วัสดุที่เราเลือกใช้ในการก่อสร้างอาคารมีผลอย่างมากต่อความสามารถในการรับน้ำหนักและระดับความยืดหยุ่นของสถาปนิกในการออกแบบ เหล็กเสริมคอนกรีตมีความแข็งแรงสูงมากเมื่อเผชิญกับแรงอัด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับงานฐานรากและส่วนกลางของอาคารสูง ขณะที่เหล็กโครงสร้างนั้นสามารถรองรับแรงดึงได้ดีกว่า ทำให้สามารถสร้างโครงหลังคาขนาดใหญ่ที่มีระยะยาวโดยไม่ต้องพึ่งพาเสาค้ำได้ นอกจากนี้ อาคารยังจำเป็นต้องทนทานต่อสภาพอากาศต่างๆ ได้ด้วย ความเสียหายจากความชื้นและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในระยะยาวจะก่อให้เกิดความเสื่อมสภาพในที่สุด หากไม่มีการแก้ไขอย่างเหมาะสมในระหว่างการก่อสร้าง ลองพิจารณาไม้อัดขวาง (CLT) ตัวอย่างหนึ่ง ผลิตภัณฑ์ไม้รุ่นใหม่นี้ได้เปลี่ยนเกมไปโดยสิ้นเชิง เพราะให้สมรรถนะเชิงโครงสร้างที่มั่นคง ขณะเดียวกันก็ยังเปิดโอกาสให้นักออกแบบสามารถสร้างรูปร่างที่น่าสนใจและผังพื้นที่เปิดโล่ง ซึ่งแต่เดิมจำเป็นต้องใช้เหล็กที่มีต้นทุนสูง โครงการล่าสุดบางแห่งถึงขั้นนำ CLT มาใช้ในส่วนผนังโค้ง ซึ่งวัสดุแบบดั้งเดิมอาจประสบปัญหาในการตอบสนองทั้งข้อกำหนดด้านความงามและด้านวิศวกรรม
การเลือกวัสดุที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับคุณสมบัติด้านความแข็งแรง การทนต่อสภาพแวดล้อมต่างๆ และความสามารถในการรับแรงต่างๆ ได้ เช่น ในพื้นที่ใกล้ชายฝั่งที่อากาศมีเกลือซึ่งกัดกร่อนวัสดุได้ ผู้สร้างมักเลือกใช้วัสดุที่ต้านทานการกัดกร่อน เช่น เหล็กชุบสังกะสี หรือคอนกรีตเสริมใยแก้ว ส่วนในพื้นที่ที่มีความเสี่ยงจากไฟไหม้ จำเป็นต้องใช้วัสดุที่ไม่ติดไฟง่าย ทำให้หินและอิฐเป็นที่นิยมในบริเวณดังกล่าว เมื่อพิจารณาความสามารถในการรองรับภาระจริงของแต่ละวัสดุ พบว่าคอนกรีตสำเร็จรูปเหมาะมากสำหรับงานรับแรงนิ่งขนาดใหญ่ เช่น คานสะพาน แต่เมื่ออาคารต้องมีความยืดหยุ่นในช่วงเกิดแผ่นดินไหว วัสดุอย่างไม้อัดโครงสร้าง (LVL) จะทำงานได้ดีกว่า เพราะสามารถดูดซับแรงสั่นสะเทือนเหล่านั้นได้โดยไม่แตกหัก การพิจารณาทุกปัจจัยเหล่านี้อย่างถูกต้องจะช่วยให้โครงสร้างมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นก่อนต้องซ่อมแซม มีการศึกษาบางชิ้นระบุว่าแนวทางนี้สามารถลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาในระยะยาวได้ประมาณ 40% นอกจากนี้ยังช่วยให้มั่นใจว่าสิ่งปลูกสร้างทุกอย่างเป็นไปตามกฎระเบียบในท้องถิ่น ซึ่งอาจแตกต่างกันไปมากในแต่ละพื้นที่
