้างได้   ปูนที่ได้เรียกว่า ปูนหมัก หรือ แคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Calcium Hydroxide)  แต่ในปัจจุบันการหมักบางแห่ง จะใช้วิธีการสร้างบ่อหมักขึ้นบนพื้นดินและบางแห่งก็จะขุดดินลงไปเป็นหลุมเช่นเดิม  แต่เมื่อใส่หินเผาลงไปในบ่อแล้วจะใช้วิธีการเติมน้ำในบ่อให้หินแตกสลายลง  แล้วทิ้งไว้ประมาณ 3 – 7 วันจึงนำไปใช้ (ธานัท  วรุณกูล, 2549)

กระบวนการหมักปูนขาวดังที่กล่าวมาข้างต้นนี้  เราสามารถสรุปกระบวนการที่เกิดขึ้นได้ในรูปที่ 4 และสมการที่ 10 ดังนี้

 

 

     ปูนสุก (แคลเซียมออกไซด์)