คอนกรีตยังคงเป็นวัสดุที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงการก่อสร้างส่วนใหญ่ในปัจจุบัน เพราะมีความทนทานต่อแรงอัดสูงมาก ทำให้เหมาะสำหรับทุกอย่างตั้งแต่การปูถนนไปจนถึงการสร้างตึกระฟ้า ข้อมูลตัวเลขก็สนับสนุนเรื่องนี้เช่นกัน - จากรายงานล่าสุดระบุว่าประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์ของอาคารทั้งหมดในเมืองทั่วโลกสร้างด้วยคอนกรีต สิ่งที่ทำให้คอนกรีตนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายคือความสามารถในการทำงานร่วมกับเหล็กเสริมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยสร้างโครงสร้างที่แข็งแรง แต่ก็มีปัญหาที่เราไม่อาจเพิกเฉยได้ คอนกรีตต้องใช้เวลานานมากกว่าจะบ่มตัวได้อย่างสมบูรณ์ บางครั้งใช้เวลาหลายสัปดาห์หรือแม้แต่หลายเดือน และกระบวนการผลิตซีเมนต์ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาในปริมาณมหาศาล ปัญหาเหล่านี้ยังคงตามมาหลอกหลอนอุตสาหกรรมอยู่ แม้ว่าจะมีข้อดีมากมายก็ตาม
เหล็กมีความโดดเด่นในโครงการที่ต้องการการประกอบอย่างรวดเร็วและมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง กรอบโครงสร้างเหล็กสำเร็จรูปช่วยให้สามารถก่อสร้างได้เร็วกว่าวิธีคอนกรีตแบบดั้งเดิมถึง 50% ความทนทานของเหล็กในเขตแผ่นดินไหวและความยืดหยุ่นในการออกแบบโมดูลาร์ ทำให้เหล็กเป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้สำหรับอาคารสูงและโรงงานอุตสาหกรรม
ผลิตภัณฑ์ไม้วิศวกรรม เช่น ไม้ลaminated ขวาง (CLT) ผสานความยั่งยืนเข้ากับความแข็งแรงของโครงสร้าง แผ่น CLT ช่วยลดของเสียจากการก่อสร้างได้มากถึง 30% เมื่อเทียบกับวิธีการทั่วไป (รายงานนวัตกรรมป่าไม้ 2023) ในขณะที่รูปลักษณ์ตามธรรมชาติของมันก็ดึงดูดโครงการที่คำนึงถึงสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม ความไวต่อความชื้นและแมลงศัตรูไม้จำเป็นต้องใช้กระบวนการบำบัดขั้นสูงเพื่อให้มั่นใจในอายุการใช้งานที่ยาวนาน
ก่ออิฐมีมวลความร้อนสูง ช่วยควบคุมอุณหภูมิภายในอาคาร และลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานได้ 15–20% ในเขตอากาศอบอุ่น (การศึกษาเกี่ยวกับเปลือกอาคาร 2023) การติดตั้งแผ่นหินปิดผิวมีความทนทานที่พิสูจน์แล้วมาหลายศตวรรษ แม้ว่าน้ำหนักของมันจะจำกัดการใช้งานในอาคารชั้นต่ำโดยต้องมีรากฐานเสริมแรง
ผนังกระจกช่วยเพิ่มการใช้แสงธรรมชาติ แต่ต้องออกแบบอย่างระมัดระวังเพื่อลดการสูญเสียความร้อน ชุดกระจกสองชั้นพร้อมเคลือบต่ำการปล่อยความร้อนสามารถลดภาระระบบปรับอากาศได้ถึง 25% (สภาประสิทธิภาพหน้าต่าง 2023) การควบคุมแสงจ้าและการบำรุงรักษาระหว่างอายุการใช้งานยังคงเป็นปัจจัยสำคัญในการวางแผนออกแบบ
อายุการใช้งานของวัสดุขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของวัสดุนั้นๆ และความทนทานต่อปัจจัยต่างๆ เช่น ความชื้น อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง และสารเคมีในสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น คอนกรีต เมื่อสัมผัสกับความชื้น บางครั้งอาจเกิดปฏิกิริยากับซิลิกา ทำให้เกิดรอยแตกร้าว เหล็กที่ไม่ได้รับการป้องกันจะผุกร่อนอย่างรวดเร็วหากอยู่ใกล้ชายฝั่ง นอกจากนี้ จากการศึกษาของ NIST ในปี 2023 พบว่า อาคารคอนกรีตประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ที่ตั้งอยู่ใกล้น้ำจำเป็นต้องได้รับการซ่อมแซมภายในระยะเวลาเพียงสองทศวรรษ เนื่องจากความเสียหายจากน้ำเค็ม การเลือกวัสดุที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญมาก ขึ้นอยู่กับสถานที่ที่นำไปติดตั้ง ตัวอย่างเช่น พลาสติกเสริมไฟเบอร์มักมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าในพื้นที่ที่มีการกัดกร่อนรุนแรง ในขณะที่ไม้ที่ผ่านกระบวนการบำบัดด้วยแรงดันจะทำงานได้ดีกว่าในพื้นที่ที่มีปัญหาปลวก
นักวิจัยได้ติดตามประสิทธิภาพของกำแพงกันคลื่นตามชายฝั่งฟลอริดาเป็นเวลาหนึ่งทศวรรษ และพบสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับส่วนผสมคอนกรีต เมื่อผู้สร้างเติมซิลิกาฟูม 8% และใช้เหล็กเสริมสแตนเลส กำแพงเหล่านี้มีปัญหาการแตกร้าวเพียงประมาณหนึ่งในสี่เมื่อเทียบกับส่วนผสมคอนกรีตทั่วไป อย่างไรก็ตาม ยังมีอีกปัญหาหนึ่งที่ควรพิจารณาด้วย คือ กำแพงกันคลื่นที่ไม่มีระบบระบายน้ำที่เพียงพอ ยังคงสูญเสียความแข็งแรงลงประมาณ 22% ตามกาลเวลา เนื่องจากน้ำยังคงซึมเข้าไปอยู่ตลอด แล้วข้อมูลทั้งหมดนี้หมายความว่าอะไร? การก่อสร้างตามชายฝั่งจำเป็นต้องคิดให้ไกลกว่าการเลือกวัสดุที่ดีกว่าเท่านั้น ทางออกที่แท้จริงอยู่ที่การจับคู่สูตรคอนกรีตที่ทนทานเข้ากับการออกแบบอย่างชาญฉลาด ซึ่งสามารถจัดการกับน้ำฝนและคลื่นพายุได้อย่างเหมาะสมตั้งแต่วันแรก
คอนกรีตที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้โดยอาศัยแบคทีเรีย เช่น Bacillus subtilis เป็นหนึ่งในนวัตกรรมที่น่าสนใจ ซึ่งสามารถทำให้อาคารมีอายุการใช้งานยืนยาวขึ้นอีก 15 ถึง 20 ปี จุลินทรีย์เหล่านี้จะเข้าไปอุดรอยแตกร้าวเล็กๆ ขณะที่เกิดขึ้น ซึ่งช่วยป้องกันปัญหาใหญ่ในอนาคต สำหรับโครงสร้างเหล็กที่สัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ระบบแอโนดแบบกาลวานิกก็มีประสิทธิภาพไม่แพ้กัน โดยสามารถลดการกัดกร่อนได้เกือบ 90% ตามงานวิจัยที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้ว วัสดุขั้นสูงเหล่านี้ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาอย่างมากตลอดอายุการใช้งาน โดยประหยัดได้ระหว่าง 18 ถึง 24 ดอลลาร์ต่อตารางฟุตในระยะยาว การประหยัดเงินในระดับนี้ช่วยให้โครงการต่างๆ สามารถดำเนินไปตามแนวทางความยั่งยืนได้อย่างแท้จริง ปัจจุบันผู้รับเหมาก่อสร้างเริ่มให้ความสำคัญกับเทคโนโลยีเหล่านี้มากขึ้น จึงเห็นการใช้เหล็กเสริมที่เคลือบด้วยอีพอกซี และสารเคลือบที่มีคุณสมบัติกันน้ำเป็นพิเศษ เช่น ซิลเลน (silane) มากขึ้นในไซต์งานก่อสร้างทั่วไป
อุตสาหกรรมการก่อสร้างเป็นหนึ่งในผู้ก่อมลพิษเรือนกระจกหลัก โดยคอนกรีตและเหล็กมีสัดส่วนประมาณ 60% ของก๊าซเรือนกระจกทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากวัสดุก่อสร้าง ตามรายงานปี 2023 ของ Grip-Rite อุตสาหกรรมการก่อสร้างโดยรวมมีส่วนทำให้เกิดการปล่อยคาร์บอนทั่วโลกประมาณ 37% เหล็กโดดเด่นในประเด็นนี้ เพราะถึงแม้ว่าจะสามารถรีไซเคิลได้ในอัตรา 90% แต่การผลิตเหล็กใหม่ 1 ตัน จะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 1.85 ตัน ซึ่งแย่กว่าการผลิตคอนกรีตถึงสามเท่า นี่จึงเป็นเหตุผลที่ผู้รับเหมาก่อสร้างที่คำนึงถึงสิ่งแวดล้อมจำนวนมากหันไปใช้ปูนซีเมนต์ผสมในปัจจุบัน โดยการผสมสารต่างๆ เช่น แอชลอยหรือกากจากกระบวนการอุตสาหกรรม แนวทางนี้ช่วยลดปริมาณคาร์บอนได้ประมาณ 30 ถึง 40% และยังคงใช้งานได้ดีในงานส่วนใหญ่ บุคลากรจากสถาบันศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมและพลังงาน (Environmental and Energy Study Institute) ได้ผลักดันให้มีการพิจารณาวัสดุก่อสร้างตลอดวงจรชีวิตของมัน เมื่อเราพิจารณาทุกอย่างตั้งแต่ค่าขนส่ง ค่าติดตั้ง ไปจนถึงการรื้อถอนในอนาคต การมองภาพรวมแบบองค์รวมนี้สามารถลดการปล่อยก๊าซโดยรวมได้เกือบครึ่ง
การวิเคราะห์วงจรชีวิตของอาคารทั้งหลัง (LCA) ระบุผู้นำด้านความยั่งยืนที่อาจไม่คาดคิด: ไม้อัดขวาง (CLT) สามารถกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ได้ 1.1 ตันต่อลูกบาศก์เมตร ในขณะที่หลังคาอะลูมิเนียมรีไซเคิลประหยัดพลังงานได้ถึง 95% เมื่อเทียบกับวัสดุดิบใหม่ การศึกษาจากสแตนฟอร์ดในปี 2023 พบว่าการออกแบบที่ใช้แนวทาง LCA สามารถบรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอนได้เร็วกว่าวิธีการทั่วไปถึง 52%
ตลาดวัสดุผสมคอนกรีตรีไซเคิลทั่วโลกจะมีมูลค่าถึง 68.4 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2028 เมื่อผู้พัฒนาโครงการแทนที่วัสดุคอนกรีตดิบ 30–50% ด้วยเศษซากจากการรื้อถอนอาคาร แนวปฏิบัติด้านเศรษฐกิจหมุนเวียนได้ช่วยเบี่ยงเบนอนุสาวรีย์การก่อสร้างออกจากหลุมฝังกลบแล้วถึง 82% ในโครงการของสหภาพยุโรป โดยผ่านเครือข่ายความร่วมมืออุตสาหกรรมที่นำฉนวนแก้วมาใช้ใหม่เป็นวัสดุทำผิวถนน
การรับรอง LEED v4.1 ต้องการวัสดุโครงสร้างที่มีส่วนประกอบรีไซเคิลอย่างน้อย 20% ซึ่งผลักดันให้มีการนำบล็อกเฮมพ์ครีท (เบากว่า 28% และมีค่าความต้านทานความร้อน R-3.6/นิ้ว) และฉนวนกันความร้อนจากไมซีเลียมมาใช้มากขึ้น โครงการ BREEAM Outstanding รายงานว่ามีคาร์บอนแฝงต่ำกว่า 62% เมื่อใช้วัสดุคอมโพสิตเส้นใยเซลลูโลสและระบบคอนกรีตจีโอพอลิเมอร์
ราคาต้นทุนเริ่มต้นของหลังคาแผ่นเมทัลชิงเกิลอยู่ในช่วงประมาณ 120 ถึง 250 ดอลลาร์ต่อพื้นที่หนึ่งสแควร์ ซึ่งถูกกว่าการติดตั้งหลังคาเหล็กประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ อย่างไรก็ตาม แผ่นชิงเกิลเหล่านี้มักจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่ทุกๆ 15 ถึง 25 ปี ในขณะที่หลังคาโลหะสามารถใช้งานได้นาน 40 ถึง 70 ปี ก่อนจะต้องบำรุงรักษา เมื่อพิจารณาภาพรวมแล้ว แผ่นชิงเกิลยางมะตอยจะมีค่าใช้จ่ายตลอดอายุการใช้งานสูงกว่าประมาณ 2.8 เท่า เพราะเจ้าของบ้านมักต้องซ่อมแซมหลังพายุและเปลี่ยนบ่อยครั้ง ตามผลการศึกษาเมื่อปี 2024 เกี่ยวกับต้นทุนการครอบครองโดยรวม พบว่าอาคารส่วนใหญ่ใช้จ่ายเพียงประมาณ 10% สำหรับต้นทุนการก่อสร้างเบื้องต้น ในขณะที่เงินเกือบ 7 ใน 10 ดอลลาร์จะไปใช้กับค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่อง อีกหนึ่งข้อดีของหลังคาโลหะที่ควรกล่าวถึงคือ พื้นผิวสะท้อนแสงที่ช่วยลดค่าไฟฟ้าสำหรับระบบทำความเย็นลงได้ระหว่าง 10% ถึง 25% ดังนั้นเมื่อพิจารณาทั้งอายุการใช้งานและการประหยัดพลังงาน หลังคาโลหะจึงถือว่าให้ข้อได้เปรียบมากกว่าอย่างชัดเจนในแง่ของตัวเลือกที่ประหยัดเงินสำหรับเจ้าของทรัพย์สินที่มองการลงทุนในระยะยาว
การประเมินต้นทุนตลอดอายุการใช้งานพิจารณาค่าใช้จ่ายในการได้มา การติดตั้ง การบำรุงรักษา และการกำจัดตลอดอายุการใช้งานของวัสดุ ตัวอย่างเช่น:
| วัสดุ | ต้นทุนเริ่มต้น (ต่อตารางเมตร) | ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา (50 ปี) | ค่าใช้จ่ายในการกำจัด |
|---|---|---|---|
| คอนกรีต | $90—$140 | $800—$1,200 | $30—$50 |
| ไม้อัดประสานในแนวตั้ง (Cross-laminated timber) | $110—$160 | $300—$500 | $10—$20 |
งานวิจัยชี้ให้เห็นว่า ต้นทุนวัสดุในช่วงแรกคิดเป็นเพียง 20—30% ของค่าใช้จ่ายตลอดอายุการใช้งาน โดยส่วนที่เหลือเกี่ยวข้องกับการดูแลรักษา การป้องกันการกัดกร่อนล่วงหน้าสำหรับเหล็ก หรือการใช้ซีลแลนต์สำหรับไม้ สามารถลดงบประมาณการบำรุงรักษาในช่วง 10 ปีได้สูงสุดถึง 35%
การใช้ชิ้นส่วนอาคารสำเร็จรูปสามารถลดค่าใช้จ่ายด้านแรงงานในไซต์ก่อสร้างได้ถึง 15 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ พร้อมทั้งยังลดระยะเวลาโครงการลงได้ประมาณ 20 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ ตามรายงานของอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น แผ่นคอนกรีตแบบโมดูลาร์ ซึ่งช่วยประหยัดวัสดุที่สูญเสียไปได้ประมาณ 3 ถึง 5 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งถือว่าน่าประทับใจเมื่อเทียบกับอัตราการสูญเสียวัสดุทั่วไปที่มักพบในงานหล่อคอนกรีตในไซต์ซึ่งอยู่ที่ 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์ ผู้รับเหมาก่อสร้างจำนวนมากรายงานว่าโดยรวมแล้วมีปริมาณของเสียลดลงเกือบ 30 เปอร์เซ็นต์ เมื่อนำเหล็กรีไซเคิลและผลิตภัณฑ์ไม้วิศวกรรมมาใช้ในโครงการ ส่งผลให้ไม่เพียงแต่ลดค่าใช้จ่ายในการกำจัดของเสียเท่านั้น แต่ยังลดต้นทุนวัตถุดิบที่ต้องซื้อเพิ่มเติมอีกด้วย แนวทางดังกล่าวสอดคล้องกับหลักการเศรษฐกิจหมุนเวียนได้ค่อนข้างดี โดยการนำวัสดุกลับมาใช้ใหม่อย่างมีประสิทธิภาพในหลายโครงการ อุตสาหกรรมการก่อสร้างอาจสามารถประหยัดเงินได้ประมาณ 160,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปี ซึ่งในปัจจุบันถูกใช้ไปกับการจัดการของเสียเหล่านี้
ไม้ขัดชั้นแนวตั้ง (CLT) เป็นผลิตภัณฑ์ไม้วิศวกรรมที่รู้จักกันดีในด้านความแข็งแรงของโครงสร้างและความยั่งยืน ช่วยให้นักออกแบบสามารถสร้างสรรค์รูปทรงและผังพื้นเปิดได้อย่างสร้างสรรค์ ขณะเดียวกันยังช่วยลดของเสียจากการก่อสร้าง
สภาพอากาศ เช่น ความชื้นและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ อาจก่อให้เกิดความเสียหายต่อวัสดุก่อสร้างตามกาลเวลา การเลือกวัสดุและการบำบัดที่เหมาะสมในระหว่างการก่อสร้างสามารถช่วยบรรเทาผลกระทบเหล่านี้ได้
เหล็กเป็นที่นิยมในการออกแบบโมดูลาร์เนื่องจากมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงและสามารถปรับใช้ได้หลากหลาย กรอบโครงสร้างเหล็กที่ผลิตล่วงหน้าช่วยให้การก่อสร้างรวดเร็วขึ้น และมีประโยชน์โดยเฉพาะในเขตที่เสี่ยงต่อแผ่นดินไหว
ทั้งคอนกรีตและเหล็กมีส่วนสำคัญต่อการปล่อยก๊าซเรือนกระจก โดยคิดเป็นประมาณ 60% ของการปล่อยก๊าซจากวัสดุก่อสร้าง นวัตกรรมต่างๆ เช่น ปูนซีเมนต์ผสมและการดำเนินการตลอดรอบอายุผลิตภัณฑ์ มีเป้าหมายเพื่อลดผลกระทบเหล่านี้
EN
